
【化】 Kelvin bridge
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【化】 electric bridge
開爾文電橋(Kelvin Bridge),也稱為湯姆森電橋(Thomson Bridge)或雙臂電橋(Double Bridge),是一種用于精确測量低電阻值(通常在1Ω以下)的經典電路。其核心設計解決了傳統惠斯通電橋在測量低電阻時因引線電阻和接觸電阻引入的顯著誤差問題。
開爾文電橋采用四端法(Kelvin Connection)結構,将被測電阻((R_x))和标準電阻((R_s))均設計為四端子元件:
電橋包含兩組比例臂((R_1/R_2) 和 (R_3/R_4)),通過調節比例臂電阻使檢流計(G)指示為零,此時滿足平衡條件: $$ frac{R_x}{R_s} = frac{R_1}{R_2} = frac{R_3}{R_4} $$ 該設計有效隔離了電流路徑與電壓檢測路徑,消除了引線電阻的幹擾。
根據電氣與電子工程師協會(IEEE)标準,開爾文電橋被定義為“一種通過雙橋臂結構實現低電阻無損測量的比較式儀器”。其命名源于英國物理學家開爾文勳爵(Lord Kelvin),他于1861年首次提出四線制測量原理以提升電信電纜的電阻測量精度。
參考文獻:
開爾文電橋(Kelvin Bridge),又稱雙臂電橋,是一種用于測量低電阻(通常低于0.1Ω)的精密直流電橋,由英國物理學家威廉·湯姆森(開爾文勳爵)于19世紀發明。以下是其核心概念和原理的綜合說明:
平衡條件
當電橋平衡時(靈敏電流計G無電流通過),需滿足兩個條件:
四端法優勢
通過額外引入兩對端子(電流端C₁、C₂和電壓端P₁、P₂),将電流激勵與電壓測量分離,避免引線電阻對結果的幹擾()。
類型 | 惠斯通電橋(單臂) | 開爾文電橋(雙臂) |
---|---|---|
測量範圍 | 1Ω ~ 10⁶Ω | 10⁻³Ω ~ 1Ω |
結構特點 | 四電阻單臂結構 | 六電阻雙臂結構,含跨線電阻 |
適用場景 | 中高阻值測量 | 低阻值精密測量 |
誤差控制 | 易受接觸電阻影響 | 通過四端法消除接觸電阻 |
(依據)
除傳統電阻測量外,開爾文電橋的原理還被用于電源功率檢測、半導體材料分析等領域,其“激勵-測量解耦”思想在現代電路中廣泛應用()。
如需進一步了解具體操作或公式推導,可參考電橋實驗手冊或電磁測量專業文獻。
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