交流电桥的调节技巧

盛 妍

（中国矿业大学，江苏徐州 221116）

交流电桥的调节技巧

盛 妍

（中国矿业大学，江苏徐州 221116）

交流电桥在电测技术中占有重要地位，而它的平衡条件和实现平衡的调节过程都比较复杂，通过对两个实验案例的电桥平衡调节方法进行对比，总结出几条有效的调节技巧，与初学者共同探讨交流。

交流电桥；平衡；调节；技巧

交流电桥可用于精确测量电容、电感和它们的介质损耗特性，在电测技术中占有重要地位。交流电桥虽然和直流单臂电桥具有相同的电路结构，但由于它的四个桥臂是阻抗，所以它的平衡条件和实现平衡的调节过程都比直流电桥复杂。事实上，交流电桥实验是一个非常有趣且具有挑战性的实验。学生在做该实验的时候，应不断探索尝试，最后可总结出交流电桥平衡的调节技巧。本文对使用DH4518型交流电桥实验仪而设计的实验案例总结归纳，得出交流电桥的调节技巧［1］。

1 交流电桥的设计

（1）将交流电桥中的两个桥臂设为纯电阻，可使电桥结构简单调节方便。若相邻桥臂接入纯电阻，则另外相邻两臂接入相同性质的阻抗；若相对桥臂接入纯电阻，则另外两相对桥臂接入异性阻抗。

（2）使用可变电阻来调节电桥平衡。由于制造工艺的原因，电阻在调节精度和稳定性上都远远高于电容和电［2］。

（3）桥臂尽量使用标准电容（准确度高，且不易受外磁场影响），而不使用标准电感。

2 实验案例与分析

2.1 串联电阻式测量电容

选择标称值CX＝0.01μF的电容进行实验，见图1。待测电容可等效为电阻R′x和理想电容C′x的串联模型，其中R′x表示实际电容的损耗。根据实际电路结构和待测电容标称值，可选择Ra为1 kΩ，Cn为0.01μF。调节可变电阻Rn和Rb，当电桥平衡时，有

令上式实部和虚部分别相等，最后有

图1 串联电阻式测量电容

为使电桥调节过程中现象明显，不妨给电桥设定一个初始不平衡状态，即使Rn和Rb均为零。这个设定另有一个好处，即Rn和Rb只能增大不能减小，调试时都只需考虑一个变化方向。

由于电桥明显不平衡，可以尝试从可变电阻的高位开始调试，看流入检流计的电流Ig的变化。若Ig减小，电桥趋于平衡；若Ig增大，电桥失去平衡。

调节的基本方法是：固定第一个变量，调节第二个变量使Ig减小至不能再小；然后交换，固定第二个变量，调节第一个变量使Ig继续减小至不能再小；如此反复调节，直到最后满足一定精度为止。

本实验中，若选择先调试Rn，则发现Rn从0增加至最大值，Ig始终以小幅度减小；再调试Rb，当Rb从0增大至1 kΩ左右，Ig快速减小（至不能再小）；此时再回去调试Rn，发现减小Rn能使Ig继续减小，当Rn从最大值减小至100Ω左右时，Ig减到最小，可认为电桥平衡。

可见，以上实验步骤虽然最终可使电桥平衡，但最初增大Rn而使Ig减小，并不能使电桥真正趋于平衡。

而实验开始时，如果分别调试Rn和Rb的最高位（固定其中一个为0，另一个从0增大至1 kΩ），会发现Rn的变化使Ig减小幅度较小，Rb的变化使Ig减小幅度大。若选择先改变Rb，当Rb从0增加至1 kΩ左右，Ig大幅减小至不能再小；此时固定Rb调节Rn，Rn最高位从0到1 kΩ，Ig增加，电桥更失去平衡，Rn最高位退回0，调试第二位，当Rn增大至100Ω左右时，Ig减到最小，此时可认为电桥平衡。显然，第二种调试方法更直接、简单，效率高。

2.2 并联电阻式测电容

图2 并联电阻式测量电容

选择标称值Cx＝0.1μF的电容进行实验，见图2。待测电容可等效为电阻R′x和理想电容C′x的并联模型。根据实际电路结构和待测电容标称值，可选择Ra为1 kΩ，Cn为0.1μF。调解可变电阻Rn和Rb，当电桥平衡时，有

令上式实部和虚部分别相等，最后有

本实验中，若选择先调试Rb，则发现Rb从0增加至最大值，Ig始终减小；再调试Rn，发现Rn的变化几乎无法使Ig再减小。至此，电桥的调节似乎进入死胡同，电桥无法进入平衡状态。

而实验开始时，如果分别调试Rn和Rb的最高位（固定其中一个为0，另一个从0增大至1 kΩ），会发现Rn的变化使Ig减小幅度大，Rb的变化使Ig减小幅度小。若选择先改变Rn，当Rn从0增加至3 kΩ左右，Ig大幅减小至不能再小；此时固定Rn调节Rb，Rb最高位从0增大至1 kΩ左右，Ig继续减小至不能再小；固定Rb再调节Rn，Rn从3 kΩ增加到10 kΩ左右时，Ig可减到最小，此时可认为电桥平衡。

由以上两个实验可见，交流电桥调节之前，可先对变量做分别调试，固定其中一个，改变另一个，看各自的变化对流入检流计电流Ig的影响，即对电桥平衡的影响。应选择使Ig减小幅度大的变量先调，然后反复调试各个变量，可很快将电桥调节至精确平衡。

本文讨论了测量电容的交流电桥，有关调节技巧对其他测量电感的交流电桥同样适用。

［1］ 于建勇.物理实验教程［M］.徐州：中国矿业大学出版社，2007.

［2］ 张瑞斌.用于指导交流电桥实验调零的矢量数学模型［J］.物理实验，2010，30（6）：42-45.

Some Techniques in AC Bridge Experiments

SHENG Yan

（China University of Mining and Technology，Jiangsu Xuzhou 221116）

AC bridge plays an important role in electronic measurement technology.however，the balance condition and obtaining the balance are quite complicated.In this paper，by comparing the techniques in two AC bridge experiments we find several useful tips to share with beginners.

AC bridge；balance；adjust；technique

O4-33

A

1007-2934（2011）06-0029-02

2011-05-11