電路參數(shù)的測量ppt課件

1、第五章 電路參數(shù)的測量,重點,1、掌握測量R/L/C的原理、方法。 2、掌握常用儀器的基本原理和使用方法。 單電橋、雙電橋、交流阻抗電橋測量電路參數(shù)的原理與方法。能根據(jù)參數(shù)類型正確選擇儀器，掌握儀器的使用規(guī)范與正確的測量步驟。 兆歐表和接地電阻測量儀是安裝、維修現(xiàn)場必備工具，要求熟悉它的使用方法。 3、估算測量結(jié)果的系統(tǒng)誤差,補充基本概念：電路參數(shù),電阻、電容、電感（互感,電感的品質(zhì)因數(shù)Q,電容的損耗,基本參數(shù),輔助參數(shù),補充1：電感的品質(zhì)因數(shù)Q,電感線圈的等效電路,電感的品質(zhì)因數(shù),在感抗一定的條件下，電阻越小，Q越高，電感的功率損耗越小，接近于理想電感,大,大,補充2：電容的損耗,電容的損耗

2、,介質(zhì)損耗,金屬損耗,漏電損耗,極化損耗,電離損耗,超過耐壓值時考慮,絕緣介質(zhì)漏電產(chǎn)生的損耗,金屬部件電阻產(chǎn)生的損耗,電容器的并聯(lián)等效電路,相量圖,容抗一定的條件下，電阻越大， 越小，電容的功率損耗越小，接近于理想電容,1）若主要考慮漏電損耗,2）若主要考慮金屬損耗,相量圖,電容器的串聯(lián)等效電路,容抗一定的條件下，電阻越小， 越小，電容的功率損耗越小,從測量的角度出發(fā)，把電阻分為大中小三類,一、中值電阻的測量方法,歐姆表、伏安法、單電橋,第一部分 直流電阻的測量,直讀法,1、歐姆表,標尺反向刻度且不均勻,GB/T 7676.5-1998 直接作用模擬指示電測量儀表及其附件 第六部分：電阻表（阻

3、抗表）和電導表的特殊要求,歐姆表的誤差特性,有效”讀數(shù)范圍,中心值電阻,多量程歐姆表：共用標尺，使各檔中心值是十倍關系,選擇檔位時，應盡量使指針在中心值附近,歐姆調(diào)零，補償電池電動勢的下降,隨電動勢下降逐漸增大調(diào)零電阻,2、數(shù)字萬用表的歐姆檔原理（補充,為待測電阻,接入待測電阻后，數(shù)字萬用表輸出恒定電流，測量 求得阻值,優(yōu)點,測量值與阻值成線性關系,指針式萬用表黑表筆為正極，紅表筆為負極。內(nèi)部黑表筆連接到了1.5V電池的正極。 數(shù)字萬用表的紅表筆為正極，黑表筆為負極。內(nèi)部紅表筆連接到了9V電池的正極,問：萬用表轉(zhuǎn)換開關旋到歐姆檔時，紅、黑表筆哪個的電勢高,a.電壓表前接,方法誤差（系統(tǒng)誤差）。

4、適用于,測量較大電阻,間接法,3、伏安法測電阻,b.電壓表后接,方法誤差為負。適用于,測量較小電阻,伏安法測電阻的實用意義： 在被測電阻的工作狀態(tài)下進行測量,練習1,伏安法測200的電阻，若電壓表內(nèi)阻2k，電流表內(nèi)阻0.03。分別計算電壓表前接、后接時的測量誤差,接通電源后，調(diào)節(jié)橋臂電阻，使c、d兩點等電位，指零儀電流為零,比較法,4、直流單電橋（又稱惠斯登電橋,比例臂,比較臂,1）接法及平衡狀態(tài),平衡條件,平衡條件推導,由于,可知,上式代入最先兩式，則有,比例臂,比較臂,單電橋?qū)嵨飯D（QJ23型,注意,測量前應估計待測電阻的數(shù)值，以選擇合適的比率，使比較臂的電阻位數(shù)能全部用到,例,QJ23型

5、單電橋，比例臂分七個檔位，分別為,19999，增量為1 。在10099990 的基本量限內(nèi)，誤差不超過,問：測量500左右的電阻，該如何選擇比較臂檔位,解,檔位取0.1，比較臂讀數(shù)5126，可知,比較臂電阻范圍是,2）電橋靈敏度,電橋平衡后，某一橋臂電阻 產(chǎn)生相對變化,在指零儀支路引起的電流、電壓、功率的變化量與,之比，稱為電橋靈敏度,電橋的電流靈敏度,電橋的電壓靈敏度、功率靈敏度可用類似形式表示,提高電橋靈敏度的途徑,a.適當提高電源電壓，但不能超過電阻的額定功率,b.適當選擇靈敏度高、內(nèi)阻低的檢流計,如果電橋靈敏度S=1格/0.5%，也就是當Rx有0.5%改變時，檢流計有1格的偏轉(zhuǎn)。通常我

6、們可以覺察出1/10格的偏轉(zhuǎn)，也就是說，該電橋平衡后，Rx只要改變0.05%，我們就能覺察出來，這樣，由于電橋靈敏度的限制所帶來的誤差可以小于萬分之五,3）橋臂換位法,適用于自搭電橋，在各橋臂已知電阻誤差不同的情況下，可以用此方法減小測量結(jié)果的誤差,a. 原理,原圖中,換位后,上述兩式相乘，可得,b.誤差分析,橋臂換位法適用于各臂電阻誤差不同的情況，便于減小測量誤差,4）為什么單電橋不能測小電阻？ 單電橋測量時，引線電阻、電橋連接處接觸電阻均計入橋臂電阻，當測量小值電阻時，引線電阻和接觸電阻對測量值影響較大。因此測量小電阻時，單電橋已不適用，必須選用雙電橋,二、小電阻的測量方法,測量對象：變壓

7、器繞組的直流電阻， 分流電阻等,考慮：消除引線電阻和接觸電阻的影響,方法：雙電橋、直流電位差計、 數(shù)字萬用表,電阻用四端鈕接法,一、雙電橋電路構成 直流雙電橋也是由檢流計、比率臂和比較臂組成。比率臂為兩對可同步調(diào)節(jié)的可調(diào)電阻，電流接頭 之間用一條的粗母線連接,第三節(jié) 直流雙電橋,用于測量小電阻,平衡時，檢流計兩端等電位。關于三個回路列方程,1,2,3,由(3)得,4,將(4)代入(1)，得,5,將(4)、(5)代入(2)，得,消去I3，得,平衡條件,盡量減小這一項,1）R0接近“0”，采用大截面銅條,2）R2和R2， R1和R1，同軸調(diào)節(jié),簡化平衡條件,雙比電橋為什么能測量小電阻,1）電位接頭

8、的引線電阻和接觸電阻位于R1R4支路中，只要R1R4本身不小于10，引線電阻和接觸電阻就可以略去不計（覆沒）,2）電流接頭的引線電阻和接觸電阻，一端包含在電阻R里，該項對平衡不發(fā)生影響（按比例縮?。Ａ硪欢税陔娫粗分?，與平衡式無關（排除,雙電橋?qū)嵨飯D（QJ44,待測小電阻為兩端鈕結(jié)構時，如何接入雙臂電橋,三、高值電阻的測量方法,測量對象：半導體、絕緣體的電阻,考慮：表面漏電阻、試驗電壓,方法：兆歐表、數(shù)字萬用表、超高阻電橋,超高阻電橋簡介,電橋的電源電壓： 501000V,又稱六臂電橋,根據(jù)電橋平衡原理,若,則,令,第七節(jié) 兆歐表,俗稱搖表。 它專用于測量和檢查電氣設備或供電線路的絕緣電

9、阻,絕緣電阻為什么不能用萬用表歐姆檔測量,萬用表測電阻所用的電源電壓比較低，低電壓下呈現(xiàn)的絕緣電阻不能反映在高電壓下絕緣電阻的真正數(shù)值，因此測量絕緣電阻用帶有高電壓電源的兆歐表,一、兆歐表的結(jié)構,常見兆歐表由比率型的磁電系測量機構和手搖發(fā)電機兩部分組成,a 鐵心帶缺口的測量機構； b 橢圓鐵心測量機構,手搖發(fā)電機電壓有500V、1000V、2500V等等,可動線圈在不均勻的磁場中轉(zhuǎn)動時，線圈所受力矩隨偏轉(zhuǎn)角增大而增大，兩個線圈所受力矩增大的斜率不同,M1充當作用力矩,M2方向與M1相反，充當反作用力矩,轉(zhuǎn)軸上有兩個可動線圈，一個產(chǎn)生作用力矩，另一個產(chǎn)生反作用力矩,二、兆歐表的工作原理,兩個線圈

10、繞向相反，則力矩M1與反作用力矩M2方向相反，當M1=M2時，指針處于平衡位置,是電流比值的函數(shù)，故這種儀表又叫比率表,兆歐表的標尺為反向刻度，不均勻,電壓大小不影響電流比值，這樣保證了兆歐表的讀數(shù)不會因手搖速度的不同而不同。 比率表沒有產(chǎn)生反作用力矩的游絲，所以當發(fā)電機停轉(zhuǎn)時，指針就停留在任意位置,比率表的兩個特點,三、兆歐表的使用,1、根據(jù)電氣設備的工作電壓選用兆歐表,2、兆歐表接線柱的使用,一般只需用L 、E 接線柱,對表面不干凈或潮濕的對象測量時，為了準確測出內(nèi)部絕緣電阻（即體電阻），需要使用G接線柱,3、操作注意事項,必須在設備或線路停電狀態(tài)下測量絕緣電阻。 對含有電容的設備，如高壓

11、供電線路，停電后不能馬上測量，需完全放電后再進行測量。 選擇兆歐表的電壓等級。 檢查兆歐表。開路，；短路，0。 發(fā)電機必須有足夠的電壓才能保證正常工作。一般兆歐表的額定轉(zhuǎn)速為120r/min。 用兆歐表測過的設備，如含有電容，要及時放電，然后再停兆歐表以防止發(fā)生觸電或損毀兆歐表,第二部分 交流阻抗的測量,三表法、伏安法、交流電橋,1、三表法測交流阻抗,有前接、后接的問題,優(yōu)點：可在被測元件的工作條件下進行測量，尤其適用于非線性元件,常用,常用,可根據(jù)儀表內(nèi)阻修正功率的測量值,電壓表前接,或,電壓表后接,電流表表耗功率,功率表表耗功率,電壓表表耗功率,功率表表耗功率,系統(tǒng)誤差的傳遞,如何計算 的

12、相對誤差,根據(jù)絕對誤差傳遞的原始定義，用偏導數(shù)計算,練習2,用三表法測量某元件的交流參數(shù)。三表讀數(shù)分別為P=400W、U=220V、I=2A,電壓表、電流表的準確度等級為0.5級，功率表的準確度等級為1.0級；電壓表量程為300V，電流表量程級為2.5A，功率表的電壓量程為300V，電流量程為2.5A。忽略儀表內(nèi)阻。 計算元件參數(shù)的最大相對誤差,2、伏安法測交流阻抗,一次用直流電路測量，用直流電源，直流電壓、電流表,第二次用交流電路測量，用交流電源，交流電壓、電流表,第四節(jié) 交流阻抗電橋,比較式儀器。 測量阻抗、電容、電感、互感、電感的品質(zhì)因數(shù)、電容的介質(zhì)損耗、電源的頻率,必須同時滿足幅值平衡

13、和相角平衡條件,一、平衡條件,二、交流電橋的分類,1、實積電橋,2、虛積電橋,實/虛積，其余兩臂一串一并，平衡條件與頻率無關,平衡條件與頻率有關,平衡條件與頻率無關,實積電橋，另外兩個橋臂一為感性，一為容性，電橋才能平衡,實積，當其余兩臂的元件一為串聯(lián)一為并聯(lián)，平衡條件與頻率無關,左右均乘 j，可得,兩個復數(shù)的比值為常數(shù)，可得,虛積電橋，另外兩個橋臂的阻抗均為容性，電橋才能平衡,當其余兩臂的元件一為串聯(lián)一為并聯(lián)，平衡條件與頻率無關,3、實比電橋,4、虛比電橋,實/虛比，其余兩臂同串/同并，平衡條件與頻率無關,實比電橋，其余兩橋臂的阻抗性質(zhì)相同，電橋才能平衡,得,實比，其余兩臂同為元件串聯(lián)或同為

14、元件并聯(lián)，平衡條件與頻率無關,虛比電橋，另外兩個橋臂的阻抗性質(zhì)：與電阻相鄰的支路為感性，與電容相鄰的支路為容性，電橋才能平衡,左右均乘 j，可得,得,虛比，其余兩臂同為元件串聯(lián)或同為元件并聯(lián)，平衡條件與頻率無關,三、常用交流阻抗電橋的特點,1、除了被測元件，其它三臂都采用電阻或電容，且其中兩臂為單一元件：純電阻或純電容。（實比，虛比，實積，虛積,2、平衡條件與頻率無關。 ！根據(jù)電橋類型判斷,3、能夠分別讀數(shù)。 ！根據(jù)平衡式判斷,如果用向量OA、OB 表示阻抗值，調(diào)節(jié)平衡的目的就是讓 A點靠近B點，直至兩相量重合,交流電橋的收斂性：達到平衡點所需時間的長短（或調(diào)節(jié)次數(shù)的多少,四、交流阻抗電橋的收

15、斂性,兩種調(diào)節(jié)平衡方法的收斂性比較 第一種方法如圖A，改變R1、jX1使電橋平衡，只要調(diào)節(jié)兩次，即達到平衡，收斂性好。此法因為需要可調(diào)的標準電感，收斂性雖好，但并不實用。 第二種方法如圖B，改變R1、R2使電橋平衡，必須反復多次才能平衡，收斂性差，但需要調(diào)節(jié)的阻抗是可變電阻，標準的可變電阻較容易獲得,問題：還是剛才的電橋,分析,若只調(diào)R2、R3，僅能改變等式右邊復數(shù)的模，不能改變輻角，因而對于任意的待測感性阻抗，等式無法平衡。所以，不能只取R2、R3 作為可調(diào)參數(shù),實比，其余兩臂同為串聯(lián)。平衡條件與頻率無關,串聯(lián)電容電橋，測量介質(zhì)損耗小的電容,五、常用交流阻抗電橋,西林電橋，能在高壓條件下測量

16、電容。虛積，其余兩臂一串一并。平衡條件與頻率無關,并聯(lián)電容電橋，測量介質(zhì)損耗大的電容。實比，其余兩臂同為并。平衡條件與頻率無關,麥氏實積電橋，測量Q值較小的電感。實積，其余兩臂一串一并。平衡條件與頻率無關,串聯(lián)歐文電橋，測量小電感。虛比，其余兩臂同為串。平衡條件與頻率無關,海氏實積電橋，測量Q值較大的電感。實積，其余兩臂均串聯(lián)。平衡條件與頻率有關,將并聯(lián)電容電橋的Rs、Cs改為串聯(lián)，則為溫氏電橋，用于測量電源的頻率：實比，其余兩臂一串一并。平衡條件與頻率有關,第八節(jié) 接地電阻測量儀,接地是為了用電安全。防止因絕緣擊穿或雷擊出現(xiàn)的高電壓危及人身和設備安全,接地電阻有標準要求，需定期測量,一、結(jié)構

17、,接地電阻測量儀由一臺電壓為500V或1000V的交流發(fā)電機、電流互感器、可調(diào)的補償電阻及交流檢流計組成。 測量時，用兩根金屬棒作為輔助電極，分別插在離待測接地極20米左右。用粗導線將待測接地極接E ，輔助電極接P、C。按要求轉(zhuǎn)速搖動發(fā)電機，調(diào)節(jié)補償電阻至檢流計指零。 原理：電壓補償,發(fā)電機串互感器原邊，接在E、C間，若被測接地極電阻為Rx ，則產(chǎn)生的電壓為I1Rx 。 互感器副邊在電位器動觸點左邊的電阻R1上產(chǎn)生的電壓為I2R1 。 調(diào)節(jié)R1 ，使檢流計指零，兩電壓相互補償。 從標準電阻R1的刻度示值和互感器變比可讀出被測接地電阻值,二、接地電阻測量儀的工作原理,電壓補償,三、數(shù)字鉗式接地電阻測量儀 （準確度低） 鉗式接地電阻測量儀是利用鉗式互感器。將接地電阻視為互感器的二次負載。振蕩器發(fā)出交流信號經(jīng)二次繞組送接地極，振蕩器回路的電流與接地電阻成反比。通過測量