电气测量技术第三章.ppt

电气测量技术1 3.0 概述 3.1 直流电位差计 3.2 电桥 3.3 作业 back 第三章 比较式电测仪表 电气测量技术2 第三章 比较式电测仪表 比较式电测仪表将被测对象直接与标准量作 比较，从而确定被测对象的大小。使用的标准量 包括标准电压（标准电池、齐纳管稳压值等）、 标准电阻、标准电容、标准电感等。 比较式仪表的概述 电气测量技术3 比较式电测仪表 比较式仪表的分类 比较式电测仪表比较式电测仪表 电桥测量仪表补偿测量仪表 全补偿全补偿 差值补偿差值补偿 直流电桥直流电桥 交流电桥交流电桥 将被测量与已知标 准量相比较，当检 测仪表指零时，达 到全补偿状态。 先利用标准量对被测量进 行补偿，再对剩下的被测 量与标准量间的微小差值 进行测量。 第三章 比较式电测仪表 back 电气测量技术4 3.1 直流电位差计 第三章 比较式电测仪表 电位差计： 根据补偿法或对消法测试 原理对静电场或电路中两 点间的电动势之差的测量 直流电位差计（Direct-current potentiometer） 是一个测量直流电压的仪器，它用一个已知电压与被测 电压相平衡，该已知电压可以由固定电流流过可调电阻 或由可调电流流过固定电阻来获得，或者由它们的组合 而获得。 电气测量技术5 3.1 直流电位差计 第三章 比较式电测仪表 电位差计测量电压有以下优点： 电位差计是一个电阻分压装置，可产生准确、已知、有 一定调节范围的电压，用它与被测电压比较，可以得到 被测电压值。被测电压的测量值仅取决于电阻和标准电 动势，因而可以达到较高的测量准确度。 在“校准”和“测量”中检流计两次都指示为零，表明测量 时既不从标准回路的标准电动势（通常是标准电池）中 ，也不从测量回路中分出电流。因此不改变被测回路的 原有状态，同时避免测量回路导线电阻、标准电池内阻 以及被测回路等效内阻等对测量准确度的影响，这是补 偿法测量准确度较高的另一原因。 电气测量技术6 3.1 直流电位差计 S S1 1 I I 1 1 mA R R1 1 R R2 2 R Rn n R R S S2 2 S Sn n P P U U x x U U s s I I 0 0 I I 2 2 I I n n E E + + + + 定阻变流式定阻变流式 S S I I0 0 定阻变流式定阻变流式 电流表的准确度限制了 电位差计的准确度 第三章 比较式电测仪表 电气测量技术7 比较式电测仪表 3.1 直流电位差计 定流变阻式定流变阻式 1. S拨在1，调节R0，使检流计G指 零。 2. S拨向2，调节R的滑动端，以 改变标准电压US，当检流计G再 次指零时，说明Ux与R上的压降 相互补偿。 第三章 比较式电测仪表 定流变阻式定流变阻式 S S R R0 0 R R R RN N P P Ux Us I I 0 0E E + + + + RR E EN N 1 1 2 2 I I IIII 回路I为校准回路 回路II为测量回路 电气测量技术8 比较式电测仪表 3.1 直流电位差计 第三章 比较式电测仪表 电气测量技术9 比较式电测仪表 3.1 直流电位差计的分类 第三章 比较式电测仪表 直流电位差计按被测电压端口输出电阻的高低可分高阻电 位差计（输出电阻大于10k/V）和低阻电位差计（输出电阻 小于100/V）：高阻电位差计用于测量大电阻上的电压及高 内阻电源的电动势，其工作电流小，不需大容量工作电源供 电；低阻电位差计用于测量小电阻的电压及低内阻电源的电 动势，其工作电流大，应由大容量电源供电。 直流电位差计按测量量限可分高电压电位差计（测量上限 2V左右，输出电阻高达2104，工作电流I0为0.1mA左右） 和低电压电位差计（测量上限20mV左右，输出电阻20，工 作电流I0为1mA左右）。 直流电位差计还可按使用条件分实验室型和便携型两类。 电气测量技术10 3.1 直流电位差计的应用 R R1 1 P P UU x x U U s s 电位差计电位差计 R R2 2 U U x x 电位差计测高压电位差计测高压 U U 负负 载载 P P U U x x U U s s 电位差计电位差计 R RN N I I x x 电位差计测电流电位差计测电流 第三章 比较式电测仪表 back 直流电位差计除了可以测量有限大小的电压或电动势 外，还可以用来测量高电压（高电动势）、电流、直流功 率和电阻。 电气测量技术11 3.2 电桥 2.2.1 概述（电桥：bridge） 2.2.2 直流电桥：D.C.bridge 2.2.3 交流电桥：A.C.bridge 2.2.4 有源电桥：active bridge 2.2.5 数字电桥：digital bridge 2.2.6 智能电桥：intelligent bridge 第三章 比较式电测仪表 back 电气测量技术12 比较式电测仪表 3.2.1 电桥 第三章 比较式电测仪表 电桥主要用于测量电路元件（如直流电阻、交流 电感、电容、电阻等）的量值、变化量，也用于 测量转换为电参数的非电量。 最早出现的电桥是测电阻用的直流电桥，其中最 负盛名的是惠斯通电桥。随后，为测交流元件的 参数等，发展出种类繁多、用途各异的经典交流 电桥。到20世纪50年代前后，这些电桥的大多数 被淘汰，随之出现了一些新型电桥，例如高准确 度的感应耦合比例臂电桥，它是由计算电容器 的需要而不断发展和完善起来的。50年代以后， 半导体技术和微计算机的迅速发展，电子器件和 数字技术被大量引入测量仪表领域，又出现了有 源电桥、数字电桥和智能化电桥等。 back 电气测量技术13 比较式电测仪表 3.2.2 直流电桥 直流电桥是测量电阻或与电阻有关参量的比较式仪表， 它通过被测电阻与标准电阻的比较实现测量，其准确度可达 十万分之几，一般不难做到0.1、0.2级。 根据结构的不同特点，直流电桥可分为惠斯通电桥（单 比电桥）、开尔文电桥（双比电桥）、高阻电桥和直流电流 比较式电桥等四种。惠斯通电桥适用于测量中值电阻（1 106欧），开尔文电桥适用于测量低值电阻（1欧以下）。 第三章 比较式电测仪表 电气测量技术14 比较式电测仪表 第三章 比较式电测仪表 3.2.2 惠斯登电桥 单比电桥也称为惠斯登（Wheatstone） 电桥，主要用于测量中值电阻。这种测量方法 首先由S.H. Christie于1833年提出，并由 Wheatstone于1858年以测量小电阻的方法为 题刊登在皇家学会（London）的报告中。 电桥平衡时： 四臂结构是直流电桥的基本形式。电桥由直流电源供电，平衡时，相邻两桥臂 电阻的比值等于另外两相邻桥臂电阻的比值。若一对相邻桥臂分别为标准电阻 器和被测电阻器,它们的电阻有一定的比值，则为了使电桥平衡，另一对相邻 桥臂的电阻必须有相同的比值。根据这一比值和标准电阻器的电阻值可求得被 测电阻器的电阻值。平衡时的测量结果与电桥电源的电压大小无关。 电气测量技术15 电桥平衡时，被测电阻的数值与电源E无关。 在灵敏度足够的情况下，电源电压波动对测量结果没有影响。 电桥的准确度主要由比例臂和比较臂的准确度决定。 误差公式误差公式 ： 电桥准确度级别 附加误差系数 比例臂最小步进电阻值 比例系数 a0.02，b取0.3 a0.05，b取0.2 第三章 比较式电测仪表3.2.2 直流电桥-惠斯登电桥 电气测量技术16 第三章 比较式电测仪表3.2.2 直流电桥-惠斯登电桥 QJ23a型直流单比电桥简化电路 电气测量技术17 比较式电测仪表 第三章 比较式电测仪表3.2.2 直流电桥-开尔文电桥 直流双比电桥原理电路 用于测量阻值较低 （10）的铁芯线圈 的电感，平衡时 3.2.3 交流电桥 海氏（海氏（HayHay）电桥）电桥 第三章 比较式电测仪表 电气测量技术28 欧文电桥用于电感的准确测量，平衡时 被测线圈品质因数 选择C3、R3作为可调量时，收敛性好且准确率高。 3.2.3 交流电桥 欧文（欧文（OwenO