直流電橋是一種測量電阻、電容和電感等參數的儀器，廣泛應用于電子、電力、通信等領域。直流電橋的工作原理是利用四個電阻器或電容器的橋式電路，通過比較橋上和橋下的電壓差，來測量未知電阻或電容的值。直流電橋的結構形式多種多樣，常見的有三種：惠斯通電橋、凱爾文電橋和麥克斯韋電橋。

一、惠斯通電橋

1.1 惠斯通電橋的基本原理

惠斯通電橋（Wheatstone Bridge）是一種經典的直流電橋，由英國物理學家查爾斯·惠斯通（Charles Wheatstone）于1843年發明。其基本原理是通過四個電阻器組成的橋式電路，測量未知電阻的值。當橋式電路達到平衡狀態時，橋上和橋下的電壓差為零，此時可以通過已知電阻的值來計算未知電阻的值。

1.2 惠斯通電橋的結構形式

惠斯通電橋的結構形式比較簡單，主要由四個電阻器、一個檢流計和一個電源組成。四個電阻器分別連接成橋式電路，其中兩個電阻器作為橋臂，另外兩個電阻器作為橋腿。檢流計用于檢測橋上和橋下的電壓差，當電壓差為零時，表示電橋達到平衡狀態。電源為電橋提供直流電。

1.3 惠斯通電橋的計算公式

惠斯通電橋的計算公式如下：

Rx = (R1 * R3) / R2

其中，Rx為未知電阻的值，R1、R2和R3為已知電阻的值。當電橋達到平衡狀態時，R1和R3的電壓降相等，R2和Rx的電壓降也相等。通過測量R1、R2和R3的值，可以計算出Rx的值。

1.4 惠斯通電橋的應用

惠斯通電橋廣泛應用于電阻測量領域，尤其是在精密測量中。由于其結構簡單、測量精度高，惠斯通電橋在實驗室、工業生產和質量檢測中都有廣泛的應用。此外，惠斯通電橋還可以用于測量應變片、熱敏電阻等傳感器的參數。

二、凱爾文電橋

2.1 凱爾文電橋的基本原理

凱爾文電橋（Kelvin Bridge）是一種改進型的直流電橋，由英國物理學家威廉·湯姆森（William Thomson，即凱爾文勛爵）于1856年發明。其基本原理是通過在惠斯通電橋的基礎上增加一個附加電阻器，來消除接觸電阻和引線電阻對測量結果的影響。凱爾文電橋的測量精度比惠斯通電橋更高，適用于測量低值電阻。

2.2 凱爾文電橋的結構形式

凱爾文電橋的結構形式與惠斯通電橋類似，但在R1和R2之間增加了一個附加電阻器Ra。Ra的值通常與R1和R2的值相近，以減小接觸電阻和引線電阻對測量結果的影響。凱爾文電橋的計算公式如下：

Rx = [(R1 * R3) / (R2 + Ra)] - Ra

2.3 凱爾文電橋的計算公式

凱爾文電橋的計算公式如下：

Rx = [(R1 * R3) / (R2 + Ra)] - Ra

其中，Rx為未知電阻的值，R1、R2、R3和Ra為已知電阻的值。通過測量R1、R2、R3和Ra的值，可以計算出Rx的值。

2.4 凱爾文電橋的應用

凱爾文電橋廣泛應用于低值電阻測量領域，尤其是在精密測量中。由于其測量精度高、抗干擾能力強，凱爾文電橋在實驗室、工業生產和質量檢測中都有廣泛的應用。此外，凱爾文電橋還可以用于測量應變片、熱敏電阻等傳感器的參數。