上海千实解读直流电桥的原理

直流电桥，是指测量直流电阻或其变化量的电桥。直流电桥是以惠斯登电桥线路为基础，用精密合金绕线电阻为基准的更新换代产品。数字直流电具有数字万用表同样简便、快速、醒目的特点，还保持了惠斯登电桥准确、稳定、可靠的优点。
四臂结构是直流电桥的基本形式。电桥由直流电源供电，平衡时，相邻两桥臂电阻的比值等于另外两相邻桥臂电阻的比值。若一对相邻桥臂分别为标准电阻器和被测电阻器,它们的电阻有一定的比值,则为使电桥平衡，另一对相邻桥臂的电阻必须有相同的比值。根据这一比值和标准电阻器的电阻值可求得被测电阻器的电阻值。平衡时的测量结果与电桥电源的电压大小无关。
直流电桥主要有惠斯通电桥、开尔文电桥、高阻电桥和直流电流比较仪式电桥。
①惠斯通电桥：四臂皆为电阻器的经典直流电桥。又称单比电桥。1833年，S.H.克里斯蒂在研究导体性质时首先提出这一桥路，以后由C.惠斯通加以完善。主要用于测量从约10欧到几千欧的中值电阻。
②开尔文电桥：1862年英国的W.汤姆孙在研究利用单比电桥测量小电阻遇到困难时，发现引起测量产生较大误差的原因是引线电阻和连接点处的接触电阻。这些电阻值可能远大于被测电阻值。因此,他提出了汤姆孙电桥。后因他晋封为开尔文勋爵，故又称开尔文电桥。R3、R4分别是标准电阻与被测小电阻器,R1、R2是形成所需比值的两桥臂。r是跨线电阻(包括R3、R4两电阻器间的引线电阻、接触电阻及内部连线电阻)。为获得准确的测量结果,消除r的影响，须将r按R1和R2的同样比例分配给R3和R4,R姈和R娦就是为此目的而设置的。在电桥调平衡时,应保持R姈、R娦的比值一直与R1R2的比值相等。由于这一特点，这种桥路又称双比电桥。所测电阻值可低到毫欧级或更小。根据双比电桥原理又发展出史密斯电桥，三平衡电桥和四跨线电桥等，使得采用桥路测小电阻的理论与实践臻于完善。
③高阻电桥：单比电桥测高阻值的限制因素主要是通过桥体绝缘的泄漏电流和线路灵敏度低。对前者，除提高桥体绝缘性能外，更有效的方法是采用屏蔽以减小泄漏电流的影响。为此出现了具有各种屏蔽方式的高阻电桥，其中与开尔文电桥电路对偶的比例电流屏蔽电桥电路,是电桥理论在高阻测量方面的新应用。高阻电桥所测电阻值由兆欧到吉欧或更高。
④直流电流比较仪式电桥：是经典直流电桥的发展。它利用电流比例代替经典电桥中的电阻比例。电流比例用绕于磁环上两线圈的匝数比Ws/Wx来确定。当两线圈的安匝相互平衡时，磁环中无磁通。此时,Is/Ix=Wx/Ws,于是有Rx/Rs=Wx/Ws。改变Ws和Wx可对电桥平衡进行粗调。如安匝有差别,则磁环中存在直流磁通，经检出后，可带动从动电源以改变Ws中的电流Is，直到磁环中的直流磁通为零而止。直流电流比较仪式电桥的测量误差可低于百万分之一，特别适用于测1欧以下的小电阻。目前已制出可测量到兆欧的此类电桥，但结构较复杂。