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二、结构
如图1,P11P12、P21P22是两条*相同的电阻丝,长度L=1.0000m平行张紧在有机玻璃标尺上,晶莹剔透,赏心悦目。标尺刻度0~1.00是归一化无量钢的,记录读书应写足有效数字(到万分位)。沿标尺滑动的滑块上有两只铜片按键N1和N2,当按下时,接触点把电阻内分为比例线段,仪器结构保证P11N1P12和P21N2P23之间绝缘的P11、P12、P21、P22、N1、N2又都是接线柱,可与外电路连接。此外还有接线柱C11、M、C12由粗导线连通,接线柱C21、C22各自独立。
三、使用方法
1、 惠斯通单臂电桥
惠斯通单臂电桥可以测量中等量值的电阻,即数欧到数百千欧的电阻。
本题签作为单臂电桥时,电阻丝P21P22是空开不用的,当然按键N2也不起作用。设电阻丝的电阻率为P,截面积为A,当按键N1与电阻丝P11P12接触时,N1内分P11P12为R11和R12,组成比例臂,R11=PL/A,R12=PL12/A。在接线柱P12C12之间接入电阻箱Rs单作为比较臂,在接线柱P11C11之间接入被测电阻Rx单。对角线P11-E-RnP12是电源桥路,G是检流计,AN是验零按钮开关。开始先将Rn调到大,电路灵敏度S低,保护检流计G不超过限偏转。调节RS单、N1位置使G指零:将Rn减小直至G有了显著偏转,再微调Rs单、N1使G指零:如此循环调节直至Rn-0,S-Sman,G-0,电桥达到精细平衡。在调节G-0时可以按动验零按钮AN,如果G的指针随之摆动,说明IG尚未到零,以此方法来核实平衡点。一般*指针式检流计的另,灵敏度为0.1格,当微偏d时,就认为电路已经平衡。由于指零仪的静态胃偏与其真实零点不可能同时被观察,所以观察者需将当前微偏的视觉形象与记忆中的真实零点相比,这是不准确的。本实验以一定节奏按动验零按钮AN,实际是将静态微偏调制成一种微振幅交变信号,使之醒目可辨,显著提高了检流计固有的灵敏度。电路平衡时记录L11读数和RS单读数就能求出被测电阻RX单。在可能的情况下,去L11值接近0.5,这样可使测量结果具有小不的确定度,叫做“jia测量条件”。交换RX单、RS单的位置,重复上述步骤再求一次结果,两次结果去平均可以减小仪器系统误差,例如电阻丝不均匀、各接触电阻不*、各段导线不*等,类似天平物、码交换称衡的超作的技巧。在电桥平衡时,人为将RS单调节离平衡点一个小阻值,可以求出电桥的灵敏度,即任一桥臂阻值相对变化引起G偏转的各数。
2、 开尔文双臂电桥
开尔文双臂电桥可以测量低电阻
低电阻一般指1欧以下的电阻,其工作电流往往都很大。精密低电阻器件一般都做成四端钮结构,如标准电阻器、仪表分流器、欲测电阻率的材料样条等。矩形框表示电阻材料本体:C1、C2称为电流端,其作用是引导大电流I通过电阻本体:P1P2称为电位端,其作用是将I在电阻本体上产生的压降取出来,送往有关电路。四端电阻和两端电阻一样,不论其使用过程还是测量过程,都是定量体现欧姆定律的过程。电位端与电阻本体连接的位置A、B有意识地躲开电流端而略靠里一些,这样做可以大限度地减小接触电阻、引线电阻的影响,准确体现欧姆定律,因此该四端电阻器的有效部分是A、B两点之间的电阻本体,器件的标称电阻值正是其有效部分的电阻Reff,设电流I在A、B间的压降为Uab,侧Reff=Uab/I
DL08-B型仪器接成双臂电桥的电路,两根电阻丝和两个按键都投入使用。在C11-P11-P21-P22-C22间接入标准电阻RS双,在按键N1-N2间接入检流计G和验零按零AN,在C21-C22间通过换向开关K接入电源E、衰减电阻Rn和电流表A。按键N1、N2将电阻丝P11P12、P21P22内分成两组比例臂R11/R12和R21/R22。由于N1、N2同步联动,不论滑动到什么位置。仔细调节滑块在标尺上的位置,不断按下按键N1N2,观察G是否指零,并用AN验零。刚开始RN应大些,电源电压应低些,A表骗转应小些。调平中逐渐增大电流提高灵敏度。当电路达到平衡时,将开关K切换到另一侧,各桥臂上的电流换向,重复上述操作,两次结果求平均。电源换向可以减小电流热效应造成的测量误差。双桥灵敏度的测量可以防照上文单桥的有关介绍。
四、双桥原理
以上弄清了双臂电桥的构造和使用方法,下面讨论如何直观理解电路原理。图5是图4的简化等效电路,显眼之处是RX双和RS双的有效部分与两条电阻丝围成了一个闭环,电位端附加电阻rp21,rp22,rp11,rp12远小于电阻丝的电阻,可以忽略不计:RX双和RS双的上端附加电阻re21,re12已归入电源干路,不再影响电桥平衡:RX双和RS双的下端附加电阻re11,re22合并在一切称为跨线电阻,约为几毫欧到几十毫欧,其上电压是Ue11,+Ue12..以下分3种情况:
(1) 假定RX和RS远大于跨线电阻,此时只用一组比例臂R21-N2-R22,G接在N2-M之间即可,电路又回到惠斯通单臂电桥.
(2) 假定RX和RS较小,跨线电阻和它们可比拟,不能忽略,仍按上款(1)的接法,调节N2使G指零后。由于UC11/UC12无法确定,该式不能解出UX
(3) 由上文可知问题的症结是UC11/UC12即无法确定,又被M点限死。现在启用第二组比例臂R11-N1-R12,G由N2-M间改接到N2-N1之间。由于高阻支路R11-N1-R12是与低阻支路并联的,可变内分点N1取代固定内分点M,不可变不可知的比值UC11/UC12转移成可变可知的比值U11/U12,问题就解决
关于双臂电桥原理,更普遍的阐述方式是引用三角/星形等效代换,请用户参阅有关书籍。商品电桥的电路与本文大同小异,也常把滑线改为电阻箱,望读者对照理解,触类旁通
五、注意事项
1、 为避免磨损电阻丝,按下按键严禁移动滑块。
2、 按键左、右端都有刀口,是为了避免标尺某一端存在死区,不得将左、右刀口同时按下。
3、 各桥臂上1的电流不宜过大,双桥尤其注意
六、成套性
DL08-QJB型板式单/双臂电桥需要和下列仪器配套使用(另行购买)
1、E DL08-24-1型直流稳压电源
2、Rn BX8型滑动变阻器
3、G AC5型直流检流计
4、AN LAY7型按钮开关
5、Rx单 DL08-QR1型按被测(二端)电阻箱
6、Rs单 DL08-21型直流电阻箱
7、A C31-A或C65-A型直流安培表
8、K 双刀双掷开关
9、Rx双 DL08-QR2型被测电阻箱
DL08-QR4型四端电阻测量夹
10、Rs双 DL08-01型教学标准电阻箱
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