比較儀表精品課件

1、比較儀表第1頁，共20頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)18分，星期四 定流變阻式電位差計(jì)的原理電路如圖2-1-2所示,圖中E是標(biāo)準(zhǔn)電池或直流穩(wěn) 壓電源的電動(dòng)勢(shì),En為標(biāo)準(zhǔn)電池,Rn為標(biāo)準(zhǔn)電阻,Ux為被測(cè)電壓,P為檢流計(jì)。直流電位差計(jì)是一種比較儀器，用它來測(cè)量電壓，誤差可小于0.005%,甚至更小。直流電位差計(jì)分為定阻變 流式和定流變阻式兩種。 3.1 直流電位差計(jì) 圖中,回路I為校準(zhǔn)回路,回路II 為測(cè)量回路，回路為工作電流回路。工作電流回路校準(zhǔn)回路測(cè)量回路第2頁，共20頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)18分，星期四1、工作原理工作電流回路校準(zhǔn)回路測(cè)量回路 回路稱為工作電流回路，它包括工作電源

2、E, 工作電流調(diào)節(jié)電阻R0,標(biāo)準(zhǔn)電阻RN，測(cè)量電阻R。它的作用是提供一個(gè)穩(wěn)定的工作電流I0。 校準(zhǔn)回路由標(biāo)準(zhǔn)電池En，檢流計(jì)P和標(biāo)準(zhǔn)電阻Rn組成。 測(cè)量回路由測(cè)量電阻R、檢流計(jì)P和轉(zhuǎn)換開關(guān)S等構(gòu)成。R是R的一部分,可以按十進(jìn)制數(shù)連續(xù)可調(diào)。第3頁，共20頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)18分，星期四 測(cè)量：把開關(guān)置于位置2，調(diào)節(jié)電阻R使檢流計(jì)P再次指零，表明Ux與US互相補(bǔ)償，即2、測(cè)量步驟 定工作電流：測(cè)量時(shí),先將開關(guān)S撥在1位置,調(diào)節(jié)可變電阻R0，調(diào)整工作電流I0，使檢流計(jì)P指零，則說明標(biāo)準(zhǔn)電池En與標(biāo)準(zhǔn)電阻Rn上的壓降相互補(bǔ)償。工作電流回路校準(zhǔn)回路測(cè)量回路I0RN=ENI0=EN/RN第4

3、頁，共20頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)18分，星期四從上述原理可以得出電位差計(jì)的兩個(gè)特點(diǎn)： 電位差計(jì)的平衡是利用電位互相補(bǔ)償?shù)脑碇瞥傻?測(cè)量回路不從被測(cè)量UX中取用電流(檢流計(jì)P指零),消除了對(duì)被測(cè)量的影響。 被測(cè)量數(shù)值由標(biāo)準(zhǔn)量RN、EN等決定,因此電位差計(jì)準(zhǔn)確度很高。第5頁，共20頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)18分，星期四測(cè)量回路校準(zhǔn)回路工作電流回路檢流計(jì)標(biāo)準(zhǔn)電池實(shí)用直流電位差計(jì)舉例第6頁，共20頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)18分，星期四（1）、測(cè)量較高電壓時(shí)：原理電路如圖2-1-4所示。R1和R2構(gòu)成分壓器，先用電位差計(jì)測(cè)得Ux后,再用分壓公式推算出Ux：Ux= (R1+R2

4、)Ux / R23、電位差計(jì)的應(yīng)用第7頁，共20頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)18分，星期四（4）測(cè)量電阻（間接）：也分兩步進(jìn)行,先測(cè)出流過電阻的電流Ix,再測(cè)出其兩端的電壓 Ux ,則Rx=Ux / Ix用直流電位差計(jì)測(cè)量電流的原理電路如圖2-1-5所示,在被測(cè)電流支路串入數(shù)值已知的標(biāo)準(zhǔn)電阻Rn作取樣電阻,用直流電位差計(jì)測(cè)得Rn兩端的電壓Ux,則被測(cè)電流為： Ix = Ux / Rn（3）功率測(cè)量：只要按上述測(cè)量電壓、電流的方法測(cè)出Ux與Ix,則功率為P= Ux Ix（2）測(cè)量電流（間接）：第8頁，共20頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)18分，星期四直流電橋分兩種,即單電橋和雙電橋。單電橋

5、又稱惠斯登(Wheatstone)電橋, 用于測(cè)量阻值為10109W的電阻(保證高精度測(cè)量時(shí),范圍為1104W)；直流雙電橋又稱凱爾文(Kelvin)電橋,主要用于測(cè)量阻值10W以下的電阻。直流電橋是精確測(cè)量電阻等電路參數(shù)的一種比較儀表,它 通過被測(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)十萬分之幾,儀表準(zhǔn)確度不難達(dá)到0.1、0.2級(jí)。 3.2 直流電橋第9頁，共20頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)18分，星期四直流單電橋的原理電路如圖2-2-1所示,圖中,R1、R2、R3和R4構(gòu)成四個(gè)橋臂,直流電源E和指零儀(如檢流計(jì))分別接在電阻橋體的ab與cd對(duì)角線上。 測(cè)量電阻時(shí),被測(cè)電阻作一個(gè)橋臂

6、(如R1),另外三個(gè)橋臂由標(biāo)準(zhǔn)電阻構(gòu)成,阻值已知且可調(diào)節(jié)改變。當(dāng)調(diào)節(jié)電橋的某個(gè)橋臂使Ig = 0時(shí),即Ucd = 0,稱此狀態(tài)為“電橋平衡”。一、直流單電橋第10頁，共20頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)18分，星期四 上式說明： 電橋平衡時(shí),電橋?qū)Ρ垭娮瑁ㄗ杩梗┲e相等?！半姌蚱胶狻?即檢流計(jì)P指零,則Ip = 0,Ubd=0。故有： I1 R1 = I3 R3 I2 R2 = I4R4 由于Ip = 0,按基爾霍夫定律可得I1 = I2 和I3 = I4,并將兩式相除可得： 被測(cè)電阻 Rx=R1 R4R3 （2-2-1）1、電橋平衡R3Rx = R1R4第11頁，共20頁，2022年，5月

7、20日，7點(diǎn)18分，星期四從式2-2-1可見,電橋平衡時(shí),被測(cè)電阻的數(shù)值與電源E無關(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, 電橋的準(zhǔn)確度主要由比例臂和比較臂的準(zhǔn)確度決定,此兩臂皆可用標(biāo)準(zhǔn)電阻,因此準(zhǔn)確度很高。 在實(shí)際電橋線路中,常把比值R2/R3做成10n型,提供一個(gè)準(zhǔn)確的比值,因此R1、R3又稱比例臂。R4具有多檔十進(jìn)制結(jié)構(gòu),可由零值起連續(xù)調(diào)節(jié),稱作比較臂,它的數(shù)值位數(shù)反映電橋的測(cè)量準(zhǔn)確度。2、電橋準(zhǔn)確度第12頁，共20頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)18分，星期四3、實(shí)用直流單電橋（QJ23a型）第13頁，共20頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)18分，星期四2.3.1交

8、流電橋的工作原理經(jīng)典交流電橋，簡(jiǎn)稱經(jīng)典電橋。原理電路如圖2-3-1所示， 2.3 交流電橋 圖中Z1、Z2、Z3和Z4為交流阻抗，電源為正弦交流電壓源，其頻率范圍可能很寬，D為交流平衡指示器。圖2-3-1交流電橋原理電路第14頁，共20頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)18分，星期四在正弦穩(wěn)態(tài)條件下,經(jīng)典電橋的四個(gè)臂的阻抗Z1、Z2、Z3和Z4可表示為：分析Z1=R1+jX1=z11；Z2=R2+jX2=z22；Z3=R3+jX3=z33；Z4=R4+jX4=z44；式中 為阻抗的模, ji=arctan(Xi/Ri) 為阻抗的相位角, Ri=zicosji, Xi=zisinji, i=1,2

9、,3,4;容性阻抗的ji0。第15頁，共20頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)18分，星期四SSSbdUZZZZZZZZZZUZZZUZU.)(43214132434212+-=+-+=.式（2-3-1）為輻度平衡條件，式（2-3-2）為相角平衡條件。討論交流電橋的平衡條件時(shí), 只考慮指零儀兩端的電壓Ubd = UbcUcd , 由圖可知：.即z2z3=z1z4 （2-3-1） j2+j3=j1+j4（2-3-2）Z2Z3=Z1Z4平衡條件對(duì)臂阻抗乘積相等對(duì)臂阻抗模的乘積相等對(duì)臂阻抗輻角之和相等電橋平衡時(shí)， ，可見，交流電橋的平衡條件是： 即 Z2Z3Z1Z4=0第16頁，共20頁，2022年，

10、5月20日，7點(diǎn)18分，星期四在調(diào)節(jié)交流電橋平衡以實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)阻抗的測(cè)量時(shí)，至少應(yīng)設(shè)置兩個(gè)獨(dú)立可變參數(shù)，滿足兩個(gè)方程。 也就是說，交流四臂電橋平衡時(shí)，兩相對(duì)電臂阻抗的模的乘積相等，相角之和也要相等。若在Z4的位置上接被測(cè)阻抗 Zx=zxjx=Rx+jXx，則即 zx=z3z2/z1 （2-3-3） jx=j2+j3-j1（2-3-4）參數(shù)調(diào)節(jié)第17頁，共20頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)18分，星期四有關(guān)電橋調(diào)平衡的事項(xiàng) （1）交流電橋四個(gè)橋臂阻抗配置不當(dāng),電橋就不能平衡。例如兩相鄰橋臂為純電阻時(shí),余下的兩個(gè)橋臂必須配備性質(zhì)相同的阻抗；若兩相對(duì)橋臂都是純電阻,則余下的兩個(gè)橋臂必須是性質(zhì)相反的阻

11、抗。（2）盡量使電橋的平衡條件與電源頻率無關(guān)。 （3）橋臂盡量不要用電感作已知的度量器。因?yàn)殡姼性谥圃焐想y以把電阻分開。 （4）至少要設(shè)置兩個(gè)獨(dú)立可調(diào)的元件,才能調(diào)平衡。被測(cè)量只和一個(gè)可調(diào)元件有關(guān)的稱“可分別讀數(shù)” 。實(shí)用的電橋能夠分別讀數(shù)。第18頁，共20頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)18分，星期四交流電橋計(jì)算例題 例1 如圖所示電橋又稱為串聯(lián)電容電橋,用于測(cè)量電容器,試計(jì)算Cx,Rx。解：當(dāng)電橋平衡時(shí),可得即根據(jù)實(shí)部、虛部分別相等,整理可得：當(dāng)選定R2 R4為可調(diào),Cx是可分別讀數(shù)的。而且與電源的頻率無關(guān)。第19頁，共20頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)18分，星期四1、什么是比較式儀表，電氣測(cè)量中常用的有哪幾種？2、為什么用直流電位差計(jì)測(cè)量電壓可以達(dá)到較高的 測(cè)量準(zhǔn)確度？3、為什