开尔文电桥的意思、开尔文电桥的详细解释

开尔文电桥的解释

又称“双臂电桥”。测量01欧姆以下低电阻的直流电桥。图中r是跨线电阻(包括rx、rs两电阻器间的接线电阻、接触电阻及内部连接线电阻)，rs是标准电阻。当调节r1、r2、r3、r4和rs使桥路中无电流(即灵敏电流计g的指针不偏转)时，将有下列平衡条件成立：r1r2＝r3r4和rx＝r1r2rs。rx的计算式与r无关，从而可减小接线电阻和接触电阻所产生的误差。

词语分解

• 电桥的解释 用比较法对电气参量如电阻、电容、电感等进行精确测量的仪器。可分为直流电桥和交流电桥。电桥电路也可用于测量其他一些参量如电频率、介质损耗等，或作为自动调节、自动控制部件。

专业解析

开尔文电桥（Kelvin Bridge），也称为汤姆孙电桥（Thomson Bridge），是一种用于精确测量低电阻的直流电桥电路。它是惠斯通电桥（Wheatstone Bridge）的改进形式，专门设计用于消除连接导线电阻和接触电阻对测量结果的影响，因此在测量毫欧姆（mΩ）级别的电阻时具有很高的精度。

以下是其详细解释：

1. 核心目的与设计背景

   • 惠斯通电桥在测量中等阻值电阻时效果良好，但在测量非常小的电阻时，连接被测电阻的导线电阻和测试引线与电阻之间的接触电阻会变得显著，甚至可能超过被测电阻本身，导致测量误差极大。
   • 开尔文电桥通过独特的四端法连接方式解决了这个问题。它将电流通路和电压测量通路分开。

2. 关键结构与工作原理

   • 四端连接： 被测电阻 (Rx) 需要具有四个端子：两个电流端（C1, C2）用于注入测量电流，两个电位端（P1, P2）用于测量电阻两端的电压降。这种连接方式使得电压测量点位于电阻体本身，避开了电流端到电阻体之间的导线和接触电阻的影响。
   • 双电桥结构： 开尔文电桥本质上包含两个电桥电路：
     • 主电桥：由标准电阻 (Rs)、比例臂电阻 (R1, R2) 和被测电阻 (Rx) 构成。
     • 辅助电桥：由另一组比例臂电阻 (R3, R4) 和连接在 Rx 与 Rs 之间的低值电阻 (Ry) 构成。Ry 通常是一根短而粗的铜棒或铜带，其电阻值很小但已知或可忽略。
   • 平衡条件： 当电桥平衡时（检流计 G 指示为零），加在 Rx 电位端 P1-P2 上的电压降与加在 Rs 电位端上的电压降成比例关系。通过精心设计的电路布局和比例臂电阻的匹配 (通常要求 R1/R2 = R3/R4)，可以证明 Ry 上的电压降以及电流引线的电阻在平衡方程中被抵消掉。
   • 平衡公式： 电桥平衡时的关系式通常表示为：

     Rx = Rs * (R1 / R2)

     前提是 R1/R2 = R3/R4。这个公式与惠斯通电桥形式相同，但关键在于开尔文电桥的结构使得这个公式在测量低电阻时依然精确成立，不受引线电阻影响。

3. 主要应用领域

   • 精确测量各种低值电阻器。
   • 测量电机、变压器绕组的电阻。
   • 测量开关、继电器触点的接触电阻。
   • 测量金属材料的电阻率。
   • 测量印刷电路板（PCB）走线的电阻。

4. 核心优势

   • 高精度： 能够精确测量低至微欧姆（μΩ）级别的电阻。
   • 消除引线误差： 四端法有效消除了测试引线电阻和接触电阻的影响。
   • 灵敏度高： 对微小电阻变化敏感。

开尔文电桥是一种基于四端测量法的精密直流电阻测量电路，通过独特的双电桥结构设计，有效克服了导线和接触电阻对低值电阻测量的干扰，从而实现了对毫欧姆及以下级别电阻的高精度测量。它在电气工程、材料科学和电子制造等领域具有重要应用价值。

来源说明： 由于当前未能检索到可直接引用的权威在线汉语词典（如《辞海》网络版、国学大师等）包含“开尔文电桥”的详细词条，以上解释主要基于电学测量技术、电路原理的通用知识进行撰写。其核心原理和定义在电气工程标准教材和专业文献中有广泛阐述。若需最权威的词典定义，建议查阅专业电气工程词典或相关国家标准文件。

网络扩展解释

开尔文电桥（Kelvin Bridge），又称双臂电桥，是一种用于精确测量低电阻（通常小于1欧姆）的直流电桥装置，由英国物理学家威廉·汤姆森（即开尔文勋爵）于19世纪发明。以下是其详细解释：

定义与原理

1. 基本结构
   开尔文电桥采用四线制测量法，通过分离电流激励端和电压检测端，有效消除导线电阻和接触电阻对测量的影响。其核心结构包括两组并联的电阻桥臂（(R_1/R_2)和(R_3/R_4)）、待测电阻(R_x)、标准电阻(R_s)及跨线电阻(r)。

2. 平衡条件
   当电桥平衡时（灵敏电流计无电流通过），满足以下公式：
   $$ frac{R_1}{R_2} = frac{R_3}{R_4} quad text{且} quad R_x = frac{R_1}{R_2} R_s $$
   这一条件通过调整已知电阻实现，从而精确计算(R_x)的值。

特点与优势

• 低电阻测量：专为测量0.1Ω以下的电阻设计，例如金属材料、导线或大功率器件的内阻。
• 消除干扰：通过四线制设计，避免接触电阻和导线电阻引入误差，尤其适合含电感或电容的复杂电路。
• 高精度：采用双臂结构，相较于单臂电桥（如惠斯通电桥），精度更高。

应用场景

1. 工业检测：用于电力系统、电机绕组或电池内阻的测量。
2. 材料研究：分析导体、合金等材料的电阻特性。
3. 精密仪器：配合标准电阻校准其他测量设备。

与惠斯通电桥的对比

如需进一步了解技术细节或公式推导，可参考电桥测量相关专业文献或实验手册。

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