開爾文電橋的定義

開爾文電橋又稱“雙臂電橋”，是一種利用電位比較的方法進(jìn)行測量的儀器，具有很高的靈敏度和準(zhǔn)確性，在電測技術(shù)和自動控制測量應(yīng)用極為廣泛。而開爾文電橋又是惠斯通電橋的變形，在測量小阻值電阻（通常《1歐）時具有相當(dāng)高的準(zhǔn)確度，適于測量10-5～10Ω低阻值電阻。

1862年英國的W.湯姆孫在研究利用單比電橋測量小電阻遇到困難時，發(fā)現(xiàn)引起測量產(chǎn)生較大誤差的原因是引線電阻和連接點(diǎn)處的接觸電阻。這些電阻值可能遠(yuǎn)大于被測電阻值。因此，他提出了如圖1所示的橋路，被稱為湯姆孫電橋。后因他晉封為開爾文勛爵，故又稱開爾文電橋。圖中R3、R4分別是標(biāo)準(zhǔn)電阻與被測小電阻器，R1、R2是形成所需比值的兩橋臂。r是跨線電阻（包括R3、R4兩電阻器間的引線電阻、接觸電阻及內(nèi)部連線電阻）。

為獲得準(zhǔn)確的測量結(jié)果，消除r的影響，須將r按R1和R2的同樣比例分配給R3和R4，R姈和R娦就是為此目的而設(shè)置的。在電橋調(diào)平衡時，應(yīng)保直流電橋持R姈、R娦的比值一直與R1R2的比值相等。由于這一特點(diǎn)，這種橋路又稱雙比電橋。所測電阻值可低到毫歐級或更小。根據(jù)雙比電橋原理又發(fā)展出史密斯電橋，三平衡電橋和四跨線電橋等，使得采用橋路測小電阻的理論與實(shí)踐臻于完善。

開爾文電橋的工作原理

雙臂電橋正是把四端引線法和電橋的平衡比較法結(jié)合起來精密測量低電阻的一種電橋。

把四端接法的低電阻（如待測低電阻和比較臂低電阻）接入原單臂電橋，如圖9所示。

這樣就多了一臂，最后就演變成為圖10的雙臂電橋的電原理圖，從原理圖中易見：為了進(jìn)一步考慮有關(guān)引線電阻和接觸電阻的影響，而接入電阻R3和R4，而且它們的值務(wù)必大于10Ω。且為考慮電橋平衡時R4/R2與R3/R1的差別對測量結(jié)果的影響，使分流電流I3值較小，我們就用小于0.001Ω的粗導(dǎo)線R來連接電阻Rn和Rx。為增加靈敏度，加接一放大電路，使不平衡電流I0，通過放大后再由檢流計(jì)指示。

當(dāng)電橋達(dá)到平衡時，通過檢流計(jì)中的電流，I0=0說明C，D兩點(diǎn)電位相等，設(shè)計(jì)時R1、R2、R3、R4均遠(yuǎn)大于附加引線和接觸電阻，根據(jù)基爾霍夫第二定律，可以得出下列方程組：

為什么利用雙臂電橋測量低電阻時能夠排除或減小接線電阻和接觸電阻對測量結(jié)果的影響？

①由圖10所示：被測電阻Rx和標(biāo)準(zhǔn)電阻Rn之間用阻值小于0.001Ω的粗導(dǎo)線接線使分流電流I3值較小，從上式可以看出，即使有很小的差別，被測電阻總是按上進(jìn)行計(jì)算。這樣就減少了這部分電阻和接觸電阻對測量結(jié)果的影響。

②Rx和Rn與電源連接的接線電阻，Cn1和Cx2的接觸電阻，只對總的工作電流I有影響，而對電橋的平衡是無影響的，所以，這部分導(dǎo)線電阻和接觸電阻對測量結(jié)果也是沒影響的。

③電位接頭Pn1、Pn2、Px1、Px2的接觸電阻以及導(dǎo)線電阻包括在相應(yīng)的橋臂支路；由于電阻R1，R2，R3，R4都選擇在10Ω以上，接觸電阻和導(dǎo)線電阻同這個數(shù)值比較起是微不足道的，所以對測量結(jié)果的影響也極微小。這樣就減少了這部分接觸電阻和導(dǎo)線對測量結(jié)果的影響。

開爾文電橋技術(shù)指標(biāo)

1、測量范圍共分三檔 a.×0.1 0～2.17×10 Ω

b、×1.0 0～2.17×10 Ω

c、×10 0～2.17×10 Ω

2、工作電流：4.0安培；

3、刻度尺分度：100格均勻刻度；

4、粗細(xì)均勻的黃銅棒電阻均勻分布，滑動觸頭接觸良好，調(diào)節(jié)方便；

5、比例臂電阻由誤差為±0.1%的8個標(biāo)準(zhǔn)電阻按一定順序排列構(gòu)成；

6、待測金屬棒：黃銅棒、紫銅棒、鋁棒、鐵棒各一根；

7、儀器外形尺寸：500×250×60mm