开尔文电桥的工作原理

　　开尔文电桥的定义

　　开尔文电桥又称“双臂电桥”，是一种利用电位比较的方法进行测量的仪器，具有很高的灵敏度和准确性，在电测技术和自动控制测量应用极为广泛。而开尔文电桥又是惠斯通电桥的变形，在测量小阻值电阻（通常《1欧）时具有相当高的准确度，适于测量10-5～10Ω低阻值电阻。

　　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，他提出了如图1所示的桥路，被称为汤姆孙电桥。后因他晋封为开尔文勋爵，故又称开尔文电桥。图中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，应保直流电桥持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。

　　

　　开尔文电桥的工作原理

　　双臂电桥正是把四端引线法和电桥的平衡比较法结合起来精密测量低电阻的一种电桥。

　　把四端接法的低电阻（如待测低电阻和比较臂低电阻）接入原单臂电桥，如图9所示。

　　

　　这样就多了一臂，最后就演变成为图10的双臂电桥的电原理图，从原理图中易见：为了进一步考虑有关引线电阻和接触电阻的影响，而接入电阻R3和R4，而且它们的值务必大于10Ω。且为考虑电桥平衡时R4/R2与R3/R1的差别对测量结果的影响，使分流电流I3值较小，我们就用小于0.001Ω的粗导线R来连接电阻Rn和Rx。为增加灵敏度，加接一放大电路，使不平衡电流I0，通过放大后再由检流计指示。

　　当电桥达到平衡时，通过检流计中的电流，I0=0说明C，D两点电位相等，设计时R1、R2、R3、R4均远大于附加引线和接触电阻，根据基尔霍夫第二定律，可以得出下列方程组：

　　

　　为什么利用双臂电桥测量低电阻时能够排除或减小接线电阻和接触电阻对测量结果的影响？

　　

　　①由图10所示：被测电阻Rx和标准电阻Rn之间用阻值小于0.001Ω的粗导线接线使分流电流I3值较小，从上式可以看出，即使有很小的差别，被测电阻总是按上进行计算。这样就减少了这部分电阻和接触电阻对测量结果的影响。

　　②Rx和Rn与电源连接的接线电阻，Cn1和Cx2的接触电阻，只对总的工作电流I有影响，而对电桥的平衡是无影响的，所以，这部分导线电阻和接触电阻对测量结果也是没影响的。

　　③电位接头Pn1、Pn2、Px1、Px2的接触电阻以及导线电阻包括在相应的桥臂支路；由于电阻R1，R2，R3，R4都选择在10Ω以上，接触电阻和导线电阻同这个数值比较起是微不足道的，所以对测量结果的影响也极微小。这样就减少了这部分接触电阻和导线对测量结果的影响。

　　开尔文电桥技术指标

　　1、测量范围共分三档 a.×0.1 0～2.17×10 Ω

　　b、×1.0 0～2.17×10 Ω

　　c、×10 0～2.17×10 Ω

　　2、工作电流：4.0安培；

　　3、刻度尺分度：100格均匀刻度；

　　4、粗细均匀的黄铜棒电阻均匀分布，滑动触头接触良好，调节方便；

　　5、比例臂电阻由误差为±0.1%的8个标准电阻按一定顺序排列构成；

　　6、待测金属棒：黄铜棒、紫铜棒、铝棒、铁棒各一根；

　　7、仪器外形尺寸：500×250×60mm