直流单臂电桥的使用与分析.ppt

模块2 直流单臂电桥的使用与分析,一、教学目标 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。 促成教学目标： 熟练掌握欧姆定律的应用 理解电阻的串、并联特性 掌握电阻混联电路的分析和计算过程 动手采用直流单臂电桥测量电阻，理解其工作原理 二、工作任务 能采用直流单臂电桥测量电阻，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。,三.实践知识: 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。 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1以上的电阻，所以使用比较广泛。,1.直流单臂电桥简易原理图,图1-24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。,图1-24直流单臂电桥简易原理图,2.直流单臂电桥外壳上的部件,1)检流计指针:当有电流流过检流计时,指针会发生偏转,流过电流的方向不同,指针偏转的方向也不同。 2)比例臂旋钮、比较臂旋钮：分别连接R1以及R2、R3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Rx读数为比例臂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 检流计锁扣打开，才能进行调零。 Rx接线柱：用以接被测电阻。 检流计连接片：通常放在“外接”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， 应将连接片放在“内接”位置，外接检流计接在 “外接”两端钮上。 检流计按钮开关“G”和电源开关“B”：旋转90 可锁住，测量过程中调平衡时按下按钮“B”然后 轻按检流计按钮“G”；在测量具有电感的元件 （如线圈）完毕时，需先松开检流计按钮，后 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,1)将被测电阻接入“Rx”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“B”,再按下检流计按钮开关“G”,（按钮开关“B”“G”旋转90可锁住），调节比较臂的四支旋钮，使检流计指针指“零”。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）。 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。如果开始时指针晃向“”边，则说明被测电阻小于1000欧，可把比例臂放在0.1档或0.01档上。如此，可得Rx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。,4.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R2/R3比率，以保证比较臂R4的四档电阻都能充分使用。例如：Rx为几个欧姆时，应选比率为0.001。 3)电源和检流计按钮的使用：测量时先按“电源”按钮，再按“检流计”按钮。 选定倍率后,若检流计指针向“”偏转，说明R4电阻小了，应增加比较臂R4数值。反之，指针若向“”偏转，则应减小R4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）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。 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。 问题:为什么直流单臂电桥这种桥式结构可以测量Rx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。,四.理论知识 1.电阻的串并联,1)电阻串联电路 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； B.电压：电路的总电压等于各串联电阻的电压之和， 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。 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。,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的总和。,2）电阻的并联,设电压、电流参考方向关联，则 A.电压:各电阻并联连接，各电阻中两端的电压相同； B.电流:电路的总电流等于各并联电阻的电流之和；,(G =1/R为电导),C.等效电阻: D.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: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 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。,3)电阻的混联:,例1 求图1-31所示电路的I1 ,I4 ,U4,解： 用分流方法:,用分压方法:,从上题可得求解串、并联电路的一般步骤： A.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； 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。,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，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。 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,练习题:求下列各电路中的等效电阻RAB.,直流单臂电桥的原理分析,1原理分析:图1-32是QJ24型直流单臂电桥原理图。 其中R2、R3、R4为标准 电阻元件。R4为比较臂， R2、R3为比率臂(R2/R3) 单臂意即单比率臂。Rx为 被测电阻，是为测量臂。 直流单臂电桥用于测量阻 值（10.1M）直流 电阻。当电桥平衡时有：,2.数值计算： 如图1-33，已知E=4.5V,R1=4, R2=10,R3=5, 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？ 解：当检流计指示值为零时，即 意味着b、c两点同电位， R1与RX 串联，R2与R3串联，然后两者再 并联。 电桥平衡时，RX=2 总电流I=E/R总=E/(R1+RX)/(R2+R3)=1.05A I1=（R2+R3）I/(R1+R2+R3+R4)=0.75A I2=I-I