FMQJB

板式单/双臂电桥

使用说明书

一、概述

FMQJB型板式单/双臂电桥可以接成惠斯通单臂电桥，也可以接成开尔文双臂电桥。作为一款“解剥式”教学仪器，FMQJB的结构创意新颖，物理模型直观，原理明确便于分析讨论。使用本仪器不但容易讲清基本原理，便于学生思路清晰地完成操作，也适合编排讨论型、设计型、综合型实验，蕴含着丰富的素质教育素材。

二、结构

如图1，P11P12、P21P22是两条完全相同的电阻丝，长度L=1.0000m平行张紧在有机玻璃标尺上，晶莹剔透，赏心悦目。标尺刻度0~1.00是归一化无量钢的，记录读书应写足有效数字（到万分位）。沿标尺滑动的滑块上有两只铜片按键N1和N2，当按下时，接触点把电阻内分为比例线段，仪器结构保证P11N1P12和P21N2P23之间绝缘的P11、P12、P21、P22、N1、N2又都是接线柱，可与外电路连接。此外还有接线柱C11、M、C12由粗导线连通，接线柱C21、C22各自独立。

三、使用方法

1、 惠斯通单臂电桥

惠斯通单臂电桥可以测量中等量值的电阻，即数欧到数百千欧的电阻。

本题签作为单臂电桥时，电阻丝P21P22是空开不用的，当然按键N2也不起作用。设电阻丝的电阻率为P，截面积为A，当按键N1与电阻丝P11P12接触时，N1内分P11P12为R11和R12，组成比例臂，R11=PL/A，R12=PL12/A。在接线柱P12C12之间接入电阻箱Rs单作为比较臂，在接线柱P11C11之间接入被测电阻Rx单。对角线P11-E-RnP12是电源桥路，G是检流计，AN是验零按钮开关。开始先将Rn调到，电路灵敏度S，保护检流计G不超过限偏转。调节RS单、N1位置使G指零：将Rn减小直至G有了显著偏转，再微调Rs单、N1使G指零：如此循环调节直至Rn-0,S-Sman,G-0,电桥达到精细平衡。在调节G-0时可以按动验零按钮AN，如果G的指针随之摆动，说明IG尚未到零，以此方法来核实平衡点。一般公认指针式检流计的另，灵敏度为0.1格，当微偏d<dmin时，就认为电路已经平衡。由于指零仪的静态胃偏与其真实零点不可能同时被观察，所以观察者需将当前微偏的视觉形象与记忆中的真实零点相比，这是不准确的。本实验以一定节奏按动验零按钮AN，实际是将静态微偏调制成一种微振幅交变信号，使之醒目可辨，显著提高了检流计固有的灵敏度。电路平衡时记录L11读数和RS单读数就能求出被测电阻RX单。在可能的情况下，去L11值接近0.5，这样可使测量结果具有小不的确定度，叫做“测量条件”。交换RX单、RS单的位置，重复上述步骤再求结果，两次结果去平均可以减小仪器系统误差，例如电阻丝不均匀、各接触电阻不一致、各段导线不一致等，类似天平物、码交换称衡的超作的技巧。在电桥平衡时，人为将RS单调节离平衡点一个小阻值，可以求出电桥的灵敏度，即任一桥臂阻值相对变化引起G偏转的各数。

2、 开尔文双臂电桥

开尔文双臂电桥可以测量低电阻

低电阻一般指1欧以下的电阻，其工作电流往往都很大。精密低电阻器件一般都做成四端钮结构，如标准电阻器、仪表分流器、欲测电阻率的材料样条等。矩形框表示电阻材料本体：C1、C2称为电流端，其作用是引导大电流I通过电阻本体：P1P2称为电位端，其作用是将I在电阻本体上产生的压降取出来，送往有关电路。四端电阻和两端电阻一样，不论其使用过程还是测量过程，都是定量体现欧姆定律的过程。电位端与电阻本体连接的位置A、B有意识地躲开电流端而略靠里一些，这样做可以限度地减小接触电阻、引线电阻的影响，准确体现欧姆定律，因此该四端电阻器的有效部分是A、B两点之间的电阻本体，器件的标称电阻值正是其有效部分的电阻Reff,设电流I在A、B间的压降为Uab，侧Reff=Uab/I

FMQJB型仪器接成双臂电桥的电路，两根电阻丝和两个按键都投入使用。在C11-P11-P21-P22-C22间接入标准电阻RS双，在按键N1-N2间接入检流计G和验零按零AN，在C21-C22间通过换向开关K接入电源E、衰减电阻Rn和电流表A。按键N1、N2将电阻丝P11P12、P21P22内分成两组比例臂R11/R12和R21/R22。由于N1、N2同步联动，不论滑动到什么位置。仔细调节滑块在标尺上的位置，不断按下按键N1N2，观察G是否指零，并用AN验零。刚开始RN应大些，电源电压应低些，A表骗转应小些。调平中逐渐增大电流提高灵敏度。当电路达到平衡时，将开关K切换到另一侧，各桥臂上的电流换向，重复上述操作，两次结果求平均。电源换向可以减小电流热效应造成的测量误差。双桥灵敏度的测量可以防照上文单桥的有关介绍。

四、双桥原理

以上弄清了双臂电桥的构造和使用方法，下面讨论如何直观理解电路原理。图5是图4的简化等效电路，显眼之处是RX双和RS双的有效部分与两条电阻丝围成了一个闭环，电位端附加电阻rp21,rp22,rp11,rp12远小于电阻丝的电阻,可以忽略不计:RX双和RS双的上端附加电阻re21,re12已归入电源干路,不再影响电桥平衡:RX双和RS双的下端附加电阻re11,re22合并在一切称为跨线电阻,约为几毫欧到几十毫欧,其上电压是Ue11,+Ue12..以下分3种情况:

(1)   假定RX和RS远大于跨线电阻,此时只用一组比例臂R21-N2-R22,G接在N2-M之间即可,电路又回到惠斯通单臂电桥.

(2)   假定RX和RS较小,跨线电阻和它们可比拟,不能忽略，仍按上款（1）的接法，调节N2使G指零后。由于UC11/UC12无法确定，该式不能解出UX

(3)   由上文可知问题的症结是UC11/UC12即无法确定，又被M点限死。现在启用第二组比例臂R11-N1-R12，G由N2-M间改接到N2-N1之间。由于高阻支路R11-N1-R12是与低阻支路并联的，可变内分点N1取代固定内分点M，不可变不可知的比值UC11/UC12转移成可变可知的比值U11/U12，问题就解决

关于双臂电桥原理，更普遍的阐述方式是引用三角/星形等效代换，请用户参阅有关书籍。商品电桥的电路与本文大同小异，也常把滑线改为电阻箱，望读者对照理解，触类旁通

五、注意事项

1、 为避免磨损电阻丝，按下按键严禁移动滑块。

2、 按键左、右端都有刀口，是为了避免标尺某一端存在死区，不得将左、右刀口同时按下。

3、 各桥臂上1的电流不宜过大，双桥尤其注意

六、成套性

FMQJB型板式单/双臂电桥需要和下列仪器配套使用（另行购买）

1、E             YJ24-1型直流稳压电源

2、Rn             BX8型滑动变阻器

3、G             AC5型直流检流计

4、AN             LAY7型按钮开关

5、Rx单           FM-QR1型按被测（二端）电阻箱

6、Rs单           ZX21型直流电阻箱

7、A             C31-A或C65-A型直流安培表

8、K            双刀双掷开关

9、Rx双           FM-QR2型被测电阻箱

                   FM-QR4型四端电阻测量夹

10、Rs双           FMBZ-01型教学标准电阻箱

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