電橋是一種測量電阻的常用方法,其基本原理是利用電橋的平衡條件來確定待測電阻的值。電橋的種類很多,不同的電橋適用于不同的測量場合和精度要求。
- 電橋的分類
電橋按照其結構和原理可以分為以下幾種:
1.1 惠斯通電橋(Wheatstone Bridge)
惠斯通電橋是最常用的一種電橋,由四個電阻組成,其中待測電阻為其中一個臂。當電橋平衡時,可以利用已知的三個電阻值來計算待測電阻的值。
1.2 凱爾文電橋(Kelvin Bridge)
凱爾文電橋是一種改進型的惠斯通電橋,通過引入一個附加的并聯電阻,消除了接觸電阻和引線電阻對測量結果的影響,提高了測量精度。
1.3 麥克斯韋電橋(Maxwell Bridge)
麥克斯韋電橋是一種測量高阻值電阻的電橋,通過引入一個電容元件,將待測電阻與電橋的平衡條件聯系起來,從而實現高阻值電阻的測量。
1.4 施密特電橋(Schering Bridge)
施密特電橋是一種測量電容和電感的電橋,通過引入一個電感元件,將待測電容或電感與電橋的平衡條件聯系起來,從而實現電容和電感的測量。
1.5 哈特電橋(Hart Bridge)
哈特電橋是一種測量溫度的電橋,通過將待測電阻與一個已知溫度系數的電阻串聯,利用電橋平衡條件來測量溫度。
- 電橋的特點和適用范圍
2.1 惠斯通電橋
惠斯通電橋具有結構簡單、操作方便、適用范圍廣等特點,適用于一般電阻的測量。但是,由于接觸電阻和引線電阻的影響,其測量精度受到限制。
2.2 凱爾文電橋
凱爾文電橋通過引入附加的并聯電阻,消除了接觸電阻和引線電阻的影響,提高了測量精度。適用于精密電阻的測量,尤其是在低阻值范圍內。
2.3 麥克斯韋電橋
麥克斯韋電橋適用于高阻值電阻的測量,其測量范圍可以達到10^12Ω。但是,由于引入了電容元件,其測量速度較慢,且受溫度和電源頻率的影響較大。
2.4 施密特電橋
施密特電橋適用于電容和電感的測量,其測量范圍較寬,可以測量從皮法到微法的電容,以及從微亨到亨利的電感。但是,由于引入了電感元件,其測量速度較慢,且受電源頻率的影響較大。
2.5 哈特電橋
哈特電橋適用于溫度的測量,其測量精度較高,可以達到0.01℃。但是,由于其結構復雜,操作較為繁瑣,且需要定期校準,因此在實際應用中較少使用。
- 電橋的測量原理
3.1 惠斯通電橋
惠斯通電橋的測量原理是利用電橋的平衡條件,即當電橋的四個臂電阻滿足R1/R2 = R3/Rx時,電橋達到平衡狀態,此時無電流流過檢流計。根據已知的三個電阻值,可以計算出待測電阻Rx的值。
3.2 凱爾文電橋
凱爾文電橋的測量原理是在惠斯通電橋的基礎上,引入一個附加的并聯電阻Rn。當電橋平衡時,有R1/(R2+Rn) = R3/Rx。通過調整Rn的值,可以消除接觸電阻和引線電阻的影響,提高測量精度。
3.3 麥克斯韋電橋
麥克斯韋電橋的測量原理是將待測電阻Rx與一個已知電容C并聯,然后與一個已知電阻R3串聯,形成一個閉合電路。當電橋平衡時,有R1/R2 = R3/(Rx+1/(jωC))。通過測量電源頻率和電橋平衡條件,可以計算出待測電阻Rx的值。
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