交流电桥实验报告资料

交流电桥实验

能源与动力工程151班 张陆 学号：5902615015

交流电桥是测量交流元件阻抗的一种常用电桥,主要用来精确测量电器的电容量和线圈的电感量,也用于测量频率、损耗等电参量及一些可转换为电参数的非电量。交流元件的电参数主要有电阻、电感、电容等。

实验目的

1、了解交流桥路的特点和调节平衡的方法。

2、使用交流电桥测量电容及其损耗。

3、使用交流电桥测量电感及其品质因数。

实验原理

1、交流电桥平衡条件

交流电桥是对比直流电桥的结构而发展出来的，它在测量电路组成上与惠斯通电桥相似，电桥的四个臂1~Z ，2~Z ，3~Z ，4~Z 通常是复阻抗(可以是电阻、电容、电感或它们的组合)，

ab 间接交流电源E ，cd 间接交流平衡指示器D (毫伏表或示波器等)．

电桥平衡时，c 、d 两点等电位，由此得到交流电桥的平衡条件： 1~Z 3~Z =2~Z 4~

Z

利用交流电桥测量未知阻抗X Z ~(X Z ~=1~Z )的过程就是调节其余各臂阻抗参数使上式成立的过程．一般来说，X Z ~

包含二个未知分量，实际上按复阻抗形式给出的平衡条件相当于两个实数平衡条件，电桥平衡时它们应同时得到满足，这意味着要测量X Z ~

，电桥各臂阻抗参

数至少要有两个可调，而且各臂必须按电桥的两个平衡条件作适当配置． 2、桥臂配置和可调参数选取的基本原则

在多数交流电桥中，为了使线路结构简单和实现“分别读数”(即电桥的两个可调参数

分别只与被测阻抗的一个分量有单值的函数关系)，常把电桥的两个臂设计成纯电阻(统称为

辅助臂)，这样，除被测x Z ~

外只剩一个臂具有复阻抗性质，此臂由标准电抗元件(标准电感

或标准电容 )与一个可调电阻适当组合而成(称为比较臂)，在这样的条件下，由交流电桥的平衡条件得到桥臂配置和可调参数选取的基本原则．

(1)当比较臂与被测臂阻抗性质相同(指同为电感性或电容性)，二者应放在相邻的桥臂位置上；反之，应放在相对的桥臂位置上．

(2)若取比较臂的两个阻抗分量作可调参数，则当比较臂阻抗分量的联接方式(指串联或并联)与被测臂等效电路的联接方式一致时，二者应放在相邻的桥臂位置；反之，就放在相对的桥臂位置．

(3)当缺乏可调标准电抗元件或需要采用高精度固定电抗元件作为标准量具时，则选取辅助臂和比较臂所含电阻中的两个作为可调参数使电桥趋于平衡．(此时一般不能分别读数)．

电桥达到平衡。 3．常用的交流电桥 (1)电容电桥

电容电桥主要用来测量电容器的电容量及损耗角，利用已知电容测量未知电容。 ① 电容器的损耗因数

等效串联电路中的C 和R 与等效并联电路中的C ˊ、R ˊ是不相等的。在一般情况下，当电容器介质损耗不大时，应当有C ≈C ˊ,R ≤R ˊ。所以，如果用R 或R ˊ来表示实际电容器的损耗时，还必须说明它对于哪一种等效电路而言。因此为了表示方便起见，通常用电容器的损耗角δ的正切tan δ来表示它的介质损耗特性，并用符号D 表示，通常称它为损耗因数。在串联等效电路中，损耗因数表示为

CR C

I IR

U U D C

R ωωδ===

=tan

在等效的并联电路中，损耗因数表示为

'

'1

''tan R C U C R U I I D C R ωωδ====

应当指出，两种等效电路都是适合的，所以不管用哪种等效电路，求出的损耗因数是一致的。

串联电阻式电容电桥

② 测量小损耗电容的电容电桥（串联电阻式电容电桥）

电容电桥适合用来测量损耗小的电容，被测电容C x 接到电桥的第一臂，等效为电容C x ′和串联电阻R x ′,其中R x ′表示它的损耗；与被测电容相比较的标准电容C n 接入相邻的第四臂，同时与C n 串联一个可变电阻R n ，桥的另外两臂为纯电阻R b 及R a ，当电桥调到平衡时，有

b n

n a x x R C j R R C j R )1

()'1'(ωω+=+

式（15）的实数部分和虚数部分分别相等，即

⎪⎩⎪

⎨⎧==n b

x

a b

n a x C

R C R R R R R 即

n a

b

x R R R R =

' n b

a

x C R R C =

' 由此可知，要使电桥达到平衡，必须同时满足式两个条件，因此至少调节两个参数。电容的损耗因数D 为

n n x x R C R C D ωωδ===''tan

③ 测量大损耗电容的电容电桥（并联电阻式电容电桥）

/

/

并联电阻式电容电桥

假如被测电容的损耗大，则用上述电桥测量时，与标准电容相串联的电阻R n 必须很大，这将会降低电桥的灵敏度。因此，当被测电容的损耗大时，宜采用另一种电容电桥的线路来进行测量，它的特点是标准电容C n 与电阻R x 是彼此并联的，则根据电桥的平衡条件可以写成

b n n

a x x

R C j R R C j R ωω+=

+1

1''1

1

整理后可得

n a

b

x R R R R =

' n b

a

x C R R C =

' 电容的损耗因数D 为

n

n x x R C R C D ωωδ1

''1tan =

=

= （3）电感电桥

电感电桥是用已知电感或电容来测量未知电感的电桥。电感电桥有多种线路，通常采用标准电容作为与被测电感相比较的标准元件，从前面的分析可知，这时，标准电容一定要安置在与被测电感相对的桥臂中。根据实际的需要，也可采用标准电感作为标准元件，这时，标准电感一定要安置在与被测电感相邻的桥臂中。

测量高Q 值电感的电桥原理