电磁测量第五章2008.ppt

第五章 直流电阻的测量,第一节 中值电阻的测量 第二节 低值电阻的测量 第三节 高值电阻的测量 第四节 网络中电阻的测量 第五节 变压器绕组直流电阻的测量,第一节 中值电阻的测量,一、欧姆表（电阻表 ）,1欧姆表的工作原理,流过表头的电流为,对于不同的Rx对应不同的I Rx越大，I越小，指针偏转越小，反之亦然，可测电阻,电阻增加方向与电流增加方向相反,但不是反比关系，标尺刻度不均匀,Rx=0,I=Ig，满偏 Rx=，I=0，指零 Rx=R0,I=1/2*Ig,中心 R0为欧姆表的中心值,从标尺上，在电阻值较大时，刻度较稀，读数欠准确。,欧姆表的标度尺特点,表头的指针就不可能再达到满偏，此时用欧姆表测量电阻，将会给测量结果带来误差。,2欧姆零调整器,由于电池使用时间越久，其端电压就越低，当,时，,欧姆零调整,3.多量程欧姆表,多量程共用一个标尺： *1、*10、*100、*1K、*10K多档,中心标度值： *1 档中心值,测量结果=读数*倍率,如Ig=1mA，R0=1200欧，取中心标度值为12欧,设计多量程欧姆表时: a、确定表头参数（Ig,Rg) b、电源(*1-*1K档用1.5V干电池，*10K以上档用9V集层电池） c、中心标度值(10-60欧姆之间）按1.2V可使用计算中心值,d、计算各档附加电阻值,非线性标度尺电阻表的基本误差用测量值的百分数表示，即,4欧姆表的准确度等级,5使用欧姆表应注意的事项,1）每次测量之前都必须调整欧姆零，换档也必须调零； 2）注意被测对象； 3）测量高值电阻时，手不得同时接触表笔的金属部分； 4）测量网络中的电阻时，要断开电阻一端，如果不允许断开电阻一端，应采用其他方法进行测量； 5）应尽量使指针偏转在标尺的20%80%范围内，以提高测量的准确度。,二、直流单电桥,作用： 用来测量电阻或与电阻由一定函数关系的比较仪器,单比电桥（惠斯登电桥），测中值电阻，1-105 直流双比电桥（凯尔文电桥），测低值电阻,小于1 ,分类：,利用比较法测量电阻 测量准确度高，准确度可达十几万分之几 测量阻值范围广（毫欧兆欧）,特点：,比较：,直流电桥不受电源电压影响,1. 概述,调一个桥臂的电阻，使Ibd=0。此时电桥平衡,2. 结构,四个桥臂R1、R2、R3、R4 四个顶点a、b、c、d 两个对角线 电源对角线、测量对角线,3. 平衡条件,平衡条件,平衡条件与电源电压无关； 测量对角线与电源对角线互换，平衡条件不变； 电桥相对桥臂的位置互换，平衡条件不变。,4. 桥路特点,比较臂：桥臂电阻均匀 比例臂：阻值跳跃变化,电源电压的大小会影响电桥的灵敏度； 测量对角线与电源对角线的选择也会影响电桥的灵敏度。,5. 电桥的灵敏度,调节桥臂电阻R2，考察电桥指示变化的灵敏情况。,定义：平衡点附近，测量对角线的电压、电流或功率的变化 增量（U、I或P）与桥臂参数相对变化（ R /R) 之比，称为电桥的灵敏度(SI、SU和SP)。,电流灵敏度,电压灵敏度,电压灵敏度推导,令,得,Su与电源电压的大小有关，与 桥臂比值（电阻位置）有关。,求SU的最大值，令dSU /dA=0，得,当 A=1时，Sumax=E/4,结论：当测量对角线两边的桥臂电阻的比值 R1/R2和 R3/R4 越接 近1时（一端接在量达电阻之间），电桥的电压灵敏度越高。,原电桥,R4被测支路； R2比较臂，多档十进位结构； R1 R3 比例臂，比值 R3/R1 做成 10n,6. 实用单比电桥,便携式电桥内附检流计和干电池；,实验室型电桥的指零仪和电源需外接。,测量准确度,测量结果的绝对误差限,k准确度级； K比例臂读数； b常数，取0.2或0.3(取决于a的大小)； R2 比较臂读数； R比较臂的最小步进值,相对误差,比较臂的读数越小，测量误差越大。即比较臂的读数 有效位数越多，测量越准确。,说明：比例臂在10、1、0.1值上较准确；,7. 使用单电桥测量中注意问题,1）电桥放平，打开检流计锁扣，校正检流计零点； 2）将被测电阻接在接线端钮上； 3）接通线路规则先接电源，后接检流计,断开次序则相反; 4）选择线路的灵敏度时，要优先考虑合适的比例臂的比率， 以保证比较臂的读数精度,调节平衡； 5)电桥达到平衡后，即可读数。 被测电阻=比例臂倍率×比较臂阻值。 6) 在被测电阻未接入时，禁止按下B和G；,7） 测较小的电阻时，应尽量降低电源电压，并且只允许在短时间内接通电源，以免导致桥臂过流； 8） 电桥用毕，用锁扣将检流计的可动部分锁定，以防震动损坏检流计。,9) 寄生误差及其消除,热电势、接触电势,发现：桥路平衡时，将电源反向，观察平衡情况。,消除：“正负误差补偿法”,9单电桥测量低值电阻存在的问题,用单电桥测量低值电阻时，由于接触电阻和引线电阻的影响，将给测量结果带来较大误差。,问题：接触电阻和引线电阻r1、 r2在与被测电阻Rx大小接近时，如何处理？,r1 和r2 接触电阻和引线电阻总和,设电压表的内阻为 RV ，电流表的内阻为 RA,三、间接测量,1伏安法测量电阻,当 时采用电压表前接,当 时采用电压表后接,先将开关打开，调节Rs使通过电流表的电流在半偏以上，读出Rs的示值Rs1 保持电源电压不变，然后将开关闭合，调节Rs使通过电流表的电流恢复原来的读数，读出Rs的示值Rs2,RS,Rx,U,+ -,S,A,I,这种方法适应于被测电阻较小的情况,2定流法测量电阻,被测电阻为,将已知标准电阻和被测电阻串联，采用恒压源供电，用电压表分别测量两端的电压和两端的电压,优点是：只要电源电压恒定，就能测得准确，电压表的内阻不影响测量结果的准确度。,3电压比较法测量电阻,被测电阻,4电流比较法,将已知标准电阻和被测电阻并联，采用恒流源供电，用电流表分别测量通过标准电阻的电流和通过被测电阻的电流 被测电阻的值,5半偏电流法,首先调节Rs0，从电流表读出短路电流，然后调节Rs使电流减小到短路电流的一半，则Rs的值就等于被测电阻的值。,6半偏电压法（参照半偏电流法） 7替代法（参照磁电系表头内阻的测量 8电位差计法 将电流变换成电源，再用电位差计进行测量。 9电阻电压变换法,得,根据,一、 直流双比电桥（凯尔文电桥）,处理方法：,电压端子端子P1 、P、P、 P电阻 淹没法；,电流端子C1、C4电阻排除法；,引线电阻r及电流端子C、C电阻的处理 按比例分配法,双电桥：用来测量小于1 的电阻，从原理上可消除引线和接触电阻的影响。,R1、R、R、R、为联动电阻,联动中 值电阻,第二节 低值电阻的测量,将电阻R3 、R4、r进行变换,变换后，双电桥变为单电桥，,平衡条件,设四端电阻的电位端钮的接触电阻分别为r1、 r2、 r3、 r4 ，引线等效电阻为r,1. 原理分析,所以：,若r1、r2、r3、r4相对其串联中值电阻很小，可被覆没（忽略） 则：,误差项Rx的消除由电阻R1 、R2 、R3 及R4的联动调节来保证。,即使上式不能严格成立，Rx不为零，只要跨线（足够粗）电阻r尽量小,就可以保证Rx10-4 。,2. 接触电阻和引线电阻处理方法总结,淹没法：电压端子端子P1 、P、P、 P电阻与中 值电阻相比很小，忽略,排除法：电流端子C1、C4电阻，排除在测量电路之外，对测量结果无影响；,按比例分配法：引线电阻r及电流端子C、C电阻的处 理时，按一定比例分配到其他电阻上,说明：选择引线电阻r上的一点k，使得,由和比定理,电桥平衡条件,k点电并不易直接找到，如何寻找k点？ 在桥路中接入电阻R3 、R4 ， 并让R3 、R4与R1 、 R2 、保持同步变化,当检流计指零时，b点与k点等电位。因此有,将C2、C3端子电阻和应先电阻按比例分配到平衡中，其对电桥平衡不再产生影响,r1、r2、r3、r4的存在所将带来测量误差，对于高准确度的 测量不能忽略，要消除其影响采用：三次平衡电桥,效果比较：三种方法中，排除和按比例分配对测量影响小，而覆没在精确测量中还要加以考虑。,在单电桥使用的基础上还要注意,3. 使用双电桥测量中注意问题,被测电阻电流、电位端钮的正确连接,调节电桥时接通电源时间尽量短,外接检流计灵敏度的选择,二、微欧表,构成：恒流源、 放大器和磁电系表头。,放大器输出为,则磁电系表头指针的偏转角可以反映被测电阻的大小,原理: 放大器输入为,与U0成正比，因Is是常数，故与被测电阻Rx成正比,用伏安法也可以测量低值电阻，被测电阻必须采用四端接线方式，以消除接触电阻和引线电阻的影响。,三、间接测量,1伏安法,四端接线,毫伏表,2电阻电压变换法,返回,采用高内阻电压表或电位差计测量两端的电压，再根据,确定IN 的值，即可计算出被测电阻的阻值。,由反向运放电路可得,4脉冲电流法,原理: 给电阻通入幅值较高、持续时间很短的脉冲电流，可以在电阻两端获得幅值较高的脉冲电压，即满足了获得较高电压的条件，又不至于损坏被测电阻。 注意: 测量电阻两端电压时，不能采用普通的电压表，采用能够测量峰值的电压表或采用其他方法进行测量。最后根据欧姆定律计算出被测电阻。,第三节 高值电阻的测量,一、兆欧表（摇表）,1磁电系流比计结构,固定部分：永久磁铁、极掌和铁心，极掌与铁心之间的气隙不均匀，而且，铁心有开口，目的使气隙中的磁场不均匀。,可动部分: 两个线圈、转轴和指针。两个线圈的相对位置固定，且绕向相反，一个用来产生转动力矩，另如一个用来产生反作用力矩。,当 12 时，,若线圈1、2流过的电流分别为I1 、 I2，则它们产生的力矩为,指针偏转角是通过两线圈电流比值的函数 基本量测量：I1 / I2 ， 可用来构成直流高阻表 (摇表),由于气隙的磁场不均匀，因此B1、B2为的函数,即,2、兆欧表工作原理,线圈1促使指针顺时针偏转，线圈2促使指针逆时针偏转 Rx=，I1=0，I2为一定值，指针逆时针偏转最大， 此时，电阻刻度为“” Rx=0,I1达到最大，I2为原值，指针顺时针偏转最大， 此时，电阻刻度“0”,组成：磁电系流比计和手摇发电机,1）兆欧表之所以能够测量兆欧级的电阻，一方面是提高了电源电压，另一方面是改变了气隙的磁密，是气隙磁密不均匀，改变了刻度特性 2）兆欧表没有机械反作用力矩，故该表不用时，既无转动力矩，也无反作用力矩，指针可以停在标尺的任意位置,说明：,兆欧表广泛应用在电力系统的各种预防试验、出厂试验等用来测量高值或绝缘电阻，磁电系流比计是兆欧表的测量机构,3使用兆欧表应注意的事项,1）调整：将被测电阻接线端钮(“线”和“地”)开路，摇动发电机手柄观察指针是否指向“”处，然后将两端钮短路，缓摇发电机手看是否指向“0”位，如果指示不正确调整后测量。 2）选择电压等级：电压等级要与被测电气设备额定电压对应，保证正确测出绝缘电阻，又不损坏电气设备绝缘。 3）正确接线：直接接在“线”(L)和“地”(E)之间；对于漏电严重电气设备，必须接保护线，将“屏”(G)接被测电气设备的保护环,4）手摇发电机转速要求: 应从慢到快，最后达到额定转速（120转/分钟） ，切忌忽慢忽快。由于绝缘电阻随测量时间长短不同，一般在一分钟后读数。 5）注意人身和仪表安全: 测量前必须切断设备电源，接地放电。特别是电容量较大设备，测量前后都应充分放电。,二、间接测量,为消除漏电流对测量结果影响，需要加装保护环和保护线，使电阻表面漏电流IS 不通过微安表，而直接回到电源。,1伏安法,将开关S合向 “1”，电源经对已知标准电容充电，经过时间 t 秒，电容上电压和电量分别为,返回,然后将开关S合向“2”，用冲击检流计测出该电量，得,2冲击法,冲击检流计,3定流法,1)将开关S合向“1”，调节R使通过检流计的电流有一个固定值，读出 的示值 ； 2)保持电源电压不变，将开关S合向“2”，调节R 使通过检流计的电流恢复原来的读数，读出 值 ，则被测电阻为,式中的 是检流计的内阻。,第四节 网络中电阻的测量,一、局部断流法,条件: 当 I2 小到可以忽略时,问题: 当 I2不可以忽略时，应该如何测Rx?,二、电桥平衡法,当I2不能忽略时，在上图A、C之间的短路线中串入一个 可调电阻形成单电桥电路。 通过调节Rs，使通过R2的电流等于零，则电桥达到平衡.,式中的RA是电流表的内阻。,三、电阻电压变换法,将A、B、C、D 用短路线联接在一起，可将被测电阻联接的电阻进行等效。,返回,等效输入电路,等效反馈电路,第五节 变压器绕组直流电阻的测量,变压器直流电阻的测量是变压器出厂及预防性试验的重要测量项目之一，目的是检测出以下问题： (1) 绕组焊接质量； (2) 分接开关位置接触是否良好； (3) 绕组或出线有无断线； (4) 并联支路的正确性。,由于电路时间常数较大，需要较长时间才能达到稳态，为实现快速测量，减小时间常数通常有三种方法：一是减小回路的电感；二是增大回路的电阻；三是强制进入稳态。 减小电感:加大激磁电流，使铁心饱和，由于导磁系数减小而使电感减小，这种方法需增大电源的容量； 增大回路电阻:在测量回路串入附加电阻，这会使测量灵敏度降低； 强制进入稳态有几种方法： 1增大回路电阻的电路突变法 2高压充电低压测量法 3磁通泵法 4短路去磁法 5助磁法,本章结束,返回,作业:,