直流单臂电桥的原理解析

直流单臂电桥的原理电路如图2-1所示。图中连成四边形的4条支路dc、cb、ba、ad，称为电桥的4个臂，其中ba接有被测电阻Rx，其余3个臂为标准电阻或可变的标准电阻。在四边形的两个顶点a、c之间连接直流电源E和按钮S，在另两个顶点b、d之间连接检流计。

当接通按钮开关S之后，调节桥臂电阻R2、R3和R4，使检流计指零（即IG＝0），称为电桥平衡。平衡时，有

I1Rx＝I2R4

I1R2＝I2R3

可得　

图2-1　直流单电桥原理电路

上两式是电桥平衡的条件，电桥平衡与所加电压无关，而仅决定于4个电阻的相互关系，即相邻桥臂电阻必须成比例或相对桥臂电阻的乘积必须相等。

制造时，使R2/R3的值为可调十进倍数的比率，如0.1、1、10、100等。这样，Rx便为已知量R4的十进倍数，便于读取被测值。电阻R2、R3称为电桥的比例臂，电阻R4称为比较臂。

直流单臂电桥的准确度可以做得很高，这是因为标准电阻R2、R3和R4的准确度可达10-3以上，且检流计的灵敏度很高，可以保证电桥处于精确的平衡状态。比较臂R4的读数位数即测量有效数字的位数与电桥的精度相对应，一般若精度为10-n，则R4读数应为n+1位。

电桥的平衡条件虽不受电源电压的影响；但为了保证电桥足够灵敏，电源电压应保证有足够的数值。常见的携带式单臂电桥有QJ23型，其准确度等级为0.2级。比例臂R2/R3由8个电阻组成，分成10-3、10-2、10-1、1、10、102和103七挡，由转换开关换接，比例臂R2/R3的值（称为倍率）示于面板左上方的读数盘上。比较臂R4用4个可调电阻箱串联而成，这4个电阻箱分别由9个1Ω、9个10Ω、9个100Ω和9个1000Ω的电阻组成，可得到在0～9999Ω范围内变动的电阻值。比较臂R4的值由面板上4个形状相同的读数盘所示的电阻值相加而得。(www.xing528.com)

面板的右下方有一对接线柱，标有“Rx”，用以连接被测电阻，作为一个桥臂。

电桥内附有检流计，检流计支路上装有按钮开关G，也可外接检流计。在面板左下方有3个接线柱，使用内接检流计时，用接线柱上的金属片将下面2个接线柱短接。检流计上装有锁扣，可将可动部分锁住，以免搬动时损坏悬丝。需要外接检流计时，用金属片将上面2个接线柱短接，并将外接检流计接在下面两个接线柱上。

电桥内附有电源，需装入1号电池3节。如测量大电阻时，也可外接电源，面板左上方有一对接线柱，标有“+”、“-”符号，供外接电源用。

面板中下方有2个按钮开关，其中“G”为检流计支路的开关，“B”为电源支路的开关。其使用方法是：

（1）先打开检流计锁扣，再调节调零器，使指针位于零点。

（2）将被测电阻Rx接到标有“Rx”的两个接线柱之间，根据被测电阻Rx的近似值（可先用万用表来测量），选择合适的比率臂倍率，以便让比较臂的4个电阻全部用上，以提高读数的精度。例如Rx约等于5Ω，则可选择倍率为0.001。

若电桥平衡时比较臂读数为5123Ω，则被测电阻为

Rx＝倍率×比较臂的读数＝0.001×5123＝5.123（Ω）

可读得4位有效数字。如选择倍率为1，则比较臂的前三个电阻都无法用上，只能测量Rx＝1×5＝5（Ω），只有一位有效数字。

（3）测量时，应先按电源按钮“B”，再按检流计按钮“G”。若检流计指针向“+”偏转，表示应加大比较臂电阻；若指针向“-”偏转，则应减小比较臂电阻。反复调节比较臂电阻，使指针趋于零位，电桥即达到平衡。调节开始时，电桥离平衡状态较远，流过检流计的电流可能很大，使指针剧烈偏转，故先不要将“G”按钮按下，只能调节一次比较臂电阻，然后按一下“G”，至指针偏转较小时，才开锁住“G”按钮。

（4）测量结束，应先松开“G”按钮，再松开“B”按钮。否则，在测量具有较大电感的电阻时，会因断开电源而产生自感电动势，此电动势作用到检流计回路，会使检流计损坏。

（5）电桥不用时，应将检流计用锁扣锁住，以免搬动时震坏悬丝。