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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调到最大，电路灵敏度s最低，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，最好去l11值接近0.5，这样可使测量结果具有小不的确定度，叫做“最佳测量条件”。交换rx单、rs单的位置，重复上述步骤再求一次结果，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，这样做可以最大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，最显眼之处是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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