與用伏安法測量電阻值的情況相比，電橋法具有明顯的優(yōu)勢。電橋法將對電參數(shù)（電壓、電流和電阻）的測量轉(zhuǎn)換為對參數(shù)的平衡檢測，而平衡檢測對電阻值的變化很敏感，電橋電源電壓值的變化不會直接影響測量結(jié)果，所以，其測量結(jié)果的準確度比較高。在測量標準鉑電阻溫度計等對準確度要求非常高的阻值時，主要是用測溫電橋測量。目前，使用頻率較高的儀器是直流測溫電橋、交流電流比較儀測溫電橋和直流電流比較儀測溫電橋。
1、直流測溫電橋
1.1 工作原理
直流測溫電橋分為單電橋（惠斯通電橋）和雙電橋（開爾文電橋）2種。 單電橋用于測量1×102～1×106Ω范圍內(nèi)、阻值較高的電阻，而雙電橋則可以消除被測電阻引線對其的影響，用于測量100Ω以下、阻值較低的電阻。
圖1 電橋工作原理圖
直流測溫電橋又被稱為史密斯電橋，其工作原理如圖1所示。圖中S為比較臂，固定電阻；R為比較臂，固定電阻；b為比較臂，固定電阻；Q為比較臂，固定電阻；a為可調(diào)電阻，與Q臂聯(lián)動（a＝aQ＋a’＝Q＋a’）；P為標準鉑電阻溫度計（SPRT）；L1、L2、L3、L4為標準鉑電阻溫度計的4條引線 。
1.2 使用時的注意事項
使用直流測溫電橋時，要注意以下3點：
①溫度的變化會導致各橋臂的電阻值發(fā)生變化，而且無法修正。因此，要在規(guī)定的溫度、濕度環(huán)境中使用該儀器，使基本誤差符合相關(guān)規(guī)定。
②為了減小引線電阻造成的誤差，連接導線應盡可能短而粗。在此過程中，要將各接線端子擰緊，避免接觸電阻不穩(wěn)定而造成電橋的不穩(wěn)定。
③為了減小電測系統(tǒng)誤差值及其對標準鉑電阻溫度計穩(wěn)定性的影響，在實際測溫前，要在凍制好的水三相點瓶中實測標準鉑電阻溫度計的水三相點值。
2、交流電流比較儀測溫電橋
2.1 工作原理
交流電流比較儀測溫電橋是一種比較式儀器，根據(jù)比例臂的構(gòu)成情況，可以將其分為阻抗比電橋和變壓器電橋。用2個阻抗構(gòu)成的比例臂可稱為阻抗比例器式電橋，簡稱“阻抗比電橋”；如果將感應式電壓比例器作為比例臂，則可將其稱為“變壓器電橋”。由于其匝數(shù)比準確、穩(wěn)定，所以，高精度的交流測溫電橋?qū)儆谧儔浩麟姌颉?br />
雖然交流電流比較儀測溫電橋的線路與直流單臂電橋的線路結(jié)構(gòu)、形式相同，但是，因為它的4個臂是阻抗，所以，它的平衡條件、線路組成和實現(xiàn)平衡的調(diào)整過程都比直流測溫電橋復雜。
交流電流比較儀測溫電橋可以在25Hz（工頻為50Hz時）或30Hz（工頻為60Hz時）的低頻率下工作。在工作過程中，它主要測量被測電阻兩端的電壓值和1個穩(wěn)定的內(nèi)置參考電阻或外置參考電阻兩端的電壓值，而測得的電壓值與被測電阻值有一定的比例關(guān)系。這時，利用公式（1）可以計算被測熱電阻的阻值，即：
公式中：Rt為被測電阻；Rs為內(nèi)置參考電阻或外置參考電阻；Vt為被測電阻兩端的電壓值；Vs為內(nèi)置參考電阻或外置參考電阻兩端的電壓值。
交流電流比較儀測溫電橋可以消除時間變化造成的溫度漂移，因為它不受電壓測量增益變化和電源波動的影響。另外，它還可以消除其他熱電勢，比直流測溫電橋的穩(wěn)定性更高。
2.2 準確度高的原因
直流測溫電橋操作簡單，所需費用也比較少。但是，交流電流比較儀測溫電橋的測量技術(shù)比較先進，所以，常常被用于對測量準確度要求比較高的場合。交流電流比較儀測溫電橋利用比率變換器和電源頻率抑制技術(shù)能夠消除熱電動勢對其的影響，其噪聲抑制性能較好，響應速度快，預熱時間短。
3、直流電流比較儀測溫電橋
直流電流比較儀測溫電橋的測量誤差取決于若干個電阻比，其電阻比的穩(wěn)定性和溫度系數(shù)可以達到10-6數(shù)量級，而直流測溫電橋的電阻比和溫度系數(shù)可以達到10-5數(shù)量級。但是，如果要想再提高其數(shù)量級，技術(shù)難度比較高。
DCC電阻橋即為Direct Current Comparator Resistance Bridge的縮寫，中文翻譯成直流電流比較儀測溫電橋。電流比較儀最開始是交流式的，后來才逐漸發(fā)展為直流式的，而現(xiàn)在對比精度最好、計量界用的最廣的比較儀就是直流的。
DCC電阻橋的工作取決于變壓器磁芯的安匝平衡，它與補償法直流電流鉗表或隔離傳感器的工作原理相似。也就是說，電阻值比等于磁芯匝數(shù)之比。由于磁芯匝數(shù)是不變的，因此，Rt和Rs的比例也可以精準測定。
DCC電阻橋具有分辨率高、線性度好、指標永久的特點，適用于小阻值的測試、對比工作中。當Rs為1Ω、10Ω、100Ω和1000Ω時，Rt的滿度是Rs的11倍，即允許實現(xiàn)1:10的直接對比，而且還可以實現(xiàn)不同10進之間標準電阻的傳遞。
另外，DCC電阻橋可以測試任意阻值，而且比率真實、可靠，不會改變（變壓器的匝數(shù)不會因為時間而變化）。同時，還可以進行1:10的直接傳遞對比（現(xiàn)代DCC電阻橋甚至可以直接進行1:100的直接對比），這就奠定了DCC電阻橋的地位。當電阻標準進入量子霍爾電阻（QHR）時代后，DCC電阻橋的這種特性很快被用于從霍爾電阻到常規(guī)電阻的過渡傳遞中。這些年來，DCC電阻橋也在不斷發(fā)展，例如自動化、量程擴展、精度提高、大電流應用等，它在高精度電阻計量中較為突出。
4、結(jié)束語
綜上所述，在電學、溫度等計量實驗室建標或更新電測標準設備時，應清楚被檢計量器具的使用范圍及其特性，充分了解各種測量電橋的技術(shù)優(yōu)勢和性能，以獲得最優(yōu)的方案。
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文章作者：天津市寧河縣市場和質(zhì)量監(jiān)督管理局 周春明、天津市河西區(qū)計量檢定所 周健、天津市計量監(jiān)督檢測科學研究院 馬寧。
