比较式电测仪表CH4.ppt

1、第4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。,2,比较式电测仪表又分补偿测量仪表和电桥测量仪表，补偿法测量仪表有全补偿和差值补偿两种,3,4.1 直流电位差计,直流电位差计是测量直流电压的比较仪器，测量直流电压的误差可小于0.005%。 直流电位差计能提供可变、准确的标准直流电压Us，用以与被测电压Ux相比较，用磁电系检流计做检测仪表。,4,1. 直流电位差计的补偿原理,按获得可变标准电压的方法不同，直流电位差计分定阻变流式和定流变阻式两种。,5,定流变阻式电位

2、差计,6,2. 直流电位差计的分类和主要技术指标,按被测电压端口输出电阻的高低可分为 高阻电位差计（输出电阻大于10k/V）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（输出电阻小于100/V）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。 按被测量量限可分为 高电压电位差计，测量上限2V左右，输出电阻高达2204，工作电流I0为0.1mA左右； 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。,7,几种国产直流电位差计的主要技术指标,8,直流电位差计的准确度有8个级别 0.0005

3、，0.001，0.002，0.005，0.01，0.02，0.05，0.1,各准确度级别的基本误差计算,其中：U为电位差计数读盘最小步进电压值；b为附加误差系数,9,3. 直流电位差计的应用,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。,电位差计测高电压,将直流高压用电阻分压器降压到量限以内，测量结果折算到高压值。,10,电位差计测电流、功率、电阻,被测电流为:,功率为:,电阻的测量:,11,4.2 直流电桥,电位差计和电桥都属于比较式测量仪表，电位差计用于测量有源量(电压或电动势)，而直流电桥专用于测量电阻。 直流电桥是测量电阻或

4、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，通常可做到0.1、0.2级。 直流电桥分两种，即单比电桥和双比电桥。 单比电桥又称惠斯登(Wheatstone)电桥，用于测量阻值为10109的电阻，在保证高精度测量时，范围为1104； 双比电桥又称凯尔文(Kelvin)电桥，主要用于测量1010-6的电阻。,12,直流单比电桥原理电路,电桥平衡时，有：,即,未知电阻的阻值:,1. 直流单比电桥,13,电桥平衡时，被测电阻的数值与电源无关，因此，平衡电桥对电源的稳定性要求不高。 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

5、比例臂和比较臂的准确度决定。,14,2. 直流单比电桥的误差公式,按使用条件不同，直流单比电桥分实验室型和便携型两种。 由于接触电阻和导线电阻的影响，直流单比电桥测量阻值较低电阻时测量误差较大。,直流单比电桥的误差公式为：,15,3. 直流双比电桥,直流双比电桥的原理电路,16,直流双比电桥星形等效电路,等效电阻,17,转换后的电桥等效电路是一个单比电桥，当电桥平衡时， 根据单比电桥平衡条件，有：,即,式中,18,若 ，则双比电桥的测量结果表达式为,测量结果表达式中多了一项更正项或称误差项,在结构上通常采用R1与R2、R3、R4联动的调节方法； 尽量减小跨线电阻R的值。,19,4.3 交流电桥

6、,20,1. 交流电桥的工作原理,交流四臂电桥原理电路,为交流阻抗，由交流电阻器、电容器、自感线圈及互感线圈组成，电源为频率范围很宽的正弦波交流电源。,21,由于实际使用的交流指零仪的输入阻抗都很高，可作为无穷大处理，所以，讨论交流电桥的平衡条件时，只考虑指零仪两端的电压,交流电桥的平衡条件是,即,辐度平衡条件,相角平衡条件,22,交流四臂电桥平衡时，两相对电臂阻抗的模的乘积相等，相角之和也要相等。 相角平衡条件非常重要，根据它能立即确立如何正确选择、安排四臂的元件(容性、感性)。 不是任意四个阻抗构成的交流电桥均可以调节平衡，也不是任意选择两个可调参数都能把交流电桥调节平衡，这两个可调参数必

7、须是一个能调节阻抗的实数部分，另一个能调节阻抗的虚数部分，如果安排不当，则无论如何都不能使电桥达到平衡。,23,若在 Z4的位置上接被测阻抗 ，则：,即,上述平衡条件也可用直角坐标形式表示为,24,在调节交流电桥平衡以实现对被测阻抗的测量时，至少应设置两个可变参数，满足两个方程。电桥平衡后由这两个方程确定两个未知参数。,联立求解上面两式得,25,2. 交流电桥的分类,（a） （b） （c） （d） （e） 交流电桥典型组合方式分类 （a） 实比型 （b） 实比型 （c）虚比型 （d） 实积型 （e） 虚积型,26,3. 实用交流电桥举例,西林(Schering)电桥 麦氏(Maxwell)电桥 海氏(Hay)电桥 欧文(Owen)电桥 文氏(Wien)电桥,27,(1) 西林(Schering)电桥,虚积电桥，用于测量高压电容器 平衡时,选择R2、R4作为可调量,28,(2) 麦氏(Maxwell)电桥,实比电桥，用于测量低Q值的电感 平衡时,选择C4、R4作为可调量,29,(3) 海氏(Hay)电桥,平衡时:,当 时， 则有,实积电桥