交流电桥平衡调节的新方法探析
2022-06-09
张兴悦，辛寓答
（1.辽东学院 实验中心；2.辽东学院 机电学院，辽宁 丹东 118003）
摘 要：本文通过实验操作首先确定矢量的位置关系，再根据其位置关系选择出两个参量，调节此参量，可快速调节交流电桥的平衡.此方法具有快速、准确的优点，解决了传统方法调零繁琐、难于掌握的问题.
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关键词 ：交流电桥；电桥平衡；关键参量
中图分类号：O441.1文献标识码：A文章编号：1673-260X（2015）04-0012-02
近年来，交流电桥平衡调节繁琐一直是生产和实验测试工作研究的难点，由于交流电桥平衡条件的特殊性（所测元件为非线性元件，则平衡条件要满足阻抗及阻抗角等条件），故有诸多因素影响交流电桥的平衡调节[1.2.3].因此，交流电桥的平衡调节很繁复.目前，在相关文献中，所讨论的平衡调节均是确定两个关键参量，交替调节这两个关键参量或利用控制参量法以达到交流电桥的平衡[4.5].但是，在实际操作中很难确定这两个关键参量，问题在于不能确定矢量的位置关系.有关文献仅在位置关系确定的情况下讨论了交流电桥的平衡，所以在不能确定矢量的位置关系的情况下，很难找出调节交流电桥平衡的两个关键参量[6.7].在生产、实践中，由于交流电桥平衡的调节过程费时、费力，因此本文提出一种快速准确调节交流电桥平衡的方法.改进了目前在生产、实验中调节交流电桥平衡的不足，显著的提高了工作效率.
1 交流电桥的平衡条件
图1，Z1、Z2、Z3、Z4分别为4个桥臂的复阻抗.
则交流电桥的平衡条件为
将（1）式用复指数形式表示为
则交流电桥平衡条件由下列两式表示
交流电桥的平衡条件是阻抗及阻抗角同时满足（3）式比例关系，这是它与直流电桥的主要区别之处.
图2中，交流电桥的4个桥臂的复阻抗分别为
当（5）式两边的虚实部分别相等时，（5）式成立.
则有
由（6）式可以看到，R1、R3、R4、R0均是影响交流电桥平衡的因素.直流电桥在确定了K值以后，只要调R0一个值，即可达到平衡.而交流电桥则要调4个参量参数值.因此，交流电桥调平衡要比直流电桥复杂繁琐.
2 交流电桥的平衡调节
由（5）式
3 具体的操作步骤
仪器采用DH4518型交流电桥.将仪器上的灵敏度选择旋钮逆时针旋转到头（仪器灵敏度最低），R1、R0、R4选择外接标准电阻箱，R3选择仪器上的电阻箱，L0为仪器上的电感箱.测试操作前将R1、R0置0，R3、R4置100？赘，将L0置10mH档.将R1、R0、R3、R4、L0以及待测电感线圈按图2接好测试电路并接通电源.
（1）确定位置
按图3假定的位置，应调R0值.增大R0值时，指零仪偏转减少，则初步断定为图3所示.接下来应调R4值，延长处，而增大R4时指零仪偏转增大，而减小R4时指零仪偏转减小，故最终断定位置如图4所示.
（2）确定调节平衡的两个关键参量
由图4所示位置看出现无论如何调R3和R0值也无法使的情况，此时可选择调节R4及R1值即可.
（3）具体调节步骤：
调值，同时观察指零仪偏转最小为止调R0.同时观察指零仪偏转最小为止，重复上述操作，直至指零仪偏转为零，完成交流电桥平衡的调节.操作中，随着每次操作后，都将仪器灵敏度选择旋钮顺时针旋转一点，直至最后旋转到头（仪器灵敏度最大）.
综上所述，只要通过两次操作确定出在复平面上的位置关系，确定出两个关键参量，依次调参量参数值，即可快速调节交流电桥的平衡.
4 结论与讨论
从上面的操作过程可以得出结论：在交流电桥的平衡调节过程中，关键是要确定在复平面的位置关系，就可以通过具体操作确定两个关键参量，交替调节这两个关键参量，就可以快速调节交流电桥的平衡.
因此在实际操作中，首先确定位置关系，并且画出草图，再根据草图确定出两个关键参量.先调哪个参量，后调哪个参量，是增是减由草图确定，一目了然.这样可保持操作思路清晰，避免因在位置不清楚的情况下调节繁复的问题.在生产和实践中，本方法可使学生快速掌握交流电桥的使用，显著的提高测试工作的效率和精度.
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参考文献：
（1）吕斯骅，段家忯.新编基础物理实验[M].北京：高等教育出版社，2006.
（2）肖华.大学物理实验教程[M].北京：北京邮电大学出版社，2005.
（3）刘少杰，于健.大学基础物理实验（电磁学分册）[M].天津：南开大学出版社，2008.
（4）谢行恕.大学物理实验（第2册）[M].北京：高等教育出版社，2001.
（5）戚凤梅.交流电桥的误差因素分析[J].计量与测试技术，2008（5）：17-19.
（6）杨文平.浅谈交流电桥的调节[J].大同职业技术学院学报，2002，16（2）：60-61.
（7）倪新蕾，潘元胜.交流电桥实验的计算机辅助分析[J].物理实验，1994，14（1）：33-34.