第5章电气测量课件电气工程及其自动化

第五章电路参数的测量

第一节电路参数的测量方法

第二节直流单电桥

第三节直流双电桥

第四节交流阻抗电桥第五节变压器比率臂电桥

第六节带电测温装置

第七节兆欧表

第八节接地电阻测量仪

第九节数字电阻测量仪

ElectricalMeasure本章要点本章介绍使用单电桥、双电桥和交流阻抗电桥测量电路参数的原理与方法。要求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、维修现场所必备工具，要求熟悉它的使用方法。变压器比率臂电桥和带电测温装置的内容，可根据专业选择讲授或布置学生自学。

第一节电路参数的测量方法

电路参数：电阻、电容、电感（互感）

基本参数电感的品质因数Q

辅助参数电容的损耗tanδ

第一节电路参数的测量方法

电路参数的测量方法用欧姆表、电容表测电阻、电容电桥法补偿法利用谐振原理测量电感、电容直流参数交流参数用电压、电流表即伏安法测量电阻用电压、电流、功率表或功率因数表即三表法测量交流参数直读法比较法谐振法间接法返回本章首页第二节直流单电桥电桥电路是电磁测量中电路连接的一种基本方式电桥有直流和交流之分直流电桥主要用于电阻测量直流电桥有单电桥（惠斯登电桥）测中值电阻；双电桥（开尔文电桥）测低值电阻交流电桥可测电阻，还可测电容、电感等

一、单电桥电路构成

调节桥臂使电桥平衡（指零仪指零），即可从三个桥臂的电阻，求得被测电阻值。测量的准确度决定于桥臂电阻的准确度。

二、单电桥工作原理

调节单电桥比率臂和比较臂电阻使电桥平衡，可推出图QJ23型直流单臂电桥电路

三、QJ23型直流单电桥QJ23型电桥面板装置情况如图：比例臂有7档R0有四个转盘电阻串联检流计可用内置也可外接高灵敏检流计电源电压用直流4.5V为保证测量结果的准确度测量时应选择合适的比例臂让R0“X1000”转盘电阻不为零使用QJ23型直流单臂电桥测量电阻的步骤如下：

①使用前先将检流计锁扣打开，并调节其调零装置使指针指示在零位；②用万用表粗测一下被测电阻，先估计一下它的大约数值；③选择适当的倍率；④用短粗导线将被测电阻Rx接在测量接线柱上，连接处要拧紧；⑤读数，计算电阻值，被测电阻值=比较桥臂读数盘电阻之和×倍率；⑥测量完毕，先松开检流计按钮，再松开电源按钮。

四、单电桥特点

1.当被测电阻小于10欧时，引线电阻、电桥连接处接触电阻已经影响到桥臂的电阻值和测量的准确度。因此测量小于10Ω的电阻时，单电桥已不适用，必须选用双电桥。2.电桥的平衡条件是通过检流计的电流为0，所以指零检流计应有足够的灵敏度。但开始测量时灵敏度不能太高，以免损坏仪表，只能在接近平衡后逐步提高它的灵敏度。返回本章首页第三节直流双电桥一、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。

二、双电桥工作原理

根据双电桥电路的连接方式，可写出以下三个方程。

联立求解后可得式中若能使,则更正项为0,可以从电桥比率臂和比较臂电阻求得被测电阻。三、QJ103型双电桥图QJ103型直流双臂电桥电路

QJ103型直流双臂电桥的比较电阻采用滑线电阻结构，其阻值可在0.01～0.11Ω之间调节，测量时可根据转盘位置直接从面板刻度上读数。

使用QJ103型双臂电桥测量电阻的步骤如下：

①先将被测电阻的电流接头和电位接头分别与接线柱C1、C2和P1、P2连接，其连接导线应尽量短而粗，以减小接触电阻。 ②根据被测电阻范围，选择适当的倍率挡，然后接通电源和检流计。 ③调节读数盘，使检流计指示为零，则电桥处于平衡状态，此时即可读取被测电阻值。

使用直流双臂电桥时的注意事项如下：

①被测电阻的每一端必须有两个接头线，电位接头应比电流接头更靠近电阻本身，且两对接头线不能绞在一起； ②测量时，接线头要除尽污物并接紧，尽量减少接触电阻，以提高测量准确度；③直流双臂电桥的工作电流很大，如使用电池测量时操作速度要快，以免耗电过多。测量结束后，应立即切断电源。

四、双电桥特点

1.电位接头的引线电阻与接触电阻包含在比率臂电阻中，若使比率臂电阻大于10Ω，则相比之下引线电阻与接触电阻可略去不计。2.电流接头引线电阻与接触电阻包含在中，电桥平衡过程，大小既不影响电桥的平衡条件，也与测量结果无关。3.在遵循双电桥接线规则的情况下,可以用来测量小于10Ω，直至0.0001Ω的电阻，例如测量电机绕组的电阻。返回本章首页第四节交流阻抗电桥一、交流阻抗电桥的的结构与工作原理单、双电桥只能测量电阻，测量交流参数要用交流阻抗电桥。交流阻抗电桥的四个桥臂由交流阻抗元件组，适当配置各桥臂阻抗性质，调节各桥臂参数使电桥平衡，可求得或

二、交流阻抗电桥的平衡条件

要满足交流阻抗电桥的平衡条件，四个桥臂的阻抗大小与性质要按一定条件配置，配置不当就不可能达到平衡。常用的并有可能调节平衡的电桥有以下几种。维恩电桥并联电容电桥西林电桥串联欧文电桥马克斯威尔电桥海氏电桥返回本章首页

三、交流阻抗电桥的收敛性

交流阻抗电桥的收敛性是评价交流阻抗电桥调节平衡的快慢，以附图为例，该电桥的平衡条件为如果用向量OA、OB表示阻抗值，调节平衡的目的就是让A点靠近B点，至两相量重合。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，标准的可变电阻比较容易取得。返回本章首页第五节变压器比率臂电桥一、变电压式比率臂电桥这种电桥以变压器的两个二次绕组为比率臂，以可调交流阻抗为比较臂，另一桥臂为被测阻抗。当调节电桥平衡检流计指零，可得

即可从两绕组的匝数比与比较臂阻抗，求得被测阻抗，但要求比较臂阻抗与被测阻抗的性质需相同，例如可同为电阻或同为电容。

二、变电流式比率臂电桥

这种电桥以变压器的两个一次绕组为比率臂，以可调交流阻抗为比较臂，另一桥臂为被测阻抗。当调节电桥平衡检流计指零时，可得即可从变压器两个一次绕组的匝数比与比较臂阻抗值，求出被测阻抗，同样要求比较臂阻抗与被测阻抗的性质需相同。三、双边式变电压电桥

使用变电压式电桥的条件是要求两阻抗的数值比较大，电势比等于匝数比的等式才能成立。而使用变电流式的条件是要求两阻抗的数值比较小，电流比等于匝数比的等式才能成立。而双边式变电压电桥是结合两种电桥的原理组成，可求得

四、变比电桥

变比电桥也是一种变压器比率臂电桥，供变压器生产厂家，需要成批测量待测变压器的变比时使用，调节图中比较臂电阻，当指零仪指零时可得

五、变比误差测量

若将变比电桥的桥臂电阻，接成如图方式则可测量变压器的变比误差，变比误差可用表示待测变压器返回本章首页可在电阻R3的调节手柄直接刻上变比误差值。第六节带电测温装置一、电路结构

带电测温装置是通过测量正在运行中电机绕组的电阻值，以求得电机绕组的内部温升。温升是运行中形成的，所以要求测量时不能断电停机。测温装置采用双电桥电路为比率臂，为比较臂。电桥平衡后，可从比较臂读出绕组的电阻值求得对应的温升。比较臂滤波线圈检流计比率臂工作电流调节

二、温升计算

温升定义：温升指绕组温度与冷却空气温度之差。返回本章首页第七节兆欧表一、结构与电路

兆欧表（又叫摇表）是一种简便、常用的测量高电阻的仪表，主要用来检测供电线路、电机绕组、电缆、电器设备等的绝缘电阻，以便检验其绝缘程度的好坏。常见的兆欧表主要由作为电源的高压手摇发电机和磁电式流比计两部分组成，兆欧表的外形与工作原理如图所示。结构内部电路 在测量时，通过线圈的电流I1=U/(R1+R),I2=U/(R2+Rx),其中R1、R2为线圈电阻，线圈受到磁场的作用，产生两个方向相反的转矩： M1=k1×I1×f1(α) M2=k2×I2×f2(α) f1(α)和f2(α)分别为两个线圈所在处的磁感应强度与偏转角α之间的函数关系。仪表的可动部分在转矩的作用下发生偏转，直到两个线圈产生的转矩平衡。当两个线圈产生的转矩平衡时，有M1=M2

即k1×I1×f1(α)=k2×I2×f2(α)

二、采用晶体管直流变换器的兆欧表

ZC30型晶体管兆欧表利用晶体管振荡器将直流电压转换为10kHz的交流电压，然后经升压、整流转换为直流高压，作为测量绝缘电阻的电源。与手摇式兆欧表相比，测量时不需手摇，操作较方便。低压直流稳压振荡器高频变压器高压整流

三、兆欧表的使用如果绝缘材料表面有漏电流，该电流通过兆欧表动圈会计入测绝缘电阻中，因此遇到外表面不洁的绝缘材料，测量时要用一个保护圈与绝缘的外表面相连，保护圈通过导线接兆欧表的“屏蔽”接线柱，避免漏电流通过动圈给测量造成的影响。 兆欧表的正确使用要点如下：

（1）兆欧表必须水平放置于平稳、牢固的地方，以免在摇动时因抖动和倾斜产生测量误差。 （2）接线必须正确无误，接线柱“E”（接地）、“L”（线路）和“G”（保护环或称屏蔽端子）与被测物的连接线必须用单根线，要求绝缘良好，不得绞合，表面不得与被测物体接触。（3）摇动手柄的转速要均匀，一般规定为120r/min，允许有±20%的变化，但不应超过25%。通常要摇动1min待指针稳定后再读数。（4）测量完毕，应对设备充分放电，否则容易引起触电事故。（5）严禁在雷电时或附近有高压导体的设备上测量绝缘电阻，只有在设备不带电又不可能受其他电源感应而带电的情况下才可进行测量。（6）兆欧表未停止转动之前，切勿用手去触及设备的测量部分或兆欧表接线柱。（7）兆欧表应定期校验，其方法是直接测量有确定值的标准电阻，检查其测量误差是否在允许范围之内。

返回本章首页第八节接地电阻测量仪

一、测量仪的结构

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。测量时需要用两条金属棒插针作为辅助电极，分别插在离待测接地极10米左右。然后用粗导线将待测接地极接E，将辅助电极接P、C，按要求转速摇动发电机，调节补偿电阻至检流计指零接地电阻=互感器比率×电阻示值发电机被测接地极接地电阻辅助电极

二、接地电阻测量仪的工作原理

接地电阻测量仪是利用补偿原理工作的，发电机经互感器接在E、C间，若被测接地极电阻为，则产生的电压为。二次绕组在标准电阻R上产生的电压为KIR其中K为互感器变比。调节R，使检流计指零，表示两电压相互补偿。 可见从标准电阻R

的刻度示值，和互感器变比可读出被测接地电阻值。三、ZC8型接地电阻测量仪

ZC8型接地电阻测量仪通过转换开关改变并联电阻值，以改变的比值K。若转换开关位置对应的变比，改为标以该档量程的最大值，并选用能使下式成立的测量标度盘刻度。接地极电阻=量程最大值

☓测量标度盘读数图中机械整流器可将交流电压转换为直流电压，以便使用直流检流计。四、数字钳式接地电阻测量仪

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绕组，振荡器发出交流信号经二次绕组送接地极，振荡器输出电流与接地电阻成正比，可以通过测量电流值，以反映接地电极电阻的大小。返回本章首页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