
【化】 Kelvin bridge
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【化】 carat
【医】 carat
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【化】 electric bridge
开尔文电桥(Kelvin Bridge),也称为汤姆森电桥(Thomson Bridge)或双臂电桥(Double Bridge),是一种用于精确测量低电阻值(通常在1Ω以下)的经典电路。其核心设计解决了传统惠斯通电桥在测量低电阻时因引线电阻和接触电阻引入的显著误差问题。
开尔文电桥采用四端法(Kelvin Connection)结构,将被测电阻((R_x))和标准电阻((R_s))均设计为四端子元件:
电桥包含两组比例臂((R_1/R_2) 和 (R_3/R_4)),通过调节比例臂电阻使检流计(G)指示为零,此时满足平衡条件: $$ frac{R_x}{R_s} = frac{R_1}{R_2} = frac{R_3}{R_4} $$ 该设计有效隔离了电流路径与电压检测路径,消除了引线电阻的干扰。
根据电气与电子工程师协会(IEEE)标准,开尔文电桥被定义为“一种通过双桥臂结构实现低电阻无损测量的比较式仪器”。其命名源于英国物理学家开尔文勋爵(Lord Kelvin),他于1861年首次提出四线制测量原理以提升电信电缆的电阻测量精度。
参考文献:
开尔文电桥(Kelvin Bridge),又称双臂电桥,是一种用于测量低电阻(通常低于0.1Ω)的精密直流电桥,由英国物理学家威廉·汤姆森(开尔文勋爵)于19世纪发明。以下是其核心概念和原理的综合说明:
平衡条件
当电桥平衡时(灵敏电流计G无电流通过),需满足两个条件:
四端法优势
通过额外引入两对端子(电流端C₁、C₂和电压端P₁、P₂),将电流激励与电压测量分离,避免引线电阻对结果的干扰()。
类型 | 惠斯通电桥(单臂) | 开尔文电桥(双臂) |
---|---|---|
测量范围 | 1Ω ~ 10⁶Ω | 10⁻³Ω ~ 1Ω |
结构特点 | 四电阻单臂结构 | 六电阻双臂结构,含跨线电阻 |
适用场景 | 中高阻值测量 | 低阻值精密测量 |
误差控制 | 易受接触电阻影响 | 通过四端法消除接触电阻 |
(依据)
除传统电阻测量外,开尔文电桥的原理还被用于电源功率检测、半导体材料分析等领域,其“激励-测量解耦”思想在现代电路中广泛应用()。
如需进一步了解具体操作或公式推导,可参考电桥实验手册或电磁测量专业文献。
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