鐵路信號(hào)測(cè)量（第三版）課件 第二章 較量?jī)x器

鐵路信號(hào)測(cè)量第二章

第二章較量?jī)x器直流電橋主要用于測(cè)量電阻及相應(yīng)的一些電量。單臂電橋適合于測(cè)中值電阻(1～10Ω)，雙臂電橋適合于測(cè)低值電阻(1Ω以下)。一、直流單臂電橋

1．惠斯登電橋直流單臂電橋亦稱(chēng)惠斯登電橋。四個(gè)電阻所在支路稱(chēng)為電橋的四個(gè)橋臂,當(dāng)滿(mǎn)足相對(duì)橋臂電阻之積相等的條件時(shí),電橋進(jìn)入平衡狀態(tài)。在已知三橋臂電阻的情況下,可確定另一橋臂電阻值。假定RX處第一橋臂,則可得RX的測(cè)量值為RX=R4

R2/R3。

圖2-1惠斯登電橋原理電路第一節(jié)直流電橋Page

2第二章較量?jī)x器2.QJ23型直流單臂電橋作為實(shí)用測(cè)量橋路,考慮了使用方便、測(cè)量安全,有條件時(shí)能提高測(cè)量靈敏度等問(wèn)題。為了讀數(shù)調(diào)節(jié)方便,比率臂二、三做成了七擋固定比值形式，比較臂四則有四個(gè)變化范圍。測(cè)量結(jié)果為R4同R2/R3的乘積,是十進(jìn)制數(shù)浮點(diǎn)表示形式,后者確定小數(shù)點(diǎn)位置,前者確定數(shù)值。檢流計(jì)支路、電源支路中都接有帶鎖扣的自復(fù)式開(kāi)關(guān)。需要時(shí)進(jìn)一步提高測(cè)量靈敏度,該電橋可外接測(cè)量電源和檢流計(jì)。圖2-2QJ23型直流單臂電橋電路原理圖第一節(jié)直流電橋Page

3第二章較量?jī)x器注意下列各點(diǎn):(1)根據(jù)被測(cè)電阻值的大致范圍和對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度的要求,選擇合適的電橋。(2)需外接檢流計(jì)時(shí),檢流計(jì)的靈敏度應(yīng)選擇得適當(dāng)。(3)若需外接電源,則應(yīng)根據(jù)說(shuō)明書(shū)的要求選擇電源電壓。(4)測(cè)量被測(cè)電阻前,應(yīng)根據(jù)其估計(jì)值,或萬(wàn)用表粗測(cè)值,恰當(dāng)?shù)剡x擇比率臂的比率值。(5)接線(xiàn)時(shí),應(yīng)注意檢流計(jì)及電源極性。(6)測(cè)量時(shí),先將電源支路開(kāi)關(guān)按下并鎖住。(7)測(cè)量完畢應(yīng)先斷開(kāi)檢流計(jì),再斷開(kāi)電源,最后斷開(kāi)被測(cè)元件。

圖2-3QJ23型直流單臂電橋面板布置圖第一節(jié)直流電橋Page

4第二章較量?jī)x器二、直流雙臂電橋1.開(kāi)爾文電橋原理電路直流雙臂電橋簡(jiǎn)稱(chēng)雙電橋,又稱(chēng)開(kāi)爾文電橋。最大的特點(diǎn)是,被測(cè)電阻RX和作為比較臂的標(biāo)準(zhǔn)電阻Rn均有四個(gè)端鈕。Cn1、Cn2和Cx1、Cx2分別稱(chēng)為Rn和Rx的“電流端鈕”,Pn1、Pn2和Px1、Px2分別稱(chēng)為它們的“電位端鈕”。

圖2-3開(kāi)爾文電橋原理電路接線(xiàn)時(shí)必須，電位端鈕緊靠電阻,電流端鈕在電位端鈕外側(cè)。接觸電阻和接線(xiàn)電阻被轉(zhuǎn)移到其他支路之中,為消除或減小其對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響創(chuàng)造了條件。RX的阻值只取決于R2和R1的比值及比較臂標(biāo)準(zhǔn)電阻兄的阻值。第一節(jié)直流電橋Page

5第二章較量?jī)x器2．QJl03型直流雙電橋

圖2—5QJl03型直流雙電橋原理電路圖

圖2—6QJl03型直流雙電橋面板第一節(jié)直流電橋Page

6第二章較量?jī)x器為了盡量使R3／R1和R4／R2相等，把R2／R1和R4／R3做成同步相等的固定比值形式，比值分五擋。面板左下方有相應(yīng)的旋鈕。比較臂是平滑可調(diào)的標(biāo)準(zhǔn)電阻。面板右方有可旋動(dòng)的刻度盤(pán)。面板左上方有四個(gè)測(cè)量接線(xiàn)端，檢流計(jì)表頭右下方有檢流計(jì)和電源接入按鈕。左上方有外接測(cè)量電源接線(xiàn)端鈕等，可外接測(cè)量電源。電橋平衡時(shí)，被測(cè)電阻為比率臂旋鈕指示值與比較臂指示值之積。第一節(jié)直流電橋Page

7第二章較量?jī)x器3．直流雙臂電橋的使用注意事項(xiàng)

(1)被測(cè)電阻需引出四個(gè)端鈕，必須遵守電位端鈕緊靠被測(cè)電阻，電流端鈕在電位端鈕外側(cè)的規(guī)定。連接線(xiàn)應(yīng)選用短而粗導(dǎo)電性能良好的導(dǎo)線(xiàn)；接線(xiàn)處應(yīng)接觸緊密。(2)在調(diào)節(jié)或選用標(biāo)準(zhǔn)電阻時(shí)，最好選擇在0．1

RX～10RX間。(3)最好能針對(duì)不同的被測(cè)電阻調(diào)整電源電壓，以得到與被測(cè)電阻相適應(yīng)的測(cè)量靈敏度。第一節(jié)直流電橋Page

8第二章較量?jī)x器交流電橋采用交流測(cè)量電源?？煞譃樽杩贡入姌蚝妥儔浩麟姌騼纱箢?lèi)。通常把阻抗比電橋稱(chēng)為交流電橋。

一、交流電橋概述

1.交流電橋的原理電路交流電橋的原理電路的結(jié)構(gòu)與直流電橋相仿。電源改用交流電源，檢流計(jì)改用交流指零儀。仍由四個(gè)橋臂支路構(gòu)成。橋臂構(gòu)成不再局限于純阻元件，而可以是電感元件、電容元件。

圖2—7交流電橋的原理電路第二節(jié)交流電橋Page

9第二章較量?jī)x器電橋平衡時(shí),

已知其他橋臂的阻抗值，就可以求得被測(cè)阻抗值。2．交流電橋平衡條件分析交流電橋平衡，不僅相對(duì)橋臂阻抗模的積要相等，而且還要滿(mǎn)足幅角條件，即相對(duì)橋臂阻抗的幅角和相等。(1)交流電橋的橋臂阻抗性質(zhì)必須按一定方式配置(2)交流電橋平衡調(diào)節(jié)較直流電橋困難第二節(jié)交流電橋Page

10第二章較量?jī)x器二、電容電橋

電容電橋適合測(cè)量電容器的電容量及其損耗角。1．被測(cè)電容器的等效電路實(shí)際電容器存在能耗即所謂介質(zhì)損耗。所以流過(guò)電容器的電流與它兩端產(chǎn)生的電壓的相位差并非90°，而是比90°要小一個(gè)δ角，該角稱(chēng)為電容器介質(zhì)的損耗角。為如實(shí)反映此特性，常把電容器看成是一個(gè)電阻同一個(gè)理想電容的串聯(lián)，或是一個(gè)電阻同一個(gè)理想電容的并聯(lián)，即所謂電容器的串聯(lián)等效電路和并聯(lián)等效電路。

圖2-8實(shí)際電容器的串聯(lián)等效電路圖圖2-9實(shí)際電容器的并聯(lián)等效電路用上述兩種等效電路同時(shí)描述一個(gè)電容器時(shí)，反映電容損耗的電阻是不可能相等的。為方便起見(jiàn)，通常用電容器的損耗角δ的正切tanδ來(lái)表示電容的介質(zhì)損耗特性，并用符號(hào)D表示，稱(chēng)為損耗因數(shù)。第二節(jié)交流電橋Page

11第二章較量?jī)x器2．測(cè)量低損耗電容的電容電橋適合于測(cè)量低損耗電容的電容電橋稱(chēng)為維納電橋。特點(diǎn)是，一組相鄰橋臂(橋臂二、三)采用純電阻元件，被測(cè)電容采用串聯(lián)模式(橋臂一)，標(biāo)準(zhǔn)電測(cè)量具采用標(biāo)準(zhǔn)電容，與一標(biāo)準(zhǔn)可變電阻以串聯(lián)的形式出現(xiàn)(橋臂四)。反復(fù)調(diào)節(jié)Rn和R2、R3的比率可使電橋進(jìn)入平衡狀態(tài)。平衡調(diào)節(jié)至少需調(diào)節(jié)兩個(gè)參數(shù)，若能改變Cn、Rn，可單獨(dú)調(diào)節(jié)，使兩平衡條件成立互不影響。但Cn一般做成固定的，因而必須通過(guò)調(diào)節(jié)R2、R3比值，來(lái)實(shí)現(xiàn)平衡，這使平衡調(diào)節(jié)變得較困難，需反復(fù)調(diào)節(jié)Rn及R2和R3等參數(shù)才能達(dá)到。第二節(jié)交流電橋Page

12第二章較量?jī)x器電橋平衡后，可經(jīng)算得Cx、Rx、D。

圖2—10維納電橋原理圖3．測(cè)量高損耗電容的電容電橋被測(cè)電容損耗較大時(shí)，需采用圖2—11所示電路來(lái)測(cè)量。它的標(biāo)準(zhǔn)電容Cn與可變標(biāo)準(zhǔn)電阻Rn以并聯(lián)的形式出現(xiàn)，相應(yīng)地若用并聯(lián)等效電路表示被測(cè)電容。

圖2—11測(cè)量高損耗電容的電容電橋電路第二節(jié)交流電橋Page

13第二章較量?jī)x器三、電感電橋

電感電橋是用于測(cè)量電感元件的交流電橋。實(shí)際的電感電橋一般將標(biāo)準(zhǔn)電容器安置在與被測(cè)電感相對(duì)的橋臂中。實(shí)際電感元件也具有損耗，除了具有感抗ωL外，還具有電阻R。一般用品質(zhì)因數(shù)Q來(lái)衡量實(shí)際電感元件的性能。1.測(cè)量高Q值電感的電感電橋測(cè)量高Q值電感的電感電橋稱(chēng)海氏電橋，其原理電路如圖2—12所示。它的特點(diǎn)是標(biāo)準(zhǔn)電容Cn同可變標(biāo)準(zhǔn)電阻Rn串聯(lián)形式出現(xiàn)在與測(cè)量橋臂相對(duì)的橋臂中。

第二節(jié)交流電橋Page

14第二章較量?jī)x器圖2—12海氏電橋電路原理圖海氏電橋的平衡同頻率有關(guān)，因此使用該橋路測(cè)量時(shí)若外接測(cè)量電源，需注意所用電源頻率及其波形是否符合要求。Q值越低，則要求Cn越大，然而標(biāo)準(zhǔn)電容的值不可能做得很大。若靠提高Rn來(lái)彌補(bǔ)，又將影響電橋的靈敏度。因此海氏電橋只適合于測(cè)量Q值較高的電感元件。第二節(jié)交流電橋Page

15第二章較量?jī)x器2．測(cè)量低Q值電感的電橋圖2—13所示橋路為測(cè)量低Q值電感的電感電橋。該電橋又稱(chēng)馬克士威電橋。它與海氏電橋的不同之處是，標(biāo)準(zhǔn)電容Cn同可變標(biāo)準(zhǔn)電阻Rn以并聯(lián)方式接在測(cè)量橋臂相對(duì)的橋臂中。同其他電橋一樣，通過(guò)平衡時(shí)橋臂間的關(guān)系可求得測(cè)量結(jié)果的。

圖2—13馬克士威電橋電路原理圖第二節(jié)交流電橋Page

16第二章較量?jī)x器一、接地的概念為了避免雷電造成危害，信號(hào)設(shè)備需安裝接地線(xiàn)。組合柜、控制臺(tái)外殼、電源屏外殼、電源變電器次級(jí)等均需作接地處理。接地是把具有一定尺寸的金屬導(dǎo)體埋進(jìn)大地中，再用導(dǎo)線(xiàn)把它與需接地的設(shè)備相連，從而構(gòu)成設(shè)備與大地間的電氣連接。埋在大地中的金屬導(dǎo)體稱(chēng)為接地體，而連接接地體和設(shè)備的導(dǎo)線(xiàn)稱(chēng)為接地導(dǎo)線(xiàn)，兩者統(tǒng)稱(chēng)接地設(shè)備。衡量接地設(shè)備接地優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)是其接地電阻值。接地設(shè)備的接地電阻包括散流電阻和接地設(shè)備本身所具有的電阻。第三節(jié)接地電阻測(cè)量?jī)xPage

17第二章較量?jī)x器二、ZC-8型接地電阻測(cè)量?jī)x的組成

接地電阻測(cè)量?jī)x主要由手搖交流發(fā)電機(jī)、電流互感器、滑線(xiàn)電阻器、相敏整流器、量程轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)及檢流計(jì)組成。是一種便攜式儀表。根據(jù)其測(cè)量端鈕個(gè)數(shù)的不同有三端鈕、四端鈕之分。四端鈕儀表還可以測(cè)量土壤的電第三節(jié)接地電阻測(cè)量?jī)xPage

18第二章較量?jī)x器

圖2—14

ZC-8型接地電阻測(cè)量?jī)x電路原理圖

CT是電流互感器，W是量程選擇開(kāi)關(guān)，Rs為滑線(xiàn)變阻器，F(xiàn)為交流發(fā)電機(jī)。手搖發(fā)電機(jī)輸出的電流I1經(jīng)CT的初級(jí)線(xiàn)圈→E端子→接地體接地電阻RX→輔助接地電極C端子構(gòu)成閉合回路。CT的次級(jí)線(xiàn)圈感應(yīng)電流I2經(jīng)Rs構(gòu)成回路。電流I2隨I1的變化而變化，當(dāng)選擇開(kāi)關(guān)W位置確定后，它們的比值是常量。第三節(jié)接地電阻測(cè)量?jī)xPage

19第二章較量?jī)x器輔助接地棒的接地電阻Rc和Rp分別在發(fā)電機(jī)支路的BG4基極支路中I，加在相敏整流器輸入端PB間的電壓僅僅是接地電阻Rx上的電壓和Rs上的電壓之代數(shù)和，而與Rp、Rc無(wú)關(guān)。相敏整流器只要輸入信號(hào)與其所用電源同相或相位差180°，它就有整流輸出，供檢流計(jì)使用。因流過(guò)Rs的電流I2、流過(guò)Rx的電流I1和相敏整流器所用電源出自同一發(fā)電機(jī)，必然滿(mǎn)足相位要求。KI為W位置所選定的電流比值,KI=I1

/I2,比值的大小取決于電阻R1、R2、R3的量值。為方便讀數(shù),把KI的比值選定為1、10100,所以實(shí)際測(cè)量時(shí)只要讀取Rs的刻度值除以相應(yīng)的倍率就可得到接地電阻Rx的值。接地電阻測(cè)量?jī)x采用交流測(cè)量電源和相敏整流器,是為了避免因?yàn)闇y(cè)量而增加土壤的導(dǎo)電離子和防止雜散電流的干擾。第三節(jié)接地電阻測(cè)量?jī)xPage

20第二章較量?jī)x器四、ZC-8型接地電阻測(cè)量?jī)x的使用方法和注意事項(xiàng)1.使用方法(1)盤(pán)面布置ZC-8型接地電阻測(cè)量?jī)x盤(pán)面除了測(cè)量端鈕P、C、E及檢流計(jì)外,主要有“倍率標(biāo)度”開(kāi)關(guān)和“測(cè)量標(biāo)度盤(pán)”旋鈕。倍率標(biāo)度開(kāi)關(guān)有三擋,分別為×0.1、×1、×10?！皽y(cè)量標(biāo)度盤(pán)”上標(biāo)度均勻,從0到10。

圖2-15ZC-8型接地電阻測(cè)量?jī)x盤(pán)面布置圖圖2-16ZC-8型接地電阻測(cè)試儀的使用第三節(jié)接地電阻測(cè)量?jī)xPage

21第二章較量?jī)x器(2)使用步驟①沿E使P′和C′依直線(xiàn)彼此相距20m,且將P′插于