對電橋電路的分析及應用

李至博

摘 要：電橋電路指的是一種電路結構，它是由四個二端元件結成的四邊形形成的。在工程中，被測量的東西往往是非常微弱的，必須用專門的電路來測量，這樣才能感知被測量東西的變化。電橋電路是最常用的電路，可以說電橋電路是電磁測量中電路連接的一種基本方式，它在測量系統有著非常重要的地位。本文分析了電橋電路的工作原理和特點，同時列舉了一些電橋電路的實際應用，說明了電橋電路的準確性與重要性，加深人們對于電橋電路的認識與認知。

關鍵詞：電橋電路；應用

一、電橋電路

（一）電橋電路的定義

電橋電路指的是一種電路結構，它是由四個二端元件結成的四邊形形成的，每個邊都被稱為電路的橋臂，供橋電源接在橋臂的一個對角上，輸出端的測量電路接在橋臂的另一個對角上。電橋電路的主要作用是把電阻、電感或者是電容的變化率轉化成電壓輸出，來為后續的電路測量和記錄提供方便。

（二）電橋電路的分類

根據使用電源的不同，電橋電路主要分為直流電橋和交流電橋，其中直流電橋是基礎，它主要是用于電阻的測量。直流電橋又分為單臂電橋（惠斯登電橋）和雙臂電橋（開爾文電橋）。單臂電橋主要是用于測量電阻值在1Ω-106Ω的電阻，雙臂電橋適用于電阻值低于1Ω的電阻。交流電橋一種比較式的儀器，在電測技術中有著不可替代的作用。它主要是用于交流等效電阻及其時間常數、電容等的精密測量。

第一，直流電橋的基本原理。如圖1所示，直流電橋的基本形式是四臂結構，采用直流電源進行供電。當電橋電路平衡時，一對相鄰橋臂與另外兩個相鄰橋臂的電阻比值一致。當一對相鄰橋臂一個是標準電阻器，一個是被測電阻器時，它們之間的電阻比值是一定的，為了使電橋電路達到平衡，另外兩個相鄰橋臂的電阻比值也要與之相同。在這樣的情況下，根據比值和標準電阻器的電阻值就可以知道被側電阻器的電阻值。

第二，交流電橋的基本原理。如圖2所示，在交流電橋中，四個橋臂是由電阻、電抗元件或阻抗元件組成，并用檢流計、耳機或者是其它儀器來檢測電橋是否平衡的“示零器”。當交流電橋平衡時，相對橋臂中阻抗的乘機是相等的。利用交流電橋的平衡條件來測量，這是交流電橋的基本工作原理。因此，交流電橋的四個橋臂要按照一定的原則搭配不同性質的阻抗元件才能實現平衡。理論上來說，滿足條件的橋臂類型有很多，但實際上來看并不多，主要是因為：一是由于受制造工藝的影響，不易受外磁場影響的標準電容的準確度要高于標準電感，所以橋臂盡量不要采用標準電感。二是為了盡可能地發揮電橋的優勢，要使被測量的東西由橋臂的參數決定而不是電源的電壓或者是頻率，也就是使電橋的平衡條件與電源的電壓或者是頻率無關。三是電橋的平衡需要反復調試，收斂性差的電橋調試起來比較困難，因此是不常用的。

二、電橋電路的應用

電橋電路具有靈敏度高、測量精準和誤差小等這樣的特點，因此，電橋電路不管是在我們的電路中還是日常生活中都有著越來越廣泛的應用。

（一）電橋電路在傳感器電路中的應用

傳感器是一種檢測裝置，它感受被測量的信息并將這個信息有規律地轉化成電信號或者其他形式進行輸出。

第一，電子秤傳感器。傳感器種類較多，其中稱重傳感器是一種把重力轉化成電信號的電轉換裝置。電子秤之所以能夠稱重，主要是取決于內部的稱重傳感器。電子秤傳感器的測量電路通常是使用橋式測量電路，這時應變電阻值的變化被轉化成電壓或者是電流的變化，從而輸出相應的電信號。如果發生故障，應首先觀察外形，看是否發生碰撞或破損，接著檢查電阻值的大小。以上都正常的情況下，再利用電壓表測量無任何承重的情況下，電子稱傳感器的零點輸出值是否在使用范圍之內。電子稱傳感器屬于一種精密的機電產品，所以在使用時一定要遵循具體的操作和指導方法，避免因使用不當而產生損失。

第二，空氣流量傳感器。空氣流量傳感器又稱之為空氣流量計。利用空氣流量傳感器可以將吸入的空氣流量轉化為電信號再送入電控單元，其中熱線式空氣流量傳感器與直流電橋，特別是惠斯頓電橋間的關系最為密切。熱線式空氣流量傳感器由能夠感知空氣流量的鉑金熱線電阻、能夠進行溫度補償的溫度補償電阻和控制熱線電流并輸出信號的控制電路板組成。當空氣經過熱線式空氣流量傳感器時，鉑金熱線開始散熱，此時溫度降低，它的電阻變小，電橋不再處于平衡的狀態。混合電路向鉑金熱線增加供給，提供電流，使之恢復之前的溫度和電阻值，一直到電橋處于平衡。熱線電流與空氣質量流量的大小是成正比的，溫度補償電阻受進氣溫度變化的影響，起到一個溫度補償的作用，這樣的話，由于空氣溫度不一樣而帶來的測量誤差就會減小，保證了測量的準確性。

（二）電橋電路在生活中的應用

第一，電冰箱。電冰箱的熱敏電阻式溫控器是采用半自動化的雙溫控器，它所用的感溫元件是一支熱敏電阻。將熱敏電阻放在電冰箱內一個適當位置，利用熱敏電阻的電阻值受溫度的變化而產生變化的這一特性，再利用直流電橋（平衡電橋）的組成通過控制壓縮機的開與關來達到電冰箱控溫的效果。

第二，收錄機。除了早期的產品，現在收錄機中的電機穩速電路都是采用的電子穩速電路。在旋轉中，轉子產生反電動勢。因為它的大小與轉速是成正比的，所以電子穩速電路可以利用它來控制轉速。電路中采用平衡電橋也可以增加電機轉速的穩定性。

第三，電視機。電視機的中和電路是由電容組成的電橋電路。電橋電路兩端的電壓是電橋的信號源電壓。

三、總結

電橋電路是電磁測量中電路連接的一種基本方式，由于被測量的東西是非常微弱的，因此來用電橋電路進行測量是必要的。不管是直流電橋還是交流電橋，都在測量系統中有著不可替代的地位。直流電橋主要是用于電阻的測量。利用交流電橋，我們可以測量交流等效電阻、電容和電感等。由于電橋電路的精準性、靈敏性和誤差性小等的優勢，它在傳感器中的應用十分廣泛，主要體現在電子秤傳感器和空氣流量傳感器上。同時，電橋電路與我們的日常生活也是分不開的，尤其是日常生活中的電器。因此，分析電橋電路和它的應用有著重要的意義。

參考文獻：

[1]胡承忠.常用家用電器中的電橋電路[J].泰安師專學報，1998.05.

[2]賈昌磊.電橋電路與溫度噪聲的應用分析[J] .華人時刊旬刊，2013.08.