直流单电桥

3．1．2　直流单电桥

1）工作原理

直流单电桥又称为惠斯登电桥，其原理电路如图3．2所示。

图3．2　直流单电桥原理

图中被测电阻R_x和已知电阻R₂、R₃、R₄互相联结成一个封闭的环形电路。4个电阻的连接点a、b、c、d称为电桥的顶点；由四个电阻组成的支路称为桥臂。在电桥的两个顶点a、b端连接一个直流电源，作为电桥的输入端。另外两个顶点c、d端接一个指零仪，作为电桥的输出端。

当电桥接通电源之后，调节桥臂电阻R₂、R₃、R₄，使c、d两个顶点的电位相等，也就是使指零仪两端没有电压，其电流I_g＝0。称这种状态为电桥平衡状态。当电桥平衡时，必定满足下列条件：

式中：R₂、R₃为电桥的比例臂电阻；R₄为比较臂电阻。

平衡时，I_g＝0，按基尔霍夫定律，I₁＝I₂，I₃＝I₄，代入式（3．5）、式（3．6），两式相除得：

整理后可得：

用电桥测量电阻，实际上是将被测电阻与已知电阻放在电桥上相比较，然后求得被测电阻的一种方法。只要比例臂电阻和比较臂电阻足够准确，比较所得的Rx值其准确度也一定比较高。一般直流单电桥的准确度有0．01、0．02、0．05、0．1、0．2、1．0、1．5、2．0等8个等级。

调节桥臂使电桥平衡（指零仪指零），即可从3个桥臂的电阻，求得被测电阻值。测量的准确度决定于桥臂电阻的准确度。

2）直流单电桥的特点

（1）使用单电桥测量电阻，当被测电阻小于10Ω时，引线电阻、与电桥连接处的接触电阻就不能忽略。如果引线电阻、接触电阻较大，就会使测量结果产生较大误差，影响到桥臂的电阻值和测量的准确度。因此对于单电桥，一方面要规定所能测量的电阻最小值，测量小于10Ω的电阻时，单电桥已不适用，必须选用双电桥；另一方面要求测量时尽可能减少引线和接触电阻，必要时可采用四端钮的连接方式。

（2）电桥的平衡条件是通过检流计的电流I_g为0，所以指零检流计应有足够的灵敏度。但开始测量时灵敏度不能太高，以免损坏仪表，只能在接近平衡后逐步提高它的灵敏度。

从图3．2可以证明：

式中：R_g为指零仪的内阻；U为电源电压。

按式（3．9）求出的I_g其符号代表通过指零仪的电流方向，还可证明电桥灵敏度与电源电压有关。电源电压越高，灵敏度也越高，越容易判断平衡，为此总是尽量提高电源电压，但以不使桥臂电阻超负荷为原则。

（3）直流单电桥也可以运用于不平衡状态，从式（3．9）还可以看出，当电压U及桥臂电阻R₂、R₃、R₄为定值时，R_x与I_g成函数关系。如果用可以读出电流值的电流表做指零仪，那么就可以从I_g大小推算出R_x的值，这种使用方法的电桥称为不平衡电桥。它在自动检测中应用十分广泛。

3）单电桥的使用步骤

（1）使用前先将检流计锁扣打开，并调节调零器使指针或光点指示器置于零位。

（2）若使用外接电源，其电压应按规定选择。太高会损害桥臂电阻，太低又会降低灵敏度。若使用外接检流计作指零仪，也应按规定选择其灵敏度和临界电阻。

（3）接好被测电阻Rx后，应先估计一下它的大约数值，以选择合适的比率，保证比较臂的4组电阻能全部用上。

（4）测量时，应先按“电源”按钮，再按“检流计”按钮，然后调节平衡。测量完毕，应先打开“检流计”按钮，再松开“电源”按钮。特别是被测电阻元件具有电感时，一定要遵守上述操作次序，否则检流计回路再打开“电源”按钮时可能会产生很大自感电动势，使检流计损坏。

在调节过程中，也不宜将“检流计”按钮按死，以免检流计通电时间太长。

（5）测量结束并不再使用时，应将检流计锁扣锁上。