第五章(电路参数的测量)课件

第五章

电路参数的测量

第一节电路参数的测量方法

第二节直流单电桥

第三节直流双电桥

第四节交流阻抗电桥

第五节变压器比率臂电桥

第六节带电测温装置

第七节兆欧表

第八节接地电阻测量仪

ElectricalMeasure本章要点本章介绍使用单电桥、双电桥和交流阻抗电桥测量电路参数的原理与方法。要求能根据参数类型正确选择仪器，掌握仪器的使用规范与正确的测量步骤。兆欧表和接地电阻测量仪是安装、维修现场所必备工具，要求熟悉它的使用方法。变压器比率臂电桥和带电测温装置的内容，可根据专业选择讲授或布置学生自学。

第一节电路参数的测量方法

电路参数的测量方法用欧姆表、电容表测电阻、电容电桥法补偿法利用谐振原理测量电感、电容直流参数交流参数用电压、电流表即伏安法测量电阻用电压、电流、功率表或功率因数表即三表法测量交流参数直读法比较法谐振法间接法返回本章首页

电阻元件的电阻R=U/I

一般地，电磁能量的消耗和转换过程均用电阻R表示R=P/I2直流电阻的直读法测量

按阻值分为3等：低阻值：m级~10；中阻值：10~约100k；

高阻值：>1051.电阻的性质和类别按工作频率分直流电阻交流电阻

二、测量中阻值电阻的欧姆表法结构及原理2.结构特点中阻值：两端结构低阻值：四端结构高阻值：三端结构P´CPC´Rx低阻值电阻的四端结构RxRpRp铠装绝缘导体防护环1.串联线路R0RERxRi

刻度非线性；反向刻度;称Rx=Ri的电阻称为欧姆表的中值电阻。当Rx=Ri

时，刻度误差

由两式相除，得30201055001001k中值电阻刻度非线性不同倍率对应不同的中值电阻（1,10,100,1k,10k）讨论Rx,首先找出关系Rx~x，然后求dx/RxRx的相对误差Rx的微分或当x=0

或x=m时（即Rx=

或Rx=0时），R可求出在中值电阻处，R最小欧姆表的刻度指标是d/dm，而不是准确度级。通常把附近的1/5Ri~5Ri

的范围视为欧姆表的有效量测范围。30201055001001k中值电阻刻度非线性欧姆表的使用

选择倍率短路调零2.并联线路的欧姆表线路

rmR0ERx正向刻度中值电阻并联线路的中值电阻比串联线路的偏小，所以并联线路的欧姆表适合于测量小阻值电阻。并联线路的灵敏度（dI/dRx）较串联线路高4倍以上。0中值电阻三、直流中、低阻值电阻测量的伏安表法1.直流中阻值电阻的间接测量

伏安表法——可测量非线性电阻；判据：RAAVRVR高阻接法AVRARVR低阻接法

Rx”偏小，高阻接法低阻接法Rx’偏大高阻接法高阻接法低阻接法2.直流低阻值电阻的间接测量

电压端子的引线电阻被毫伏表内阻“淹没”CC´AmVP´PRxUx伏安表法：两电压表法：VxRxER0VNRN引入标准电阻RN，分别测量电阻RN和Rx上的压降，则特点：省略了电流表；忽略电源内阻R0时，测量结果与电压表的内阻无关。

直流中、低值电阻的精密测量采用直流单双臂电桥，在本章第二，三节做详细介绍。四、直流高阻(106~1012

)的直接测量与间接测量1.兆欧表法利用磁电系流比计测量机构构成兆欧表(俗称摇表)。2.高阻的间接测量伏安表法Rp2Rp1RxVmA

Rp1与毫安表并联连接而被淹没；

Rp2被排除在测量线路之外。铠装绝缘导体防护环使用注意：摇表屏蔽端子的连接；摇表电压等级的选择测时间常数法也可通过测量电流及时间，测出电路的时间常数。则Rx=/Ci(0)0.368i(0)VCERxU0

C为标准电容，V为静电系电压表。通过测量电压及时间，计算出Rx。交流参数的直读法测量一、电容的测量C的定义在正弦交流下法一利用冲击检流计，用已知电量对Cx充电。法二VCxRNU0右图线路。t=0时，电容对标准电阻放电。在正弦交流下，二、自感的测量在正弦交流下定义VCxUcAI三表法测感抗VL,rA~P此电路测量XL的误差较大在直流条件下，用冲击检流计组成测量线路积分所以IGUAt=0打开L,r其中R为放电回路总电阻。三、互感系数的测量在正弦交流下定义MI1U2或交流参数的精密测量采用交流阻抗电桥，本章第四节作详细介绍。在直流条件下，进行冲击测量电路右图所示两边积分开关倒相UAI1I1GU2M在正弦交流下~AI1GU2M问题：为什么有时要用直流的方法来测量交流元件参数？第二节直流单电桥

一、单电桥电路构成

调节桥臂使电桥平衡（指零仪指零），即可从三个桥臂的电阻，求得被测电阻值。测量的准确度决定于桥臂电阻的准确度。

二、单电桥工作原理

调节单电桥比率臂和比较臂电阻使电桥平衡，可推出

三、单电桥特点

1.当被测电阻小于10欧时，引线电阻、电桥连接处接触电阻已经影响到桥臂的电阻值和测量的准确度。因此测量小于10Ω的电阻时，单电桥已不适用，必须选用双电桥。

2.电桥的平衡条件是通过检流计的电流为0，所以指零检流计应有足够的灵敏度。但开始测量时灵敏度不能太高，以免损坏仪表，只能在接近平衡后逐步提高它的灵敏度。返回本章首页电源电压的大小会影响电桥的灵敏度；测量对角线与电源对角线的选择也会影响电桥的灵敏度。5.电桥的灵敏度调节桥臂电阻R2，考察电桥指示变化的灵敏情况。定义：平衡点附近，测量对角线的电压（或电流）的变化增量与桥臂参数相对变化之比，称为电桥的灵敏度。电流灵敏度电压灵敏度bcR1R2R4R3Ead令得R4——被测支路；R2——比较臂，多档十进位结构；R1R3——比例臂，比值R3/R1做成10n6.实用单比电桥求SU的最大值，令dSU/dA=0，得当A=1时，Sumax=U/4结论：当测量对角线两边的桥臂电阻的比值R1/R2和R3/R4

越接近1时，电桥的电压灵敏度越高。Ek1k2RR2R1R3Rx103102便携式电桥内附检流计和干电池；实验室型电桥的指零仪和电源需外接。测量准确度测量结果的绝对误差限a——准确度级；K——比例臂读数；b——常数，取0.2或0.3(取决于a的大小)；R2——比较臂读数；R——比较臂的最小步进值相对误差比较臂的读数越小，测量误差越大。即比较臂的读数有效位数越多，测量越准确。说明：比例臂在10、1、0.1值上较准确；

7.测量中的一些问题(1)选择线路的灵敏度时，要优先考虑合适的比例臂的比率，以保证比较臂的读数精度；(2)接通线路规则——先接电源，后接检流计；断开次序则相反。(3)寄生误差及其消除热电势、接触电势——发现：桥路平衡时，将电源反向，观察平衡情况。消除：“正负误差补偿法”正向反向平均连线电阻、接触电阻——预先平衡消除不平衡误差——不等臂误差——测量两次第一次的比例臂第二次的比例臂则第三节直流双电桥一、双电桥电路构成直流双电桥也是由检流计、比率臂和比较臂组成。比率臂为两对可同步调节的可调电阻，电流接头之间用一条的粗母线连接。

二、双电桥工作原理

根据双电桥电路的连接方式，可写出以下三个方程。

联立求解后可得式中若能使,则更正项为0,可以从电桥比率臂和比较臂电阻求得被测电阻。

三、双电桥特点

1.电位接头的引线电阻与接触电阻包含在比率臂电阻中，若使比率臂电阻大于10Ω，则相比之下引线电阻与接触电阻可略去不计。

2.电流接头引线电阻与接触电阻包含在中，电桥平衡过程，大小既不影响电桥的平衡条件，也与测量结果无关。

3.在遵循双电桥接线规则的情况下,可以用来测量小于10Ω，直至0.0001Ω的电阻，例如测量电机绕组的电阻。返回本章首页第四节交流阻抗电桥一、交流阻抗电桥的的结构与工作原理单、双电桥只能测量电阻，测量交流参数要用交流阻抗电桥。交流阻抗电桥的四个桥臂由交流阻抗元件组成，适当配置各桥臂阻抗性质，调节各桥臂参数使电桥平衡，可求得或R2R4实比虚比R2R3R2C4实积虚积R2C3结构分类实比电桥——相邻两桥臂之比为实数(R1:R2；C1:C2)虚比电桥——相邻两桥臂之比为虚数(R1:C2)实积电桥——相邻两桥臂之积为实数(R2R3；C2C3)虚积电桥——相邻两桥臂之积为虚数(R2C3R3C2)为了使平衡条件简单，通常某些桥臂为单一性质的元件。

二、交流阻抗电桥的平衡条件

要满足交流阻抗电桥的平衡条件，四个桥臂的阻抗大小与性质要按一定条件配置，配置不当就不可能达到平衡。常用的并有可能调节平衡的电桥有以下几种。维恩电桥并联电容电桥西林电桥串联欧文电桥马克斯威尔电桥海氏电桥返回本章首页三、交流阻抗电桥的收敛性

交流阻抗电桥的收敛性是评价交流阻抗电桥调节平衡的快慢，以附图为例，该电桥的平衡条件为如果用向量OA、OB表示阻抗值，调节平衡的目的就是让A点靠近B点，两相量重合。两种调节平衡方法的收敛性比较第一种方法如图A改变R1、jX1使电桥平衡，只要调节两次，即达到平衡，收敛性好。此法需要可调的标准电感，收敛性虽好，但并不实用。第二种方法如图B改变R1、R2使电桥平衡，必须反复多次才能平衡，收敛性差，但需要调节的阻抗为电阻，实现比较容易。返回本章首页第五节变压器比率臂电桥一、变电压式比率臂电桥这种电桥以变压器的两个二次绕组为比率臂，以可调交流阻抗为比较臂，另一桥臂为被测阻抗。当调节电桥平衡检流计指零，可得

即可从两绕组的匝数比与比较臂阻抗，求得被测阻抗，但要求比较臂阻抗与被测阻抗的性质需相同，例如可同为电阻或同为电容。

二、变电流式比率臂电桥

这种电桥以变压器的两个一次绕组为比率臂，以可调交流阻抗为比较臂，另一桥臂为被测阻抗。当调节电桥平衡检流计指零时，可得即可从变压器两个一次绕组的匝数比与比较臂阻抗值，求出被测阻抗，同样要求比较臂阻抗与被测阻抗的性质需相同。

三、双边式变电压电桥

使用变电压式电桥的条件是要求两阻抗的数值比较大，电势比等于匝数比的等式才能成立。而使用变电流式的条件是要求两阻抗的数值比较小，电流比等于匝数比的等式才能成立。而双边式变电压电桥是结合两种电桥的原理组成，可求得

四、变比电桥

变比电桥也是一种变压器比率臂电桥，供变压器生产厂家，需要成批测量待测变压器的变比时使用，调节图中比较臂电阻，当指零仪指零时可得五、变比误差测量

若将变比电桥的桥臂电阻，接成如图方式则可测量变压器的变比误差，变比误差可用表示待测变压器返回本章首页可在电阻R3的调节手柄直接刻上变比误差值。第六节带电测温装置一、电路结构

带电测温装置是通过测量正在运行中电机绕组的电阻值，以求得电机绕组的内部温升。温升是运行中形成的，所以要求测量时不能断电停机。测温装置采用双电桥电路为比率臂，为比较臂。电桥平衡后，可从比较臂读出绕组的电阻值求得对应的温升。比较臂滤波线圈检流计比率臂工作电流调节二、温升计算

温升定义：温升指绕组温度与冷却空气温度之差。返回本章首页第七节兆欧表一、结构与电路

兆欧表采用了比率型的磁电系仪表。测量时大小为恒定，大小取决于外接绝缘电阻的大小，绝缘电阻越大，通过动圈1的电流就越小，如标尺按绝缘电阻刻度，可以直接读出绝缘电阻值。

结构内部电路

二、采用晶体管直流变换器的兆欧表

ZC30型晶体管兆欧表利用晶体管振荡器将直流电压转换为10kHz的交流电压，然后经升压、整流转换为直流高压，作为测量绝缘电阻的电源。与手摇式兆欧表相比，测量时不需手摇，操作较方便。低压直流稳压振荡器高频变压器高压整流三、兆欧表的使用

如果绝缘材料表面有漏电流，该电流通过兆欧表动圈会计入测绝缘电阻中，因此遇到外表面不洁的绝缘材料，测量时要用一个保护圈与绝缘的外表面相连，保护圈通过导线接兆欧表的“屏蔽”接线柱，避免漏电流通过动圈给测量造成的影响。返回本章首页第八节接地电阻测量仪一、测量仪的结构

接地电阻测量仪由一台电压为500V或1000V的交流发电机、电流互感器、可调的补偿电阻及交流检