万用电桥是利用桥式电路平衡原理制成的仪器,分为直流电桥、交流电桥和交直流电桥三大类,可用来测量电阻值、电容量、电感量、品质因素、损耗因素、阻抗等,适用于测量直流或低频范围内使用的元件,测量精度较高,本文以常用的QS18A型万用电桥为例,介绍它的使用方法。
QS18A型万用电桥是一种便携式交直流电桥,采用一个9V积层电池和6节一号1.5V干电池供电,仪表面板如附图所示。

一、旋钮及开关的作用
1 .接线柱
用来连接被测元件,在测量时最好将被测元件直接连接在接线柱上,若无法连接,可采用导线连接,但导线应尽量短,必要时还应在测量结果中扣除导线电阻,在测量有极性元件时,“1”接正极、“2”接负极。
2 .外接插座
在使用外部音频信号电源时,可在波段开关置于“外”时,从此插座输入音频信号源;如果在测电容、电感时需外加直流偏置,可从此插座输入。
3 .拨动开关
在使用电桥内部1kHz的振荡信号作为电源时,此开关置于“内1kHz”位置;在使用外接插座输入的信号电源时,此开关置于“外”位置。
4 .量程选择开关
选择测量范围,各挡的指示值为该挡在测量时,电桥能测的最大值。
5. 损耗倍率开关
用于扩展损耗平衡的读数范围,一般情况下,测量空芯电感线圈时,置于“Q×1”位置;测量高Q值电感线圈和一般小损耗电容时,置于“D×0.01”位置;测量铁芯电感和损耗较大电容时,置于“D×1”位置。
6 .指示电表
用于指示电桥是否达到平衡,在电桥灵敏度最大时,电表指针指零,说明电桥达到平衡。
7 .电桥机壳接地端
8 .电桥灵敏度调节旋钮
通过调节放大器的增益实现灵敏度调节,在粗调电桥平衡时,要降低电桥灵敏度,使电表指示小于满刻度,电桥快达到平衡时再逐步增大灵敏度,提高电桥测量的准确度。
9 .读数盘
调节两个读数盘可使电桥平衡,第一位读数盘为步进开关,每挡读数为量程指示的1/10 ,即0.1单位,第二位读数盘为连续微调读数,满刻度为量程指示的1/10,分50小格,每小格为0.002单位。
10 .损耗微调旋钮
调节平衡时的损耗,一般情况下应置于“0”处,
11 .损耗平衡调节
可指示被测电感、电容的损耗读数,该读数盘的读数乘以损耗倍率开关的指示,即为损耗值。
12 .测量选择开关
测小于10Ω的电阻时应置于“R≤10”;测大于10Ω的电阻时应置于“R>10”;测电容时应置于“C”;测电感时应置于“L”;仪表不用时应置于“关”,即可切断内部电源。
二、使用与测量方法
1.电阻的测量
将被测电阻R\(_{X}\)接在接线柱上,先估计一下被测电阻的大小,将测量选择开关和量程开关置于适当的位置,拨动开关置于“内1kHz”,损耗倍率开关与电阻测量无关。调节灵敏度旋钮,降低电桥灵敏度,使电表指示小于满刻度,分别调节两个读数盘,使电表指示为零,然后逐步增大电桥灵敏度,再调节两个读数盘,当灵敏度最大时,调节读数盘使电表指示为零或接近于零,说明电桥已达到平衡,记下电桥读数盘的读数,根据公式:R\(_{X}\)=量程开关指示值×(第一位读数盘读数+第二位读数盘读数),求出被测电阻R\(_{X}\)的值。
例如:量程开关置于100Ω位置,第一位读数盘为0.8,第二位读数盘为0.055,则被测电阻R\(_{X}\)=100×(0.8+0.055)=85.5Ω。
如果不能估计电阻大小,可将电阻接在“被测”接线柱上,第一位读数盘置于“0”处,第二位读数盘置于“0.05”处,量程放在任一挡上,调节灵敏度使电表指针指在50μA左右,测量选择开关置于“R>10”或“R≤10”,转动量程开关,找出电表指示最小的一挡,固定在该挡,逐步增大电桥灵敏度,调节第二位读数盘,使电表指示最小,这样可测出电阻的大概数值,再根据此数值选择合适量程,按照上面电阻的测量过程测出准确数值。
2.电容的测量
将被测电容C X接在接线柱上,拨动开关置于“内1kHz”位置,测量选择开关置于“C”位置,估计一下被测电容容量的大小,量程开关置于适当的位置,如510pF电容,量程开关应置于1000pF挡,损耗倍率开关置于“D×0.01”(一般电容),若为大的电解电容应置于“D×1”,损耗平衡开关置于“1”处,损耗微调旋钮置于“0”,调节灵敏度旋钮,使电表指示小于满刻度,先调节电桥的两个读数盘,再调节损耗平衡,使电表指针指零,然后逐步增大电桥灵敏度,反复调节电桥读数盘和损耗平衡,直至灵敏度达到最大时,电表指针指零或接近指零,这时认为电桥已基本达到平衡,记下电桥读数盘读数和损耗平衡指示值,根据公式:C\(_{X}\)=量程开关读数×(第一位读数盘值+第二位读数盘值)和D\(_{X}\)=损耗倍率开关值×损耗平衡指示值,可得出被测电容容量和损耗值。
例如:量程开关为1000pF,损耗倍率开关置于D×0.01处,电桥第一位读数盘读数为0.5,第二位读数盘读数为0.025,损耗平衡指示为1.5,则被测电容容量CX=1000×(0.5+0.025)=525pF;电容的损耗DX=0.01×1.5=0.015。
如果不能估计出电容容量和损耗的大小,可将量程开关置于100pF处,第一位读数盘置于“0”处,第二位读数盘置于“0.05”处,调节灵敏度使电表指示在50μA处,再转动量程开关,观察电表指示,若调到某一量程处时电表指示最小,则停在该挡,调节第二位读数盘使电表指示指零,然后逐步增大电桥灵敏度,分别调节损耗平衡和第二位读数盘,使电表指零或接近指零,此时得出电容的粗测值,根据粗测值选择适当量程测出电容准确的容量和损耗。
3.电感的测量
将被测电感L\(_{X}\)接在“被测”端上,拨动开关置于“内1kHz”位置,测量选择开关置于“L”位置,估计一下电感量的大小,选择适当的量程,根据电感的结构选择损耗倍率开关位置,空芯电感应置于“Q×1”位置;铁芯电感应置于“D×1”位置;高Q值电感(如磁芯电感)应置于“D×0.01”位置,损耗平衡旋钮置于“1”左右,调节电桥灵敏度使电表指示小于满刻度,先调节两个读数盘,后调节损耗平衡,直到电桥灵敏度达到最大时,电表指针指零或接近于零,即电桥基本达到平衡。记下电桥读数盘的读数和损耗平衡的指示值,根据公式:L\(_{X}\)=量程开关指示值×(读数盘第一位+第二位值)和Q\(_{X}\)=损耗倍率指示值×损耗平衡指示值,求出被测电感的电感量和电感线圈的Q值。
例如:量程开关为100mH,损耗倍率开关为“Q×1”,电桥第一位读数盘读数为0.8,第二位读数盘读数为0.085,损耗平衡指示为2.5,则L\(_{X}\)=100mH×(0.8+0.085)=88.5mH;Q\(_{X}\)=1×2.5=2.5。如果损耗倍率开关置于“D×1”或“D×0.01”位置,则Q值为1/D。
如果不能估计出电感的大小时,采用的测量方法与测未知电容基本相同,但测量选择开关置于“L”,量程开关置于10μH,损耗倍率根据电感结构确定,其他参照测未知电容的步骤进行。
(陈智敏)