电工仪表测量-直流开尔文电桥使用说明

1.直流开尔文电桥的工作原理

直流开尔文电桥的工作原理如图1-36所示。与惠斯顿电桥不同，被测电阻R_x与标准电阻R₄共同组成一个桥臂，标准电阻R_n和R₃组成另一个桥臂，R_x与R_n之间用一阻值为r的导线连接起来。为了消除接线电阻和接触电阻的影响，R_x与R_n都采用两对端钮，即电流端钮C1，C2，C_n1，C_n2，电位端钮P1，P2，P_n1，P_n2。桥臂电阻R₁、R₂、R₃、R₄都是阻值大于10Ω的标准电阻，R是限流电阻。调节各桥臂电阻，使检流计指零，即I_P=0。则I₁=I₂，I₃=I₄。根据基尔霍夫第二定律可写出三个回路电压方程。

图1-36 直流开尔文电桥的工作原理

对Ⅰ回路

I₁R₁=I_nR_n+I₃R₃

对Ⅱ回路

I₁R₂=I_nR_x+I₃R₄

对Ⅲ回路

（I_n-I₃）r=I₃（R₃+R₄）

解方程组求得

由式（1-5）可知，用开尔文电桥测量电阻时，R_x由两项决定。其中第一项与惠斯顿电桥相同，第二项称为“校正项”。为了使开尔文电桥平衡时，求解R_x的公式与惠斯顿电桥相同，必须使校正项等于零。所以，要求R₃/R₁=R₄/R₂，同时使r→0。为满足上述条件，开尔文电桥在结构上采取了以下措施：

1）将R₁与R₃、R₂与R₄采用机械联动的调节装置，使R₃/R₁的变化和R₄/R₂的变化保持同步，从而满足R₃/R₁=R₄/R₂。

2）连接R_x与R_n的导线，尽可能采用导电性良好的粗铜母线，使r→0。

用开尔文电桥测量小电阻时，接线电阻和接触电阻的影响是怎样被消除的呢？下面从三个方面加以分析：(www.xing528.com)

1）电流端钮C_n1和C1的接触电阻以及接线电阻都串联在电源电路中，它只影响电流I的大小，但不影响电桥的平衡，故与测量结果无关。

2）另一电流端钮C_n2和C2的接触电阻是与r串联的，由于r很小，故也不会影响测量结果。

3）电位端钮P1、P2、P_n1、P_n2的接触电阻和接线电阻可以分别归并到标准电阻R₂、R₄、R₁、R₃中。而这四个电阻的阻值均大于10Ω，远远大于电位端钮的接触电阻和接线电阻，从而使它们的影响小到可以忽略的程度。

综上所述，直流开尔文电桥可以较好地消除接触电阻和接线电阻的影响，从而在测量1Ω以下的小电阻时，能够获得较高的准确度。

图1-37 QJ103型直流开尔文电桥的面板 1—倍率旋钮 2—标准电阻读数盘 3—检流计

2.QJ103型直流开尔文电桥

QJ103型直流开尔文电桥的面板如图1-37所示。四个桥臂电阻做成固定倍率形式，通过机械联动转换开关的转换，可得到×100、×10、×1、×0.1和×0.01五个固定倍率，并保持R₃/R₁=R₄/R₂。标准电阻R_n的数值可在0.01～0.11Ω范围内连续调节，其调节旋钮与读数盘一起装在面板上。测量时，调节倍率旋钮和R_n的调节旋钮使电桥平衡。

检流计指零时，被测电阻=倍率数×读数盘读数。

QJ103型直流开尔文电桥的测量范围是0.0011～11Ω，使用1.5～2V的直流电源，并备有外接电源用的接线端子。

直流开尔文电桥的使用方法如下：

1）被测电阻有电流端钮和电位端钮时，要与电桥上相应的端钮相连接。要注意电位端钮总是在电流端钮的内侧，且两电位端钮之间的电阻就是被测电阻。如果被测电阻没有电流端钮和电位端钮，则应自行引出电流和电位端钮。图1-38所示为用开尔文电桥测量导线电阻，注意尽量用短粗的导线接线，接线间不得绞合，并要接牢。

2）直流开尔文电桥工作时的电流较大，故测量时动作要迅速，以免电池耗电量过大。

图1-38 开尔文电桥测量导线电阻的接线