電橋法測電阻實(shí)驗(yàn)故障分析

程海驍

（北京師范大學(xué)附屬中學(xué)，北京 100052）

1 電橋法介紹

首先，我們要想學(xué)會(huì)使用電橋法測電阻，就必須對電橋法測電阻的基本原理有較為清晰的了解。它的基本原理是使用電橋平衡獲得待測電阻阻值。從理論上來講，這種方法是不存在誤差的，但是在實(shí)際實(shí)驗(yàn)操作中，我們發(fā)現(xiàn)其中的誤差較多，且電橋法測量電阻很容易受到多種因素的影響。電橋平衡就是指兩點(diǎn)之間的電位相等時(shí)，橋路中的電流檢流計(jì)指針指零（檢流計(jì)的零點(diǎn)在刻度盤的中間），這時(shí)我們稱電橋處于平衡狀態(tài)。

1.1 惠更斯電橋法

惠斯通電橋作為一種檢測電路，其主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)不復(fù)雜，應(yīng)用于準(zhǔn)確度和靈敏度要求較高的電學(xué)實(shí)驗(yàn)場合較多?；莞闺姌蚍ǖ牟襟E如下：將電路如圖1所示連接好，然后對滑動(dòng)變阻器滑片進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而使其阻值處于最大值。當(dāng)電路開關(guān)閉合之后，可以對電阻箱進(jìn)行大小調(diào)節(jié)，如果檢流計(jì)沒有發(fā)生偏轉(zhuǎn)，就說明電路中的BD兩點(diǎn)之間沒有電流，也沒有電壓。此時(shí)，我們可以得到

實(shí)際測量時(shí)，一般在BD之間串聯(lián)保護(hù)電阻以防檢流計(jì)損壞。系統(tǒng)誤差：理論上惠更斯電橋法沒有誤差，實(shí)際測量中，誤差主要來源于橋臂電阻的阻值誤差及靈敏度引起的測量誤差。

在實(shí)際實(shí)驗(yàn)的過程中，我們需要注意一個(gè)問題，那就是需要考慮檢流計(jì)的量程，防止電路中電流過大導(dǎo)致檢流計(jì)被燒壞。因此，我們往往會(huì)在電路中串聯(lián)一個(gè)保護(hù)電阻。通過對測量誤差進(jìn)行分析，可知橋臂電阻的阻值誤差及靈敏度引起的測量誤差是其中影響非常大的兩個(gè)誤差，這是需要引起我們重視的。

圖1 惠更斯電橋法電路圖

1.2 電橋法測電阻

實(shí)驗(yàn)步驟：電橋法測量電阻是對惠更斯電橋法改進(jìn)后得到的測量電阻方法，測量電路如圖所示，連接電路將滑動(dòng)變阻器置于阻值最大位置，閉合開關(guān)后，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片位置，使檢流計(jì)示數(shù)為零，則此時(shí)電壓表的讀數(shù)為電阻兩端的電壓，電流表讀數(shù)為通過電阻的電流，則由能計(jì)算得到待測電阻的阻值。電橋法測量未知電阻雖然方法巧妙，但是電阻箱調(diào)節(jié)時(shí)阻值連續(xù)性不好，實(shí)際操作較為困難，很難使靈敏電流計(jì)的指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)。

通過對惠更斯電橋法進(jìn)行優(yōu)化，我們可以得到電橋法測電阻的方法。同樣，在連接好電路之后，使滑動(dòng)變阻器滑動(dòng)到阻值最大端，然后將電路開關(guān)合上，通過對滑動(dòng)變阻器的左右調(diào)節(jié)，最終使檢流計(jì)不發(fā)生偏轉(zhuǎn)。通過電流表的讀數(shù)，可以獲得電阻RX通過的電流之?dāng)?shù)值，電壓表的讀數(shù)即電阻RX兩端電壓之?dāng)?shù)值。但是，在實(shí)際操作的過程中，我們發(fā)現(xiàn)，這種方法雖然測量電阻可行，但是電阻箱的調(diào)節(jié)阻值連續(xù)性不佳，所以我們操作起來不太方便，使檢流計(jì)讀數(shù)為零較難實(shí)現(xiàn)。

2 電橋法測電阻實(shí)驗(yàn)故障及排除方法

如圖2所示，電橋中的橋臂是指的電路中四個(gè)電阻（不包括滑動(dòng)變阻器），由電阻、電容、電感等元件組成的四邊形測量電路叫電橋。根據(jù)上文的分析，電橋平衡條件如下：

通過分析，我們不難發(fā)現(xiàn)，橋臂電流的大小不會(huì)打破電橋的平衡。在實(shí)驗(yàn)的過程中，常見的問題和處理方法如下。

圖2 惠斯通電橋

2.1 檢流計(jì)指針一直不發(fā)生偏轉(zhuǎn)

這種現(xiàn)象出現(xiàn)的原因有兩個(gè)，一個(gè)是電路不通或者電橋的BD端發(fā)生了斷開。那么怎樣排除故障呢。首先，我們可以使用萬用表對電源進(jìn)行檢測，如果電源沒有電，那么就需要修理好電源再開始后續(xù)的實(shí)驗(yàn)。在確認(rèn)電源有電之后，接通電路開關(guān)，對AC這兩個(gè)點(diǎn)的電壓進(jìn)行檢測，然后逐步檢查電路中的其他元件。

2.2 檢流計(jì)指針偏向一邊

檢流計(jì)指針偏向一邊這種現(xiàn)象，其原因很可能是電橋比率臂沒有選好。比率臂選用的原則上是要保證盡可能多的讀出有效數(shù)字，即將電阻箱的讀數(shù)盤盡可能多的用上，這樣才能使精度更高。如果在調(diào)整比率臂或者比較臂Rs的數(shù)值之后，檢流計(jì)指針仍然還是偏向一邊，那么說明橋臂是斷開的。此時(shí)，我們可以通過導(dǎo)線將其中的一個(gè)橋臂短路的方法來判斷橋臂是不是完好的。

2.3 檢流計(jì)指針左右搖擺

在這種情況下，通常是線路中的螺絲松動(dòng)，我們可以對螺絲擰緊進(jìn)行處理。在檢查螺絲的時(shí)候，一定要對各條線路段的螺絲進(jìn)行仔細(xì)檢查，以免漏掉某一個(gè)細(xì)節(jié)而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)不成功。

3 結(jié)束語

本文對電橋法測電阻實(shí)驗(yàn)故障進(jìn)行了分析，以供大家參考。在物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)操作的過程中，我們能夠進(jìn)一步培養(yǎng)自己的動(dòng)手能力，從而學(xué)會(huì)將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐。