结构和原理 交流电桥的基本结构见图1。4个桥臂的阻抗分别为Z1、Z2、Z3、Z4。一般情况下,每一阻抗都包括实部和虚部,即电阻分量和电抗分量X。阻抗的表达形式为Z=R+jX=z∠φ,z∠φ是极坐标形式,z为阻抗的模,φ为辐角。在平衡情况下使用时,电桥的平衡条件为
用于平衡状态下的电桥,其4个阻抗中有一个是待测的,其他3个是标准阻抗。将电桥调到平衡状态,即
检测仪表指零,通过上述公式可由3个已知的标准阻抗求得待测阻抗的电阻分量和电抗分量或其模和
辐角。一般情况下,为达到电桥平衡状态,必须满足两个平衡条件,方能求得代表阻抗的两个未知量R和X或z和φ。因此,在实际操作电桥使其达到平衡状态时,必须至少调两个标准元件量值,而且常需要反复调节。一般要求调节的次数越少越好,这说明电桥有较好的收敛性。电桥平衡时,与电源的
幅值无关,但是否与电源频率有关,决定于4个桥臂的配置。
经典交流电桥的结构简单,可以用
标准元件自行组成,也有商品出售。限于标准元件的准确度,经典交流电桥一般的准确度不很高,以误差表示约为 5×10-3到1×10-4,只满足一般工业测试和科学研究的要求。
应用 常用的经典交流电桥见图2。其电源和检测仪表分别接在两对角顶点上。图2a线路主要用于以电容为标准测未知电容的量值。图2b线路主要用于以电感为标准测未知电感的量值及其
品质因数。图2c线路称作麦克斯韦-维恩(Maxwell-Wien)电桥,简称麦克斯韦电桥,用于以电容为标准测未知
电感及其品质因数,或以电感为标准测未知电容的量值。图2d线路称作欧文(Owen)电桥,主要用于以电容为标准测未知电感的量值及其品质因数。图2e线路称作西林(Schering)电桥,用于以电容为标准测未知电容的损耗角和量值,主要用于研究介质性能,特别是高电压下电容的介质损耗。上述5种电桥的平衡条件都与电源的频率无关,因此可以降低对电源波形纯净程度的要求。图2f线路称作海氏(Hay)电桥,用以电容为标准测电感,也用于测
磁性材料的磁导率和损耗。图2g线路称作维恩(Wien)电桥,用以电容为标准测未知电容参数。这两种电桥的平衡条件与电源频率有关,因此它们也可以用来测频率。图2h线路称作谐振电桥。根据
谐振原理可用电容为标准测电感,或以电感为标准测电容,或以电感、电容为标准测供给电桥电源的频率。
经典交流电桥自19世纪80年代起曾出现几十种不同用途的专用电桥线路。但到20世纪80年代,大多数经典交流电桥已被准确度更高、使用方便的新型电桥如
感应耦合比例臂电桥、
有源电桥、
数字电桥等所代替。