交流电桥换臂法：精确测量电容及电缆故障定位

交流电桥测量电容是一种精确且实用的电路技术，由本文作者孙彪、陈波等人研究。传统上，测量电容的方法包括交流伏安法，但本文着重于探索惠斯通单电桥测量直流电阻的实验原理与之相结合的创新方法——交流电桥换臂法。这种方法基于惠斯通电桥的基本原理，通过改变电桥臂中的元件，如电阻和电容，来实现对电容的测量。 在惠斯通单电桥中，当电桥平衡时，电流表G的读数为零，这在测量直流电阻时非常直观。然而，通过调整电桥结构，将电阻R与电容C交替连接，形成电容电桥，可以利用示波器作为指示器来追踪电容值的变化。当电桥达到平衡时，标准电容（C0）与待测电容（Cx）的比值可通过电路的阻抗关系得到，即： 4 / (1 + xR/wCj) = C0 / Cx 这里，wCj代表角频率，xR是未知电容对应的阻抗。通过调整C0并观察示波器上的信号变化，找到示波器显示为一点时，电桥达到平衡，从而计算出电容值。这种方法特别适合于测量同轴电缆的电容，因为可以借此找出电缆的断点位置，利用电容与电缆长度之间的关系。 等臂测量（即3R4R=1）理论上可以提供最直接的电容测量，但如果电阻的实际值与标称值存在差异，会导致测量误差。为了减小这种不等臂误差，通常会引入修正因子或采用更精确的测量步骤。交流电桥换臂法不仅提升了测量电容的精度，还拓展了其在实际应用中的实用性，特别是在电缆故障定位等领域，具有显著的优势。本文的研究不仅为实验室实践提供了理论支持，也为工程师在实际工作中选择合适的测量技术提供了参考。