电桥为什么精度很高?电桥能测量什么?

电桥（如惠斯通电桥、开尔文电桥等）是一种高精度测量电路，其原理是通过平衡条件下的零位检测来消除系统误差。以下是其高精度原因及测量能力的详细解析：

一、电桥高精度的关键原因

1. 零位检测原理

   • 电桥通过调节已知元件（如电阻）使桥路电流为零（平衡状态），此时测量结果仅依赖已知元件的精度，与电源电压、检流计灵敏度等无关，大幅降低系统误差。

2. 高灵敏度检流计

   • 平衡状态下，微小失衡电流可被高灵敏度检流计（或现代数字仪表）检测，分辨率可达微伏级，确保微小参数变化的捕捉。

3. 比率测量特性

   • 电桥输出为比例关系（如 Rx=R2?R3R1Rx=R2?R1R3），比例元件的误差相互抵消，仅需标准元件（如 R1,R2,R3R1,R2,R3）的稳定性高即可。

4. 四线制测量（开尔文电桥）

   • 消除引线电阻和接触电阻影响，尤其适合低阻测量（如毫欧级）。

5. 环境干扰抑制

   • 差分结构可抑制共模噪声（如温度漂移、电源波动）。

二、电桥的测量能力

1. 直接测量参数

• 电阻

  • 惠斯通电桥：中值电阻（1Ω~1MΩ）。

  • 开尔文电桥：低电阻（0.1mΩ~1Ω，如导线、开关触点）。

  • 高阻电桥：绝缘电阻（>1MΩ，需高压电源）。

• 电容与电感

  • 交流电桥（如麦克斯韦电桥、文氏电桥）：测量电容（pF~μF）、电感（μH~H）及损耗因数（D值）、品质因数（Q值）。

• 阻抗与相位

  • 高频电桥：测量复数阻抗（Z）和相位角（θ），用于射频元件（如天线、滤波器）。

2. 间接测量应用

• 温度

  • 通过铂电阻（Pt100）或热敏电阻接入电桥，转换为电阻变化测量。

  • 精度可达±0.1℃（配合标准电阻）。

• 应变与压力

  • 应变片（电阻变化率ΔR/R）接入电桥，测量微应变（με）或压力（如称重传感器）。

• 化学成分

  • 电化学传感器（如气体检测）的输出电阻变化可通过电桥检测。

三、典型电桥类型对比

四、现代电桥的演进

• 自动平衡数字电桥：
  采用微处理器自动调节平衡，支持LCR（电感、电容、电阻）全参数测量，频率范围从Hz到MHz（如Keysmith LCR表）。

• 集成传感器电桥：
  将电桥电路与MEMS传感器结合（如压力传感器芯片），直接输出数字信号。

五、电桥的局限性

• 平衡耗时：传统手动电桥需反复调节，不适合动态测量。

• 频率限制：交流电桥的精度受频率影响（高频时寄生参数干扰显著）。