用电压表测量电源端电压时,电表会从电源取电流,结果可能受电源内阻影响。零示法则调整一个已知量,使检流计接近零示,再由平衡关系确定未知量。电桥比较电阻比,电位差计比较电动势。零示并不意味着没有不确定度:标准器、接触状态、平衡判别能力和工作条件仍然决定测量质量。
设电源接在节点 与 之间。左支路依次为 ————,右支路为 ————,检流计接在 与 之间。 是待测电阻, 是可调标准电阻。
在检流计支路电流为零时,、 等电位。两条分压支路满足
不同电桥的电阻编号可能不同。先画出实际节点和支路,再推导比例关系,不能只记住四个下标的位置。上述关系以各桥臂可用稳定的电阻描述为前提;接线电阻、接触电阻和温升会使实际桥臂偏离标称值。
断电接线,先用合适的方法估测 的数量级,据此选择比例臂和标准电阻的调节范围。检查电源极性、桥臂位置、接线可靠性和检流计的机械或电子零点。首次试接应使用规定的检流计保护设置,避免远离平衡时大电流冲击。
从粗调到细调改变 ,观察检流计偏转方向。接近平衡后,在仪器允许范围内提高检测灵敏度,并从平衡点两侧逼近。记录比例臂值、平衡时 、电源条件和重复调平衡结果。按设备要求采用瞬时接通或规定的开关顺序,不能把某种电桥的按钮操作当作所有装置的通用规程。
在平衡附近给 一个已知的小改变量 ,若检流计变化为 ,可用
描述该工作条件下的相对电阻变化检测灵敏度。该量依赖电源、桥臂、检流计及工作点。若某个变化小到无法可靠区分零示,其影响应计入平衡判别的不确定度。不得把“指针看起来在零附近”解释为未知电阻完全准确。
电源电压增大可能使偏转更明显,但也会增加桥臂发热和器件负担。应遵守额定值,通过合适的比例臂和检测条件改善分辨能力,而不是任意提高电压。
由工作电源在均匀电阻丝上建立稳定电流,设单位长度电压降为 。把待测电源与电阻丝的一段接成相互抵消的方向,通过检流计判断补偿支路电流是否为零。平衡时,待测电源几乎不向该支路提供电流,其电动势等于所选线段的电压降:
这里的工作电源负责维持电阻丝电流,待测电源并不作为工作回路的供电电源。接错极性时两个电压可能相加,无法得到正常补偿。
先用已知电动势 的标准源找到平衡长度 ,从而确定 。保持工作电流及电阻丝状态不变,再测未知源的平衡长度 ,得到
这是一种均匀电阻丝模型。箱式电位差计可以用电阻盘等效实现补偿,读数规则应按其说明书确定,不能强行换成长度读数。
标准化时先采用保护电阻和低灵敏度试探,接近补偿后再按规定细调;未知量测量前后复查标准化是否保持。标准源只用于比较,不可短路,也不可当作带负载的普通电源。若工作电流漂移,原来的 就不再成立,即使检流计能再次调到零,读数仍可能产生偏差。
对中等电阻,普通惠斯通电桥通常便于比较。待测电阻较小时,引线和接触电阻可能与其同数量级,应考虑适用的四端测量或低电阻电桥;待测电阻很大时,绝缘泄漏和仪器输入电阻可能成为主要影响。选择方案要先估计这些效应,不能仅比较显示的小数位数。
若使用补偿法比较流经同一稳定电流的未知电阻和标准电阻的电压降,理想模型为 。必须确认两次电压取样确实对应同一电流、取样端位置正确,并评估接触电势、温升和电流漂移。连接方式和反向测量步骤应遵循实际装置指导书。
电桥结果至少应记录 、、 及它们的允差或校准信息。若相应输入可视为不相关,一阶传播给出
平衡判别、接触和温度影响应进入相应输入或附加修正项,避免遗漏,也避免重复计算。若比例臂来自同一校准比值,应使用比值的校准不确定度及相关信息。
补偿法同样要考虑标准源不确定度、长度或电阻比读数、零示判断和工作电流稳定性。报告既要给结果,也要解释采用该测量方案的理由和主要限制。
电位差计完成标准化后,工作电源电流缓慢增大,但仍沿用原标定的电压梯度。重新调零后,待测电动势读数会怎样变化?