直流单臂电桥的使用
实验9直流单臂电桥惠斯登电桥
实验9 直流单臂电桥（惠斯登电桥）一．目的要求1.掌握电桥测量电阻的原理和方法。
2.了解电桥的测量精确度所依赖的条件。
3.学会使用箱式电桥。
二．引言用伏安法测电阻，受所用电表内阻的影响，在测量中往往引入方法误差；用欧姆表测量电阻虽较方便，但测量精度不高。
在精确测量电阻时，常使用电桥进行测量。
其测量方法同电位差计一样同属于比较测量法。
电桥不仅可以测量电阻，还可以测量许多与电阻有关的电学量和非电学量（把这类非电学量通过一定的手段转换为电学量进行测量），而且在自动控制技术中也得到了广泛的应用。
本实验所讨论的是直流单臂电桥（又称惠斯登电桥），主要是用来测量中等阻值（10～105Ω）电阻的；测量低阻（10～10-5Ω）用直流双臂电桥（又称凯尔文电桥）；测量高阻（106～1012Ω）则用专门的高阻电桥或冲击法等测量方法。
三．原理1.电阻的测量 直流单臂电桥的原理性电路如图所示。
它是由四 个电阻R a 、R b 、R 0、R X 联成一个四边形回路，这四个电阻称做电桥的四个“臂”。
在这个四边形回路的一条对角 线的顶点间接入直流工作电源，另一条对角线的顶点间接入检流计，这个支路一般称做“桥”。
适当地调节R 0值，可使C 、D 两点电位相同，检流计中无电流流过，这时称 电桥达到了平衡。
在电桥平衡时有：R a I a =R b I bR X I X =R 0I 0且 I a =I X , I b =I 0则上式整理可得：0ba R R R R X 图9.1 为了计算方便，通常把R a /Rb 的比值选作成10n （n=0,±1,±2,…）。
令C=R a /R b ，则：R X =C R 0 （9.2） 可见电桥平衡时,由已知的R a 、R b （或C ）及R 0值便可算出R X 。
人们常把R a 、R b 称做比例臂，C 为比例臂的倍率；R 0称做比较臂；R X 称做待测臂。
四．仪器用具AC5/Ⅱ型指针式检流计，比例臂电阻四个（10Ω，100Ω，100Ω，1000Ω），电阻箱，甲电池二节，待测电阻两个，电键两个，滑线变阻器，微安表头一只（量限200μA,内阻700Ω左右），QJ —24型箱式直流电桥，数字繁用表。
QJ23型直流单电桥
QJ23型直流单电桥的使用、校验步骤及误差计算(一) QJ23型直流单电桥使用说明1 •面板介绍箱式单臂电桥的形式多样，本实验用QJ23型携带式直流单臂电桥，下图为其面板配置图。
各部分名称如下：⑴检流计，其上有机械调零器；⑵外接表计接线柱；③表计选择开关；⑷比例臂旋钮R1/R2，有七种选择：0.001, 0.01, 0.1，1，10，100，1000；⑸电源选择开关；⑹外接电源接线柱；⑺R3旋钮由四个盘共同构成，分别代表个位，十位, 百位，千位；⑻检流计按钮开关；⑼电源按钮开关；⑽待测电阻R X⑼ ⑻ ⑽2•使用方法(1)调零，检流计零点调节；(2)在仪器底部电池盒中装上3节1号干电池串联，或在外接电源接线柱“B夕卜”上接入4.5伏的直流电源，并将“电源选择”开关拔向相应位置。
(3)连线，将被测电阻R X的两端接到单臂电桥的相应两个接线柱上。
(4)预置，依据(1 )待测电阻R X的估计值，(2) R3的最高位(千位)不能为零，设置R1/R2旋钮和R3旋钮的初始值；(5) _______________________________ 当测量电阻时，应先按“ B ”后按“ G ”按钮，并调节读数盘 R b ,使电流计重新 回到“ 0”位。
断开时应先放“ G ”后放“ B ”按钮。
注意：一般情况下， “B ”按钮应间歇使 用。
此时电桥已处平衡，记录 R I /R 2= , R3= ;而被测电阻R X 为R X = R 1/R 2 X( R 3)欧(6)测灵敏度 S ,调节R 3,使检流计指针左偏(或右偏) 3R3=, z\n =,S(7) 检查数据，整理仪器。
(8) 使用完毕，应把“电源选择”开关拔向“外”位置上。
3■注意事项(1) .不能长时间按下按钮 B ,持续通电易使桥臂电阻升温，影响实验精度; (2) .不能长时间按下按钮 G ,否则可能烧坏检流计。
总之，要间断通电，不能连续通电。
4■数据及结果R XR 1/R 2R 3R 3'Al12345附录一：仪器描述型号 QJ23型直流电阻桥 测量范围 0Q 〜11.110M Q 倍率 量程 分辨力 准确度 X10-3 0-11.110 Q 1m Q 1% X10-2 0-111.10 Q 10m Q 0.5% X10-10-1.1110k Q 100m Q 0.1% X 0-11.110k Q 1 Q 0.1% X 10 0-111.10k Q 10 Q 0.1% X 1020-1.1110M Q100Q0.5%到5个刻度范围，记录 n5-ii.iiOM Q ik Q5%桥路电源 4.5V （3节i.5V i号电池串联）指零仪电源9V （i节6F22型叠层电池）外型尺寸(L)320mrm< (W) 280mr W (H) i70mm重量3kg备注：QJ44型直流双臂电桥，内附晶体管指零仪和能内附工作电源。
大学物理实验报告之直流单臂电桥实验报告
实验题目：直流单臂电桥一. 实验目的：1.掌握电桥测量电阻的原理和方法。
2.了解电桥的测量精确度所依赖的条件。
3.学会使用箱式电桥。
二. 实验原理：1.直流单臂电桥适用范围：测量中等电阻（10~105Ω）2.推导测量公式：电桥平衡时：R a I a=R b I b R x I x=R0I0Ia=Ix I b=I0所以R x=R aR b R0令c=R aR b,则R x=CR03.画出实验电路图：4.比例臂倍率如何适当选取：让比较臂R0电阻旋钮调节的有效位数尽量多，来提高测量精度。
本次实验使用的是四钮电阻箱，要使倍率能读取四位有效数字。
5.电桥灵敏度的概念及与哪些因素有关：通过电流计的电流小于其分辨率δ时，我们不能判断电桥是否偏离平衡，仍认为电桥处于平衡态，这样会带来误差，因此引入电桥灵敏度的概念：S= ΔIΔR x/R x或者S=ΔIΔR0/R0，由基尔霍夫定律推出的表达式：可知，电桥灵敏度S与电源电压的大小E、直流数显微电流计的电流常量K和内阻R g、桥臂电阻，四臂电压关系有关。
由此式可见适当提高电源电压的大小E，选择适当小的电流常量K和内阻R g的直流数显微电流计，适当减小桥臂电阻（R a+R b+R0+R x），尽量将桥臂配置成均压状态。
但具体情况具体方法，兼顾考虑倍率C和灵敏度S的选择。
6.什么是换臂法：C=1时，将Ra 与 Rb 交换可以完全消除倍率C的误差。
两次平衡臂数据分别为R0'和R0''，则R x=√R0′·R0′′≈12(R0′+R0′′)三. 操作步骤：1.测量未知电阻R1（约1200Ω）及S1(1)连接电路，选择Ra=100Ω Rb =100Ω（则C=1），连接电阻箱最大阻值范围，并将其阻值调制最大值。
(2)将支流数显微电流计调零校准。
(3)将电源电压从0调至合适电压（1~3V），按开关观察直流数显微电流计是否超量程，判断电路连接是否有误，无误则开始测量，调节电阻箱至直流数显微电流计示数为0，达到电桥平衡，记下电阻箱示数R0。
单臂电桥的使用方法
单臂电桥的使用方法
1、先将检流计的锁扣打开（内外），调节调零器把指针
调到零位。
2、把被测电阻接在“x R”的位置上。
要求用较粗较短的连接导线，并将漆膜刮净。
接头拧紧，避免采用线夹。
因为接头接触不良将使电桥的平衡不稳定，严重时可能损坏检流计。
3、估计被测电阻的大小，选择适当的桥臂比率，使比较臂的四档都能被充分利用。
这样容易把电桥调到平衡，并能保证测量结果的4位有效数字。
4、先按电源按钮B，（锁定）再按下检流计的按钮G（点接）。
5、调整比较臂电阻使检流计指向零位，电桥平衡。
若指针指“+”，则需增加比较臂电阻，针指向“-”，则需减小比较臂电阻。
6、读取数据：比较臂 比率臂=被测电阻
7、测量完毕，先断开检流计按钮，在断开电源按钮，然后拆除被测电阻，再将检流计锁扣锁上，以防搬动过程中损坏检流计。
通过电桥调节R2、R3、R4数值，当电桥平衡时有：R1=R2×（R3/R4）从而可以测量出被测电阻。
从图可以看出：R1被测电阻包括了引线电阻和接触面接触电阻，故实际电阻应减去引线电阻和接触面接触电阻，被测电阻越小，引线的误差越大，所以单臂电桥常用来测量1欧以上的电阻，一般量程为1～99990欧。
对于开关接触电阻一般在微欧级，不宜使用此电桥，因为引线电阻为毫欧级，无法测量，此时可以使用双臂电桥。
图2 单臂电桥原理图
R1为被测电阻R2、R3、R4为可调电阻P为检流计E为电池。
直流单臂电桥的使用方法
直流单臂电桥的使用方法
直流单臂电桥的使用方法
直流单臂电桥（Digital Force Balance Bridge）是一种新型测试仪器，它由电子源、功率差分器、示波器以及力传感器等部件组成，用于测量机械结构的运动特性、质量、固有频率、谐振特性、碰撞损伤等方面的参数。
下面介绍直流单臂电桥的使用方法：
一、安装环境
1、接线：将电子源、功率差分器、示波器以及力传感器进行接线，连接好各种电子元件，检查接线是否正确，确保直流单臂电桥正常工作。
2、位置：将直流单臂电桥设置在被测物体的旁边，确保被测物体不会受到外界的干扰，保证测试的准确性。
3、调试：将电子源设置好，并调试功率差分器，示波器和力传感器，使得这些部件的各项参数符合要求。
二、测量程序
1、输入信号：将所需要测试的信号输入到直流单臂电桥，并使这些信号通过功率差分器经过变换，得到测试所需要的信号。
2、调参：根据被测物体的参数，调整功率差分器、示波器以及力传感器的参数，确保测试的精度。
3、测量：通过力传感器测量被测物体的参数，并经过示波器对测量的信号进行显示，从而可以得到被测物体的运动参数。
4、结果分析：根据示波器的显示结果，对被测物体的运动参数
进行分析，从而得出测量结果。
以上就是关于直流单臂电桥的使用方法。
在使用前，需要对各个元件进行安装、接线以及调试，然后根据所测量的参数进行调参，最后通过力传感器测量完成测试，并根据示波器显示的结果分析得出结论。
直流单臂电桥的使用与分析
1电若)检桥流流平 经计衡两指时电多臂针，阻:的组和R当X电=有）比2流电Ω是，较流同流通臂一过个过读检电流调数流计，节的时那,旋乘指就针是钮积会串发可。联生；以偏转选,流择过相电流应的的方向电不阻同,与指针之偏转相的连方向接也，不同最。后的Rx读数为比例
功直率流:单电臂阻电并调桥联测零时量，器过各程：电阻用消以耗的测功量率与前电的阻大指小针成反调比零，即工电作阻值。大必者消须耗先的功将率小； 电桥平衡时检，流RX=计2Ω锁扣打开，才能进行调零。
图1-24是直流单臂电桥简易原理图，当电桥检流计指示 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。
值为零的时候，才可以进行读数。 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）。
电流:电路的总电流等于各并联电阻的电流之和； 直流单臂电桥用于测量阻 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。 例1 求图1-31所示电路的I1 ,I4 ,U4 检流计连接片：通常放在“外接”位置。 检流计连接片：通常放在“外接”位置。 直流单臂电桥用于测量阻 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 轻按检流计按钮“G”； 被测电阻，是为测量臂。 桥检流计指示值为零的时候，计 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； 直流单臂电桥测量过程 功率:电阻并联时，各电阻消耗的功率与电阻大小成反比，即电阻值大者消耗的功率小； 例1 求图1-31所示电路的I1 ,I4 ,U4 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。 电桥平衡时，RX=2Ω
简述直流单臂电桥的使用方法
简述直流单臂电桥的使用方法
1. 直流单臂电桥使用方法
直流单臂电桥是一种常用的直流电阻测量电路，它可以测量不同类型电阻的电阻值，比如金属电阻、热敏电阻等。
使用直流单臂电桥可以精确测量电阻的值，使用步骤如下：
（1）将电阻Rb（测量对象）连接到电桥的C点；
（2）将一个已知电阻Ra（桥式电阻）连接到电桥的A点；
（3）将一个变阻器Rc（校正电阻）连接到电桥的B点；
（4）往变阻器Rc接入一定的电流，调节变阻器Rc的电阻值，调节至电桥平衡；
（5）计算Rb的电阻值，Rb=Ra*Rc/(Ra+Rc)，即可得出Rb的电阻值。
在使用直流单臂电桥测量电阻值时，应确保电桥的平衡，以避免测量结果的偏差。
电桥的使用(单臂、双臂)
Rx
P2
I2
R2 D RS
IS
G1
E
G2
K
( 2 )基本公式：
RX R1 RS R2
Rx＝ K Rs
（ 1）
其中K＝ R1 /R2 称为比例臂。因此若已知K 和Rs ，则可得Rx 。
2、电桥的灵敏度：
实验中如何 保证电桥平衡条件
I g 0 成立的准确
程度，主要取决于检流计的 灵敏度及对检流计指针 指零的判断。对已平衡的电桥，调节Rs使其变动 RS ，若
2 LCu
铁棒
R Fe ()
L Fe (cm)
导体直径di 测量数据如下: n
1 dCu(mm) di(10-2mm)
( di dCui d )
2di(10-4(mm)2) dFe(mm)
2
3
4
5
6
d
2 d
Cu
d
（2）计算电阻率 ： 铜棒： Cu R
电桥的使用（单臂、双臂）
电桥电路是电磁测量中电路连接的一种基本方式。由于 它测量准确，方法巧妙，使用方便，所以得到广泛应用。电 桥电路不仅可以使用直流电源，而且可以使用交流电源，故 有直流电桥和交流电桥之分。 直流电桥主要用于电阻测量，它有单电桥和双电桥两种。 前者常称为惠斯登电桥，用于1～10 6 Ω范围的中值电阻测量； 后者常称为开尔文电桥，用于10 -3～1Ω范围的低值电阻测量。 电桥的种类繁多，但直流单电桥是最基本的一种，它是 学习其他电桥的基础。
检流计指针离开平衡位置 d 格，则定义电桥的灵敏度为：
S d (R R)
（2）
3、双臂电桥原理：
（1）双臂电桥原理图：
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直流单臂电桥的使用
5
组织教学 引导学员思考：电阻的测量方法和所使用的仪表
1、 学员活动：用万用表测一些给定的电阻值
2、 学员讨论：请你总结一下测量电阻的方法?
它们各是一种什么测量法？
引言：我们知道电阻的测量，在电气测量中占有重要的地位。
测量方
法可以采用仪表直接测量， 也可以利用欧姆定律间接测量， 但为了得到较高
的测量精度，应用更多的是采用比较测量法，即 用电桥去测量。
单臂电桥主要用来测量各种电机、 变压器及各种电器设备的 直流电
阻。
以进行设备出厂试验及故障分析。
直流单臂电桥又称惠斯登电桥， 是测量1欧姆以上中电阻的 一种比
较精密的测量仪器。
现以 QJ23型直流单臂电桥为例，介绍 它的结构组成和它的使用。
课前活动 （3
导入新课
2 分）
通过学员 的活动和讨 论，激发学 员对新知识 的渴望，从 而自然地切 入新课教学
教学设计 学员首先 明确电桥的 测量范围和 电桥测量的 意义。
揭示课题
QJ23型直流单臂电桥的使用
新授内容 （45 分）
【教师活动】
1、介绍本节课的知识结构
使学员明 确本次课的 教
学目的和
直流单臂电桥
1、电桥的分类和型号
2 、电桥的结构 j 3、电桥的使用方法 .4、电桥的实
际应用、
要求。
2、介绍惠斯登本人简历及他与电桥有关的趣闻轶事
惠斯登：英国物理理学 家，1802年出生于英格兰 的格洛斯特，青少年时代 受到严格的正规训练，兴 趣广泛，动手能力很强， 1834年被伦敦英王学院骋 为实验物理学教授， 1836 年当选为英国伦敦皇家学 会会员， 1837年当选为法 国科学院外国院士。
1868 年由英王封为爵士，。
增加学员 学习的兴趣 和热情，丰 富课堂教学 的效果。
（4 分）
2、数子式
【学员活动：学员通过观察了解电桥的分类】
、直流单臂电桥的结构
【教师活动】
【电脑投影：QJ23型直流单臂电桥的外观图片】请大家结合实物 观察电
桥的组成。
趣闻轶事 ：
?惠斯通电桥不是惠斯发明的
在测量电阻及其它电学实验时，经常会
用到一种叫惠斯通电桥的电路，很多人认 为这种电桥是惠斯通发明的，其实，这是 一个误会，这种电桥是由英国发明家克里 斯蒂在1833年发明的，但是由于惠斯登第一 个用它来测量电阻，所以人们习惯上就把 这种电桥称作了惠斯登电桥
3、、【电脑投影：一些不同类型的电桥】引导学员对电桥分类
一、直流单臂电桥的分类
【电脑板书】
可以给学 员提供一些 网址，供学 员自己学习 时，以便了 解电桥的最 新发展情 况。
（6 分）
1、模拟式
■
I* ■*■■■■■■
■ -』■-=匸
-
【电脑板书】
1、比率臂：有7个档，即0.001 0.01 0.1 1
x10 乂100 汉1000
2、比较臂：4个档位，每个转盘有9个完全相同的电阻组成，分
别构成可调电阻的个位、十位、百位和千位，总电阻从0---
9999欧变化，所以电桥的测量范围为1---9999000 欧姆。
3、检流计G （调零）：根据指针偏转，调节电桥平衡
4、按钮：电源按钮B （可以锁定）、检流计按扭G （点接）
5、接线
端子R X:用于接被测电阻
内、外”接线柱：内接——锁检流计指针外接——可以测量
电源按钮B检
流
ir
按
钮
【教师活动：电脑投影：单臂电桥的原理图】给予一定的指导。
【学员探究活动：讨论电桥平衡时电路中存在的电压和电流平衡
方程式从而得出电桥的测量原理】
I AB = I BC I AD = I DC
U AB = U AD U BC = U DC
R x =严*R Q
R
2
电桥的测量原理：【电脑板书】
被测电阻=比率臂X比较臂
a
（10
分）
电桥的原
理要求学员
在教师的指
导下，自主
探究电桥的
工作原理。
但推导过程
只作一般了
解。
学员熟悉
电桥的面板
结构和各部
分组成的作
用，可以更好
的规范使用
电桥。
教学重点
空白点：
实际操作（25 分）
教学难点
空白点：
【教师指导活动：正确使用仪器仪表，不但能提高工作效率，保证施工质
量，而且对减轻疲劳和安全生产都是非常重要的。
】教师演示
电桥的规范使用步骤。
三、电桥的使用方法【电脑详细板书】
1、先将检流计的锁扣打开（内一►外），调节调零器把指针调到零位。
2、把被测电阻接在“ R x ”的位置上。
要求用较粗较短的连接导线，并将漆膜刮净。
接头拧紧，避免采
用线夹。
因为接头接触不良将使电桥的平衡不稳定，严重时可能损坏检
流计。
3、估计被测电阻的大小，选择适当的桥臂比率，使比较臂的四档都能被充
分利用。
这样容易把电桥调到平衡，并能保证测量结果的4位有效数
子。
4、先按电源按钮B,（锁定）再按下检流计的按钮G （点接）。
5、调整比较臂电阻使检流计指向零位，电桥平衡。
若指针指“ +”, 贝嚅增
加比较臂电阻，针指向“-”，则需减小比较臂电阻。
6读取数据：比较臂汉比率臂=被测电阻
7、测量完毕，先断开检流计按钮，在断开电源按钮，然后拆除被测电阻，
再将检流计锁扣锁上，以防搬动过程中损坏检流计。
8、发现电池电压不足时应更换，否则将影响电桥的灵敏度。
【教师提冋：1、如何能提咼电桥的测量速度？
2 、为什么测量时要下先按下B按钮，再按下G按钮，
而测量完毕时要下先断开G按钮，再断开B按钮？】
【学员分组研究讨论去获得答案】
【教师提问：你知道电桥在实际工作有什么应用吗？】
四、实际应用
【教师设计题目：给你提供万用表、电桥、钳表、摇表，如何检测运行电机
的参数变化是否符合规定？】我们一起来练练手吧！
【学员体验式活动】
现场操作：交流电动机参数测量及评价
学员根据此题性质，总结应做如下测量：
（20 分）
T授课中强
调电桥使用的
规范性，并注
重安全生产教
育。
分组讨论
可以帮助学员
更好地掌握电
桥的使用方
法，同时拓宽
知识点在深层
次的挖掘。
（5分）
（20 分）
在教学中
应根据学员的
工种特点，授
课注重理论联
系生产实际。
这一点很重
要。
编定日期：年月日教师签字：_____________________ 教研组长签字：______________ 审定日期：2000年11 月6日教务主任签字：_________________
附表一：交流电动机参数测量及评价评分表
学生姓名：班级：课程名称：
附表二：交流电动机参数测量及记录分析表
备注：空载电流平衡度和直流电阻平衡度的计算公式：
R a^1
(R u - R V - R W )
Rmax Rmin
100%
3
R av 1
I - I
l av —(I ou - I 0V - I 0W )
4
』100%。