第5章電氣測(cè)量課件電氣工程及其自動(dòng)化

第五章電路參數(shù)的測(cè)量

第一節(jié)電路參數(shù)的測(cè)量方法

第二節(jié)直流單電橋

第三節(jié)直流雙電橋

第四節(jié)交流阻抗電橋第五節(jié)變壓器比率臂電橋

第六節(jié)帶電測(cè)溫裝置

第七節(jié)兆歐表

第八節(jié)接地電阻測(cè)量?jī)x

第九節(jié)數(shù)字電阻測(cè)量?jī)x

ElectricalMeasure本章要點(diǎn)本章介紹使用單電橋、雙電橋和交流阻抗電橋測(cè)量電路參數(shù)的原理與方法。要求能根據(jù)參數(shù)類型正確選擇儀器，掌握儀器的使用規(guī)范與正確的測(cè)量步驟。兆歐表和接地電阻測(cè)量?jī)x是安裝、維修現(xiàn)場(chǎng)所必備工具，要求熟悉它的使用方法。變壓器比率臂電橋和帶電測(cè)溫裝置的內(nèi)容，可根據(jù)專業(yè)選擇講授或布置學(xué)生自學(xué)。

第一節(jié)電路參數(shù)的測(cè)量方法

電路參數(shù)：電阻、電容、電感（互感）

基本參數(shù)電感的品質(zhì)因數(shù)Q

輔助參數(shù)電容的損耗tanδ

第一節(jié)電路參數(shù)的測(cè)量方法

電路參數(shù)的測(cè)量方法用歐姆表、電容表測(cè)電阻、電容電橋法補(bǔ)償法利用諧振原理測(cè)量電感、電容直流參數(shù)交流參數(shù)用電壓、電流表即伏安法測(cè)量電阻用電壓、電流、功率表或功率因數(shù)表即三表法測(cè)量交流參數(shù)直讀法比較法諧振法間接法返回本章首頁(yè)第二節(jié)直流單電橋電橋電路是電磁測(cè)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(cè)量直流電橋有單電橋（惠斯登電橋）測(cè)中值電阻；雙電橋（開爾文電橋）測(cè)低值電阻交流電橋可測(cè)電阻，還可測(cè)電容、電感等

一、單電橋電路構(gòu)成

調(diào)節(jié)橋臂使電橋平衡（指零儀指零），即可從三個(gè)橋臂的電阻，求得被測(cè)電阻值。測(cè)量的準(zhǔn)確度決定于橋臂電阻的準(zhǔn)確度。

二、單電橋工作原理

調(diào)節(jié)單電橋比率臂和比較臂電阻使電橋平衡，可推出圖QJ23型直流單臂電橋電路

三、QJ23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(gè)轉(zhuǎn)盤電阻串聯(lián)檢流計(jì)可用內(nèi)置也可外接高靈敏檢流計(jì)電源電壓用直流4.5V為保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度測(cè)量時(shí)應(yīng)選擇合適的比例臂讓R0“X1000”轉(zhuǎn)盤電阻不為零使用QJ23型直流單臂電橋測(cè)量電阻的步驟如下：

①使用前先將檢流計(jì)鎖扣打開，并調(diào)節(jié)其調(diào)零裝置使指針指示在零位；②用萬(wàn)用表粗測(cè)一下被測(cè)電阻，先估計(jì)一下它的大約數(shù)值；③選擇適當(dāng)?shù)谋堵?；④用短粗?dǎo)線將被測(cè)電阻Rx接在測(cè)量接線柱上，連接處要擰緊；⑤讀數(shù)，計(jì)算電阻值，被測(cè)電阻值=比較橋臂讀數(shù)盤電阻之和×倍率；⑥測(cè)量完畢，先松開檢流計(jì)按鈕，再松開電源按鈕。

四、單電橋特點(diǎn)

1.當(dāng)被測(cè)電阻小于10歐時(shí)，引線電阻、電橋連接處接觸電阻已經(jīng)影響到橋臂的電阻值和測(cè)量的準(zhǔn)確度。因此測(cè)量小于10Ω的電阻時(shí)，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(guò)檢流計(jì)的電流為0，所以指零檢流計(jì)應(yīng)有足夠的靈敏度。但開始測(cè)量時(shí)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。返回本章首頁(yè)第三節(jié)直流雙電橋一、雙電橋電路構(gòu)成直流雙電橋也是由檢流計(jì)、比率臂和比較臂組成。比率臂為兩對(duì)可同步調(diào)節(jié)的可調(diào)電阻，電流接頭之間用一條的粗母線連接。

二、雙電橋工作原理

根據(jù)雙電橋電路的連接方式，可寫出以下三個(gè)方程。

聯(lián)立求解后可得式中若能使,則更正項(xiàng)為0,可以從電橋比率臂和比較臂電阻求得被測(cè)電阻。三、QJ103型雙電橋圖QJ103型直流雙臂電橋電路

QJ103型直流雙臂電橋的比較電阻采用滑線電阻結(jié)構(gòu)，其阻值可在0.01～0.11Ω之間調(diào)節(jié)，測(cè)量時(shí)可根據(jù)轉(zhuǎn)盤位置直接從面板刻度上讀數(shù)。

使用QJ103型雙臂電橋測(cè)量電阻的步驟如下：

①先將被測(cè)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(dǎo)線應(yīng)盡量短而粗，以減小接觸電阻。 ②根據(jù)被測(cè)電阻范圍，選擇適當(dāng)?shù)谋堵蕮?，然后接通電源和檢流計(jì)。 ③調(diào)節(jié)讀數(shù)盤，使檢流計(jì)指示為零，則電橋處于平衡狀態(tài)，此時(shí)即可讀取被測(cè)電阻值。

使用直流雙臂電橋時(shí)的注意事項(xiàng)如下：

①被測(cè)電阻的每一端必須有兩個(gè)接頭線，電位接頭應(yīng)比電流接頭更靠近電阻本身，且兩對(duì)接頭線不能絞在一起； ②測(cè)量時(shí)，接線頭要除盡污物并接緊，盡量減少接觸電阻，以提高測(cè)量準(zhǔn)確度；③直流雙臂電橋的工作電流很大，如使用電池測(cè)量時(shí)操作速度要快，以免耗電過(guò)多。測(cè)量結(jié)束后，應(yīng)立即切斷電源。

四、雙電橋特點(diǎn)

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10Ω，則相比之下引線電阻與接觸電阻可略去不計(jì)。2.電流接頭引線電阻與接觸電阻包含在中，電橋平衡過(guò)程，大小既不影響電橋的平衡條件，也與測(cè)量結(jié)果無(wú)關(guān)。3.在遵循雙電橋接線規(guī)則的情況下,可以用來(lái)測(cè)量小于10Ω，直至0.0001Ω的電阻，例如測(cè)量電機(jī)繞組的電阻。返回本章首頁(yè)第四節(jié)交流阻抗電橋一、交流阻抗電橋的的結(jié)構(gòu)與工作原理單、雙電橋只能測(cè)量電阻，測(cè)量交流參數(shù)要用交流阻抗電橋。交流阻抗電橋的四個(gè)橋臂由交流阻抗元件組，適當(dāng)配置各橋臂阻抗性質(zhì)，調(diào)節(jié)各橋臂參數(shù)使電橋平衡，可求得或

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(gè)橋臂的阻抗大小與性質(zhì)要按一定條件配置，配置不當(dāng)就不可能達(dá)到平衡。常用的并有可能調(diào)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(yè)

三、交流阻抗電橋的收斂性

交流阻抗電橋的收斂性是評(píng)價(jià)交流阻抗電橋調(diào)節(jié)平衡的快慢，以附圖為例，該電橋的平衡條件為如果用向量OA、OB表示阻抗值，調(diào)節(jié)平衡的目的就是讓A點(diǎn)靠近B點(diǎn)，至兩相量重合。兩種調(diào)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(diào)節(jié)兩次，即達(dá)到平衡，收斂性好。此法因?yàn)樾枰烧{(diào)的標(biāo)準(zhǔn)電感，收斂性雖好，但并不實(shí)用。第二種方法如圖B改變R1、R2使電橋平衡，必須反復(fù)多次才能平衡，收斂性差，但需要調(diào)節(jié)的阻抗是可變電阻，標(biāo)準(zhǔn)的可變電阻比較容易取得。返回本章首頁(yè)第五節(jié)變壓器比率臂電橋一、變電壓式比率臂電橋這種電橋以變壓器的兩個(gè)二次繞組為比率臂，以可調(diào)交流阻抗為比較臂，另一橋臂為被測(cè)阻抗。當(dāng)調(diào)節(jié)電橋平衡檢流計(jì)指零，可得

即可從兩繞組的匝數(shù)比與比較臂阻抗，求得被測(cè)阻抗，但要求比較臂阻抗與被測(cè)阻抗的性質(zhì)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

這種電橋以變壓器的兩個(gè)一次繞組為比率臂，以可調(diào)交流阻抗為比較臂，另一橋臂為被測(cè)阻抗。當(dāng)調(diào)節(jié)電橋平衡檢流計(jì)指零時(shí)，可得即可從變壓器兩個(gè)一次繞組的匝數(shù)比與比較臂阻抗值，求出被測(cè)阻抗，同樣要求比較臂阻抗與被測(cè)阻抗的性質(zhì)需相同。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(shù)值比較大，電勢(shì)比等于匝數(shù)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(shù)值比較小，電流比等于匝數(shù)比的等式才能成立。而雙邊式變電壓電橋是結(jié)合兩種電橋的原理組成，可求得

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(chǎn)廠家，需要成批測(cè)量待測(cè)變壓器的變比時(shí)使用，調(diào)節(jié)圖中比較臂電阻，當(dāng)指零儀指零時(shí)可得

五、變比誤差測(cè)量

若將變比電橋的橋臂電阻，接成如圖方式則可測(cè)量變壓器的變比誤差，變比誤差可用表示待測(cè)變壓器返回本章首頁(yè)可在電阻R3的調(diào)節(jié)手柄直接刻上變比誤差值。第六節(jié)帶電測(cè)溫裝置一、電路結(jié)構(gòu)

帶電測(cè)溫裝置是通過(guò)測(cè)量正在運(yùn)行中電機(jī)繞組的電阻值，以求得電機(jī)繞組的內(nèi)部溫升。溫升是運(yùn)行中形成的，所以要求測(cè)量時(shí)不能斷電停機(jī)。測(cè)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(duì)應(yīng)的溫升。比較臂濾波線圈檢流計(jì)比率臂工作電流調(diào)節(jié)

二、溫升計(jì)算

溫升定義：溫升指繞組溫度與冷卻空氣溫度之差。返回本章首頁(yè)第七節(jié)兆歐表一、結(jié)構(gòu)與電路

兆歐表（又叫搖表）是一種簡(jiǎn)便、常用的測(cè)量高電阻的儀表，主要用來(lái)檢測(cè)供電線路、電機(jī)繞組、電纜、電器設(shè)備等的絕緣電阻，以便檢驗(yàn)其絕緣程度的好壞。常見(jiàn)的兆歐表主要由作為電源的高壓手搖發(fā)電機(jī)和磁電式流比計(jì)兩部分組成，兆歐表的外形與工作原理如圖所示。結(jié)構(gòu)內(nèi)部電路 在測(cè)量時(shí)，通過(guò)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(chǎng)的作用，產(chǎn)生兩個(gè)方向相反的轉(zhuǎn)矩： M1=k1×I1×f1(α) M2=k2×I2×f2(α) f1(α)和f2(α)分別為兩個(gè)線圈所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度與偏轉(zhuǎn)角α之間的函數(shù)關(guān)系。儀表的可動(dòng)部分在轉(zhuǎn)矩的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，直到兩個(gè)線圈產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩平衡。當(dāng)兩個(gè)線圈產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩平衡時(shí)，有M1=M2

即k1×I1×f1(α)=k2×I2×f2(α)

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(zhuǎn)換為10kHz的交流電壓，然后經(jīng)升壓、整流轉(zhuǎn)換為直流高壓，作為測(cè)量絕緣電阻的電源。與手搖式兆歐表相比，測(cè)量時(shí)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、兆歐表的使用如果絕緣材料表面有漏電流，該電流通過(guò)兆歐表動(dòng)圈會(huì)計(jì)入測(cè)絕緣電阻中，因此遇到外表面不潔的絕緣材料，測(cè)量時(shí)要用一個(gè)保護(hù)圈與絕緣的外表面相連，保護(hù)圈通過(guò)導(dǎo)線接兆歐表的“屏蔽”接線柱，避免漏電流通過(guò)動(dòng)圈給測(cè)量造成的影響。 兆歐表的正確使用要點(diǎn)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(dòng)時(shí)因抖動(dòng)和傾斜產(chǎn)生測(cè)量誤差。 （2）接線必須正確無(wú)誤，接線柱“E”（接地）、“L”（線路）和“G”（保護(hù)環(huán)或稱屏蔽端子）與被測(cè)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(cè)物體接觸。（3）搖動(dòng)手柄的轉(zhuǎn)速要均勻，一般規(guī)定為120r/min，允許有±20%的變化，但不應(yīng)超過(guò)25%。通常要搖動(dòng)1min待指針?lè)€(wěn)定后再讀數(shù)。（4）測(cè)量完畢，應(yīng)對(duì)設(shè)備充分放電，否則容易引起觸電事故。（5）嚴(yán)禁在雷電時(shí)或附近有高壓導(dǎo)體的設(shè)備上測(cè)量絕緣電阻，只有在設(shè)備不帶電又不可能受其他電源感應(yīng)而帶電的情況下才可進(jìn)行測(cè)量。（6）兆歐表未停止轉(zhuǎn)動(dòng)之前，切勿用手去觸及設(shè)備的測(cè)量部分或兆歐表接線柱。（7）兆歐表應(yīng)定期校驗(yàn)，其方法是直接測(cè)量有確定值的標(biāo)準(zhǔn)電阻，檢查其測(cè)量誤差是否在允許范圍之內(nèi)。

返回本章首頁(yè)第八節(jié)接地電阻測(cè)量?jī)x

一、測(cè)量?jī)x的結(jié)構(gòu)

接地電阻測(cè)量?jī)x由一臺(tái)電壓為500V或1000V的交流發(fā)電機(jī)、電流互感器、可調(diào)的補(bǔ)償電阻及交流檢流計(jì)組成。測(cè)量時(shí)需要用兩條金屬棒插針作為輔助電極，分別插在離待測(cè)接地極10米左右。然后用粗導(dǎo)線將待測(cè)接地極接E，將輔助電極接P、C，按要求轉(zhuǎn)速搖動(dòng)發(fā)電機(jī)，調(diào)節(jié)補(bǔ)償電阻至檢流計(jì)指零接地電阻=互感器比率×電阻示值發(fā)電機(jī)被測(cè)接地極接地電阻輔助電極

二、接地電阻測(cè)量?jī)x的工作原理

接地電阻測(cè)量?jī)x是利用補(bǔ)償原理工作的，發(fā)電機(jī)經(jīng)互感器接在E、C間，若被測(cè)接地極電阻為，則產(chǎn)生的電壓為。二次繞組在標(biāo)準(zhǔn)電阻R上產(chǎn)生的電壓為KIR其中K為互感器變比。調(diào)節(jié)R，使檢流計(jì)指零，表示兩電壓相互補(bǔ)償。 可見(jiàn)從標(biāo)準(zhǔn)電阻R

的刻度示值，和互感器變比可讀出被測(cè)接地電阻值。三、ZC8型接地電阻測(cè)量?jī)x

ZC8型接地電阻測(cè)量?jī)x通過(guò)轉(zhuǎn)換開關(guān)改變并聯(lián)電阻值，以改變的比值K。若轉(zhuǎn)換開關(guān)位置對(duì)應(yīng)的變比，改為標(biāo)以該檔量程的最大值，并選用能使下式成立的測(cè)量標(biāo)度盤刻度。接地極電阻=量程最大值

?測(cè)量標(biāo)度盤讀數(shù)圖中機(jī)械整流器可將交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，以便使用直流檢流計(jì)。四、數(shù)字鉗式接地電阻測(cè)量?jī)x

鉗式接地電阻測(cè)量?jī)x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(hào)經(jīng)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(guò)測(cè)量電流值，以反映接地電極電阻的大小。返回本章首頁(yè)鄰近沒(méi)有接地網(wǎng)利用輔助電極通過(guò)三次測(cè)量求得被測(cè)接地極接地電阻的方法。

用鉗式接地電阻測(cè)量?jī)x經(jīng)三次測(cè)量，可測(cè)量出X、A間，X、B間和A、B間的三組的接地電阻。設(shè)所測(cè)結(jié)果分別用