模塊2直流單臂電橋的使用與分析,一、教學目標 終極教學目標：熟悉直流單臂電橋測量電阻的操作步驟，分析其工作原理。 促成教學目標： 熟練掌握歐姆定律的應(yīng)用 理解電阻的串、并聯(lián)特性 掌握電阻混聯(lián)電路的分析和計算過程 動手采用直流單臂電橋測量電阻，理解其工作原理 二、工作任務(wù) 能采用直流單臂電橋測量電阻，當直流單臂電橋檢流計指示值為零的時候，計算各電阻中電流的大小。,三.實踐知識:直流單臂電橋,電阻元件是直流電路中最重要的元件之一，有關(guān)電阻值的測量方法也多種多樣。通常最普遍的方法是直接采用萬用表來測量，只不過測量的結(jié)果誤差較大；實驗室里往往采用伏安法來測量，步驟比較煩瑣；要想精確的測量電阻阻值，直流電橋是最佳的測量儀表。 直流電橋按其功能可分為直流單臂電橋和直流雙臂電橋，其中直流單臂電橋主要適合精確測量1以上的電阻，所以使用比較廣泛。,1.直流單臂電橋簡易原理圖,圖1-24是直流單臂電橋簡易原理圖，當電橋檢流計指示值為零的時候，才可以進行讀數(shù)。,圖1-24直流單臂電橋簡易原理圖,2.直流單臂電橋外殼上的部件,1)檢流計指針:當有電流流過檢流計時,指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn),流過電流的方向不同,指針偏轉(zhuǎn)的方向也不同。 2)比例臂旋鈕、比較臂旋鈕：分別連接R1以及R2、R3電阻（實際電路中電阻有多組），通過調(diào)節(jié)旋鈕可以選擇相應(yīng)的電阻與之相連接，最后的Rx讀數(shù)為比例臂和比較臂讀數(shù)的乘積。 調(diào)零器：用以測量前的指針調(diào)零工作。必須先將 檢流計鎖扣打開，才能進行調(diào)零。 Rx接線柱：用以接被測電阻。 檢流計連接片：通常放在“外接”位置。為提高在 高阻值測量中的精度，需外接高靈敏度檢流計時， 應(yīng)將連接片放在“內(nèi)接”位置，外接檢流計接在 “外接”兩端鈕上。 檢流計按鈕開關(guān)“G”和電源開關(guān)“B”：旋轉(zhuǎn)90 可鎖住，測量過程中調(diào)平衡時按下按鈕“B”然后 輕按檢流計按鈕“G”；在測量具有電感的元件 （如線圈）完畢時，需先松開檢流計按鈕，后 松開電源按鈕。,圖1-25直流單臂電 橋外形圖,3.直流單臂電橋測量過程,1)將被測電阻接入“Rx”接線柱兩端。估計被測電阻值，選擇比例臂的適當數(shù)值。檢查無誤后，先按下電源開關(guān)“B”,再按下檢流計按鈕開關(guān)“G”,（按鈕開關(guān)“B”“G”旋轉(zhuǎn)90可鎖?。?，調(diào)節(jié)比較臂的四支旋鈕，使檢流計指針指“零”。此時電橋平衡，被測電阻值等于：比例臂讀數(shù)乘比較臂讀數(shù)（歐姆）。 2)如無法估計被測電阻值，一般將比例臂放在1檔，比較臂放在1000歐上，按下“B”按鈕，然后輕按“G”按鈕后即松開，如檢流計指針晃向“”的一邊，說明被測電阻大于1000歐，可把比例臂放在10檔，再次接下“B”、“G”按鈕，如果指針仍在“”邊，可把比例臂放在100檔。如果開始時指針晃向“”邊，則說明被測電阻小于1000歐，可把比例臂放在0.1檔或0.01檔上。如此，可得Rx的大約數(shù)值然后選定倍率，調(diào)節(jié)四個比較臂讀數(shù)盤，使檢流計平衡。,4.直流單臂電橋使用注意事項:,1)使用前先把檢流計鎖扣或短路開關(guān)打開，并調(diào)節(jié)調(diào)零器使指針或光點置于零位。2) Rx接好后，先估計一下被測量的電阻阻值范圍，選擇合適的R2/R3比率，以保證比較臂R4的四檔電阻都能充分使用。例如：Rx為幾個歐姆時，應(yīng)選比率為0.001。3)電源和檢流計按鈕的使用：測量時先按“電源”按鈕，再按“檢流計”按鈕。 選定倍率后,若檢流計指針向“”偏轉(zhuǎn)，說明R4電阻小了，應(yīng)增加比較臂R4數(shù)值。反之，指針若向“”偏轉(zhuǎn)，則應(yīng)減小R4數(shù)值。測量完畢，先松開檢流計按鈕，后松開電源按鈕。特別是在測量具有電感的元件（如線圈）一定要遵守上述操作順序，否則將有很大的自感電動勢作用于檢流計，造成檢流計損壞。4)在電橋調(diào)平衡過程中，不要把檢流計按鈕按死，應(yīng)是每改變一次比較臂電阻，按一次按鈕測量一次，直至檢流計偏轉(zhuǎn)較小時，再按死檢流計按鈕。5)測量結(jié)束不再使用時，應(yīng)將檢流計的鎖扣鎖上。 問題:為什么直流單臂電橋這種橋式結(jié)構(gòu)可以測量Rx阻值呢，它的工作原理是怎樣的？這就需要我們討論一下電阻的串并聯(lián)問題。,四.理論知識 1.電阻的串并聯(lián),1)電阻串聯(lián)電路 設(shè)電壓、電流參考方向關(guān)聯(lián)，則A.電流：各電阻順序連接，各電阻中流過的電流相同；B.電壓：電路的總電壓等于各串聯(lián)電阻的電壓之和， 即：,C.等效電阻：電阻串聯(lián)，其等效電阻等于各分電阻之和；等效電阻大于任意一個串聯(lián)的分電阻。即: D.分壓：若已知串聯(lián)電阻兩端的總電壓，求各分電阻上的電壓稱分壓。 電阻串聯(lián)，各分電阻上的電壓與電阻值成正比，電阻值大者分得的電壓大。因此串聯(lián)電阻電路可作分壓電路。,E.功率：電阻串連時，各電阻消耗的功率與電阻大小成正比，即電阻值大者消耗的功率大；等效電阻消耗的功率等于各串連電阻消耗功率的總和。,2）電阻的并聯(lián),設(shè)電壓、電流參考方向關(guān)聯(lián)，則 A.電壓:各電阻并聯(lián)連接，各電阻中兩端的電壓相同； B.電流:電路的總電流等于各并聯(lián)電阻的電流之和；,(G =1/R為電導),C.等效電阻: D.分流:若已知并聯(lián)電阻電路的總電流，求各分電阻上的電流稱分流。 E. 功率:電阻并聯(lián)時，各電阻消耗的功率與電阻大小成反比，即電阻值大者消耗的功率?。坏刃щ娮柘牡墓β实扔诟鞑⑦B電阻消耗功率的總和。,電路中有電阻的串聯(lián)，又有電阻的并聯(lián)的電路稱電阻的串并聯(lián)電路。電 阻相串聯(lián)的部分具有電阻串聯(lián)電路的特點，電阻相并聯(lián)的部分具有電阻 并聯(lián)電路的特點。,3)電阻的混聯(lián):,例1 求圖1-31所示電路的I1 ,I4 ,U4,解： 用分流方法:,用分壓方法:,從上題可得求解串、并聯(lián)電路的一般步驟：A.求出等效電阻或等效電導；B.應(yīng)用歐姆定律求出總電壓或總電流；C.應(yīng)用歐姆定律或分壓、分流公式求各電阻上的電流和電壓。,判別電路的串并聯(lián)關(guān)系一般應(yīng)掌握下述四點：A.看電路的結(jié)構(gòu)特點。若兩電阻是首尾相聯(lián)就是串聯(lián)，是首首尾尾相聯(lián)就是并聯(lián)。B.看電壓電流關(guān)系。若流經(jīng)兩電阻的電流是同一個電流，那就是串聯(lián)；若兩電組上承受的是同一個電壓，那就是并聯(lián)。C.對電路作變形等效。如左邊的支路可以扭到右邊，上面的支路可以翻到下面，彎曲的支路可以拉直等；對電路中的短線路可以任意壓縮與伸長；對多點接地可以用短路線相連。 D.找出等電位點。對于具有對稱特點的電路，若能判斷某兩點是等電位點，則根據(jù)電路等效的概念，一是可以用短接線把等電位點聯(lián)起來；二是把聯(lián)接等電位點的支路斷開（因支路中無電流），從而得到電阻的串并聯(lián)關(guān)系。,4)判別電路的串并聯(lián)關(guān)系,練習題:求下列各電路中的等效電阻RAB.,直流單臂電橋的原理分析,1原理分析:圖1-32是QJ24型直流單臂電橋原理圖。 其中R2、R3、R4為標準 電阻元件。R4為比較臂， R2、R3為比率臂(R2/R3) 單臂意即單比率臂。Rx為 被測電阻，是為測量臂。 直流單臂電橋用于測量阻 值（10.1M）直流 電阻。當電橋平衡時有：,2.數(shù)值計算： 如圖1-33，已知E=4.5V,R1=4, R2=10,R3=5, 當直流單臂電 橋檢流計指示值為零的時候，計 算各電阻中電流的大??？ 解：當檢流計指示值為零時，即 意味著b、c兩點同電位， R1與RX 串聯(lián)，R2與R3串聯(lián)，然后兩者再 并聯(lián)。 電橋平衡時，RX=2 總電流I=E/R總=E/(R1+RX)/(R2+R3)=1.05A I1=（R2+R3）I/(R1+R2+R3+R4)=0.75A I2=I-I1=0.3A,五、拓展知識直流雙臂電橋,直流單臂電橋只能測量1歐以上的電阻,而直流雙臂電橋，用于測量低值（1歐以下）直流電阻。 如果低值電阻仍使用單臂電橋測量，則因Rx很小，而R2、R3、R4也必然很小，四個臂相聯(lián)接的接點處的接觸電阻值和接線電阻值都不容忽略，會使測量結(jié)果造成極大的誤差。而雙臂電橋則解決了這些問題。,