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LCR电桥校准规程（4）

发布时间：2012-12-06浏览次数：2294返回列表

六校准周期

34 直流电桥的校准周期一般为一年。

附 录 1

直流电桥工作原理

1 单电桥

单电桥的原理线路如图1所示，通过调节测量盘R，使指零仪指零，B、D两点电位相等，电桥达到平衡，则R₁、R_x上的电压分别等于R₂、R上的电压。

I₁R₁＝I₂R₂ (1)

I₁R_x＝I₂R (2)

两式相除

(3)

图1 单电桥原理图

从式(3)可知，已知R₁、R₂和R就可求得未知电阻R_x。

对式(3)作对数并进行微分运算，可求得以下公式：

ξ_Rx＝ξ_R₁＋ξ_R－ξ_R₂

式中 ξ_Rx、ξ_R₁、ξ_R、ξ_R₂——分别为R_x、R₁、R、R₂的相对误差。

显然被测电阻的相对误差取决于R₁、R₂、R的相对误差，并且与线路中的热电势、缘电阻、指零仪灵敏度等因素有关。其中有些电桥的指零仪、电源是内附的，有的是外配的。

图1中A、B、C、D四点称为桥顶(有时亦称节点)，R₁、R₂称为量程变换器，R称为测量盘。

2 双电桥

图2 双电桥原理线路图

由于单电桥中引线电阻是直接和被测电阻相串联的，所以当被测电阻较小时，会产生较大的误差。如果将被测电阻做成四端钮结构，如图2所示的双电桥线路，则被测电阻的电流引线、电位引线分别接入电流回路和较高的电阻值桥臂中去，从而减小引线电阻对被测电阻的影响。如调节测量盘R₁(R₁′)，使电桥达到平衡，则将三角形DEF化成等值星形DEF，根据单电桥原理可得：



R₁(R_S＋R_β)＝R₂(R_x＋R_α)

代入并简化：

(4)

由(4)可知，为了使公式简化并减少测量误差，在结构上组成R₁＝R₁，R₂＝R₂′，并尽量减小跨线电阻R_p，略去第二项得

 (5)

由(5)可知，若已知R_s、R₁、R₂，即可求得R_x。对式(4)作微分运算，并取相对值可得：

ξ_R_x＝ξ_Rs＋［(1＋K)ξ_R₁－Kξ_R₁′］－［(1＋K)ξ_R₂－Kξ_R₂′］

式中

显然与单电桥一样，被测电阻的误差取决于各电阻元件的误差、线路热电势、缘电阻等因素。

图2中R₁，R₂为外臂，R₁′，R₂′为内臂。

附 录 2

用电位差计法测量电阻图

1 电位差计测量电阻原理图

用电位差计法测量电阻可按图1所示的线路连接，图中以P₁表示电流回路换向开关； P₂表示测量电压转换开关；R_x表示被测电阻。该方法是用电位差计测量被测电阻(R_x)和标准电阻(R_s)上的电压降u_x和u_s，并计算其值。当标准电阻值与电压降之比皆为已知，则被测电阻值可按下式进行计算：

(1)

图1

此法的特点是：连接被测电阻与电位差计之间的导线电阻和接触电阻不会引起测量误差，测量电阻的范围宽，测量电阻的准确度也比较高。如用低电势电位差计来进行测量，测量装置的指零仪灵敏度也较高。

为了获得较高的电阻测量准确度，还应注意以下几点：

a.用电位差计测量电阻时，由标准器引入的系统误差为：’

ξ_R_x＝ξ_R_s＋ξu_x－ξu_s (2)

式中 ξ_R_x、ξ_R_s——R_x、R_s的相对误差；

 ξ_u_x、ξ_u_s——电位差计测量u_x、u_s的相对误差。

如果比较同标称值电阻，通过的工作电流保持恒定，使u_x、u_s的前三位数字不变，则可达到较高的测量准确度，因为此时ξ_u_x≈ξ_u_s，那么ξ_R_x≈ξ_R_s即电位差计的测量误差几乎不影响测量结果。

如果被检电桥的单个电阻标称值为1、2、3…示值，或测量盘无电位插孔(触头)，则测量时可利用过渡电阻箱作为标准(R_s)进行元件，过渡电阻箱电位端钮间能得到与被测电阻相同的标称值，其余与上述相同。如果没有过渡电阻箱，仍用标准电阻作标准，则要求U_x的示值也为1、2、3倍于u_s，由于ξ_u_x≠ξu_s，则电位差计的示值误差就要引入若用方和根法合成，得应要求不超过被测电阻允许测量误差。

b.E₁、E₂两个回路电流要保持足够的相对稳定。

c.为减小测量回路热电势的影响，在电压回路内应选择热电势较小的开关，并用同轴单股铜导线架空连接以及避免多余的接头和动触点。

当R_x和R_s为同标称值时，用电位差计测量电阻，可以采用完全平衡法或不完全平衡法。上面式(1)是完全平衡法公式，下面的式(3)是不完全平衡法公式。

R_x＝R_s＋C_R(α_x－α_s) (3)

式中 ——电阻常数；

α_x、α_s——开关P₂分别转向R_x、R_s时指零仪上读出的偏转格数；

α₁、α₂——求电阻常数时，分别在电位差计上示值为u₁、u₂时指零仪上读得的偏转格数；

u₁、u₂——电位差计示值。

另外说明一下，用电位差计法测量电阻时，电位差计工作电流标准化要求不高。

附 录 3

用电桥法测量电阻

1 用单电桥测量电阻元件时可按图1的线路连接。图中M_x表示被检电桥，M_s表示标准电桥。

图1 单电桥测量电阻接线图

对于不能按单个电阻元件测量的电桥，可用置换法测量电阻，见附录4。

2 用双电桥测量电阻元件，可按图2线路连接。

电阻R_p的测量方法如下，将桥臂R₁切断，则双电桥转化成一个单电桥，R_p和R_x共处于一个桥臂，重新平衡电桥R₁得R₍₁₎，则R_p为

式中 R_s——已知固定标准电阻。

图2 双电桥测量电阻接线图

附 录 4

用置换法测量电阻

在对电桥测量盘按元件，而被测量盘的结构上不允许按单个元件测量(无法获得每个电阻元件电位触头)的情况下，可用与被测电阻同标称值的标准电阻以及两用电桥置换法进行。当然也可用比较电桥、直读电桥等其它方法进行。

下面的公式推导将会看出，采用置换法进行实质上就是被测电阻元件通过电桥与标准电阻进行比较，它的测量准确度主要取决于标准电阻。而且在测量结果中不包括连接导线电阻与被测量盘的残余电阻。

当被检电桥测量盘单个电阻大于100Ω时，可用单电桥进行测量，如图1。

图1 单电桥置换法测量电阻

图中 R_s——标准电阻，其两根电位端导线电阻应尽量相等；

M_x——被检电桥测量盘，图中仅画出一个；

r——连接导线电阻；

K——开关，接解电阻要小；

R_s′——标称值与R_s相同的辅助电阻。

此外，R₀为被检电桥测量盘的残余电阻(图中未画出)。

步骤

1.开关K倒向1，被检测量盘示值置零；

2.用电桥测量得R_x0；

R_x₀＝R_s＋r＋R₀ (1)

3.开关K倒向2，被检电桥测量盘示值置1；

4.再次平衡电桥，测得R_x1

R_x₁＝R₍₁₎＋r＋R₀ (2)

(1)－(2)移项得：

R₍₁₎＝R_s＋R_x1－R_x0

令 ΔR＝R_x₁－R_x₂

则 R₍₁₎＝R_s＋ΔR

式中 R₍₁₎——被检测量盘的只电阻实际值。

根据同样的方法可检得被检测量盘第二至第十只电阻实际值，然后将R₍₁₎、R₍₂₎…R_(n0)相加，即为被检测量盘各输出点电阻累计实际值。

对于电阻值≤100Ω的测量盘，可用双电桥置换法进行，其测量原理和步骤与单电桥相同，见图2。

图2 双电桥置换法测量电阻图

M_x—被检测量盘； R—标准电阻； M′—辅助电阻箱_x_s

附 录 5

半整体及按元件电桥的整体核对方法

由于半整体及按元件的电桥与实际使用情况不相符合，这时必须对电桥进行整体核对，整体核对的方法如下。

在被检电桥总有效量程的电阻测量上、下限，选用比较检电桥高二个以上的准确度等级的标准电阻，接入被检电桥测量端进行测量，测得的数据引入电桥的相应修正值，然后将引入修正后的测量数据与标准电阻实际值相比较，它们之间的相对差值不应超过(a／2)％。



式中 R_s′——在被检电桥上测得标准电阻的数据(注意必须引入被检电桥相应各桥臂的修

正值)；

R_s——标准电阻实际值，一般为标准电阻证书值(注意测量时温度影响的修正)。

若上式＞(a／2)％，则必须找出原因后重检。

校准结果

一全检量程
测量盘（Ω）
盘序数		Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ	Ⅳ	Ⅴ	Ⅵ
实际值 ⌒ 或修正值︶	1
	2
	3
	4
	5
	6
	7
	8
	9
	10

二其它量程相对于全检量程的量程系数比

标准值
实际值
温度(℃)相对湿度(%)

注 1.上述数据的总不确定度(2σ)为允许基本误差的1／3。

2.下次送检时必须带此证书(或通知书)。

按元件封里格式

结果

一量程变换器电阻(Ω)
标称值
实际值R₁
实际值R₂

二测量盘电阻(Ω)

盘序数		Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ	Ⅳ	Ⅴ	Ⅵ	Ⅶ
外臂	1
	2
	3
	4
	5
	6
	7
	8
	9
	10
内臂	1
	2
	3
	4
	5
	6
	7
	8
	9
	10
测量盘残余电阻：外臂 Ω；内臂 Ω；温度 ℃；相对湿度 %

注 1.上述数据的总不确定度(2σ)为允许误差的1／3。

2.下次送检时必须带此证书(或通知书)。

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