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統(tǒng)計一下四臂電橋的類型
交流電橋的種類繁多，其中四臂電橋是 墓本的，也是 常見的。因此，主要介紹四臂電橋的分類。根據(jù)電橋的基本原理和平衡條件知道，能滿足平衡方程的四臂電橋的橋臂組合方式是非常多的，不過其中某些橋路到目前為止僅僅在理論上有些價值.也有不少橋路經(jīng)過不斷改進，形成各具特色的實用電橋。在分析研究電橋時，特別是實際工作中選擇或使用電橋時，需要對電橋的分類有所了解。為此，對目前幾種常見的分類作一些簡單的介紹，并對它們的特點加以說明。著重介紹按橋臂配合方式分類的基本原理。
(1)按測量對象可分為:電阻電橋(指交流電阻)；電感電橋(測量線圈自感量及品質(zhì)因數(shù)；電容電橋(測量電容量及介質(zhì)損耗角正切)；互感電橋；頻率電橋等等。
(2)按橋臂元件性質(zhì)分為:含有R, L元件的電橋；含有R, C元件的電橋；含有R, L和C元件的電橋；含有R, L和M元件的電橋；含有R, L, M和C元件的電橋等等。對于后面兩類嚴格地說不完
全屬于常見的四臂電橋的分類范圍，但經(jīng)電路等效變換后，可以化為四臂電橋一般的形式。
(3)按、推廣者或改進者姓名命名的電橋有:麥克斯韋電橋(Maxwell bridge)；文氏電橋(Wien bridge)；歐文電橋(Owen bridge)；海氏電橋(Hay bridge)；西林電橋(Schering br
idge)；卡爾—福斯特電橋(Carey—Fosterbridge)；康貝爾電橋(Campbell bridge)等等。
(4)按橋臂配合方式分為:比率電橋(又可分為實比電橋和虛比電橋)，乘積電橋(又可分為實積電橋和虛積電橋)。
現(xiàn)簡單說明以上各種分類方法的特點如下:
*種分類方法直觀明確，對使用者按測 對象去選用較為方便。該分類法尚可再分得細一些，例如，電容電橋還可分為測較小損耗角正切的電容、測較大損耗角正切的電容、測絕緣材料或其它高電壓電氣設備帶電體間以及帶電體對地的電容值和介質(zhì)損耗等等。但是，這種分類方法不易從原理或?qū)嵸|(zhì)上對電橋進行分析和理解，因此對設計和研究人員來說不夠理想和完善。
第二種分類方法是對橋臂組成的元件性質(zhì)來說的，由各橋臂元件性質(zhì)與橋臂配置并結(jié)合平衡條件可以了解電橋的用途。根據(jù)橋臂元件性質(zhì)比較容易畫出電路的相量圖，因此便于分析和使用。
對于這種分類也可進行更細的分法。例如，含有R, C元件的電橋既可以組成文氏電橋，也可以組成西林電橋等等。這對于歸納和記憶橋路是方便的。但是就制造廠和一般使用者來說，對用何種元件組成橋臂并不關心，因此目前這種分類方法較少采用。
第三種分類方法便于去了解電橋發(fā)展歷史和科學工作者的貢獻。從使用觀點來說，這類電橋往往是某種被測對象的。例如，西林電橋大多用于測量高電壓工作條件下電氣設備的帶電體對地的電容量和絕緣介質(zhì)損耗值；海氏電橋適合于測量高品質(zhì)因數(shù)的電感線圈等等。對于專門從事電測工作人員來說，用專門的名稱便于了解和熟悉它們。又由于國外文獻和資料中常采用它們，因此對我國廣大讀者和有關人員查閱文獻和資料也有參考意義。
第四種分類方法是從電橋橋臂配合的合理性和平衡調(diào)節(jié)的方便程度出發(fā)的。它比較能說明電橋平衡的物理實質(zhì)。許多實用的電橋都可按此法進行分類，但也有些電橋既不屬于比率電橋，也不屬于乘積電橋，它們將不包括在討論之列。按橋臂配合方式分類是從電橋平衡方程式中各參數(shù)關系去考慮如何合理安排橋臂和可調(diào)參數(shù)為出發(fā)點。電橋在結(jié)構(gòu)工藝條件許可的情況下，應盡可能使調(diào)節(jié)參數(shù)做到分別平衡和分別讀數(shù)(即互相獨立的)，而采用比率和乘積的概念非常有利于為電橋設計和制造部門提供理論上的依據(jù)。另外也易于對電橋性能更好地理解，為理論分析和應用推廣創(chuàng)造條件。
現(xiàn)在介紹比率和乘積電橋的基本原理，可以使我們更好地理解這種分類方法的意義。由上述已知交流四臂電橋的橋臂一般是阻抗，即Z1, Z2, z3和z4，如圖2-3 a）所示。從表面上看，各阻抗元件的性質(zhì)和安排是任意的，而事實上，它們的安排必須受平衡條件的約束。為分析和討論方便起見，可將各橋臂阻抗寫成直角坐標形式，即:
如果把公式右邊的任念兩個橋臂阻抗固定，例如Z2和Z3或是Z2和
Z4，剩下的一橋臂作為可調(diào)臂，并將它寫成直角坐標形式，則式
(2-15)可改寫為:
上兩式中的括號內(nèi)為可調(diào)的橋臂參數(shù)，其中式(2-17)的G3一jB3是R3+jX3的倒數(shù)。
順便指出，根據(jù)平衡電橋相對橋臂可互換的性質(zhì),Z2和4可以互換并不會影響平衡，因此對于式(2-15)也可選Z3和z4為固定臂,Z2作為可調(diào)臂。以上兩種形式即式(2-16)和式(2-17)，它們各自具有兩個固定臂和一個可調(diào)臂。式(2-16)中的Z2╱Z8比值是固定的，則R4和X4為可調(diào)，式(2-17)中Z2'Z4乘積是固定的，則C3和B8為可調(diào)。通常情況下，這種比值或乘積也是復數(shù)，這對于單獨用可調(diào)臂去平衡將是困難的。由上述兩種情況的復數(shù)方程的求解過程可知，要滿足式(2-16)和式(2-17)的等號兩邊實數(shù)部分和虛數(shù)部分分別相等，單獨靠可調(diào)臂去調(diào)節(jié)平衡將會發(fā)生困難，因為等式右邊可調(diào)參數(shù)的實部或虛部逐個調(diào)節(jié)時會互相牽制。要避免這種互相牽制的情況，其辦法是將式(2-16)中的Z2╱23比值做成實常數(shù)土K(一般取正實數(shù))或虛常數(shù)土jK(它們相應意味著Φ2-Φ3=0、π或Φ2-Φ3=士π/2)，將式(2-17)中的Z2'Z4乘積也做成實常數(shù)土K或虛常數(shù)土jK(它們也相應意味著Φ2+Φ4=O、π或Φ2+Φ4=士π/2)。采取上述措施后，可調(diào)臂的實部和虛部的調(diào)節(jié)將不再互相牽制，使得電橋平衡調(diào)節(jié)容易得多。這時式(2-16)和式(2-17)
可寫成:
式((2-18)和式(2-19)表示電橋的兩個固定橋臂具有比值為實常數(shù)或虛常數(shù)的關系，因此稱前者為實比電橋，稱后者為虛比電橋，它們兩者統(tǒng)稱為比率電橋，式(2-20)和式(2-21)表示電橋的兩個固定橋臂具有乘積為實常數(shù)或虛常數(shù)的關系，因此稱前者為實積電橋，稱后者為虛積電橋，它們兩者統(tǒng)稱為乘積電橋。
由電橋平衡條件方程式可知，當兩個固定橋臂參數(shù)是比值關系時，其相應的橋臂在橋路上的位置應該是相鄰的，當兩個固定橋臂參數(shù)是乘積關系時，其相應的橋臂在橋路上的位置則必須是相對的(即不相鄰的兩個臂)。對于實比、虛比、實積、虛積等概念，后面還會具體遇到。
按比率和乘積方式考慮，各種電橋的固定橋臂的配置方案有下列幾種可能性，如表2-1所示。
表2-1內(nèi)所列七種橋臂結(jié)構(gòu)是常用的。由于實際上沒有理想的電感，故除了表中(c)類與電阻串聯(lián)（實際電感器或?qū)嶋H電感器再串接電阻)作為橋臂的實比電橋之外，尚無共它由電感所構(gòu)成的比率和乘積電橋。
必須指出，比率電橋和乘積電橋中所謂的固定橋臂，它僅僅是相對于可調(diào)橋臂來說的。在實際電橋中，有時為了做到分別平衡(見后)或者為了取得較好的收斂性(見后)，往往需要將可調(diào)參數(shù)分散在兩個或三個橋臂中。在這種情況下，就可能在原來所謂的固定橋臂中也出現(xiàn)可調(diào)參數(shù)。因此前面所說的“固定”的含義僅僅是為了分析問題的方便，而不是的或是一成不變的。
為了使讀者對比率電橋和乘積電橋的具體線路有一個初步印象，分別舉例說明。如圖2-8a), b)所示為實比電橋。圖a)所示用于測量電感線圈的電感值和品質(zhì)因數(shù)，圖b)所示主要用于測量電容值。
圖2-9 a ), b)均為虛比電橋。前者用于測量電感值和品質(zhì)因數(shù)，后者用于測量電容值和損耗角正切。
圖2-10和圖2-11分別為實積電橋和虛積電橋，前者用于側(cè)高品質(zhì)因數(shù)的電感值(海氏電橋)，后者用于側(cè)高電壓工作條件下的電容值和介質(zhì)損耗(高壓西林電橋)。
