直流電橋

直流電橋主要有惠斯通電橋、開爾文電橋、高阻電橋和直流電流比較儀式電橋。

①惠斯通電橋：四臂皆為電阻器的經(jīng)典直流電橋。又稱單比電橋。1833年，S.H.克里斯蒂在研究導(dǎo)體性質(zhì)時(shí)首先提出這一橋路，以后由C.惠斯通加以完善。主要用于測(cè)量從約10歐到幾千歐的中值電阻。

②開爾文電橋：1862年英國(guó)的W.湯姆孫在研究利用單比電橋測(cè)量小電阻遇到困難時(shí)，發(fā)現(xiàn)引起測(cè)量產(chǎn)生較大誤差的原因是引線電阻和連接點(diǎn)處的接觸電阻。這些電阻值可能遠(yuǎn)大于被測(cè)電阻值。因此,他提出了如圖1所示的橋路，被稱為湯姆孫電橋。后因他晉封為開爾文勛爵，故又稱開爾文電橋。圖中R3、R4分別是標(biāo)準(zhǔn)電阻與被測(cè)小電阻器,R1、R2是形成所需比值的兩橋臂。r是跨線電阻(包括R3、R4兩電阻器間的引線電阻、接觸電阻及內(nèi)部連線電阻)。為獲得準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果,消除r的影響，須將r按R1和R2的同樣比例分配給R3和R4,R姈和R娦就是為此目的而設(shè)置的。在電橋調(diào)平衡時(shí),應(yīng)保持R姈、R娦的比值一直與R1R2的比值相等。由于這一特點(diǎn)，這種橋路又稱雙比電橋。所測(cè)電阻值可低到毫歐級(jí)或更小。根據(jù)雙比電橋原理又發(fā)展出史密斯電橋，三平衡電橋和四跨線電橋等，使得采用橋路測(cè)小電阻的理論與實(shí)踐臻于完善。

③高阻電橋：?jiǎn)伪入姌驕y(cè)高阻值的限制因素主要是通過(guò)橋體絕緣的泄漏電流和線路靈敏度低。對(duì)前者，除提高橋體絕緣性能外，更有效的方法是采用屏蔽以減小泄漏電流的影響。為此出現(xiàn)了具有各種屏蔽方式的高阻電橋，其中與開爾文電橋電路對(duì)偶的比例電流屏蔽電橋電路（圖2）,是電橋理論在高阻測(cè)量方面的新應(yīng)用。高阻電橋所測(cè)電阻值由兆歐到吉?dú)W或更高。

④直流電流比較儀式電橋：是經(jīng)典直流電橋的發(fā)展。它利用電流比例代替經(jīng)典電橋中的電阻比例。電流比例用繞于磁環(huán)上兩線圈的匝數(shù)比Ws/Wx來(lái)確定（圖3）。

當(dāng)兩線圈的安匝相互平衡時(shí)，磁環(huán)中無(wú)磁通。此時(shí),Is/Ix=Wx/Ws,于是有Rx/Rs=Wx/Ws。改變Ws和Wx可對(duì)電橋平衡進(jìn)行粗調(diào)。如安匝有差別,則磁環(huán)中存在直流磁通，經(jīng)檢出后，可帶動(dòng)從動(dòng)電源以改變Ws中的電流Is，直到磁環(huán)中的直流磁通為零而止。直流電流比較儀式電橋的測(cè)量誤差可低于百萬(wàn)分之一，特別適用于測(cè) 1歐以下的小電阻。目前已制出可測(cè)量到兆歐的此類電橋，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。

四臂結(jié)構(gòu)是直流電橋的基本形式。電橋由直流電源供電，平衡時(shí)，相鄰兩橋臂電阻的比值等于另外兩相鄰橋臂電阻的比值。若一對(duì)相鄰橋臂分別為標(biāo)準(zhǔn)電阻器和被測(cè)電阻器,它們的電阻有一定的比值,則為使電橋平衡，另一對(duì)相鄰橋臂的電阻必須有相同的比值。根據(jù)這一比值和標(biāo)準(zhǔn)電阻器的電阻值可求得被測(cè)電阻器的電阻值。平衡時(shí)的測(cè)量結(jié)果與電橋電源的電壓大小無(wú)關(guān)。

利用直流電橋、經(jīng)典交流電橋，惠斯通電橋法測(cè)量電阻。