直流双臂电桥测低值电阻

电阻按照阻值大小区分，大致可分三类：在1Ω以下的为低电阻；在1Ω～100kΩ之间的为中值电阻；在100kΩ以上的为高电阻。不同阻值的电阻，测量方法是不尽相同的。用惠斯通电桥测量中值电阻时，可以忽略导线本身的电阻和接点处的接触电阻的影响（总称为附加电阻，一般附加电阻约为10^-3Ω左右）。若待测R_x是低电阻，则这些附加电阻就不能忽略了。对惠斯通电桥加以改进而成的双臂电桥（又名开尔文电桥）消除了附加电阻的影响，适用于10^-6～10²Ω电阻的测量。常用来测量金属材料的电阻率、电机、变电器绕组的电阻、低阻值线圈电阻、电缆电阻、开关接触电阻以及直流分流器电阻等。

【实验目的】

1．  学习用双臂电桥测低电阻的原理和方法。

2．了解测低值电阻时接线电阻和接触电阻的影响及其避免的方法。

3. 测定金属棒的电阻率。

【实验仪器】

QJ44型携带式直流双臂电桥，待测电阻若干，直尺，螺旋测微器等。

【实验原理】

1、  电阻的四端接法

图1中C₁、C₂是电流端，通常接电源回路，从而将这两端的引线电阻和接触电阻折合到电源回路的其它串联电阻中；P₁、P₂是电压端，通常接测量电压用的高电阻回路或电流为零的补偿回路，从而使这两端的引线电阻和接触电阻对测量的影响大为减少。采用这种接法的电阻称为四端电阻。

2、本实验使用的是QJ44型双臂电桥，其工作原理如图2所示。图2中待测电阻R_x和比较用的标准低电阻R_N均采用四端接法。从电桥中看出，当桥臂电阻R₁、R₂、R₃、R₄取值较大时（>10Ω），与它们对应的导线电阻与接触电阻都可以忽略不计。待测电阻电阻R_x和标准低电阻R_N的电压端P₁、P₁′、P₂、 P₂′的附加电阻由于和高阻值桥臂串联，其影响就大大减少；两个靠外侧的电流端C₁、C₁′的附加电阻串联在电源回路中，对电桥没有影响；两个内侧的电流端C₂、C₂′的附加电阻和连线电路总和为r，只要适当调节R₁、R₂、R₃、R₄的阻值，就可以消除r对测量结果的影响。

调节电阻R₁、R₂、R₃、R₄，使流过检流计G的电流为零，电桥达到平衡，根据基尔霍夫定理得到以下三个回路方程：

        

将上面三式联解，并消去I₁、I₂和I₃可得

    　                     （1）

式（1）就是双臂电桥的平衡条件，可见r对测量结果是有影响的。为了使待测电阻R_X的值便于计算及消除r对测量结果的影响，可以设法使第二项为零。通常把双臂电桥做成同轴联动式，使得在调整平衡时R₁、R₂、R₃和R₄同时改变，而始终保持成比例。即

　　　                    　　　　　　                （2）

在此情况下，不管r多大，第二项总为零。于是平衡条件简化为

　　　                                       （3）

或                                            （4）

从上面的推导看出，双臂电桥的平衡条件和单臂电桥的平衡条件形式上一致，而电阻r可以消除在平衡条件中，因此r的大小并不影响测量结果，这是双臂电桥的特点。

【仪器简介】

1、QJ44型双臂电桥面板布置图

如图3所示：

图3

2、仪器结构

（1）QJ44型双臂电桥比例臂由×100、×10、×1、×0.1和×0.01所组成。读数盘由一个十进盘和一个滑线盘组成的。

（2）检流计包括一个调制型放大器、一个调零电位器和一个调节灵敏度电位器以及一个检流计表头。表头上备有机械调零装置，在测量前，可预先调整零位。当放大器接通电源后，若表针不在中间零位，可用调零电位器，调整表针至中央零位。

（3）在检流计和电源回路中设有可锁住的按钮开关。

（4）QJ44型双臂电阻电桥的原理线路如图4所示。

图4

3、电桥各量程，有效量程，等级指数和基准值如下表所示：

4、使用方法

（1）将仪器连好专用电源线，插入220V插座,打开后面的电源开关，电桥就能工作。

（2）将被测电阻，按四端连接法，接在电桥相应的C₁、P₁、C₂、P₂的接线柱上，如图5所示，AB之间为被测电阻。

图5

（3）“B1”开关打到“通”位置，检流计工作电源接通，等待5min后，调节检流计指针指在零位上。

（4）估计待测电阻值大小，选择适当量程倍率位置，先按下“G”按钮，再按下“B”按钮，调节步进和滑线读数盘，使检流计指针在零位上，电桥平衡，被测电阻按下式计算：

待测电阻值（R_X）= 量程倍率读数 ×（步盘读数＋滑线盘读数）

（5）在测量未知电阻时，为保护检流计指针不被打坏，检流计的灵敏度调节旋钮应放在最低位置，使电桥初步平衡后再提高检流计灵敏度。在改变检流计灵敏度或环境等因素的影响，有时会引起检流计指针偏离零位，在测量之前，随时都可以调节检流计零位。

【实验内容与步骤】

1、      用开尔文直流双臂电桥与惠斯顿直流单臂电桥，分别测出三个待测电阻的电值，对结果进行比较，并作分析说明。

2、用直尺和螺旋测微计测出金属棒的直径d，有效长度l及对应的阻值R，用作图法计算金属棒的电阻率。

【注意事项】

1、在测量电感电路和直流电阻时，应先按下“B”按钮，再按下“G”按钮，断开时，应先断开“G”按钮，后断开“B”按钮。

2、测量0.1Ω时以下阻值时，“B”按钮应间歇使用。

3、在测量0.1Ω以下阻值时，C₁、P₁、C₂、P₂接线柱到被测量电阻之间的连接导线电阻为0.005～0.01Ω，测量其它阻值时，连接导线电阻应不大于0.05Ω。

4、电桥使用完毕后，“B”和“G”按钮应松开，检流计工作电源开关应处于关闭位置，避免消耗电能，同时也能防止内部元件发热影响测量精度。

【思考题】

1、 开尔文直流双臂电桥与惠斯顿直流单臂电桥有哪些异同？

2、 直流双臂电桥的基本原理是什么? 它是如何消除附加电阻的影响的?

3、  被测低电阻为何具有四个端连接？如果电位端与电流端连接错误会有什么现象？

第二篇：QJ44型直流双臂电桥

QJ44型直流双臂电桥

使 用 说 明 书

一、用途

QJ44 型携带式直流双臂电桥，内附晶体管检流计和能内附工作电源。适合于工矿企业、实验室或车间现场，对直流以低值电阻作准确测量。如用来测量金属导体的导电系数，接触电阻、电动机、变压器绕组的电阻值，以及其它各类直流低值电阻。

二、电桥主要性能

1、准确度等级：0.2 级。

2、使用温度范围：5℃～45℃。

3、测量范围：0.00001～11Ω，基本量限 0.01～11Ω。

4、准确度：电桥在环境温度为 20℃±10℃，相对湿度小于 80%的条件下，在基本量限内，允许测量误差为：

I△I≤a%Rmax（允许误差为滑线读书刻度4小格）

а…………………………………准确度等级（0.2 级） Rmax…………………………电桥读数的满刻度（Ω）

5、内附晶体管检流计，具有足够的灵敏度。在基本量限内，当滑线读数盘刻度变化 4 小格，检流计指针偏离零位不小于 1 格。

6、电桥的工作电源为 1.5V～2V（内附电源为 1.5V1 号手电筒电池 4 节并联），晶体管检流计工作电源为 6F22、9V（2 节并联）。

7、仪器外形尺寸：300×255×150mm。

8、仪器重量：约 4.5Kg。

三、线路和和结构

1、QJ44 双臂电桥面板位置图

(1) 电桥外接工作电源接线柱 (2) 检流计灵敏度调节旋钮；

(3) 晶体管检流计工作电源开关 (4) 滑线读数盘；

(5) 步进读数开关 (6) 检流计按钮开关；

(7) 电桥工作电源按钮开关 (8) 被测电阻电流端接线柱

(9) 量程因素读数开关 (10) 被测电阻电位端接线柱

(11) 检流计电气调零旋钮 (12) 被测电阻电流端接线柱

(13) 检流计指示表头

2、电桥线路：

四、使用方法

1、在电池盒内，装入 1.5V1 号手电筒电池 4~6 节并联使用和 2 节 6F22、9V 并联使用，此时电桥就能正常工作。如用外接直流电源

1.5~2V 时，电池盒内的 1.5V 电池，应预先全部取出。

2、“B1”开关扳到通位置，等稳定后（约 5 分钟），调节检流计指针在零位。

3、灵敏度旋钮放在最低位置。

4、将被测电阻，按四端连接法，接在电桥相应的C1、P1、P2、C2、的接线柱上。如下图所示，AB之间为被测电阻。

5、估计被测电阻值大小，选择适当倍率位置，先按“G”按钮，再按“B”按钮，调节步进读数和滑线读数，使检流计指针在零位上。如发现检流计灵敏度不够，应增加其灵敏度，移动滑线盘 4 小格，检流计指针偏离零位约 1 格，就能满足测量要求。在改变灵敏度时，会引起检流计指针偏离零位，在测量之前，随时都可以调节检流计零位。被测电阻按下式计算：

被测电阻值=倍率读数×（步进读数+滑线读数）

被测电阻范围与倍率位置选择按下表：

倍率 被测电阻范围（Ω）

×100 1.1~11

×10 0.11~1.1

×1 0.011~0.11

×0.1 0.0011~0.011

×0.01 0.00001~0.0011

QJ44 型晶体管检流计简易修理

晶体管检流计常见故障有以下几种：不工作、灵敏度低、调零调不到零等等。如果有条件，可以用示波器、毫伏表、讯号发生器等电子仪器来检查故障。在这里我们只介绍简易的检修方法，供在修理时参考。 (http://www.xb1718.co.cc)

一、对分法

在修理时，有些同志感到无从下手，或是无目的地焊这拆那，往往故障未查出，反把好的元件弄坏。用对分法检查故障，即能避免全面检查而浪费时间，又能不至无故损坏元件。所谓对分法，即在故障范围中，选择一点进行检查，判别故障发生在此点前，还是在此点后，这样就能肯定一半，然后在剩下的故障范围内，再找一点进行检查，按此方法检查下去，就会很快地找到故障所在点。

1、例如在电源、表头和讯号输入均无故障的情况下；晶体管检流计不工作。用对分法来检查故障，在图 1 中，选择(5)点作为检查点，调节W，如果表头指针相应会偏转，则来自振荡器的讯号能从(6)点（BG3发射极）输入而进行放大、解调，可见振荡器，解调器的工作正常。而交流放大器是一个整体，BG2—BG5也不会有问题。显然故障一下就缩小到调制器所属范围内。

2、如果调节 W，表头指针无反应，或反应不明显，则问题在调制以外的回路中，再选(4)点，解调器输入端，用一导线，一头接触(4)点，另一头分别与(7)和(8)两点相接触，如果表头指针相应打向两边，则解调器和振荡器工作正常，故障发生在交流放大器内。

3、在剩下的振荡器和解调器中选择(9)和(10)两点，用万用表交流电压档测量以上两对地之间的交流电压，若分别约 1V 和 1.5V，表明振荡器工作正常。最后只需检查解调器就是了。检查解调器除了检查电路是否有假焊外，主要判别场效应管是否损坏。也可检查(7)和(8)两点对地电压，用万用表测量时，须串接一个 5μF 以上电容。如果两点对地电压很低，或其中一点不正常，则振荡器可能正常，而调制或解调中场效应管栅极严重漏电。如果(7)和(8)两点对地无电压，再用直流电压表测(7)和(8)对地直流电压，就可查出故障点。

二、也可以用讯号注入法检查晶体管检流计

在被修理印刷板上找到图 1 所示各对应点。

1、将一手指触及(1)，另一手指触及(11)，此时表头指针打向一边，说明直流正电压能从(1)输入，(1)以后所有电路均无问题，而检修(1)以前的线路是十分简单的。

2、如果直流信号输不进，则用交流输入：将一手指触及(2)或(3)，另一手指先后触及(7)和(8)，此时表头指针应分别打向两边。如果触及(7)和

(8)，表头指针向一个方向偏转，而另一方向无指示，则问题在解调器。表头指针无指示，则问题在交流放大器和解调器线路中。

三、电流电压测量法

用万用表测量晶体管检流计总电流约 0.8mA（电源电压在 9V 时），也可以测量交流放大器的各点工作电压和振荡器输出电压来判断。如果测量数值与典型数据偏差太大，说明线路有问题。

四、修理注意事项

1、在修理晶体管检流计时，可用以上三种方法来确定故障点。

2、在焊接 3DO2 场效应管时，烙铁应很好接地，最好断电焊接。

3、在检查元件时，应重点检查场效应管是否损坏，电容器容量误差无关紧要，而对电容器漏电要求较高，检测元件方法请参阅有关资料。

4、焊接元件时，应使用 24W 烙铁，并防止印刷板线条短路和翘起。

5、晶体管检流计原理图和装配图中所标晶体管型号仅供参考。

五、注意事项和维护保养

1、在测电感电路的直流电阻时，应先按下“B”按钮，再按下“G”按钮，断开时，应先断开“G”按钮，后断开“B”按钮。

2、测量 0.1Ω 以下阻值时，“B”按钮应间歇使用。

3、在测量 0.1Ω以下阻值时，C1、P1、P2、C2、接线柱到被测量电阻之间的连接导线电阻为 0.005Ω~0.01Ω；测量其它阻值时，连接导线电阻可不大于 0.05Ω。

4、电桥使用完毕后，“B”与“G”按钮应松开。“B1”开关应扳向“断”位置，避免浪费晶体管检流计放大工作电源。

5、如电桥长期搁置不用，应将电池取出。

6、如电桥长期搁置不用，在接触处可能产生氧化，造成接触不良，使接触良好，再涂上一薄层无酸性凡士林，予以保护。

7、电桥应贮放在环境温度+5℃~+45℃，相对湿度小于 30%的条件下，室内空气中不应含有能腐蚀仪器的气体和有害杂质。

8、仪器应保持清洁，并避免直接曝晒和剧烈震动。

9、仪器在使用中，如发现检流计灵敏度显著下降，可能因电池寿命完毕引起，因更换新的电池。

10、在用户遵守技术条件所规定的使用、运输及储藏的条件下，从交货之日起一年内，因制造质量不良而发生损坏或不能正常 工作时，制造厂应免费为用户修理产品，如无法修好时，则应免费给用户更换部件。

六、仪器成套性

随同产品供应的文件有：

1、使用说明书

2、产品合格证

3、装箱单

七、技术服务

用户在使用本仪器时，有任何技术性问题或需供仪器配件等，可直接与本公司联系。

（技术服务热线：151xxxxxxxx/文先生）

电桥型

号 技术参数

QJ23直流电阻电桥 测量范围：1Ω～9.999ΜΩ

QJ23a直流电阻电桥 测量范围：1Ω～11.110ΜΩ

QJ31直流单双臂电桥 测量范围：0.1mΩ～1.1110ΜΩ

QJ35变压比电桥 变比范围：1.02～111.12

QJ35-1变压比电桥 变比范围：1.02～1111.12

QJ36单双臂两用直流电桥 测量范围：1μΩ～1MΩ

QJ41电雷管测试仪 测量范围：0~3kΩ

QJ41A电爆管测试仪（军品) 测量范围：0~19.99Ω QJ42直流双臂电桥 测量范围：0.1m~11Ω

QJ44直流双臂电桥 测量范围： 0.1mΩ～11Ω

QJ45携带式线路故障测试仪 阻值测量：1~1.011MΩ

基本量程：10~106Ω

QJ57直流电阻电桥 测量范围：0.01μΩ~1.11110kΩ

学生型滑线惠期顿板式电桥 测量范围：0.01mv~1600mv

QJ49直流单臂电桥 次量范围：1Ω~1.11110MΩ

QS18A万能电桥 电容：1.0PF~1100μF 电阻：10mΩ0.1 电感：1.0μH~110H

20非平衡多用直流电桥 次量范围：0.1Ω~100KΩ单双臂非平衡三种测量方法

ZY4双臂电桥校验标准器 鉴定：0.05%以下各级双桥整体