第5章電氣測量課件 電氣工程及其自動化

1、第五章 電路參數的測量 第一節(jié)第一節(jié) 電路參數的測量方法電路參數的測量方法 第二節(jié)第二節(jié) 直流單電橋直流單電橋 第三節(jié)第三節(jié) 直流雙電橋直流雙電橋 第四節(jié)第四節(jié) 交流阻抗電橋交流阻抗電橋 第五節(jié)第五節(jié) 變壓器比率臂電橋變壓器比率臂電橋 第六節(jié)第六節(jié) 帶電測溫裝置帶電測溫裝置 第七節(jié)第七節(jié) 兆歐表兆歐表 第八節(jié)第八節(jié) 接地電阻測量儀接地電阻測量儀 第九節(jié)第九節(jié) 數字電阻測量儀數字電阻測量儀本章要點本章要點 本章介紹使用單電橋、雙電橋和交流阻抗電橋測量電路參數的原理與方法。要求能根據參數類型正確選擇儀器，掌握儀器的使用規(guī)范與正確的測量步驟。 兆歐表和接地電阻測量儀是安裝、維修現場所必備工具，要求熟

2、悉它的使用方法。 變壓器比率臂電橋和帶電測溫裝置的內容，可根據專業(yè)選擇講授或布置學生自學。第一節(jié)第一節(jié) 電路參數的測量方法電路參數的測量方法電路參數：電路參數：電阻、電容、電感（互感） 基本參數電感的品質因數Q 輔助參數電容的損耗tan 第一節(jié) 電路參數的測量方法電路參數的測量方法用歐姆表、電容表測電阻、電容電橋法補償法利用諧振原理測量電感、電容直流參數交流參數用電壓、電流表即伏安法測量電阻用電壓、電流、功率表或功率因數表即三表法測量交流參數直讀法比較法諧振法間接法返回本章首頁第二節(jié) 直流單電橋電橋電路是電磁測量中電路連接的一種基本方式電橋有直流和交流之分直流電橋主要用于電阻測量直流電橋有單電

3、橋（惠斯登電橋）測中值電阻；雙電橋（開爾文電橋）測低值電阻交流電橋可測電阻，還可測電容、電感等 一、單電橋電路構成一、單電橋電路構成 。RRRRX儀為指零為被測電阻較臂稱為比稱為比率臂中其單電橋由四個橋臂組成 P, , 432 調節(jié)橋臂使電橋平衡（指零儀指零），即可從三個橋臂的電阻，求得被測電阻值。測量的準確度決定于橋臂電阻的準確度。 二、單電橋工作原理二、單電橋工作原理 調節(jié)單電橋比率臂和比較臂電阻使電橋平衡，可推出可得代入上式平衡時 ,0 43213322441IIIIIRIRIRIRIRX比較臂電阻比率臂電阻的比率 432RRRRX圖圖 QJ23型直流單臂電橋電路型直流單臂電橋電路 0.

4、999 1038.902 10281.009 101409.09 1101021030.999 SB2409.09 81.009 8.902 PSB1Rx91 910 9100 91000 R410 4.5 V三、三、QJ23型直流單電橋型直流單電橋QJ23型電橋面板裝置情況如圖：比例臂有7檔R0有四個轉盤電阻串聯(lián)檢流計可用內置也可外接高靈敏檢流計電源電壓用直流4.5V為保證測量結果的準確度測量時應選擇合適的比例臂讓R0“X1000”轉盤電阻不為零使用使用QJ23型直流單臂電橋測量電阻的步驟如下：型直流單臂電橋測量電阻的步驟如下： 使用前先將檢流計鎖扣打開，并調節(jié)其調零裝置使指針指示在零位；

5、用萬用表粗測一下被測電阻，先估計一下它的大約數值； 選擇適當的倍率； 用短粗導線將被測電阻Rx接在測量接線柱上，連接處要擰緊； 讀數，計算電阻值，被測電阻值=比較橋臂讀數盤電阻之和倍率； 測量完畢，先松開檢流計按鈕，再松開電源按鈕。 四、單電橋特點四、單電橋特點 1.當被測電阻小于10歐時，引線電阻、電橋連接處接觸電阻已經影響到橋臂的電阻值和測量的準確度。因此測量小于10 的電阻時，單電橋已不適用，必須選用雙電橋。 2.電橋的平衡條件是通過檢流計的電流 為 0， 所以指零檢流計應有足夠的靈敏度。但開始測量時靈敏度不能太高，以免損壞儀表，只能在接近平衡后逐步提高它的靈敏度。RI返回本章首頁第三節(jié)

6、 直流雙電橋一、雙電橋電路構成一、雙電橋電路構成直流雙電橋也是由檢流計、比率臂和比較臂組成。比率臂為兩對可同步調節(jié)的可調電阻，電流接頭 之間用一條的粗母線連接。S21、 CC 二、雙電橋工作原理二、雙電橋工作原理 根據雙電橋電路的連接方式，可寫出以下三個方程。 )()(2130323211311RRIRIIRIRIRIRIRIRISxSSS聯(lián)立求解后可得)(22112102012RRRRRRRRRRRRRSx 式中若能使 ,則更正項 為0,可以從電橋比率臂和比較臂電阻求得被測電阻。SxRRRR122211,RRRR)(221121020RRRRRRRRR 三、三、QJ103型雙電橋型雙電橋圖圖

7、 QJ103QJ103型直流雙臂電橋電路型直流雙臂電橋電路R1100 100.1 0.01R21SB1PP2P1C2R00.01C10.11RsSB2RE1R2RQJ103型直流雙臂電橋的比較電阻采用滑線電阻結構，其阻值可在0.010.11之間調節(jié)，測量時可根據轉盤位置直接從面板刻度上讀數。使用使用 QJ103型雙臂電橋測量電阻的步驟如下：型雙臂電橋測量電阻的步驟如下： 先將被測電阻的電流接頭和電位接頭分別與接線柱C1、C2和P1、P2連接，其連接導線應盡量短而粗，以減小接觸電阻。 根據被測電阻范圍，選擇適當的倍率擋，然后接通電源和檢流計。 調節(jié)讀數盤，使檢流計指示為零，則電橋處于平衡狀態(tài)，此

8、時即可讀取被測電阻值。 使用直流雙臂電橋時的注意事項如下：使用直流雙臂電橋時的注意事項如下： 被測電阻的每一端必須有兩個接頭線，電位接頭應比電流接頭更靠近電阻本身，且兩對接頭線不能絞在一起； 測量時，接線頭要除盡污物并接緊，盡量減少接觸電阻，以提高測量準確度； 直流雙臂電橋的工作電流很大，如使用電池測量時操作速度要快，以免耗電過多。測量結束后，應立即切斷電源。 四、雙電橋特點四、雙電橋特點 1.電位接頭的引線電阻與接觸電阻包含在比率臂電阻中，若使比率臂電阻大于10 ，則相比之下引線電阻與接觸電阻可略去不計。 2.電流接頭引線電阻與接觸電阻包含在 中，電橋平衡過程， 大小既不影響電橋的平衡條件，

9、也與測量結果無關。 3.在遵循雙電橋接線規(guī)則的情況下,可以用來測量小于10 ，直至0.0001 的電阻，例如測量電機繞組的電阻。0R返回本章首頁0R第四節(jié) 交流阻抗電橋一、交流阻抗電橋的的結構與工作原理一、交流阻抗電橋的的結構與工作原理單、雙電橋只能測量電阻，測量交流參數要用交流阻 抗電橋。交流阻抗電橋的四個橋臂由交流阻抗元件組，適當配置各橋臂阻抗性質，調節(jié)各橋臂參數使電橋平衡，可求得聯(lián)立得當電橋平衡時432133224411, IIIIZIZIZIZI4231ZZZZ43214231zzzz或 二、交流阻抗電橋的平衡條件二、交流阻抗電橋的平衡條件 要滿足交流阻抗電橋的平衡條件，四個橋臂的阻抗

10、大小與性質要按一定條件配置，配置不當就不可能達到平衡。常用的并有可能調節(jié)平衡的電橋有以下幾種。維恩電橋并聯(lián)電容電橋西林電橋串聯(lián)歐文電橋馬克斯威爾電橋海氏電橋返回本章首頁 三、交流阻抗電橋的收斂性三、交流阻抗電橋的收斂性 交流阻抗電橋的收斂性是評價交流阻抗電橋調節(jié)平衡的快慢，以附圖為例，該電橋的平衡條件為為可調的比較阻抗是被測阻抗其中1144113442)j()j( 、X，R、XRXRRXRR如果用向量OA、OB 表示阻抗值，調節(jié)平衡的目的就是讓A點靠近B點，至兩相量重合。 兩種調節(jié)平衡方法的收斂性比較 第一種方法如圖A改變 R1、jX1使電橋平衡，只要調節(jié)兩次，即達到平衡，收斂性好。此法因為需

11、要可調的標準電感，收斂性雖好，但并不實用。 第二種方法如圖B改變R1、R2使電橋平衡，必須反復多次才能平衡，收斂性差，但需要調節(jié)的阻抗是可變電阻，標準的可變電阻比較容易取得。返回本章首頁第五節(jié) 變壓器比率臂電橋一、變電壓式比率臂電橋一、變電壓式比率臂電橋這種電橋以變壓器的兩個二次繞組為比率臂，以可調交流阻抗為比較臂，另一橋臂為被測阻抗。當調節(jié)電橋平衡檢流計指零，可得SSXSXZNNZEEZNNEEZIEZIE2121212121 可得若 即可從兩繞組的匝數比與比較臂阻抗，求得被測阻抗，但要求比較臂阻抗與被測阻抗的性質需相同，例如可同為電阻或同為電容。 二、變電流式比率臂電橋二、變電流式比率臂電

12、橋 這種電橋以變壓器的兩個一次繞組為比率臂，以可調交流阻抗為比較臂，另一橋臂為被測阻抗。當調節(jié)電橋平衡檢流計指零時，可得 0 , 21212121SXSXSXSXzNNzZNNZNZENZEZEIZEI或則若檢流計指零 即可從變壓器兩個一次繞組的匝數比與比較臂阻抗值，求出被測阻抗，同樣要求比較臂阻抗與被測阻抗的性質需相同。三、雙邊式變電壓電橋三、雙邊式變電壓電橋 使用變電壓式電橋的條件是要求兩阻抗的數值比較大，電勢比等于匝數比的等式才能成立。而使用變電流式的條件是要求兩阻抗的數值比較小，電流比等于匝數比的等式才能成立。而雙邊式變電壓電橋是結合兩種電橋的原理組成，可求得SXZNNNNZ2121

13、四、變比電橋四、變比電橋 變比電橋也是一種變壓器比率臂電橋，供變壓器生產廠家，需要成批測量待測變壓器的變比時使用，調節(jié)圖中比較臂電阻，當指零儀指零時可得。K，RRRRRRRuuK的數值直接刻上變比節(jié)旋鈕上調可在保持恒定若 , 1122122121 五、變比誤差測量五、變比誤差測量 若將變比電橋的橋臂電阻，接成如圖方式則可測量變壓器的變比誤差，變比誤差可用 表示 待測變壓器K)(22213332333232132321RkRRRRRRRRRRKRRRRRKKKKKKKK返回本章首頁可在電阻R3的調節(jié)手柄直接刻上變比誤差值。第六節(jié) 帶電測溫裝置 一、電路結構一、電路結構 帶電測溫裝置是通過測量正在

14、運行中電機繞組的電阻值，以求得電機繞組的內部溫升。溫升是運行中形成的，所以要求測量時不能斷電停機。 測溫裝置采用雙電橋電路 為比率臂， 為比較臂。電橋平衡后，可從比較臂讀出繞組的電阻值求得對應的溫升。1 RRSR比較臂濾波線圈檢流計比率臂工作電流調節(jié) 二、溫升計算二、溫升計算 溫升定義：溫升定義：溫升指繞組溫度與冷卻空氣溫度之差 。01211202121122012)235( )( ,2351, , , tttCRRRttttRRRtCtttXXXXXX可求得溫升為增量得按電阻增量正比于溫度認為對于銅線可近似為電阻溫度系數時冷卻空氣的溫度為繞組熱態(tài)為繞組冷態(tài)溫度為繞組熱態(tài)溫度設返回本章首頁第七

15、節(jié) 兆歐表 一、結構與電路一、結構與電路兆歐表（又叫搖表）是一種簡便、常用的測量高電阻的儀表，主要用來檢測供電線路、電機繞組、電纜、電器設備等的絕緣電阻，以便檢驗其絕緣程度的好壞。常見的兆歐表主要由作為電源的高壓手搖發(fā)電機和磁電式流比計兩部分組成，兆歐表的外形與工作原理如圖所示。 結構內部電路1I在測量時，通過線圈的電流I1=U/(R1+R),I2=U/(R2+Rx),其中R1、R2為線圈電阻，線圈受到磁場的作用，產生兩個方向相反的轉矩：M1 = k1I1f1()M2 = k2I2f2() f1()和f2()分別為兩個線圈所在處的磁感應強度與偏轉角之間的函數關系。儀表的可動部分在轉矩的作用下發(fā)

16、生偏轉，直到兩個線圈產生的轉矩平衡。當兩個線圈產生的轉矩平衡時，有 M1 = M2 即 k1I1f1() = k2I2f2() 二、采用晶體管直流變換器的兆歐表二、采用晶體管直流變換器的兆歐表 ZC30型晶體管兆歐表利用晶體管振蕩器將直流電壓轉換為10kHz 的交流電壓，然后經升壓、整流轉換為直流高壓，作為測量絕緣電阻的電源。與手搖式兆歐表相比，測量時不需手搖，操作較方便。低壓直流穩(wěn)壓振蕩器高頻變壓器高壓整流 三、兆歐表的使用三、兆歐表的使用 如果絕緣材料表面有漏電流，該電流通過兆歐表動圈會計入測絕緣電阻中，因此遇到外表面不潔的絕緣材料，測量時要用一個保護圈與絕緣的外表面相連，保護圈通過導線接

17、兆歐表的“屏蔽”接線柱，避免漏電流通過動圈給測量造成的影響。兆歐表的正確使用要點如下：兆歐表的正確使用要點如下： （1）兆歐表必須水平放置于平穩(wěn)、牢固的地方，以免在搖動時因抖動和傾斜產生測量誤差。 （2）接線必須正確無誤，接線柱“E”（接地）、 “L”（線路）和“G”（保護環(huán)或稱屏蔽端子）與被測物的連接線必須用單根線，要求絕緣良好，不得絞合，表面不得與被測物體接觸。 （3）搖動手柄的轉速要均勻，一般規(guī)定為120 r/min，允許有20%的變化，但不應超過25%。通常要搖動1 min待指針穩(wěn)定后再讀數。 （4）測量完畢，應對設備充分放電，否則容易引起觸電事故。 （5）嚴禁在雷電時或附近有高壓導體

18、的設備上測量絕緣電阻，只有在設備不帶電又不可能受其他電源感應而帶電的情況下才可進行測量。 （6）兆歐表未停止轉動之前，切勿用手去觸及設備的測量部分或兆歐表接線柱。 （7）兆歐表應定期校驗，其方法是直接測量有確定值的標準電阻，檢查其測量誤差是否在允許范圍之內。 返回本章首頁第八節(jié) 接地電阻測量儀 一、測量儀的結構一、測量儀的結構 接地電阻測量儀由一臺電壓為500V或1000V的交流發(fā)電機、電流互感器、可調的補償電阻及交流檢流計組成。 測量時需要用兩條金屬棒插針作為輔助電極，分別插在離待測接地極10米左右。然后用粗導線將待測接地極接 E ，將輔助電極接P、C，按要求轉速搖動發(fā)電機，調節(jié)補償電阻至

19、檢流計指零 接地電阻=互感器比率 電阻示值發(fā)電機被測接地極接地電阻輔助電極 二、接地電阻測量儀的工作原理二、接地電阻測量儀的工作原理 接地電阻測量儀是利用補償原理工作的，發(fā)電機經互感器接在E、C間，若被測接地極電阻為 ，則產生的電壓為 。 二次繞組在標準電阻R上產生的電壓為KIR 其中K 為互感器變比。 調節(jié)R，使檢流計指零，表示兩電壓相互補償。 可見從標準電阻R 的刻度示值，和互感器變比可讀出被測接地電阻值。KRRKIRIRXXXRXIR三、三、ZC8ZC8型接地電阻測量儀型接地電阻測量儀1001 100 101 10 1 123122121KIIRSKIIRSKIIRS接通接通接通 ZC8

20、型接地電阻測量儀通過轉換開關改變并聯(lián)電阻值，以改變 的比值 K 。 若轉換開關位置對應的變比，改為標以該檔量程的最大值，并選用能使下式成立的測量標度盤刻度。 接地極電阻=量程最大值 測量標度盤讀數 圖中機械整流器可將交流電壓轉換為直流電壓，以便使用直流檢流計。12II 與 四、數字鉗式接地電阻測量儀四、數字鉗式接地電阻測量儀鉗式接地電阻測量儀是利用鉗式互感器，將接地電阻視為互感器的二次繞組，振蕩器發(fā)出交流信號經二次繞組送接地極，振蕩器輸出電流與接地電阻成正比，可以通過測量電流值，以反映接地電極電阻的大小。返回本章首頁鄰近沒有接地網利用輔助電極通過三次測量求得被測鄰近沒有接地網利用輔助電極通過三次測量求得被測接地極接地電阻的方法。接地極接地電阻的方法。用鉗式接地電阻測量儀經三次測量，可測量出X、A間，X、B間和A、B間的三組的接地電阻。設所測結果分別用 表示。經聯(lián)立移項可得接地電阻為ABBXAX、R、RR2 2 ABBXAXXXA