电桥法测电阻实验故障分析

程海骁

（北京师范大学附属中学，北京 100052）

1 电桥法介绍

首先，我们要想学会使用电桥法测电阻，就必须对电桥法测电阻的基本原理有较为清晰的了解。它的基本原理是使用电桥平衡获得待测电阻阻值。从理论上来讲，这种方法是不存在误差的，但是在实际实验操作中，我们发现其中的误差较多，且电桥法测量电阻很容易受到多种因素的影响。电桥平衡就是指两点之间的电位相等时，桥路中的电流检流计指针指零（检流计的零点在刻度盘的中间），这时我们称电桥处于平衡状态。

1.1 惠更斯电桥法

惠斯通电桥作为一种检测电路，其主要特点是结构不复杂，应用于准确度和灵敏度要求较高的电学实验场合较多。惠更斯电桥法的步骤如下：将电路如图1所示连接好，然后对滑动变阻器滑片进行调节，从而使其阻值处于最大值。当电路开关闭合之后，可以对电阻箱进行大小调节，如果检流计没有发生偏转，就说明电路中的BD两点之间没有电流，也没有电压。此时，我们可以得到

实际测量时，一般在BD之间串联保护电阻以防检流计损坏。系统误差：理论上惠更斯电桥法没有误差，实际测量中，误差主要来源于桥臂电阻的阻值误差及灵敏度引起的测量误差。

在实际实验的过程中，我们需要注意一个问题，那就是需要考虑检流计的量程，防止电路中电流过大导致检流计被烧坏。因此，我们往往会在电路中串联一个保护电阻。通过对测量误差进行分析，可知桥臂电阻的阻值误差及灵敏度引起的测量误差是其中影响非常大的两个误差，这是需要引起我们重视的。

图1 惠更斯电桥法电路图

1.2 电桥法测电阻

实验步骤：电桥法测量电阻是对惠更斯电桥法改进后得到的测量电阻方法，测量电路如图所示，连接电路将滑动变阻器置于阻值最大位置，闭合开关后，调节滑动变阻器的滑片位置，使检流计示数为零，则此时电压表的读数为电阻两端的电压，电流表读数为通过电阻的电流，则由能计算得到待测电阻的阻值。电桥法测量未知电阻虽然方法巧妙，但是电阻箱调节时阻值连续性不好，实际操作较为困难，很难使灵敏电流计的指针不发生偏转。

通过对惠更斯电桥法进行优化，我们可以得到电桥法测电阻的方法。同样，在连接好电路之后，使滑动变阻器滑动到阻值最大端，然后将电路开关合上，通过对滑动变阻器的左右调节，最终使检流计不发生偏转。通过电流表的读数，可以获得电阻RX通过的电流之数值，电压表的读数即电阻RX两端电压之数值。但是，在实际操作的过程中，我们发现，这种方法虽然测量电阻可行，但是电阻箱的调节阻值连续性不佳，所以我们操作起来不太方便，使检流计读数为零较难实现。

2 电桥法测电阻实验故障及排除方法

如图2所示，电桥中的桥臂是指的电路中四个电阻（不包括滑动变阻器），由电阻、电容、电感等元件组成的四边形测量电路叫电桥。根据上文的分析，电桥平衡条件如下：

通过分析，我们不难发现，桥臂电流的大小不会打破电桥的平衡。在实验的过程中，常见的问题和处理方法如下。

图2 惠斯通电桥

2.1 检流计指针一直不发生偏转

这种现象出现的原因有两个，一个是电路不通或者电桥的BD端发生了断开。那么怎样排除故障呢。首先，我们可以使用万用表对电源进行检测，如果电源没有电，那么就需要修理好电源再开始后续的实验。在确认电源有电之后，接通电路开关，对AC这两个点的电压进行检测，然后逐步检查电路中的其他元件。

2.2 检流计指针偏向一边

检流计指针偏向一边这种现象，其原因很可能是电桥比率臂没有选好。比率臂选用的原则上是要保证尽可能多的读出有效数字，即将电阻箱的读数盘尽可能多的用上，这样才能使精度更高。如果在调整比率臂或者比较臂Rs的数值之后，检流计指针仍然还是偏向一边，那么说明桥臂是断开的。此时，我们可以通过导线将其中的一个桥臂短路的方法来判断桥臂是不是完好的。

2.3 检流计指针左右摇摆

在这种情况下，通常是线路中的螺丝松动，我们可以对螺丝拧紧进行处理。在检查螺丝的时候，一定要对各条线路段的螺丝进行仔细检查，以免漏掉某一个细节而导致实验不成功。

3 结束语

本文对电桥法测电阻实验故障进行了分析，以供大家参考。在物理电学实验操作的过程中，我们能够进一步培养自己的动手能力，从而学会将理论知识应用于实践。