文档介绍：模块2直流单臂电桥的使用与分析
一、教学目标
终极教学目标:熟悉直流单臂电桥测量电阻的操作步骤,分析其工作原理。
促成教学目标:
熟练掌握欧姆定律的应用
理解电阻的串、并联特性
掌握电阻混联电路的分析和计算过程
动手采用直流单臂电桥测量电阻,理解其工作原理
二、工作任务
能采用直流单臂电桥测量电阻,当直流单臂电桥检流计指示值为零的时候,计算各电阻中电流的大小。
:直流单臂电桥
电阻元件是直流电路中最重要的元件之一,有关电阻值的测量方法也多种多样。通常最普遍的方法是直接采用万用表来测量,只不过测量的结果误差较大;实验室里往往采用伏安法来测量,步骤比较烦琐;要想精确的测量电阻阻值,直流电桥是最佳的测量仪表。
直流电桥按其功能可分为直流单臂电桥和直流双臂电桥,其中直流单臂电桥主要适合精确测量1Ω以上的电阻,所以使用比较广泛。

图1-24是直流单臂电桥简易原理图,当电桥检流计指示值为零的时候,才可以进行读数。
图1-24直流单臂电桥简易原理图

1)检流计指针:当有电流流过检流计时,指针会发生偏转,流过电流的方向不同,指针偏转的方向也不同。
2)比例臂旋钮、比较臂旋钮:分别连接R1以及R2、R3电阻(实际电路中电阻有多组),通过调节旋钮可以选择相应的电阻与之相连接,最后的Rx读数为比例臂和比较臂读数的乘积。
调零器:用以测量前的指针调零工作。必须先将
检流计锁扣打开,才能进行调零。
Rx接线柱:用以接被测电阻。
检流计连接片:通常放在“外接”位置。为提高在
高阻值测量中的精度,需外接高灵敏度检流计时,
应将连接片放在“内接”位置,外接检流计接在
“外接”两端钮上。
检流计按钮开关“G”和电源开关“B”:旋转90°
可锁住,测量过程中调平衡时按下按钮“B”然后
轻按检流计按钮“G”;在测量具有电感的元件
(如线圈)完毕时,需先松开检流计按钮,后
松开电源按钮。
图1-25直流单臂电桥外形图

1)将被测电阻接入“Rx”接线柱两端。估计被测电阻值,选择比例臂的适当数值。检查无误后,先按下电源开关“B”,再按下检流计按钮开关“G”,(按钮开关“B”“G”旋转90°可锁住),调节比较臂的四支旋钮,使检流计指针指“零”。此时电桥平衡,被测电阻值等于:比例臂读数乘比较臂读数(欧姆)。
2)如无法估计被测电阻值,一般将比例臂放在1档,比较臂放在1000欧上,按下“B”按钮,然后轻按“G”按钮后即松开,如检流计指针晃向“+”的一边,说明被测电阻大于1000欧,可把比例臂放在10档,再次接下“B”、“G”按钮,如果指针仍在“+”边,可把比例臂放在100档。如果开始时指针晃向“-”边,则说明被测电阻小于1000欧,。如此,可得Rx的大约数值然后选定倍率,调节四个比较臂读数盘,使检流计平衡。
:
1)使用前先把检流计锁扣或短路开关打开,并调节调零器使指针或光点置于零位。2) Rx接好后,先估计一下被测量的电阻阻值范围,选择合适的R2/R3比率,以保证比较臂R4的四档电阻都能充分使用。例如:Rx为几个欧姆时,。3)电源和检流计按钮的使用:测量时先按“电源”按钮,再按“检流计”按钮。
选定倍率后,若检流计指针向“+”偏转,说明R4电阻小了,应增加比较臂R4数值。反之,指针若向“—”偏转,则应减小R4数值。测量完毕,先松开检流计按钮,后松开电源按钮。特别是在测量具有电感的元件(如线圈)一定要遵守上述操作顺序,否则将有很大的自感电动势作用于检流计,造成检流计损坏。4)在电桥调平衡过程中,不要把检流计按钮按死,应是每改变一次比较臂电阻,按一次按钮测量一次,直至检流计偏转较小时,再按死检流计按钮。5)测量结束不再使用时,应将检流计的锁扣锁上。
问题:为什么直流单臂电桥这种桥式结构可以测量Rx阻值呢,它的工作原理是怎样的?这就需要我们讨论一下电阻的串并联问题。

1)电阻串联电路
设电压、电流参考方向关联,则 :各电阻顺序连接,各电阻中流过的电流相同; :电路的总电压等于各串联电阻的电压之和,
即:
:电阻串联,其等效电阻等于各分电阻之和;等效电阻大于任意一个串联的分电阻。即:
:若已知串联电阻两端的总电压,求各分电阻上的电压称分压。
电阻串联,各分电阻上的电压与电阻值成正比,电阻值大者分得的电压大。因此串联电阻电路可作分压电路。
:电阻串连时,各电阻消耗的功率与电阻大小成正比,即电阻值大者消耗的功率大;等效电阻消耗的功率等于各串连电阻消耗功率的总和。
2)电阻