電氣測(cè)量技術(shù)第三章

1、電氣測(cè)量技術(shù)1 第三章 比較式電測(cè)儀表 比較式電測(cè)儀表比較式電測(cè)儀表將被測(cè)對(duì)象直接與標(biāo)準(zhǔn)量作將被測(cè)對(duì)象直接與標(biāo)準(zhǔn)量作比較，從而確定被測(cè)對(duì)象的大小。使用的標(biāo)準(zhǔn)量比較，從而確定被測(cè)對(duì)象的大小。使用的標(biāo)準(zhǔn)量包括標(biāo)準(zhǔn)電壓（標(biāo)準(zhǔn)電池、齊納管穩(wěn)壓值等）、包括標(biāo)準(zhǔn)電壓（標(biāo)準(zhǔn)電池、齊納管穩(wěn)壓值等）、標(biāo)準(zhǔn)電阻、標(biāo)準(zhǔn)電容、標(biāo)準(zhǔn)電感等。標(biāo)準(zhǔn)電阻、標(biāo)準(zhǔn)電容、標(biāo)準(zhǔn)電感等。比較式儀表的概述電氣測(cè)量技術(shù)2 比較式電測(cè)儀表比較式儀表的分類電橋測(cè)量?jī)x表電橋測(cè)量?jī)x表補(bǔ)償測(cè)量?jī)x表補(bǔ)償測(cè)量?jī)x表將被測(cè)量與已知標(biāo)將被測(cè)量與已知標(biāo)準(zhǔn)量相比較，當(dāng)檢準(zhǔn)量相比較，當(dāng)檢測(cè)儀表指零時(shí)，達(dá)測(cè)儀表指零時(shí)，達(dá)到全補(bǔ)償狀態(tài)。到全補(bǔ)償狀態(tài)。先利用標(biāo)準(zhǔn)量對(duì)被測(cè)

2、量進(jìn)先利用標(biāo)準(zhǔn)量對(duì)被測(cè)量進(jìn)行補(bǔ)償，再對(duì)剩下的被測(cè)行補(bǔ)償，再對(duì)剩下的被測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)量間的微小差值量與標(biāo)準(zhǔn)量間的微小差值進(jìn)行測(cè)量。進(jìn)行測(cè)量。 第三章 比較式電測(cè)儀表back電氣測(cè)量技術(shù)33.1 直流電位差計(jì) 第三章 比較式電測(cè)儀表電位差計(jì)：電位差計(jì)：根據(jù)補(bǔ)償法或?qū)οy(cè)試根據(jù)補(bǔ)償法或?qū)οy(cè)試原理對(duì)靜電場(chǎng)或電路中兩原理對(duì)靜電場(chǎng)或電路中兩點(diǎn)間的電動(dòng)勢(shì)之差的測(cè)量點(diǎn)間的電動(dòng)勢(shì)之差的測(cè)量直流電位差計(jì)直流電位差計(jì)（Direct-current potentiometer）是一個(gè)測(cè)量直流電壓的儀器，它用一個(gè)已知電壓與被測(cè)是一個(gè)測(cè)量直流電壓的儀器，它用一個(gè)已知電壓與被測(cè)電壓相平衡，該已知電壓可以由固定電流流過(guò)可調(diào)

3、電阻電壓相平衡，該已知電壓可以由固定電流流過(guò)可調(diào)電阻或由可調(diào)電流流過(guò)固定電阻來(lái)獲得，或者由它們的組合或由可調(diào)電流流過(guò)固定電阻來(lái)獲得，或者由它們的組合而獲得。而獲得。 電氣測(cè)量技術(shù)43.1 直流電位差計(jì) 第三章 比較式電測(cè)儀表電位差計(jì)測(cè)量電壓有以下優(yōu)點(diǎn)：電位差計(jì)測(cè)量電壓有以下優(yōu)點(diǎn)：電位差計(jì)是一個(gè)電阻分壓裝置，可產(chǎn)生準(zhǔn)確、已知、有電位差計(jì)是一個(gè)電阻分壓裝置，可產(chǎn)生準(zhǔn)確、已知、有一定調(diào)節(jié)范圍的電壓，用它與被測(cè)電壓比較，可以得到一定調(diào)節(jié)范圍的電壓，用它與被測(cè)電壓比較，可以得到被測(cè)電壓值。被測(cè)電壓的測(cè)量值僅取決于電阻和標(biāo)準(zhǔn)電被測(cè)電壓值。被測(cè)電壓的測(cè)量值僅取決于電阻和標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)勢(shì)，因而可以達(dá)到較高的測(cè)量準(zhǔn)確

4、度。動(dòng)勢(shì)，因而可以達(dá)到較高的測(cè)量準(zhǔn)確度。在在“校準(zhǔn)校準(zhǔn)”和和“測(cè)量測(cè)量”中檢流計(jì)兩次都指示為零，表明中檢流計(jì)兩次都指示為零，表明測(cè)量時(shí)既不從標(biāo)準(zhǔn)回路的標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)勢(shì)（通常是標(biāo)準(zhǔn)電池測(cè)量時(shí)既不從標(biāo)準(zhǔn)回路的標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)勢(shì)（通常是標(biāo)準(zhǔn)電池）中，也不從測(cè)量回路中分出電流。因此不改變被測(cè)回）中，也不從測(cè)量回路中分出電流。因此不改變被測(cè)回路的原有狀態(tài)，同時(shí)避免測(cè)量回路導(dǎo)線電阻、標(biāo)準(zhǔn)電池路的原有狀態(tài)，同時(shí)避免測(cè)量回路導(dǎo)線電阻、標(biāo)準(zhǔn)電池內(nèi)阻以及被測(cè)回路等效內(nèi)阻等對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度的影響，這內(nèi)阻以及被測(cè)回路等效內(nèi)阻等對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度的影響，這是補(bǔ)償法測(cè)量準(zhǔn)確度較高的另一原因。是補(bǔ)償法測(cè)量準(zhǔn)確度較高的另一原因。電氣測(cè)量技術(shù)53.1

5、 直流電位差計(jì)mA012nIIIIxxIE R0sUI R0P xsUU電流表的準(zhǔn)確度限制了電流表的準(zhǔn)確度限制了電位差計(jì)的準(zhǔn)確度電位差計(jì)的準(zhǔn)確度 第三章 比較式電測(cè)儀表電氣測(cè)量技術(shù)6 比較式電測(cè)儀表3.1 直流電位差計(jì)1. S撥在撥在1，調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)R0，使檢流計(jì)，使檢流計(jì)G指零。指零。2. S撥向撥向2，調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)R的滑動(dòng)端，以的滑動(dòng)端，以改變標(biāo)準(zhǔn)電壓改變標(biāo)準(zhǔn)電壓US，當(dāng)檢流計(jì)，當(dāng)檢流計(jì)G再再次指零時(shí)，說(shuō)明次指零時(shí)，說(shuō)明Ux與與R上的壓降上的壓降相互補(bǔ)償。相互補(bǔ)償。0NNIER0 xNNRUI RER 第三章 比較式電測(cè)儀表UxUs回路回路I為校準(zhǔn)回路為校準(zhǔn)回路回路回路II為測(cè)量回路為測(cè)量回路

6、 電氣測(cè)量技術(shù)7 比較式電測(cè)儀表3.1 直流電位差計(jì) 第三章 比較式電測(cè)儀表電氣測(cè)量技術(shù)8 比較式電測(cè)儀表3.1 直流電位差計(jì)的分類 第三章 比較式電測(cè)儀表 直流電位差計(jì)按被測(cè)電壓端口輸出電阻的高低可分高阻電位差計(jì)（輸出電阻大于10k/V）和低阻電位差計(jì)（輸出電阻小于100/V）：高阻電位差計(jì)用于測(cè)量大電阻上的電壓及高內(nèi)阻電源的電動(dòng)勢(shì)，其工作電流小，不需大容量工作電源供電；低阻電位差計(jì)用于測(cè)量小電阻的電壓及低內(nèi)阻電源的電動(dòng)勢(shì)，其工作電流大，應(yīng)由大容量電源供電。 直流電位差計(jì)按測(cè)量量限可分高電壓電位差計(jì)（測(cè)量上限2V左右，輸出電阻高達(dá)2104，工作電流I0為0.1mA左右）和低電壓電位差計(jì)（測(cè)量

7、上限20mV左右，輸出電阻20，工作電流I0為1mA左右）。 直流電位差計(jì)還可按使用條件分實(shí)驗(yàn)室型和便攜型兩類。電氣測(cè)量技術(shù)93.1 直流電位差計(jì)的應(yīng)用122xxRRUURxxNUIR 第三章 比較式電測(cè)儀表back 直流電位差計(jì)除了可以測(cè)量有限大小的電壓或電動(dòng)勢(shì)外，還可以用來(lái)測(cè)量高電壓（高電動(dòng)勢(shì)）、電流、直流功率和電阻。 電氣測(cè)量技術(shù)103.2 電橋 2.2.1 概述（電橋：概述（電橋：bridge） 2.2.2 直流電橋：直流電橋：D.C.bridge 2.2.3 交流電橋：交流電橋：A.C.bridge 2.2.4 有源電橋：有源電橋：active bridge 2.2.5 數(shù)字電橋：數(shù)

8、字電橋：digital bridge 2.2.6 智能電橋：智能電橋：intelligent bridge 第三章 比較式電測(cè)儀表back電氣測(cè)量技術(shù)11 比較式電測(cè)儀表3.2.1 電橋 第三章 比較式電測(cè)儀表電橋主要用于測(cè)量電路元件（如直流電阻、交流電感、電容電容、電阻等）的量值、變化量，也用于測(cè)量轉(zhuǎn)換為電參數(shù)的非電量。最早出現(xiàn)的電橋是測(cè)電阻用的直流電橋，其中最負(fù)盛名的是惠斯通電橋惠斯通電橋。隨后，為測(cè)交流元件的參數(shù)等，發(fā)展出種類繁多、用途各異的經(jīng)典交流經(jīng)典交流電橋電橋。到20世紀(jì)50年代前后，這些電橋的大多數(shù)被淘汰，隨之出現(xiàn)了一些新型電橋，例如高準(zhǔn)確度的感應(yīng)耦合比例臂電橋感應(yīng)耦合比例臂電橋

9、，它是由計(jì)算電容器計(jì)算電容器的需要而不斷發(fā)展和完善起來(lái)的。50年代以后，半導(dǎo)體技術(shù)和微計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，電子器件和數(shù)字技術(shù)被大量引入測(cè)量?jī)x表領(lǐng)域，又出現(xiàn)了有有源電橋源電橋、數(shù)字電橋數(shù)字電橋和智能化電橋智能化電橋等。back電氣測(cè)量技術(shù)12 比較式電測(cè)儀表3.2.2 直流電橋直流電橋直流電橋是測(cè)量電阻或與電阻有關(guān)參量的比較式儀表，是測(cè)量電阻或與電阻有關(guān)參量的比較式儀表，它通過(guò)被測(cè)電阻與標(biāo)準(zhǔn)電阻的比較實(shí)現(xiàn)測(cè)量，其準(zhǔn)確度可達(dá)它通過(guò)被測(cè)電阻與標(biāo)準(zhǔn)電阻的比較實(shí)現(xiàn)測(cè)量，其準(zhǔn)確度可達(dá)十萬(wàn)分之幾，一般不難做到十萬(wàn)分之幾，一般不難做到0.1、0.2級(jí)。級(jí)。根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同特點(diǎn)，直流電橋可分為根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同特點(diǎn)，直

10、流電橋可分為惠斯通惠斯通電橋（單電橋（單比電橋）、比電橋）、開爾文開爾文電橋（雙比電橋）、電橋（雙比電橋）、高阻高阻電橋和電橋和直流電流直流電流比較式比較式電橋等四種。電橋等四種?；菟雇ɑ菟雇姌蜻m用于測(cè)量中值電阻（電橋適用于測(cè)量中值電阻（1106歐），歐），開爾文開爾文電橋適用于測(cè)量低值電阻（電橋適用于測(cè)量低值電阻（1歐以下）。歐以下）。 第三章 比較式電測(cè)儀表電氣測(cè)量技術(shù)13 比較式電測(cè)儀表 第三章 比較式電測(cè)儀表3.2.2 惠斯登電橋 單比電橋也稱為惠斯登（單比電橋也稱為惠斯登（Wheatstone）電橋，主要用于測(cè)量中值電阻。這種測(cè)量方法電橋，主要用于測(cè)量中值電阻。這種測(cè)量方法首先由首

11、先由S.H. Christie于于1833年提出，并由年提出，并由Wheatstone于于1858年以測(cè)量小電阻的方法為年以測(cè)量小電阻的方法為題刊登在皇家學(xué)會(huì)（題刊登在皇家學(xué)會(huì)（London）的報(bào)告中。）的報(bào)告中。143xRRRR電橋平衡時(shí)：電橋平衡時(shí)：四臂結(jié)構(gòu)是直流電橋的基本形式。電橋由直流電源供電，平衡時(shí)，相鄰兩橋四臂結(jié)構(gòu)是直流電橋的基本形式。電橋由直流電源供電，平衡時(shí)，相鄰兩橋臂電阻的比值等于另外兩相鄰橋臂電阻的比值。若一對(duì)相鄰橋臂分別為標(biāo)準(zhǔn)臂電阻的比值等于另外兩相鄰橋臂電阻的比值。若一對(duì)相鄰橋臂分別為標(biāo)準(zhǔn)電阻器和被測(cè)電阻器電阻器和被測(cè)電阻器,它們的電阻有一定的比值，則為了使電橋平衡，另

12、一對(duì)它們的電阻有一定的比值，則為了使電橋平衡，另一對(duì)相鄰橋臂的電阻必須有相同的比值。根據(jù)這一比值和標(biāo)準(zhǔn)電阻器的電阻值可相鄰橋臂的電阻必須有相同的比值。根據(jù)這一比值和標(biāo)準(zhǔn)電阻器的電阻值可求得被測(cè)電阻器的電阻值。求得被測(cè)電阻器的電阻值。平衡時(shí)的測(cè)量結(jié)果與電橋電源的電壓大小無(wú)關(guān)。平衡時(shí)的測(cè)量結(jié)果與電橋電源的電壓大小無(wú)關(guān)。 電氣測(cè)量技術(shù)14 電橋平衡時(shí)，被測(cè)電阻的數(shù)值與電源電橋平衡時(shí)，被測(cè)電阻的數(shù)值與電源E無(wú)關(guān)。無(wú)關(guān)。 在靈敏度足夠的情況下，電源電壓波動(dòng)對(duì)測(cè)量結(jié)果沒有影響。在靈敏度足夠的情況下，電源電壓波動(dòng)對(duì)測(cè)量結(jié)果沒有影響。 電橋的準(zhǔn)確度主要由比例臂和比較臂的準(zhǔn)確度決定。電橋的準(zhǔn)確度主要由比例臂和比

13、較臂的準(zhǔn)確度決定。%xRaKRb a電橋準(zhǔn)確度級(jí)別電橋準(zhǔn)確度級(jí)別b附加誤差系數(shù)附加誤差系數(shù)R比例臂最小步進(jìn)電阻值比例臂最小步進(jìn)電阻值K比例系數(shù)比例系數(shù)a0.02，b取取0.3a0.05，b取取0.2 第三章 比較式電測(cè)儀表3.2.2 直流電橋-惠斯登電橋電氣測(cè)量技術(shù)15 第三章 比較式電測(cè)儀表3.2.2 直流電橋-惠斯登電橋QJ23a型直流單比電橋簡(jiǎn)化電路型直流單比電橋簡(jiǎn)化電路電氣測(cè)量技術(shù)16 比較式電測(cè)儀表 第三章 比較式電測(cè)儀表3.2.2 直流電橋-開爾文電橋直流雙比電橋原理電路用于測(cè)量阻值較低用于測(cè)量阻值較低（10）的鐵芯線圈）的鐵芯線圈的電感，平衡時(shí)的電感，平衡時(shí)24424243)(1)(RCCRRRRxww244432)(1RCCRRLxw3.2.3 交流電橋 第三章 比較式電測(cè)儀表441RCQxw電氣測(cè)量技術(shù)271234RRCCRx432CRRLx歐文電橋用于電感的準(zhǔn)確測(cè)量，平衡時(shí)歐文電橋用于電感的準(zhǔn)確測(cè)量，平衡時(shí)被測(cè)線圈品質(zhì)因數(shù)被測(cè)線圈品質(zhì)因數(shù) 選擇選擇C3、R3作為可調(diào)量時(shí)，收斂性好且準(zhǔn)確率高。作為可調(diào)量時(shí)，收斂性好且準(zhǔn)確率高。