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1、模塊2直流單臂電橋的使用與分析,一、教學(xué)目標(biāo) 終極教學(xué)目標(biāo)：熟悉直流單臂電橋測(cè)量電阻的操作步驟，分析其工作原理。 促成教學(xué)目標(biāo)： 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(jì)算過(guò)程 動(dòng)手采用直流單臂電橋測(cè)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(cè)量電阻，當(dāng)直流單臂電橋檢流計(jì)指示值為零的時(shí)候，計(jì)算各電阻中電流的大小。,三.實(shí)踐知識(shí):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(cè)量方法也多種多樣。通常最普遍的方法是直接采用萬(wàn)用表來(lái)測(cè)量，只不過(guò)測(cè)量的結(jié)果誤差較大；實(shí)驗(yàn)室里往往采用伏安法來(lái)測(cè)量，步驟比較煩瑣；要想精確的測(cè)量電阻阻值，直
2、流電橋是最佳的測(cè)量?jī)x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(cè)量1以上的電阻，所以使用比較廣泛。,1.直流單臂電橋簡(jiǎn)易原理圖,圖1-24是直流單臂電橋簡(jiǎn)易原理圖，當(dāng)電橋檢流計(jì)指示值為零的時(shí)候，才可以進(jìn)行讀數(shù)。,圖1-24直流單臂電橋簡(jiǎn)易原理圖,2.直流單臂電橋外殼上的部件,1)檢流計(jì)指針:當(dāng)有電流流過(guò)檢流計(jì)時(shí),指針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn),流過(guò)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(shí)際電路中電阻有多組），通過(guò)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(cè)
3、量前的指針調(diào)零工作。必須先將 檢流計(jì)鎖扣打開(kāi)，才能進(jìn)行調(diào)零。 Rx接線柱：用以接被測(cè)電阻。 檢流計(jì)連接片：通常放在“外接”位置。為提高在 高阻值測(cè)量中的精度，需外接高靈敏度檢流計(jì)時(shí)， 應(yīng)將連接片放在“內(nèi)接”位置，外接檢流計(jì)接在 “外接”兩端鈕上。 檢流計(jì)按鈕開(kāi)關(guān)“G”和電源開(kāi)關(guān)“B”：旋轉(zhuǎn)90 可鎖住，測(cè)量過(guò)程中調(diào)平衡時(shí)按下按鈕“B”然后 輕按檢流計(jì)按鈕“G”；在測(cè)量具有電感的元件 （如線圈）完畢時(shí)，需先松開(kāi)檢流計(jì)按鈕，后 松開(kāi)電源按鈕。,圖1-25直流單臂電 橋外形圖,,,3.直流單臂電橋測(cè)量過(guò)程,1)將被測(cè)電阻接入“Rx”接線柱兩端。估計(jì)被測(cè)電阻值，選擇比例臂的適當(dāng)數(shù)值。檢
4、查無(wú)誤后，先按下電源開(kāi)關(guān)“B”,再按下檢流計(jì)按鈕開(kāi)關(guān)“G”,（按鈕開(kāi)關(guān)“B”“G”旋轉(zhuǎn)90可鎖?。{(diào)節(jié)比較臂的四支旋鈕，使檢流計(jì)指針指“零”。此時(shí)電橋平衡，被測(cè)電阻值等于：比例臂讀數(shù)乘比較臂讀數(shù)（歐姆）。 2)如無(wú)法估計(jì)被測(cè)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(kāi)，如檢流計(jì)指針晃向“”的一邊，說(shuō)明被測(cè)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(kāi)始時(shí)指針晃向“”邊，則說(shuō)明被測(cè)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
5、倍率，調(diào)節(jié)四個(gè)比較臂讀數(shù)盤(pán)，使檢流計(jì)平衡。,4.直流單臂電橋使用注意事項(xiàng):,1)使用前先把檢流計(jì)鎖扣或短路開(kāi)關(guān)打開(kāi)，并調(diào)節(jié)調(diào)零器使指針或光點(diǎn)置于零位。2) Rx接好后，先估計(jì)一下被測(cè)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(gè)歐姆時(shí)，應(yīng)選比率為0.001。3)電源和檢流計(jì)按鈕的使用：測(cè)量時(shí)先按“電源”按鈕，再按“檢流計(jì)”按鈕。 選定倍率后,若檢流計(jì)指針向“”偏轉(zhuǎn)，說(shuō)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(cè)量完畢，先松開(kāi)檢流計(jì)按鈕，后松開(kāi)電源按鈕。特別是在測(cè)量具有電感的元件（如線圈）一定要遵守上述操
6、作順序，否則將有很大的自感電動(dòng)勢(shì)作用于檢流計(jì)，造成檢流計(jì)損壞。4)在電橋調(diào)平衡過(guò)程中，不要把檢流計(jì)按鈕按死，應(yīng)是每改變一次比較臂電阻，按一次按鈕測(cè)量一次，直至檢流計(jì)偏轉(zhuǎn)較小時(shí)，再按死檢流計(jì)按鈕。5)測(cè)量結(jié)束不再使用時(shí)，應(yīng)將檢流計(jì)的鎖扣鎖上。 問(wèn)題:為什么直流單臂電橋這種橋式結(jié)構(gòu)可以測(cè)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(wèn)題。,,四.理論知識(shí) 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(guò)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
7、之和；等效電阻大于任意一個(gè)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(chēng)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(shí)，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(dǎo)),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(chēng)分流。
8、E. 功率:電阻并聯(lián)時(shí)，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??；等效電阻消耗的功率等于各并連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(chēng)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(diǎn)，電阻相并聯(lián)的部分具有電阻 并聯(lián)電路的特點(diǎn)。,,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(dǎo)；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(diǎn)：A.看電路的結(jié)構(gòu)
9、特點(diǎn)。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(gè)電流，那就是串聯(lián)；若兩電組上承受的是同一個(gè)電壓，那就是并聯(lián)。C.對(duì)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(duì)電路中的短線路可以任意壓縮與伸長(zhǎng)；對(duì)多點(diǎn)接地可以用短路線相連。 D.找出等電位點(diǎn)。對(duì)于具有對(duì)稱(chēng)特點(diǎn)的電路，若能判斷某兩點(diǎn)是等電位點(diǎn)，則根據(jù)電路等效的概念，一是可以用短接線把等電位點(diǎn)聯(lián)起來(lái)；二是把聯(lián)接等電位點(diǎn)的支路斷開(kāi)（因支路中無(wú)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(xí)題:求下列各電路中的等效電阻RAB.,,,,直
10、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(biāo)準(zhǔn) 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(cè)電阻，是為測(cè)量臂。 直流單臂電橋用于測(cè)量阻 值（10.1M）直流 電阻。當(dāng)電橋平衡時(shí)有：,2.數(shù)值計(jì)算： 如圖1-33，已知E=4.5V,R1=4, R2=10,R3=5, 當(dāng)直流單臂電 橋檢流計(jì)指示值為零的時(shí)候，計(jì) 算各電阻中電流的大??？ 解：當(dāng)檢流計(jì)指示值為零時(shí)，即 意味著b、c兩點(diǎn)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(shí)，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(shí)直流雙臂電橋,,直流單臂電橋只能測(cè)量1歐以上的電阻,而直流雙臂電橋，用于測(cè)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(cè)量，則因Rx很小，而R2、R3、R4也必然很小，四個(gè)臂相聯(lián)接的接點(diǎn)處的接觸電阻值和接線電阻值都不容忽略，會(huì)使測(cè)量結(jié)果造成極大的誤差。而雙臂電橋則解決了這些問(wèn)題。,
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