交流电桥测电阻的原理和应用

交流电桥的原理和应用 交流电桥是一种比较式仪器，在电测技术中占有重要地位。它主要用于测量交流等效电阻及其时间常数；电容及其介质损耗；自感及其线圈品质因数和互感等电参数的精密测量，也可用于非电量变换为相应电量参数的精密测量。 常用的交流电桥分为阻抗比电桥和变压器电桥两大类。习惯上一般称阻抗比电桥为交流电桥。本实验中交流电桥指的是阻抗比电桥。交流电桥的线路虽然和直流单电桥线路具有同样的结构形式，但因为它的四个臂是阻抗，所以它的平衡条件、线路的组成以及实现平衡的调整过程都比直流电桥复杂。 【交流电桥的原理】 图 1 是交流电桥的原理线路。它与直流单电桥原理相似。在交流电桥中，四个桥臂一般是由交流电路元件如电阻、电感、电容组成；电桥的电源通常是正弦交流电源；交流平衡指示仪的种类很多，适用于不同频率范围。频率为200Hz 以下时可采用谐振式检流计；音频范围内可采用耳机作为平衡指示器；音频或更高的频率时也可采用电子指零仪器；也有用电子示波器或交流毫伏表作为平衡指示器的。本实验采用高灵敏度的电子放大式指零仪，有足够的灵敏度。指示器指零时，电桥达到平衡。 图 1 交流电桥原理 一、交流电桥的平衡条件 我们在正弦稳态的条件下讨论交流电桥的基本原理。在交流电桥中，四个桥臂由阻抗元件组成，在电桥的一个对角线cd 上接入交流指零仪，另一对角线ab 上接入交流电源。 当调节电桥参数，使交流指零仪中无电流通过时（即 I0=0），cd 两点的电位相等，电桥达到平衡，这时有 Uac=Uad Ucb=Udb 即 I1Z1=I4Z4 I2Z2=I3Z3 两式相除有3344221ZIZIZIZI1 当电桥平衡时，I0=0，由此可得 I1=I2，I3=I4 所以 Z1Z3=Z2Z4 （1） 上式就是交流电桥的平衡条件，它说明：当交流电桥达到平衡时，相对桥臂的阻抗的乘GI2I3I4acZ3ZZ2Z4I0积相等。 由图1 可知，若第一桥臂由被测阻抗Zx构成，则 Zx=32ZZ Z4 当其他桥臂的参数已知时，就可决定被测阻抗Zx的值。 二、交流电桥平衡的分析 下面我们对电桥的平衡条件作进一步的分析。 在正弦交流情况下，桥臂阻抗可以写成复数的形式 Z=R+jX=Zejφ 若将电桥的平衡条件用复数的指数形式表示，则可得 Z1ejφ 1·Z3ejφ 3=Z2ejφ 2·Z4ejφ 4 即 Z1·Z3 ej(φ 1+φ 3)=Z2·Z3 ej(φ 2+φ 4) 根据复数相等的条件，等式两端的幅模和幅角必须分别相等，故有 Z1Z3=Z2Z4 φ1+φ3=φ2+φ4 上面就是平衡条件的另一种表现形式，可见...