直流電橋

原理

四臂結構是直流電橋的基本形式。電橋由直流電源供電，平衡時，相鄰兩橋臂電阻的比值等于另外兩相鄰橋臂電阻的比值。若一對相鄰橋臂分别為标準電阻器和被測電阻器,它們的電阻有一定的比值,則為使電橋平衡，另一對相鄰橋臂的電阻必須有相同的比值。根據這一比值和标準電阻器的電阻值可求得被測電阻器的電阻值。平衡時的測量結果與電橋電源的電壓大小無關。

分類

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典直流電橋。又稱單比電橋。1833年，S.H.克裡斯蒂在研究導體性質時首先提出這一橋路，以後由C.惠斯通加以完善。主要用于測量從約10歐到幾千歐的中值電阻。

②開爾文電橋：1862年英國的W.湯姆孫在研究利用單比電橋測量小電阻遇到困難時，發現引起測量産生較大誤差的原因是引線電阻和連接點處的接觸電阻。這些電阻值可能遠大于被測電阻值。因此,他提出了如圖1所示的橋路，被稱為湯姆孫電橋。後因他晉封為開爾文勳爵，故又稱開爾文電橋。圖中R3、R4分别是标準電阻與被測小電阻器,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、接觸電阻及内部連線電阻)。為獲得準确的測量結果,消除r的影響，須将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置的。

在電橋調平衡時,應保持R姈、R娦的比值一直與R1R2的比值相等。由于這一特點，這種橋路又稱雙比電橋。所測電阻值可低到毫歐級或更小。根據雙比電橋原理又發展出史密斯電橋，三平衡電橋和四跨線電橋等，使得采用橋路測小電阻的理論與實踐臻于完善。

③高阻電橋：單比電橋測高阻值的限制因素主要是通過橋體絕緣的洩漏電流和線路靈敏度低。對前者，除提高橋體絕緣性能外，更有效的方法是采用屏蔽以減小洩漏電流的影響。為此出現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偶的比例電流屏蔽電橋電路（圖2）,是電橋理論在高阻測量方面的新應用。高阻電橋所測電阻值由兆歐到吉歐或更高。

④直流電流比較儀式電橋：是經典直流電橋的發展。它利用電流比例代替經典電橋中的電阻比例。電流比例用繞于磁環上兩線圈的匝數比Ws/Wx來确定（圖3）。當兩線圈的安匝相互平衡時，磁環中無磁通。此時,Is/Ix=Wx/Ws,于是有Rx/Rs=Wx/Ws。改變Ws和Wx可對電橋平衡進行粗調。如安匝有差别,則磁環中存在直流磁通，經檢出後，可帶動從動電源以改變Ws中的電流Is，直到磁環中的直流磁通為零而止。直流電流比較儀式電橋的測量誤差可低于百萬分之一，特别适用于測1歐以下的小電阻。目前已制出可測量到兆歐的此類電橋，但結構較複雜。