电磁测量课件第六章

电磁测量课件第六章第1页，共42页，2023年，2月20日，星期二第一节电容的测量一、放电法CxARNS＋－U放电法测量电路i(t)tIm00.368Im放电电流曲线测量电路如上图，首先将开关闭合，此时电源对电容充电，待电路达到稳态以后再将开关打开，此时，被测电容对已知标准电阻放电，放电电流曲线如下图所示。计算出。

测出时间常数,再根据第2页，共42页，2023年，2月20日，星期二二、冲击法

将开关合向“1”，当被测电容充电达到稳定状态时，将开关合向“2”，使电容对检流计放电，读出冲击检流计的第一次最大偏转，则放电电量为＋－GCxRx1S2冲击法测量电容的电路U得第3页，共42页，2023年，2月20日，星期二三、电流比较法用电流表分别测量流过CN的电流IN和流过Cx的电流Ix，根据电流比较法测量电容的电路可得第4页，共42页，2023年，2月20日，星期二四、电压比较法用一只电压表分别测量已知标准电容和被测电容两端的电压，根据电压比较法的测量电路得第5页，共42页，2023年，2月20日，星期二五、电压表法电压表法的测量电路CxU＋－VI．．将电压表与被测电容串联，然后接到电源上。设电压表的内阻为RV，电压表读数为UV，被测电容两端的电压为电路中的电流为则被测电容为第6页，共42页，2023年，2月20日，星期二六、电容—电压变换法采用运放电路，可以把电容变换成电压，如图。因为所以电容—电压变换电路第7页，共42页，2023年，2月20日，星期二七、电容—时间变换法－IN＋IN恒流源恒流源上下限电平比较器－＋CxSUo电容—时间变换电路tUo＋UP－UP0T输出电压波形第8页，共42页，2023年，2月20日，星期二第二节电感的测量

一、谐振法

用电阻、已知标准电容和被测电感串联，加变频电源电压，通过调节电源的频率，使电路发生谐振，谐振频率为从变频电源可直接读出谐振频率，可以计算出被测电感。这种测量方法的优点是电感元件中的电阻不起作用。第9页，共42页，2023年，2月20日，星期二二、冲击法

如图电路，先将开关闭合，使电路达到稳定状态，由于二极管的截止作用，冲击检流计没有指示，然后将开关S打开，此时，电感中的磁场能量以脉冲电流的形式通过冲击检流计释放，有冲击法测量电感的电路＋－UGAVSRNiIt=0Lx放电回路的电压方程为第10页，共42页，2023年，2月20日，星期二取等号两边从0到∞的积分

因，，故得第11页，共42页，2023年，2月20日，星期二三、零位法如图电路，设；；且．D零位法测量电感的电路＋－LxRNR1L1C2AUINI1Ix．．．I2．

由于RN远大于C2与并联的阻抗，所以，可忽略这段支路的阻抗，有

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调节RN使通过检流计的电流为零，此时，有四、电压表法则参照第一节用电压表法测量电容的方法，将图中的电容换成电感，可得第13页，共42页，2023年，2月20日，星期二第三节互感的测量一、伏安法

如图电路，用电流表和电压表分别测出一次侧电流的有效值和二次侧电压的有效值，根据AVuMR＋－**伏安法测量互感的电路可以计算出被测互感。第14页，共42页，2023年，2月20日，星期二二、冲击法当开关S倒向将一次侧电流改变方向时，在二次侧产生感应电流，二次侧回路电压方程为GASR＋－UM**Ii2冲击法测量互感的电路取上式等号两边积分得第15页，共42页，2023年，2月20日，星期二三、坎贝尔桥法四、补偿法－AD***MNEx*ENMxI˙U＋．˙˙坎贝尔桥法的电路补偿法的电路

第16页，共42页，2023年，2月20日，星期二五、等效电感法顺向串联反向串联两线圈的互感

六、电压表法电压表法d的测量电路第17页，共42页，2023年，2月20日，星期二第四节混合参数的测量一、交流电桥1．平衡条件Z1Z2Z3Z4D

交流电桥的一般形式＋－u平衡条件或第18页，共42页，2023年，2月20日，星期二2．分类

按平衡条件分类

（1）实积电桥（2）虚积电桥

Z2和Z3一个为容性，另一个必为感性。Z2Z3R4D＋－uR1R1Z2Z3C4D＋－u实积电桥的电路虚积电桥的电路

Z2和Z3都应是容性阻抗。第19页，共42页，2023年，2月20日，星期二（3）实比电桥（4）虚比电桥R1Z2R3Z4D＋－uR3Z2Z4C1D＋－u

Z2和Z4应该是相同性质的阻抗。

Z2应是容性阻抗，Z4应是感性阻抗

实比电桥的电路虚比电桥的电路第20页，共42页，2023年，2月20日，星期二

3．平衡条件与电源频率的关系（1）实积和虚积电桥R3RxR4C4D＋－uR2LxR3RxR4C4D＋－uR2Lx平衡条件与电源频率无关的实积电桥平衡条件与电源频率有关的实积电桥第21页，共42页，2023年，2月20日，星期二C3RxR4C4D＋－uR2CxC3RxR4C4D＋－uR2Cx平衡条件与电源频率无关的虚积电桥平衡条件与电源频率有关的虚积电桥第22页，共42页，2023年，2月20日，星期二可见，实积和虚积电桥，除单一元件的两臂外，其余两臂

的阻抗，一个臂是两元件的串联，另一个臂是两元件的并联，

此时电桥的平衡条件与电源频率无关，否则与电源频率有关。（2）实比和虚比电桥实比和虚比电桥，除单一阻抗元件的两臂外，其余两臂的阻抗都是两元件的串联或都是两元件的并联，此时电桥的平衡条件与电源频率无关，否则与电源频率有关。第23页，共42页，2023年，2月20日，星期二

4．交流电桥的灵敏度指零仪一端两侧桥臂阻抗模越接近相等，辐角差越接近90º时，电桥的灵敏度越高。

5．交流电桥的收敛性交流电桥至少要调节两个变量才能平衡，如果选择不同的可调变量，电桥调到平衡的难易程度也不同，一般用收敛性来衡量电桥调到平衡的难易程度。交流电桥的收敛性被定义为电桥达到平衡所需反复调节的次数。调节次数越少，收敛性就越好；调节次数越多，收敛性就越差。第24页，共42页，2023年，2月20日，星期二每个可调变量只影响一个平衡方程式，此时电桥的收敛性最好。

必须指出：在实际的电桥当中，并不是所有电桥的收敛性都是最好，如果电桥的收敛性不是最好，那么，就必然在其他方面获得收益，例如西林电桥，虽然牺牲了收敛性，但换来了读数的方便，可以省去麻烦的计算，直接读出被测元件的介质损耗。第25页，共42页，2023年，2月20日，星期二

6．交流电桥的防护交流电桥的防护就是采取相应的措施，消除或减小干扰因素给测量结果带来的影响。（1）引起误差的因素①电容性漏电②电阻性漏电③可变磁场的影响（2）防护的原则最理想的情况就是将干扰因素彻底消除，不能彻底消除的，应尽量减小它们的影响，不能减小的把它们的影响固定下来，以便在最后从测量结果中扣除。

（3）防护的措施①控制漏电回路②适当接地③替代法④磁屏蔽⑤零位平衡法。第26页，共42页，2023年，2月20日，星期二二、变压器电桥基本电路：串联电容电桥串联电容电桥的电路平衡条件第27页，共42页，2023年，2月20日，星期二

并联电容电桥电感电桥+u-DLNLxRNRx

并联电容电桥的电路电感电桥的电路

第28页，共42页，2023年，2月20日，星期二

这些基本电路都存在一定的问题。例如，在串联电容电桥中，当很大时，需要很大的RN

；在并联电容电桥中，当很小时，同样需要很大的RN

；在电感电桥中，必须使用标准电感，而标准电感的准确度又很低，并且，被测电感和标准电感之间存在互感。因此，在实际测量时，必须对它们进行改进。采用三端电阻电路可以解决需要大电阻的问题，如图电路。CBAR1R2R0T型三端电阻电路CBARABRACRBCΔ型三端电阻电路第29页，共42页，2023年，2月20日，星期二将T型三端电阻电路等效成Δ型电路后，A、B两端的等

效电阻为由于标准电感的不理想，可以利用只有电阻和电容的三端

阻抗电路来模拟一个感性阻抗，如图所示。R1R2C0ABCT型三端阻抗电路ZABΔ型三端阻抗电路BARACRBCC等效阻抗为

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三、有源电桥

1．有源电桥的构成有源电桥是由有源元件—运算放大器与基本电桥电路构成，如图。在有源电桥中，运算放大器起到了隔离和参数变换的作用，还可组成有源转移单元，这种电桥对屏蔽的要求大大降低，同时提高了测量的准确度，改善了电桥的平衡调节过程以及其他性能。

2．有源电桥的分析通常不采用经典电桥的分析方法，而采用两端口网络转移参数来进行分析，即把电桥电路看成是由若干两端口网络的串联或并联组成。有源电桥的电路第31页，共42页，2023年，2月20日，星期二以上图为例，首先从电源电压入手，把R2作为无源转移导

纳单元Y2，把R3和C3的并联及运算放大器作为有源转移阻抗单

元ZD

，把R4作为无源转移导纳单元Y4

，然后到指零仪，再把

Rx和Lx的串联作为无源转移导纳Yx

，最后又回到电源电压，该

过程可由下面的框图表示。图中Y2ZDY4DYxI2I1UU˙˙˙˙转移单元联接框图第32页，共42页，2023年，2月20日，星期二电桥平衡时应有代入转移参数，有则整理可得第33页，共42页，2023年，2月20日，星期二4．有源电桥的特点

（1）有源电桥的电源和指零仪共地，消除了二者之间的干扰。（2）有源电桥具有自动防护功能，降低了对屏蔽的要求，消除了杂散电容对电桥的影响。（3）由于有源电桥消除了某些干扰和杂散参数的影响，对电桥的收敛性也有所改进。第34页，共42页，2023年，2月20日，星期二四、间接测量1．三表法若被测阻抗和仪表内阻满足条件采用电压表前接、电流表后接的电路，反之采用电压表后接、电流表前接的电路。电压表前接、电流表后接的电路电压表后接、电流表前接的电路第35页，共42页，2023年，2月20日，星期二根据

可以求出负载的等值电阻，再根据可以求负载的阻抗值，从而可以求出负载的电抗为最后求出负载的等值电感或电容第36页，共42页，2023年，2月20日，星期二

2．三电压表法电路如左图，用电压表分别测出RN两端的电压、Z两端的电压和电源电压，电路的相量图如右图所示。

三电压表法的测量电路RNZU+－UNUZ+－－+˙˙˙相量图UULUZURUNI˙˙˙˙˙˙

根据余弦定理可以求出角，从而得出L两端的电压和R两端的电压第37页，共42页，2023年，2月20日，星期二即可计算出的等值电阻和等值电感。

3．三电流表法如果使RN与Z并联，用电流表分别测出两个支路的电流和总电流，也可根据三电压表法的测量原理计算出Z的等值电阻和等值电感。第38页，共42页，2023年，2月20日，星期二第五节输电线路工频参数的测量输电线路的工频参数是指正序阻抗、零序阻抗、正序电容、零序电容、相间电容、互感电容和互感阻抗，这一组参数是电力系统短路电流计算、继电保护整定计算和选择合理运行方式前建立数学模型的必备参数。我国110V及以上的线路要求以实测为准，110V以下的线路一般不要求实测，以理论计算为准，但对于新建线路、改造线路和对系统安全要求较高的线路必须进行实测。本节只介绍模拟测量法。第39页，共42页，2023年，2月20日，星期二将线路末端短路，采用两表法测出三相总功率