不平衡電橋

依據電橋平衡條件進行測量的電橋稱為平衡電橋，它的操作繁瑣、測量時間長，平時所說的電橋通常是指平衡電橋。不平衡電橋是通過直接測量電橋非平衡狀態下流經指示器的電流或兩端電壓大小來測量集總參數元件的，它的操作簡便、測量時間短、易實現數位化測量。

基本介紹

• 中文名：不平衡電橋
• 外文名：unbalanced bridge
• 表示：流過電阻的電流大小
• 屬於：物理學，電學

概念

當分析和計算電橋線路時，必然會遇到電橋脫離平衡狀態的情況，即電橋處在不平衡的狀態。測量實踐中，有時並非是利用電橋的平衡狀態，而是根據電橋電路指示儀表非零的指示值來確定測量結果。按照這個原理工作的電橋就稱為不平衡電橋。

測量電阻

如圖1為新型不平衡電橋測量電阻的電路圖，圖中

圖1

經推導可得：

分析上式可見，不平衡電橋可以快速方便地測量電阻量；新型不平衡電橋電壓與其電源電壓無關，電源電壓的波動對測量不產生影響；電壓與被測電阻成正比，使測量示值線性化，測量準確度較高。老式不平衡電橋示值非線性，受電源電壓等的影響大，測量準確度較低。

測量電感、電容

不平衡電橋測量電感電路與圖1相似，分別用標準電感、被測電感代替標準電阻和被測電阻。測量電容時，分別用標準電容、被測電容代替和。測量電感、電容時，用交流電源代替直流電源。

經進一步推導得知，測量電感、電容時存在下列關係：

因此，不平衡電橋可以快速方便地測量電感量、電容量，其不足之處是不能測量品質因數、損耗因數等參數。

不平衡電橋的特性及套用範圍

對於圖2所示的直流單比電橋線路，如果由於某一橋臂電阻發生變化而造成其偏離平衡時，其中的指示儀表將出現非零的電流指示。此條件下指示儀表的示值與上述橋臂電阻的變化增量以及電源電壓的乘積成正比。如果對應於電橋平衡條件的各橋臂電阻的基值以及電源電壓保持不變，則可以認為，電橋的不平衡電流與上述橋臂電阻的變化增量的絕對值成正比。由此可見，只要存在這種關係，不必進行電橋平衡狀態的調節即可較準確地得到測量結果——橋臂電阻值的增量(被測對象)可以直接由不平衡電流的大小來確定。

圖2

但要注意的是，在利用電橋的不平衡狀態實施測量時，電橋指示儀表的偏轉並非與橋臂電阻成正比，而僅與其絕對(或相對)增量成正比，所以。只有當測量問題是一個只需注意某一個被測對象參數的增量(改變數)，而並非要去測量其整個參數時，方可使用不平衡電橋。這種情況在測量實踐中很常見，主要是在非電量的測量方面，例如測溫度變送器電阻的變化、測直線尺寸的變送器的電感或電容的變化等。在這些情況下，測量線路的平衡狀態對應於被測對象的某一中間(或初始)數值(亦即對應於變送器的某一輸出量)。在此基礎上，被測對象的變化就會引起測量線路中指示儀表指針的偏轉。指示儀表中電流的符號(方向)決定於橋臂電阻增量的符號，所以指示儀表的零點應位於標度尺的中間位置。

直流不平衡電橋變換電路

電橋按供電電壓的方式分，有直流電橋和交流電橋兩種。直流電橋只適合於電阻感測元件的電阻-電壓變換。

有些被測量如壓力、位移等，它們不僅有變化的數值大小，而且有變化的方向，要求電橋輸出的電壓量要有對應的大小和極性。直流電橋電路則能容易實現，而交流電橋輸出的為交變電壓，只有對應的電壓值大小量，無法判別方向。若想實現判別方向，在交流電橋的後面還需加一相敏檢波電路，這就使電路複雜化。

直流不平衡電路接入電阻感測元件（如應變片），稱為電阻-電壓變換電橋，電橋初始平衡時，四臂阻值都相等的電橋稱等臂電橋。可以證明，等臂電橋的電壓靈敏度為最大。常用的等臂電橋為差動電橋，如圖3的兩種情況所示。

圖3

交流不平衡電橋

交流不平衡電橋是一種基本測量電路，也是套用複數分析交流電橋的典型例題。其原理如圖4所示。

因電橋輸出端一般都接放大器，所以輸出端可視為開路。

圖4