CN103529268B - 一种具有自动辅助平衡功能的交流电桥及阻抗测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种具有自动辅助平衡功能的交流电桥及其阻抗测量方法，该交流电桥包括交流电源、主感应分压器、辅助感应分压器以及指零仪；主感应分压器与辅助感应分压器具有相同的感应分压比率，二者之间设有由有源电压跟随器、反向放大器、滤波器以及隔离变压器串联构成的负反馈支路；隔离变压器的原边与辅助感应分压器相连接；有源电压跟随器的输入端连接主感应分压器、输出端连接指零仪；该测量方法是使主感应分压器上的分压经过负反馈支路处理后，使指零仪支路自动获得地电势，电桥通过简单的主平衡即可实现阻抗比较测量；本发明实现了准确快速的交流阻抗测定，极大提高了电桥的收敛速度。

Description

一种具有自动辅助平衡功能的交流电桥及阻抗测量方法

技术领域

本发明涉及电气测量技术领域，尤其涉及一种具有自动辅助平衡功能的交流电桥及其阻抗测量方法。

背景技术

交流电桥是电气测量技术的一个重要部分，用交流电桥测量交流电路的参数，由于电桥测量法属于比较测量法，它比直接测量法具有更高的准确度，所以也是目前应用最广和最准确的方法。

交流电桥是用差值测量法比较两个交流电压或两个交流阻抗的线路。它是由桥体、电源、指零仪三大部分组成。

如图1所示，传统交流电桥是由直流四臂电桥，即单电桥或惠斯登电桥的结构而发展出来的。

四臂电桥的桥体主要由比率臂和待比较阻抗组成，通过调整比率臂与待比较阻抗比率相同，使电桥达到主平衡，完成阻抗的比较测量。比率臂能给出准确的电流比或电压比。

具体来说，传统的交流四臂电桥的桥体主要由比率臂和待比较阻抗组成，通过调整比率臂与待比较阻抗比率相同，使电桥达到主平衡，完成阻抗的比较测量。当电桥平衡后，有如下关系：

$\frac{Z_1}{Z_2}=\frac{Z_3}{Z_4}---\left(1\right)$

式1中，Z₃，Z₄为标准比率器件，设Z₁为已知实际值的标准阻抗，Z₂为待比较交流阻抗，则可根据式1导出Z₂的值，从而实现阻抗精密测量。

在精密交流电桥中，屏蔽防护非常重要。图1所示的电桥中，由于电桥4个端点对地泄漏电容的存在将引起测量误差，因为这四个电容将流过泄漏电流。其中C_a,C_b的阻抗为Z_a,Z_b，它对电桥平衡并无影响，C_c,C_d流过泄漏电流将影响指零仪支路，引起测量误差。解决C_c,C_d引起误差的经典方法是在电桥上加入辅助平衡支路Z₅,Z₆。通过调节Z₅,Z₆，使得指零仪D2指零，即

$\frac{Z_5\left|\right|Z_a}{Z_6\left|\right|Z_b}=\frac{Z_1}{Z_2}=\frac{Z_3}{Z_4}---\left(2\right)$

从而使得电桥d点等于地电位。当电桥主桥平衡后，D₁指零，c点也等于地电位，从而就可消除C_c,C_d对测量的影响。电桥平衡实际操作中，由于线路参数变动，需要反复调节主桥路平衡和辅助平衡，才能使两个指零仪D₁和D₂均指零，才能完成一次测量。此平衡过程繁复，耗时长，对测量操作人员要求高，易造成电桥平衡误差，影响交流阻抗测量精度，也不利于此类测量仪器的推广。

另外传统电桥中的比率臂需能给出准确的电流比或电压比。经典电桥的准确度主要取决于电桥比率臂的准确度、待比较阻抗的稳定性。传统交流电桥的比率臂采用电阻或电容等标准器件组成，由于受标准元件本身稳定性限制，如可变电容箱的准确度和稳定性以及电阻元件温度系数等因素的限制，其测量精度一般都低于10^-5量级。要获得更高的测量精度，势必要采用更稳定的高精度比率臂。

采用感应耦合器件作为电桥比率臂是近几十年发展起来的技术。由于感应耦合比率器件具有高准确度、高稳定性及很强的抗干扰性能等一系列优点，因此感应耦合比率臂电桥得到了迅速的发展和推广，成为交流电桥的主要发展方向之一。结合待比较阻抗的二端对或四端对定义及比较测量，感应耦合比率器件的比率误差目前可以做到小于1×10^-8，这是传统阻抗式比率器难以达到的，因此感应耦合比率臂电桥突破了传统电桥的限制，其测量精度达到10^-6～10^-8量级，使得更高精度的交流阻抗精密测量成为可能。

如图2所示的感应耦合比率臂电桥的原理图，标准比率器件Z3_,Z₄由感应耦合比率臂代替，感应耦合比率臂产生标准电压比率其平衡原理和经典电桥类似，调节电桥主平衡和辅助平衡，使得指零仪D₁和D₂同时指零后，有

$\frac{{\stackrel{\·}{U}}_1}{{\stackrel{\·}{U}}_2}=\frac{Z_1}{Z_2}---\left(3\right)$

采用感应耦合比率交流电桥准确测量阻抗，电桥也必须同时满足主平衡和辅助平衡条件。辅助平衡的目的是使电桥的指零仪D₁电位趋近地电位，来消除泄漏影响。由于两种平衡是互相影响并交替进行的，所以平衡过程繁复，测量耗时长，对测量操作人员技术水平要求高，易造成电桥平衡误差，影响交流阻抗测量精度。同时电桥一次测量中，用于改变比率电压的旋转开关需变动几十次，开关磨损大，致使电桥的可靠性下降，也不利于此类测量仪器的推广。

为解决上述问题，有两种解决方法：

1）如图3所示，采用隔离式感应比率臂提供电桥标准比率，这样只需将电桥指零仪D₁一端简单接地，即可使得电桥满足指零仪端为地电位的辅助平衡要求。但隔离式感应比率臂电桥存在的问题是，电桥杂散分布电容C_a,C_b和待比较阻抗Z₁,Z₂成为隔离式感应比率臂负载。要实现高精度阻抗比较，还需校准感应比率臂的负载效应并准确测定电桥负载，在技术上难以实现，而且还不方便使用。

2）通过引入反馈放大器的方法来实现自动的辅助平衡，但是反馈放大器的引入，往往需将比率桥臂做为其反馈支路，会引入电桥的测量误差，在高精度的交流阻抗测量要求下，往往达不到技术指标要求。

发明内容

为了解决现有技术中的电桥测量过程复杂，且测量精度较低的问题，本发明提供了一种具有自动辅助平衡功能的交流电桥及其阻抗测量方法。

本发明提供的交流电桥如下：

一种具有自动辅助平衡功能的交流电桥，包括交流电源AC以及感应比率臂电桥；感应比率臂电桥包括主感应分压器T1、辅助感应分压器T2、第一待比较阻抗Z1、第二待比较阻抗Z2以及指零仪D1；第一待比较阻抗Z1与第二待比较阻抗Z2串接，并与主感应分压器T1、辅助感应分压器T2并联接入交流电源AC；指零仪D1的一端连接在第一待比较阻抗Z1与第二待比较阻抗Z2之间、另一端与主感应分压器T1相连接。

主感应分压器T1与辅助感应分压器T2具有相同的感应分压比率。即两个感应分压器的相应位置上分别引出感应线圈的分压抽头，两个分压抽头将两个感应分压器上的线圈匝数分成等比例的两部分。

交流电桥还包括负反馈支路，其包括依次串联连接的有源电压跟随器A1、反向放大器A2、滤波器F1以及隔离变压器T3。

隔离变压器T3的原边与辅助感应分压器T2相连接；有源电压跟随器A1包括运算放大器，其同向输入端与主感应分压器T1相连接，其反向输入端以及输出端分别连接至指零仪D1支路，并同时连接至反向放大器A2的输入端。

主感应分压器T1的感应分压电信号依次经过有源电压跟随器A1、反向放大器A2、滤波器F1以及隔离变压器T3后，流入辅助感应分压器T2；通过调节负反馈支路的反向放大倍数，使指零仪D1支路获得地电势。

为了使交流阻抗测量过程中，各种分布参数影响固定，并使其不对测量过程有影响，主感应分压器T1为一个二级感应分压器，其包括并联连接的第一级激磁绕组T1-1和第二级比率绕组T1-2；第二级比率绕组T1-2设有第一分压抽头C1，第一分压抽头C1与有源电压跟随器A1的同向输入端相连接；有源电压跟随器A1的输出端与指零仪D1之间通过端对阻抗测量中的同轴线的屏蔽层相连接。本接法实现了超高精度的阻抗比较，使测量精度达到10^-7-10^-8量级。

为了进一步提高电势跟随精度、降低跟随器的输出阻抗，有源电压跟随器A1采用组合跟随器；其包括串接的第一运算放大器A1-1和第二运算放大器A1-2。其作用是跟随电桥的地电位，起到隔离电桥负载的作用，同时电桥对地分布电容负载电流由有源电压跟随器A1提供。

第一运算放大器A1-1的同向输入端与主感应分压器T1相连接，第一运算放大器A1-1输出端连接至第二运算放大器A1-2的同向输入端，第二运算放大器A1-2的输出端与第一运算放大器A1-1和第二运算放大器A1-2的反向输入端相连接，并与指零仪D1支路以及反向放大器A2的输入端相连接。

在具体实施中：

隔离变压器T3的原边与副边的线圈匝数比为1:1，其作用是调节电桥地电位。

滤波器F1为带通滤波器，其频带限定范围是100Hz～20kHz，Q值为3～5，带通增益为1，其作用是稳定负反馈环路。

反向放大器A2提供负反馈放大，在实现反馈环路稳定的前提下，其放大倍数为100倍～700倍。

一种具有自动辅助平衡功能的交流电桥的阻抗测量方法，包括如下步骤：

步骤1：搭建起交流感应耦合比率臂电桥的自动辅助平衡电路，调节分压抽头的位置，使主感应分压器T1和辅助感应分压器T2具有相同的的感应分压比率。

主感应分压器T1上的感应分压电信号依次经过电势跟随、反向放大、滤波以及隔离变换处理后，与辅助感应分压器T2的感应分压电信号相叠加。

步骤2：由于主感应分压器T1的感应分压被辅助感应分压器T2的感应分压基本抵消，再通过调节反向放大器A2的放大倍数，抑制指零仪D1支路电势，使指零仪D1支路自动获得地电势。

步骤2的具体方法是：设反向放大器A2的倍数为g,滤波器F1在工作频率下带通增益为1，可知指零仪D1支路与有源电压跟随器A1之间的电压为：

$V_o=({\stackrel{\·}{U}}_2-{\stackrel{\·}{U}}_4)/(g+1)$

根据上述公式，通过反馈增益g抑制V_o，从而使指零仪D1支路自动达到虚地电位要求，实现自动辅助平衡。

步骤3：向主感应分压器T1的第一分压抽头C1输出支路中注入一个平衡电势以改变电桥的比率，使该比率和待比较阻抗的比率相同，从而使得指零仪D1两端电势相同，从而完成电桥平衡。

步骤4：通过主感应分压器T1的感应分压比率求得待测阻抗数值，实现阻抗比较测量。

步骤4的具体方法是：感应交流电桥处于平衡状态，主感应分压器T1的分压比率与第一待比较阻抗Z1、第二待比较阻抗Z2之间满足以下关系式：

$\frac{{\stackrel{\·}{U}}_1}{{\stackrel{\·}{U}}_2}=\frac{Z_1}{Z_2}$

利用上述关系式，已知其中一个待比较阻抗值，即可求出另一个待比较阻抗值。

由于采用了感应分压器，电桥低端电压和差很容易达到小于10^-4量级，从而有源电压跟随器A1输出电压可以抑制到小于10^-6量级，即若电桥低端电压为10V，有源电压跟随器A₁的输出电压将小于10uV，相对于地电位而言，此时已满足指零仪支路虚地电位要求。

在测量过程中，为了避免各种分布参数发生变化，主感应分压器T1采用二级感应分压器，其包括并联连接的第一级激磁绕组T1-1和第二级比率绕组T1-2；第二级比率绕组T1-2的第一分压抽头C1与有源电压跟随器A1的同向输入端相连接；有源电压跟随器A1的输出端与指零仪D1之间通过端对阻抗测量中的同轴线的屏蔽层相连接。

第二比率绕组T1-2的感应分压电信号经电势跟随处理后，输出至指零仪D1支路。实现了在交流阻抗测量过程中，各种分布参数影响固定，并使其不对测量过程有影响，从而实现了超高精度的阻抗比较，使测量精度达到10^-7-10^-8量级，实现了超高精度的阻抗比较。

由于电桥的不平衡负载电流最终需由o点通过有源电压跟随器A1的输出端形成闭合回路。这样负载电流在有源电压跟随器A1输出电阻上的压降将直接叠加到有源电压跟随器A1输出电压上，从而引入误差。为将此误差降低到可忽略程度，需有源电压跟随器A1的输出阻抗足够小。

因此为了提高电势跟随精度、降低跟随器的输出阻抗，主感应分压器T1的感应电势经组合跟随器跟随后，输出至指零仪D1支路。

具体来说，是使主感应分压器T1上的感应分压电信号依次经过第一运算放大器A1-1正向输入端、第一运算放大器A1-1的输出端、第二运算放大器A1-2的正向输入端以及第二运算放大器A1-2的输出端后，输出至指零仪D1支路以及反向放大器A2的输入端。

另外，由于有源电压跟随器A1输出电压直接参与电桥平衡，因此需考虑有源电压跟随器A1引入误差对电桥精度的影响。根据上述反馈支路分析，可知有源电压跟随器A1输出电压可以抑制到小于10^-6量级。采用较高性能的通用音频放大器，如OPA627，即可使得有源电压跟随器A1的绝对电压跟随误差小于10^-3量级，可使得引入误差在10^-9量级，即有源电压跟随器A1引入的电压跟随误差可以忽略不计。

本发明带来的有益效果如下：

与现有技术中的负反馈虚地方法相比，本发明提出的自动辅助平衡方法，在不影响交流电桥的测量精度的基础上，还可实现准确快速的交流阻抗测定，极大提高了电桥的收敛速度，单次测量时间最大可缩减至原有测量时间的1/3。

附图说明

图1为传统交流电桥的电路示意图；

图2为传统辅助平衡的感应耦合比率臂电桥的电路示意图；

图3为隔离式感应耦合比率臂电桥的电路示意图；

图4为本发明的一种具有自动辅助平衡功能的交流电桥的电路示意图；

图5为图4的辅助平衡反馈回路的等效电路示意图；

图6为图4的电压跟随器的电路示意图；

图7为二端对同轴感应耦合比率臂电桥的电路示意图；

附图编号说明：

AC交流电源；T1主感应分压器；

Y1第一待比较电容；Y2第二待比较电容；

Z1第一待比较阻抗；Z2第二待比较阻抗；D1指零仪；

T2辅助感应分压器；T3隔离变压器；F1-滤波器；A2-反向放大器；

A1-有源电压跟随器；A1-1第一运算放大器；A1-2第二运算放大器；

T1-1第一级激磁绕组；T1-2第二级比率绕组；

C1第一分压抽头；C2第二分压抽头。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地说明，本发明的保护范围不局限于下述的具体实施方式。

具体实施方式

如图4、图5所示，一种具有自动辅助平衡功能的交流电桥，包括交流电源AC、主感应分压器T1、辅助感应分压器T2、第一待比较阻抗Z1、第二待比较阻抗Z2、指零仪D1；第一待比较阻抗Z1与第二待比较阻抗Z2串接，并与主感应分压器T1、辅助感应分压器T2并联接入交流电源AC；指零仪D1的一端连接在第一待比较阻抗Z1与第二待比较阻抗Z2之间、另一端与主感应分压器T1相连接。

主感应分压器T1与辅助感应分压器T2具有相同的感应分压比率，即主感应分压器T1与辅助感应分压器T2的相应位置上引出感应线圈的分压抽头，分别为第一分压抽头C1和第二分压抽头C2，两个分压抽头将两个感应分压器上的线圈匝数分成等比例的两部分。

第一分压抽头C1和第二分压抽头C2之间设有负反馈支路，负反馈支路包括依次串联连接的有源电压跟随器A1、反向放大器A2、滤波器F1以及隔离变压器T3。

隔离变压器T3的原边与第二分压抽头C2相连接；有源电压跟随器A1包括运算放大器，其同向输入端与第一分压抽头C1相连接，其反向输入端以及输出端分别连接至指零仪D1支路，并同时连接至反向放大器A2的输入端；

上述部件即构成了交流感应耦合比率臂电桥的自动辅助平衡电路。

实施例

一种具有自动辅助平衡功能的交流电桥，包括交流电源AC、主感应分压器T1、辅助感应分压器T2、第一待比较电容Y1、第二待比较电容Y2以及指零仪D1。

其中，交流电源AC为110V供电，交流电桥中的，电容传递范围从1pF~100pF，工作频率为音频，其典型工作频率1592Hz，电桥需达到的最高测量精度为10^-8量级。

主感应分压器T1与辅助感应分压器T2的分压比率为10:1，匝数均为110匝。

负反馈支路中：

隔离变压器T3为一个20匝的1：1变压器。

滤波器F1采用中心频率自动跟随、Q=5的带通滤波器，带通增益为1。

反向放大器A2增益g为700倍。

有源电压跟随器A1中的运算放大器采用型号为OPA627的通用音频放大器。

如图6所示，有源电压跟随器A1采用组合跟随器；其包括串接的第一运算放大器A1-1和第二运算放大器A1-2。

第一运算放大器A1-1的同向输入端与第一分压抽头C1相连接，第一运算放大器A1-1输出端连接至第二运算放大器A1-2的同向输入端，第二运算放大器A1-2的输出端与第一运算放大器A1-1和第二运算放大器A1-2的反向输入端相连接，并与指零仪D1支路以及反向放大器A2的输入端相连接。

经测试，采用图6方式的组合跟随器，其输出阻抗可小于1×10^-5Ω，由在输出阻抗上压降引入误差将在10^-9量级，其引入的误差忽略。组合跟随器输出电阻引入误差可通过人为加入不平衡负载进行测试，即可在电桥高端额外加入与Ca并联的不平衡负载，看电桥实际平衡变化情况来评估组合跟随器引入误差。在实际测试中，在电桥高端并入800pF电容，电桥平衡值变化量为：同相分量变化3.5×10^-9，直角分量变化为7.5×10^-9。实际电桥中，不平衡负载最大不会超过800pF，因此可说明组合跟随器引入误差小于10^-8量级，可忽略。

如图7所示，本发明采用具有自动辅助平衡的二端对同轴感应耦合比率臂电桥，主感应分压器T1为一个二级感应分压器，其包括并联连接的第一级激磁绕组T1-1和第二级比率绕组T1-2；其中，第二级比率绕组T1-2的第一分压抽头C1与有源电压跟随器A1的同向输入端相连接；有源电压跟随器A1的输出端与指零仪D1之间通过端对阻抗测量中的同轴线的屏蔽层连接。经测试，采用图7方式的电容电桥，最高可实现不确定度1×10^-8，且k＝1的电容比较精度。其中，k指的是不确定度评估中的扩展因子，即概率分布中的扩展因子。

一种具有自动辅助平衡功能的交流电桥的阻抗测量方法，其包括如下步骤：

步骤1：搭建起交流感应耦合比率臂电桥的自动辅助平衡电路，调节第一分压抽头C1和第二分压抽头C2的位置，使主感应分压器T1和辅助感应分压器T2具有相同的的感应分压比率；

第一分压抽头C1输出的感应分压电信号依次经过电势跟随、反向放大、滤波以及隔离变换处理后，与第二分压抽头C2上的感应分压电信号相叠加；

步骤2：第一分压抽头C1上的感应分压被第二分压抽头C2上的感应分压基本抵消，再调节反向放大器A2的放大倍数，抑制指零仪D1支路电势，使指零仪D1支路自动获得地电势。

具体来说，设反向放大器A2的倍数为g,滤波器F1在工作频率下带通增益为1，可知指零仪D1支路与有源电压跟随器A1之间的电压为：

$V_o=({\stackrel{\·}{U}}_2-{\stackrel{\·}{U}}_4)/(g+1)$

根据上述公式，通过反馈增益g，V_o可得到抑制，即指零仪D1支路自动达到虚地电位要求，实现自动辅助平衡。

步骤3：向第一分压抽头C1输出支路中注入一个平衡电势以改变电桥的比率，使该比率和待比较阻抗的比率相同，从而使得指零仪D1两端电势相同，从而完成电桥平衡。

步骤4：通过主感应分压器T1的感应分压比率求得待测阻抗数值，实现阻抗比较测量。

具体来说，当感应交流电桥处于平衡状态时，主感应分压器T1的分压比率与第一待比较电容Y1、第二待比较电容Y2之间满足以下关系式：

$\frac{{\stackrel{\·}{U}}_1}{{\stackrel{\·}{U}}_2}=\frac{Y_1}{Y_2}$

利用上述关系式，若已知其中一个待比较电容值，即可求出另一个待比较电容值。

上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的结构，因此前面描述的方式只是优选地，而并不具有限制性的意义。

Claims (8)

1.一种具有自动辅助平衡功能的交流电桥，包括交流电源(AC)以及感应比率臂电桥；其特征在于：所述感应比率臂电桥包括主感应分压器(T1)、辅助感应分压器(T2)、第一待比较阻抗(Z1)、第二待比较阻抗(Z2)以及指零仪(D1)；所述第一待比较阻抗(Z1)与第二待比较阻抗(Z2)串接，并与所述主感应分压器(T1)、辅助感应分压器(T2)并联接入所述交流电源(AC)；所述指零仪(D1)的一端连接在所述第一待比较阻抗(Z1)与第二待比较阻抗(Z2)之间、另一端与所述主感应分压器(T1)相连接；

所述主感应分压器(T1)与所述辅助感应分压器(T2)具有相同的感应分压比率；

所述交流电桥还包括负反馈支路，其包括依次串联连接的有源电压跟随器(A1)、反向放大器(A2)、滤波器(F1)以及隔离变压器(T3)；

所述隔离变压器(T3)的原边与所述辅助感应分压器(T2)相连接；所述有源电压跟随器(A1)包括运算放大器，其同向输入端与所述主感应分压器(T1)相连接，其反向输入端以及输出端分别连接至所述指零仪(D1)支路，并同时连接至所述反向放大器(A2)的输入端；

所述主感应分压器(T1)上的感应分压电信号依次经过所述有源电压跟随器(A1)、反向放大器(A2)、滤波器(F1)以及隔离变压器(T3)后，流入所述辅助感应分压器(T2)；通过调节负反馈支路的反向放大倍数，使所述指零仪(D1)支路获得地电势。

2.根据权利要求1所述的一种具有自动辅助平衡功能的交流电桥，其特征在于：

所述主感应分压器(T1)为一个二级感应分压器，其包括并联连接的第一级激磁绕组(T1-1)和第二级比率绕组(T1-2)；所述第二级比率绕组(T1-2)上设有第一分压抽头(C1)，所述第一分压抽头(C1)与所述有源电压跟随器(A1)的同向输入端相连接；所述有源电压跟随器(A1)的输出端与所述指零仪(D1)之间通过端对阻抗测量中的同轴线的屏蔽层相连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种具有自动辅助平衡功能的交流电桥，其特征在于：

所述有源电压跟随器(A1)为组合跟随器；其包括两个串接的第一运算放大器(A1-1)和第二运算放大器(A1-2)；

所述第一运算放大器(A1-1)的同向输入端与所述主感应分压器(T1)相连接，所述第一运算放大器(A1-1)输出端连接至所述第二运算放大器(A1-2)的同向输入端，所述第二运算放大器(A1-2)的输出端与所述第一运算放大器(A1-1)和第二运算放大器(A1-2)的反向输入端相连接，并与所述指零仪(D1)支路以及反向放大器(A2)的输入端相连接。

4.根据权利要求1所述的一种具有自动辅助平衡功能的交流电桥，其特征在于：

所述隔离变压器(T3)的原边与副边的线圈匝数比为1:1；

所述滤波器(F1)为带通滤波器，其频带限定范围是100Hz～20kHz，Q值为3～5，带通增益为1；

所述反向放大器(A2)的放大倍数为100倍～700倍。

5.使用权利要求1～4之一所述的一种具有自动辅助平衡功能的交流电桥的阻抗测量方法，其特征在于：

所述的阻抗测量方法包括如下步骤：

步骤1：搭建起交流感应耦合比率臂电桥的自动辅助平衡电路，调节分压抽头的位置，使所述主感应分压器(T1)和辅助感应分压器(T2)具有相同的感应分压比率；

所述主感应分压器(T1)上的感应分压电信号依次经过电势跟随、反向放大、滤波以及隔离变换处理后，与所述辅助感应分压器(T2)的感应分压电信号相叠加；

步骤2：由于主感应分压器(T1)的感应分压被所述辅助感应分压器(T2)的感应分压基本抵消，再通过调节所述反向放大器(A2)的放大倍数，抑制所述指零仪(D1)支路电势，使所述指零仪(D1)支路自动获得地电势；

步骤3：向所述主感应分压器(T1)的第一分压抽头(C1)输出支路中注入一个平衡电势以改变电桥的比率，使该比率和待比较阻抗的比率相同，从而使得所述指零仪(D1)两端电势相同，从而完成电桥平衡；

步骤4：通过所述主感应分压器(T1)的感应分压比率求得待测阻抗数值，实现阻抗比较测量。

6.根据权利要求5所述的一种具有自动辅助平衡功能的交流电桥的阻抗测量方法，其特征在于：

在步骤2中，设所述反向放大器(A2)的倍数为g,所述滤波器(F1)在工作频率下带通增益为1，则所述指零仪(D1)支路与所述有源电压跟随器(A1)之间的电压为：

$V_o=({\stackrel{\·}{U}}_2-{\stackrel{\·}{U}}_4)/(g+1)$

根据上述公式，通过反馈增益g来抑制V_o，使所述指零仪(D1)支路自动达到虚地电位要求，实现自动辅助平衡，其中，主感应分压器(T1)、辅助感应分压器(T2)和第一待比较阻抗(Z1)的公共节点为第一节点，主感应分压器(T1)、辅助感应分压器(T2)和第二待比较阻抗(Z2)的公共节点为第二节点，运算放大器的同向输入端和主感应分压器(T1)的连接节点为第三节点，隔离变压器(T3)的原边和辅助感应分压器(T2)的连接节点为第四节点，指所述第三节点和所述第二节点之间的电压，指所述第四节点和所述第二节点之间的电压；

在步骤4中，感应交流电桥处于平衡状态，所述主感应分压器(T1)的分压比率与所述第一待比较阻抗(Z1)、第二待比较阻抗(Z2)之间满足以下关系式：

$\frac{{\stackrel{\·}{U}}_1}{{\stackrel{\·}{U}}_2}=\frac{Z_1}{Z_2}$

其中，指所述第一节点和所述第三节点之间的电压；

利用上述关系式，已知其中一个待比较阻抗值，即可求出另一个待比较阻抗值。

7.根据权利要求5所述的一种具有自动辅助平衡功能的交流电桥的阻抗测量方法，其特征在于：

所述主感应分压器(T1)为一个二级感应分压器，其包括并联连接的第一级激磁绕组(T1-1)和第二级比率绕组(T1-2)；所述第二级比率绕组(T1-2)的第一分压抽头(C1)与所述有源电压跟随器(A1)的同向输入端相连接；所述有源电压跟随器(A1)的输出端与所述指零仪(D1)之间通过端对阻抗测量中的同轴线的屏蔽层相连接；

所述第二级比率绕组(T1-2)输出的感应分压电信号经过电势跟随处理后，输出至所述指零仪(D1)支路。

8.根据权利要求5所述的一种具有自动辅助平衡功能的交流电桥的阻抗测量方法，其特征在于：

所述主感应分压器(T1)上的感应分压电信号经组合跟随器跟随后，输出至所述指零仪(D1)支路；

具体来说，是使所述主感应分压器(T1)上的感应分压电信号依次经过所述第一运算放大器(A1-1)正向输入端、第一运算放大器(A1-1)的输出端、第二运算放大器(A1-2)的正向输入端以及第二运算放大器(A1-2)的输出端后，输出至所述指零仪(D1)支路以及反向放大器(A2)的输入端。