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1、模块模块2直流单臂电桥的使用与分析直流单臂电桥的使用与分析 n一、教学目标一、教学目标n终极教学目标：熟悉直流单臂电桥测量电阻的操作步终极教学目标：熟悉直流单臂电桥测量电阻的操作步骤，分析其工作原理。骤，分析其工作原理。n促成教学目标：促成教学目标：n熟练掌握欧姆定律的应用熟练掌握欧姆定律的应用n理解电阻的串、并联特性理解电阻的串、并联特性n掌握电阻混联电路的分析和计算过程掌握电阻混联电路的分析和计算过程n动手采用直流单臂电桥测量电阻，理解其工作原理动手采用直流单臂电桥测量电阻，理解其工作原理n二、工作任务二、工作任务n能采用直流单臂电桥测量电阻，当直流单臂电桥检流能采用直流单臂电桥测量电阻，
2、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。计指示值为零的时候，计算各电阻中电流的大小。三三.实践知识实践知识:直流单臂电桥直流单臂电桥 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。量电阻阻值，直流电桥是
3、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，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其中直流单臂电桥主要适合精确测量1以上的电阻，所以上的电阻，所以使用比较广泛。以使用比较广泛。1.直流单臂电桥简易原理图直流单臂电桥简易原理图 图图1-24是直流单臂电桥简易原理图，当电桥检流计指示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。值为零的时候，才可以进行读数。图图1-24直流单臂电桥直流单臂电桥简易原理图简易原理图2.直流单臂电桥外壳上的部件直流单臂电桥外壳上的部件 1)检流计指针检流计指针:当有电流流过检流
4、计时当有电流流过检流计时,指针会发生偏转指针会发生偏转,流过电流的方向不同流过电流的方向不同,指指针偏转的方向也不同。针偏转的方向也不同。2)比例臂旋钮、比较臂旋钮：分别连接比例臂旋钮、比较臂旋钮：分别连接R1以及以及R2、R3电阻（实际电路中电阻有电阻（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读数为比例臂读数为比例臂和比较臂读数的乘积。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。检流计锁扣打开，才能进行调零。Rx
5、接线柱：用以接被测电阻。接线柱：用以接被测电阻。检流计连接片：通常放在检流计连接片：通常放在“外接外接”位置。为提高在位置。为提高在高阻值测量中的精度，需外接高灵敏度检流计时，高阻值测量中的精度，需外接高灵敏度检流计时，应将连接片放在应将连接片放在“内接内接”位置，外接检流计接在位置，外接检流计接在“外接外接”两端钮上。两端钮上。检流计按钮开关检流计按钮开关“G”和电源开关和电源开关“B”：旋转：旋转90可锁住，测量过程中调平衡时按下按钮可锁住，测量过程中调平衡时按下按钮“B”然后然后轻按检流计按钮轻按检流计按钮“G”；在测量具有电感的元件；在测量具有电感的元件（如线圈）完毕时，需先松开检流计
6、按钮，后（如线圈）完毕时，需先松开检流计按钮，后松开电源按钮。松开电源按钮。图1-25直流单臂电 桥外形图 3.直流单臂电桥测量过程直流单臂电桥测量过程 1)将被测电阻接入将被测电阻接入“Rx”接线柱两端。估计被测电阻值，选择比例接线柱两端。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”,再按下检流计再按下检流计按钮开关按钮开关“G”,（按钮开关（按钮开关“B”“G”旋转旋转90可锁住），调节比较可锁住），调节比较臂的四支旋钮，使检流计指针指臂的四支旋钮，使检流计指针指“零零”。此时电桥平衡，被测电阻。此时电桥平衡，被测电阻值等于
7、：比例臂读数乘比较臂读数（欧姆）。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，比较臂放在档，比较臂放在1000欧上，按下欧上，按下“B”按钮，然后轻按按钮，然后轻按“G”按钮后即松开，如检流按钮后即松开，如检流计指针晃向计指针晃向“”的一边，说明被测电阻大于的一边，说明被测电阻大于1000欧，可把比例臂欧，可把比例臂放在放在10档，再次接下档，再次接下“B”、“G”按钮，如果指针仍在按钮，如果指针仍在“”边，边，可把比例臂放在可把比例臂放在100档。如果开始时指针晃向档。如果开始时指针晃向“”边，则说明被测边，则
8、说明被测电阻小于电阻小于1000欧，可把比例臂放在档或档上。如此，可得欧，可把比例臂放在档或档上。如此，可得Rx的大约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。数值然后选定倍率，调节四个比较臂读数盘，使检流计平衡。4.直流单臂电桥使用注意事项直流单臂电桥使用注意事项: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。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，比率，以保证比较臂以保证比较臂R4的四档电阻都
9、能充分使用。例如：的四档电阻都能充分使用。例如：Rx为几个欧姆时，应选为几个欧姆时，应选比率为。比率为。3)电源和检流计按钮的使用：测量时先按电源和检流计按钮的使用：测量时先按“电源电源”按钮，再按按钮，再按“检流计检流计”按按钮。钮。选定倍率后选定倍率后,若检流计指针向若检流计指针向“”偏转，说明偏转，说明R4电阻小了，应增加比较臂电阻小了，应增加比较臂R4数值。反之，指针若向数值。反之，指针若向“”偏转，则应减小偏转，则应减小R4数值。测量完毕，先松数值。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）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
10、（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。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。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。测量结束不再使用时，应将检流计的锁扣锁上。问题问题:为什么直流单臂电桥这种桥式结构可以测量为什么直流单臂电桥这种桥式结构可以测量
11、Rx阻值呢，它的工作原理阻值呢，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。是怎样的？这就需要我们讨论一下电阻的串并联问题。四四.理论知识理论知识1.电阻的串并联电阻的串并联 1)电阻串联电路电阻串联电路 设电压、电流参考方向关联，则设电压、电流参考方向关联，则A.电流：各电阻顺序连接，各电阻中流过的电流相同；电流：各电阻顺序连接，各电阻中流过的电流相同；B.电压：电路的总电压等于各串联电阻的电压之和，电压：电路的总电压等于各串联电阻的电压之和，即：即：C.等效电阻：电阻串联，其等效电阻等于各分电阻之和；等效电阻大于等效电阻：电阻串联，其等效电阻等于各分电阻之和；等效电阻大于任
12、意一个串联的分电阻。即任意一个串联的分电阻。即:D.分压：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。分压：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。大。因此串联电阻电路可作分压电路。E.功率：电阻串连时，各电阻消耗的功率与电阻大小成正比，即电阻功率：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
13、功率的总和。的总和。2）电阻的并联）电阻的并联设电压、电流参考方向关联，则设电压、电流参考方向关联，则A.电压电压:各电阻并联连接，各电阻中两端的电压相同；各电阻并联连接，各电阻中两端的电压相同；B.电流电流:电路的总电流等于各并联电阻的电流之和；电路的总电流等于各并联电阻的电流之和；(G=1/R为电导为电导)C.等效电阻等效电阻:D.分流分流:若已知并联电阻电路的总电流，求各分电阻上的电流称分流。若已知并联电阻电路的总电流，求各分电阻上的电流称分流。E.功率功率:电阻并联时，各电阻消耗的功率与电阻大小成反比，即电阻值大电阻并联时，各电阻消耗的功率与电阻大小成反比，即电阻值大者消耗的功率小；等
14、效电阻消耗的功率等于各并连电阻消耗功率的总和。者消耗的功率小；等效电阻消耗的功率等于各并连电阻消耗功率的总和。电路中有电阻的串联，又有电阻的并联的电路称电阻的串并联电路。电电路中有电阻的串联，又有电阻的并联的电路称电阻的串并联电路。电阻相串联的部分具有电阻串联电路的特点，电阻相并联的部分具有电阻阻相串联的部分具有电阻串联电路的特点，电阻相并联的部分具有电阻并联电路的特点。并联电路的特点。3)电阻的混联电阻的混联:例例1 求图求图1-31所示电路的所示电路的I1,I4,U4 解：解：用分流方法用分流方法:用分压方法用分压方法:从上题可得求解串、并联电路的一般步骤：从上题可得求解串、并联电路的一般
15、步骤：A.求出等效电阻或等效电导；求出等效电阻或等效电导；B.应用欧姆定律求出总电压或总电流；应用欧姆定律求出总电压或总电流；C.应用欧姆定律或分压、分流公式求各电阻上的电流和电压。应用欧姆定律或分压、分流公式求各电阻上的电流和电压。判别电路的串并联关系一般应掌握下述四点：判别电路的串并联关系一般应掌握下述四点：A.看电路的结构特点。若两电阻是首尾相联就是串联，是首首尾尾相联就是并看电路的结构特点。若两电阻是首尾相联就是串联，是首首尾尾相联就是并联。联。B.看电压电流关系。若流经两电阻的电流是同一个电流，那就是串联；若两电看电压电流关系。若流经两电阻的电流是同一个电流，那就是串联；若两电组上承
16、受的是同一个电压，那就是并联。组上承受的是同一个电压，那就是并联。C.对电路作变形等效。如左边的支路可以扭到右边，上面的支路可以翻到下面，对电路作变形等效。如左边的支路可以扭到右边，上面的支路可以翻到下面，弯曲的支路可以拉直等；对电路中的短线路可以任意压缩与伸长；对多点接地弯曲的支路可以拉直等；对电路中的短线路可以任意压缩与伸长；对多点接地可以用短路线相连。可以用短路线相连。D.找出等电位点。对于具有对称特点的电路，若能判断某两点是等电位点，则找出等电位点。对于具有对称特点的电路，若能判断某两点是等电位点，则根据电路等效的概念，一是可以用短接线把等电位点联起来；二是把联接等电根据电路等效的概念
17、，一是可以用短接线把等电位点联起来；二是把联接等电位点的支路断开（因支路中无电流），从而得到电阻的串并联关系。位点的支路断开（因支路中无电流），从而得到电阻的串并联关系。4)判别电路的串并联关系判别电路的串并联关系 练习题练习题:求下列各电路中的等效电阻求下列各电路中的等效电阻RAB.直流单臂电桥的原理分析直流单臂电桥的原理分析 1原理分析原理分析:图图1-32是是QJ24型直流单臂电桥原理图。型直流单臂电桥原理图。其中其中R2、R3、R4为标准为标准电阻元件。电阻元件。R4为比较臂，为比较臂，R2、R3为比率臂为比率臂(R2/R3)单臂意即单比率臂。单臂意即单比率臂。Rx为为被测电阻，是为测
18、量臂。被测电阻，是为测量臂。直流单臂电桥用于测量阻直流单臂电桥用于测量阻值（值（1）直流）直流电阻。当电桥平衡时有：电阻。当电桥平衡时有：2.数值计算：数值计算：如图如图1-33，已知，已知E=4.5V,R1=4,R2=10,R3=5,当直流单臂电当直流单臂电桥检流计指示值为零的时候，计桥检流计指示值为零的时候，计算各电阻中电流的大小？算各电阻中电流的大小？解：当检流计指示值为零时，即解：当检流计指示值为零时，即意味着意味着b、c两点同电位，两点同电位，R1与与RX串联，串联，R2与与R3串联，然后两者再串联，然后两者再并联。并联。电桥平衡时，电桥平衡时，RX=2总电流总电流I=E/R总总I1=（R2+R3）II1I2五、拓展知识直流双臂电桥 直流单臂电桥只能测量1欧以上的电阻,而直流双臂电桥，用于测量低值（1欧以下）直流电阻。如果低值电阻仍使用单臂电桥测量，则因Rx很小，而R2、R3、R4也必然很小，四个臂相联接的接点处的接触电阻值和接线电阻值都不容忽略，会使测量结果造成极大的误差。而双臂电桥则解决了这些问题。