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1、第五章 电路参数的测量,重点：,1、掌握测量R/L/C的原理、方法。2、掌握常用仪器的基本原理和使用方法。单电桥、双电桥、交流阻抗电桥测量电路参数的原理与方法。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、维修现场必备工具，要求熟悉它的使用方法。3、估算测量结果的系统误差。,补充基本概念：电路参数,电阻、电容、电感（互感）,电感的品质因数Q,电容的损耗,基本参数,辅助参数,补充1：电感的品质因数Q,电感线圈的等效电路,电感的品质因数,在感抗一定的条件下，电阻越小，Q越高，电感的功率损耗越小，接近于理想电感。,大,大,补充2：电容的损耗,电容的损耗
2、,介质损耗,金属损耗,漏电损耗,极化损耗,电离损耗,超过耐压值时考虑。,绝缘介质漏电产生的损耗。,金属部件电阻产生的损耗。,电容器的并联等效电路,相量图,容抗一定的条件下，电阻越大， 越小，电容的功率损耗越小，接近于理想电容。,（1）若主要考虑漏电损耗,（2）若主要考虑金属损耗,相量图,电容器的串联等效电路,容抗一定的条件下，电阻越小， 越小，电容的功率损耗越小。,从测量的角度出发，把电阻分为大中小三类。,一、中值电阻的测量方法：,欧姆表、伏安法、单电桥 ,第一部分 直流电阻的测量,(直读法),1、欧姆表,标尺反向刻度且不均匀。,GB/T 7676.5-1998直接作用模拟指示电测量仪表及其附
3、件第六部分：电阻表（阻抗表）和电导表的特殊要求,欧姆表的误差特性,“有效”读数范围。,中心值电阻。,多量程欧姆表：共用标尺，使各档中心值是十倍关系。,选择档位时，应尽量使指针在中心值附近。,欧姆调零，补偿电池电动势的下降。,随电动势下降逐渐增大调零电阻。,2、数字万用表的欧姆档原理（补充）,为待测电阻。,接入待测电阻后，数字万用表输出恒定电流，测量 求得阻值。,优点：,测量值与阻值成线性关系。,指针式万用表黑表笔为正极，红表笔为负极。内部黑表笔连接到了1.5V电池的正极。 数字万用表的红表笔为正极，黑表笔为负极。内部红表笔连接到了9V电池的正极。,问：万用表转换开关旋到欧姆档时，红、黑表笔哪个
4、的电势高？,a.电压表前接,方法误差（系统误差）。适用于 。,测量较大电阻,(间接法),3、伏安法测电阻,b.电压表后接,方法误差为负。适用于 。,测量较小电阻,伏安法测电阻的实用意义：在被测电阻的工作状态下进行测量。,练习1,伏安法测200的电阻，若电压表内阻2k，电流表内阻0.03。分别计算电压表前接、后接时的测量误差。,接通电源后，调节桥臂电阻，使c、d两点等电位，指零仪电流为零。,(比较法),4、直流单电桥（又称惠斯登电桥）,比例臂,比较臂,（1）接法及平衡状态,平衡条件,平衡条件推导：,由于：,可知：,上式代入最先两式，则有：,比例臂,比较臂,单电桥实物图（QJ23型）,注意,测量前
5、应估计待测电阻的数值，以选择合适的比率，使比较臂的电阻位数能全部用到。,例,QJ23型单电桥，比例臂分七个档位，分别为,19999，增量为1 。在10099990 的基本量限内，误差不超过,问：测量500左右的电阻，该如何选择比较臂档位？,解：,档位取0.1，比较臂读数5126，可知,。比较臂电阻范围是,（2）电桥灵敏度,电桥平衡后，某一桥臂电阻 产生相对变化 ，,在指零仪支路引起的电流、电压、功率的变化量与,之比，称为电桥灵敏度。,电桥的电流灵敏度：,电桥的电压灵敏度、功率灵敏度可用类似形式表示。,提高电桥灵敏度的途径：,a.适当提高电源电压，但不能超过电阻的额定功率。,b.适当选择灵敏度高
6、、内阻低的检流计。,如果电桥灵敏度S=1格/0.5%，也就是当Rx有0.5%改变时，检流计有1格的偏转。通常我们可以觉察出1/10格的偏转，也就是说，该电桥平衡后，Rx只要改变0.05%，我们就能觉察出来，这样，由于电桥灵敏度的限制所带来的误差可以小于万分之五。,（3）桥臂换位法,适用于自搭电桥，在各桥臂已知电阻误差不同的情况下，可以用此方法减小测量结果的误差。,a. 原理,原图中：,换位后：,上述两式相乘，可得：,b.误差分析,桥臂换位法适用于各臂电阻误差不同的情况，便于减小测量误差。,（4）为什么单电桥不能测小电阻？ 单电桥测量时，引线电阻、电桥连接处接触电阻均计入桥臂电阻，当测量小值电阻
7、时，引线电阻和接触电阻对测量值影响较大。因此测量小电阻时，单电桥已不适用，必须选用双电桥。,二、小电阻的测量方法：,测量对象：变压器绕组的直流电阻， 分流电阻等。,考虑：消除引线电阻和接触电阻的影响。,方法：双电桥、直流电位差计、 数字万用表,电阻用四端钮接法。,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。,第三节 直流双电桥,用于测量小电阻。,平衡时，检流计两端等电位。关于三个回路列方程：,(1),(2),(3),由(3)得：,(4),将(4)代入(1)，得：,(5),将(4)、(5)代入(2)，得：,消去
8、I3，得：,平衡条件,尽量减小这一项,（1）R0接近“0”，采用大截面铜条。,（2）R2和R2， R1和R1，同轴调节。,简化平衡条件,双比电桥为什么能测量小电阻？,（1）电位接头的引线电阻和接触电阻位于R1R4支路中，只要R1R4本身不小于10，引线电阻和接触电阻就可以略去不计（覆没） 。,（2）电流接头的引线电阻和接触电阻，一端包含在电阻R里，该项对平衡不发生影响（按比例缩小）。另一端包含在电源支路中，与平衡式无关（排除）。,双电桥实物图（QJ44）,待测小电阻为两端钮结构时，如何接入双臂电桥？,三、高值电阻的测量方法：,测量对象：半导体、绝缘体的电阻。,考虑：表面漏电阻、试验电压。,方法
9、：兆欧表、数字万用表、超高阻电桥。,超高阻电桥简介：,电桥的电源电压： 501000V,又称六臂电桥。,根据电桥平衡原理：,若：,则：,令,第七节 兆欧表,俗称摇表。它专用于测量和检查电气设备或供电线路的绝缘电阻。,绝缘电阻为什么不能用万用表欧姆档测量？,万用表测电阻所用的电源电压比较低，低电压下呈现的绝缘电阻不能反映在高电压下绝缘电阻的真正数值，因此测量绝缘电阻用带有高电压电源的兆欧表。,一、兆欧表的结构,常见兆欧表由比率型的磁电系测量机构和手摇发电机两部分组成。,a 铁心带缺口的测量机构；b 椭圆铁心测量机构。,手摇发电机电压有500V、1000V、2500V等等。,可动线圈在不均匀的磁场
10、中转动时，线圈所受力矩随偏转角增大而增大，两个线圈所受力矩增大的斜率不同。,M1充当作用力矩。,M2方向与M1相反，充当反作用力矩。,转轴上有两个可动线圈，一个产生作用力矩，另一个产生反作用力矩。,二、兆欧表的工作原理,两个线圈绕向相反，则力矩M1与反作用力矩M2方向相反，当M1=M2时，指针处于平衡位置。,是电流比值的函数，故这种仪表又叫比率表。,兆欧表的标尺为反向刻度，不均匀,电压大小不影响电流比值，这样保证了兆欧表的读数不会因手摇速度的不同而不同。比率表没有产生反作用力矩的游丝，所以当发电机停转时，指针就停留在任意位置。,比率表的两个特点：,三、兆欧表的使用,1、根据电气设备的工作电压选
11、用兆欧表。,2、兆欧表接线柱的使用,一般只需用L 、E 接线柱。,对表面不干净或潮湿的对象测量时，为了准确测出内部绝缘电阻（即体电阻），需要使用G接线柱。,3、操作注意事项,必须在设备或线路停电状态下测量绝缘电阻。对含有电容的设备，如高压供电线路，停电后不能马上测量，需完全放电后再进行测量。选择兆欧表的电压等级。检查兆欧表。开路，；短路，0。发电机必须有足够的电压才能保证正常工作。一般兆欧表的额定转速为120r/min。用兆欧表测过的设备，如含有电容，要及时放电，然后再停兆欧表以防止发生触电或损毁兆欧表。,第二部分 交流阻抗的测量,三表法、伏安法、交流电桥。,1、三表法测交流阻抗,有前接、后接
12、的问题；,优点：可在被测元件的工作条件下进行测量，尤其适用于非线性元件。,常用,常用,可根据仪表内阻修正功率的测量值。,电压表前接：,或：,电压表后接：,电流表表耗功率,功率表表耗功率,电压表表耗功率,功率表表耗功率,系统误差的传递。,如何计算 的相对误差？,根据绝对误差传递的原始定义，用偏导数计算。,练习2,用三表法测量某元件的交流参数。三表读数分别为P=400W、U=220V、I=2A 。,电压表、电流表的准确度等级为0.5级，功率表的准确度等级为1.0级；电压表量程为300V，电流表量程级为2.5A，功率表的电压量程为300V，电流量程为2.5A。忽略仪表内阻。 计算元件参数的最大相对误
13、差。,2、伏安法测交流阻抗,一次用直流电路测量，用直流电源，直流电压、电流表；,第二次用交流电路测量，用交流电源，交流电压、电流表。,第四节 交流阻抗电桥,比较式仪器。测量阻抗、电容、电感、互感、电感的品质因数、电容的介质损耗、电源的频率。,必须同时满足幅值平衡和相角平衡条件。,一、平衡条件,二、交流电桥的分类,1、实积电桥,2、虚积电桥,实/虚积，其余两臂一串一并，平衡条件与频率无关。,平衡条件与频率有关。,平衡条件与频率无关。,实积电桥，另外两个桥臂一为感性，一为容性，电桥才能平衡。,实积，当其余两臂的元件一为串联一为并联，平衡条件与频率无关。,左右均乘 j，可得：,两个复数的比值为常数，
14、可得：,虚积电桥，另外两个桥臂的阻抗均为容性，电桥才能平衡。,当其余两臂的元件一为串联一为并联，平衡条件与频率无关。,3、实比电桥,4、虚比电桥,实/虚比，其余两臂同串/同并，平衡条件与频率无关。,实比电桥，其余两桥臂的阻抗性质相同，电桥才能平衡。,得：,实比，其余两臂同为元件串联或同为元件并联，平衡条件与频率无关。,虚比电桥，另外两个桥臂的阻抗性质：与电阻相邻的支路为感性，与电容相邻的支路为容性，电桥才能平衡。,左右均乘 j，可得：,得：,虚比，其余两臂同为元件串联或同为元件并联，平衡条件与频率无关。,三、常用交流阻抗电桥的特点,1、除了被测元件，其它三臂都采用电阻或电容，且其中两臂为单一元
15、件：纯电阻或纯电容。（实比，虚比，实积，虚积）,2、平衡条件与频率无关。 ！根据电桥类型判断。,3、能够分别读数。 ！根据平衡式判断。,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，直至两相量重合。,交流电桥的收敛性：达到平衡点所需时间的长短（或调节次数的多少）。,四、交流阻抗电桥的收敛性,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。此法因为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，但需要调节的阻抗是可变电阻，标准的可变电阻较
16、容易获得。,问题：还是刚才的电桥，,分析：,若只调R2、R3，仅能改变等式右边复数的模，不能改变辐角，因而对于任意的待测感性阻抗，等式无法平衡。所以，不能只取R2、R3 作为可调参数。,实比，其余两臂同为串联。平衡条件与频率无关。,串联电容电桥，测量介质损耗小的电容,五、常用交流阻抗电桥,西林电桥，能在高压条件下测量电容。虚积，其余两臂一串一并。平衡条件与频率无关。,并联电容电桥，测量介质损耗大的电容。实比，其余两臂同为并。平衡条件与频率无关。,麦氏实积电桥，测量Q值较小的电感。实积，其余两臂一串一并。平衡条件与频率无关。,串联欧文电桥，测量小电感。虚比，其余两臂同为串。平衡条件与频率无关。,
17、海氏实积电桥，测量Q值较大的电感。实积，其余两臂均串联。平衡条件与频率有关。,将并联电容电桥的Rs、Cs改为串联，则为温氏电桥，用于测量电源的频率：实比，其余两臂一串一并。平衡条件与频率有关。,第八节 接地电阻测量仪,接地是为了用电安全。防止因绝缘击穿或雷击出现的高电压危及人身和设备安全。,接地电阻有标准要求，需定期测量。,一、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流计组成。 测量时，用两根金属棒作为辅助电极，分别插在离待测接地极20米左右。用粗导线将待测接地极接E ，辅助电极接P、C。按要求转速摇动发电机，调节补偿电阻至检流计指零
18、。原理：电压补偿。,发电机串互感器原边，接在E、C间，若被测接地极电阻为Rx ，则产生的电压为I1Rx 。互感器副边在电位器动触点左边的电阻R1上产生的电压为I2R1 。调节R1 ，使检流计指零，两电压相互补偿。从标准电阻R1的刻度示值和互感器变比可读出被测接地电阻值。,二、接地电阻测量仪的工作原理,电压补偿。,三、数字钳式接地电阻测量仪 （准确度低）钳式接地电阻测量仪是利用钳式互感器。将接地电阻视为互感器的二次负载。振荡器发出交流信号经二次绕组送接地极，振荡器回路的电流与接地电阻成反比。通过测量电流值，反映接地电极电阻的大小。,邻近没有接地网利用辅助电极通过三次测量求得被测接地极接地电阻的方法。,用钳式接地电阻测量仪经三次测量，可测量出X、A间，X、B间和A、B间的三组的接地电阻。设所测结果分别用 表示。,第九节 数字电阻测量仪,电压型数字式欧姆表，需要在测量过程进行两次变换，第一次为/U 转换将电阻值转换为电压值，第二次为A/D 转换将/U转换后的模拟电压转换为数字电压，最后通过数码管以数字形式显示。,电阻欧姆值/电压变换电路 图示比例运算电路中，输出电压与输入电压之比等于电阻与之比。如果 为已知，可以从测定的电压值 ，求得被测电阻值。,
