一、电桥的基本原理

电桥是一种利用电压、电流平衡的原理进行精确测量的电路。最常见的形式是惠斯登电桥（Wheatstone Bridge），由四个电阻构成一个闭合的桥式结构。

1.1 惠斯登电桥结构

典型的电桥包括：

• 四个电阻：R1、R2、R3、R4

• 一个电源（激励电压）

• 一个检流计或差动放大器用于检测中间桥臂电压差

电桥的平衡条件为：

$$\frac{R1}{R2} = \frac{R3}{R4}$$R2R1=R4R3

此时，桥中间的电压差为零，即检流计无电流。

1.2 电桥测量原理

若其中一个电阻未知（如R1），通过调整其他电阻使电桥平衡，即可计算出未知电阻的值：

$$R1 = R2 \times \frac{R3}{R4}$$R1=R2×R4R3

二、电桥为什么精度很高？

电桥之所以在工程测量中拥有极高的精度，主要得益于以下几个方面：

2.1 抵消公共误差

电桥通过比较法测量未知量，与直接测量相比，可以有效抵消电源电压漂移、环境干扰等公共误差。例如，激励电压的微小变化不会影响桥臂比值的判断。

2.2 适用于微小变化测量

许多物理量（如压力、应变、温度）都通过敏感元件（如应变片）转化为微小电阻变化。电桥特别适合检测毫欧级别的电阻变化，并将其转化为易于放大和处理的电压信号。

2.3 平衡状态下灵敏度极高

在电桥接近平衡状态时，桥臂的微小不平衡会导致明显的中间电压变化，这使得电桥对微小差异极其敏感。这种高灵敏度为精密测量提供了保障。

2.4 可校准与温度补偿

通过设计对称的桥臂结构或使用温度补偿元件，可以抵消由于环境变化引起的测量误差。例如，将两个应变片设置在相同温度条件下，可以使温度漂移互相抵消。

2.5 易于实现动态测量

现代电桥可结合运算放大器、A/D转换器进行数字化，实现对动态参数的实时监测，进一步提高测量精度和可靠性。

三、电桥能测量什么？

电桥不仅用于电阻的高精度测量，还能扩展用于多种电学和非电学量的检测，涵盖从实验室精密仪器到工业传感器的广泛领域。

3.1 电阻测量

这是最基础也是最经典的应用。利用电桥测量未知电阻，可以达到0.01%甚至更高的精度，常用于校准标准电阻、电阻分压器、电阻温度计等。

3.2 电容与电感测量

通过交流电桥（如Maxwell桥、Schering桥）可实现对电容、电感、品质因数的测量。该类桥路通过调节相位与幅值平衡，达到对无功元件的精确分析，广泛用于电容器选型、电感检测与损耗评估。

3.3 温度测量

配合热敏电阻（如PT100、NTC），电桥可构成高精度温度测量系统。工业自动化与环境监测中大量使用电桥来获取温度数据，具有反应快、分辨率高的优势。

3.4 应变测量（应变电桥）

在机械、土木、航空等领域，常用应变片+电桥结构检测微小的形变。四臂应变电桥能有效放大应变信号，并实现温度补偿，是结构应力检测的核心技术。

3.5 压力与力的测量

压力传感器通常内部集成电桥结构，将压力变化转化为电阻变化，再通过电桥输出电压信号。该方法响应快、稳定性好，在工业过程控制、医疗设备中应用广泛。

3.6 液位与流量测量

电桥也可与浮球、电极、热丝等元件结合，实现液位、流量等非电量的测量。例如热敏元件组成的热式流量计就是通过电桥检测热阻变化，计算流体流速。

四、电桥技术的现代发展

随着电子技术的发展，传统电桥也在不断升级：

4.1 集成化与微型化

MEMS技术使得电桥结构可以集成在芯片内部，体积小、可靠性高。MEMS压力传感器、加速度计等都是电桥原理的微型化应用。

4.2 数字电桥

数字电桥结合高精度模数转换与微处理器，实现自动测量、误差修正和数据传输，适合高端计量与科研场景。

4.3 智能传感器中的电桥

现代智能传感器往往采用电桥+信号调理芯片的结构，具备自校准、诊断功能，提高了现场使用的便捷性与可靠性。

五、总结

电桥作为一种经典而强大的测量工具，因其误差抵消、灵敏度高、结构稳定等特点，在精密测量中始终占据核心地位。从基础电阻测量到复杂物理量检测，电桥展现出极大的灵活性与适应性。随着电子技术的发展，电桥在工业自动化、医疗诊断、航空航天等领域的应用将更加广泛和智能。