電氣測量技術(shù)第三章

電氣測量技術(shù)第三章第一頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日2

第三章比較式電測儀表

比較式電測儀表將被測對象直接與標(biāo)準(zhǔn)量作比較，從而確定被測對象的大小。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）、標(biāo)準(zhǔn)電阻、標(biāo)準(zhǔn)電容、標(biāo)準(zhǔn)電感等。比較式儀表的概述第二頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日3

比較式電測儀表比較式儀表的分類比較式電測儀表電橋測量儀表補償測量儀表全補償差值補償直流電橋交流電橋?qū)⒈粶y量與已知標(biāo)準(zhǔn)量相比較，當(dāng)檢測儀表指零時，達(dá)到全補償狀態(tài)。先利用標(biāo)準(zhǔn)量對被測量進行補償，再對剩下的被測量與標(biāo)準(zhǔn)量間的微小差值進行測量。

第三章比較式電測儀表back第三頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日43.1直流電位差計

第三章比較式電測儀表電位差計：根據(jù)補償法或?qū)οy試原理對靜電場或電路中兩點間的電動勢之差的測量直流電位差計（Direct-currentpotentiometer）是一個測量直流電壓的儀器，它用一個已知電壓與被測電壓相平衡，該已知電壓可以由固定電流流過可調(diào)電阻或由可調(diào)電流流過固定電阻來獲得，或者由它們的組合而獲得。

第四頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日53.1直流電位差計

第三章比較式電測儀表電位差計測量電壓有以下優(yōu)點：電位差計是一個電阻分壓裝置，可產(chǎn)生準(zhǔn)確、已知、有一定調(diào)節(jié)范圍的電壓，用它與被測電壓比較，可以得到被測電壓值。被測電壓的測量值僅取決于電阻和標(biāo)準(zhǔn)電動勢，因而可以達(dá)到較高的測量準(zhǔn)確度。在“校準(zhǔn)”和“測量”中檢流計兩次都指示為零，表明測量時既不從標(biāo)準(zhǔn)回路的標(biāo)準(zhǔn)電動勢（通常是標(biāo)準(zhǔn)電池）中，也不從測量回路中分出電流。因此不改變被測回路的原有狀態(tài)，同時避免測量回路導(dǎo)線電阻、標(biāo)準(zhǔn)電池內(nèi)阻以及被測回路等效內(nèi)阻等對測量準(zhǔn)確度的影響，這是補償法測量準(zhǔn)確度較高的另一原因。第五頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日63.1直流電位差計S1I1mA……R1R2RnRS2SnPUxUsI0I2InE++??定阻變流式SI0定阻變流式電流表的準(zhǔn)確度限制了電位差計的準(zhǔn)確度

第三章比較式電測儀表第六頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日7

比較式電測儀表3.1直流電位差計定流變阻式1.S撥在1，調(diào)節(jié)R0，使檢流計G指零。2.S撥向2，調(diào)節(jié)R的滑動端，以改變標(biāo)準(zhǔn)電壓US，當(dāng)檢流計G再次指零時，說明Ux與R上的壓降相互補償。

第三章比較式電測儀表定流變阻式SR0RRNPUxUsI0E++??R’EN12III回路I為校準(zhǔn)回路回路II為測量回路

第七頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日8

比較式電測儀表3.1直流電位差計

第三章比較式電測儀表第八頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日9

比較式電測儀表3.1直流電位差計的分類

第三章比較式電測儀表直流電位差計按被測電壓端口輸出電阻的高低可分高阻電位差計（輸出電阻大于10k/V）和低阻電位差計（輸出電阻小于100/V）：高阻電位差計用于測量大電阻上的電壓及高內(nèi)阻電源的電動勢，其工作電流小，不需大容量工作電源供電；低阻電位差計用于測量小電阻的電壓及低內(nèi)阻電源的電動勢，其工作電流大，應(yīng)由大容量電源供電。直流電位差計按測量量限可分高電壓電位差計（測量上限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（測量上限20mV左右，輸出電阻20，工作電流I0為1mA左右）。直流電位差計還可按使用條件分實驗室型和便攜型兩類。第九頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日103.1直流電位差計的應(yīng)用R1PU’xUs電位差計R2Ux電位差計測高壓U負(fù)載PUxUs電位差計RNIx電位差計測電流

第三章比較式電測儀表back直流電位差計除了可以測量有限大小的電壓或電動勢外，還可以用來測量高電壓（高電動勢）、電流、直流功率和電阻。第十頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日113.2電橋

2.2.1

概述（電橋：bridge）

2.2.2

直流電橋：D.C.bridge

2.2.3

交流電橋：A.C.bridge

2.2.4有源電橋：activebridge

2.2.5數(shù)字電橋：digitalbridge

2.2.6智能電橋：intelligentbridge

第三章比較式電測儀表back第十一頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日12

比較式電測儀表3.2.1電橋

第三章比較式電測儀表電橋主要用于測量電路元件（如直流電阻、交流電感、電容、電阻等）的量值、變化量，也用于測量轉(zhuǎn)換為電參數(shù)的非電量。最早出現(xiàn)的電橋是測電阻用的直流電橋，其中最負(fù)盛名的是惠斯通電橋。隨后，為測交流元件的參數(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，它是由計算電容器的需要而不斷發(fā)展和完善起來的。50年代以后，半導(dǎo)體技術(shù)和微計算機的迅速發(fā)展，電子器件和數(shù)字技術(shù)被大量引入測量儀表領(lǐng)域，又出現(xiàn)了有源電橋、數(shù)字電橋和智能化電橋等。back第十二頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日13

比較式電測儀表3.2.2直流電橋

直流電橋是測量電阻或與電阻有關(guān)參量的比較式儀表，它通過被測電阻與標(biāo)準(zhǔn)電阻的比較實現(xiàn)測量，其準(zhǔn)確度可達(dá)十萬分之幾，一般不難做到0.1、0.2級。根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同特點，直流電橋可分為惠斯通電橋（單比電橋）、開爾文電橋（雙比電橋）、高阻電橋和直流電流比較式電橋等四種。惠斯通電橋適用于測量中值電阻（1～106歐），開爾文電橋適用于測量低值電阻（1歐以下）。

第三章比較式電測儀表第十三頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日14

比較式電測儀表

第三章比較式電測儀表3.2.2惠斯登電橋

單比電橋也稱為惠斯登（Wheatstone）電橋，主要用于測量中值電阻。這種測量方法首先由S.H.Christie于1833年提出，并由Wheatstone于1858年以測量小電阻的方法為題刊登在皇家學(xué)會（London）的報告中。電橋平衡時：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，相鄰兩橋臂電阻的比值等于另外兩相鄰橋臂電阻的比值。若一對相鄰橋臂分別為標(biāo)準(zhǔn)電阻器和被測電阻器,它們的電阻有一定的比值，則為了使電橋平衡，另一對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電阻器的電阻值。平衡時的測量結(jié)果與電橋電源的電壓大小無關(guān)。

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電橋平衡時，被測電阻的數(shù)值與電源E無關(guān)。在靈敏度足夠的情況下，電源電壓波動對測量結(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。誤差公式：電橋準(zhǔn)確度級別附加誤差系數(shù)比例臂最小步進電阻值比例系數(shù)a≤0.02，b取0.3a≥0.05，b取0.2

第三章比較式電測儀表3.2.2直流電橋-惠斯登電橋第十五頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日16

第三章比較式電測儀表3.2.2直流電橋-惠斯登電橋QJ23a型直流單比電橋簡化電路第十六頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日17

比較式電測儀表

第三章比較式電測儀表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量阻值較低（<1Ω）的電阻這種橋路又稱雙比電橋。所測電阻值可低到毫歐級或更小。根據(jù)雙比電橋原理又發(fā)展出史密斯電橋，三平衡電橋和四跨線電橋等，使得采用橋路測小電阻的理論與實踐臻于完善。第十七頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日18

第三章比較式電測儀表3.2.2直流電橋-開爾文電橋等效電阻等效后為單比電橋即if等同于單比電橋back第十八頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日19QJ57型直流雙比電橋的簡化電路

第三章比較式電測儀表3.2.2直流電橋-開爾文電橋第十九頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日203.2.3交流電橋

第三章比較式電測儀表交流電橋

A.C.bridge測量交流元件電參數(shù)的量值和殘量的電橋。也用于測量頻率、損耗等電參量及一些可轉(zhuǎn)換為電參數(shù)的非電量。交流元件的電參數(shù)主要有電阻、電感、電容等。殘量主要指影響交流元件電參數(shù)量值和性能的次要微小因素，一般與電參數(shù)有不同的量綱，如電阻時間常數(shù)、電容損耗角、互感角差等。交流電橋的橋臂均由阻抗元件（即電阻、電容、電感元件）或它們的組合所構(gòu)成。第二十頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日21US.3.2.3交流電橋Z1=R1+jX1=z1∠j1；Z2=R2+jX2=z2∠j2；Z3=R3+jX3=z3∠j3；Z4=R4+jX4=z4∠j4；電橋平衡時SSSbdUZZZZZZZZZZUZZZUZU.))((43214132434212++-=+-+=...輻度平衡條件相角平衡條件

第三章比較式電測儀表第二十一頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日223.2.3交流電橋交流電橋

要使電橋平衡，如相鄰兩臂接入電阻時，則另外相鄰二臂也必須同接電容或同接電感，稱為電容電橋，如圖4所示；而相對兩臂接入電阻時，則其他相對二臂必須一接電感，一接電容，稱為電感電橋，如圖5所示。根據(jù)平衡條件可由已知的三個橋臂的電參量求得未知橋臂的電參量。

第三章比較式電測儀表P50：不是任意四個阻抗構(gòu)成的交流電橋均可以調(diào)節(jié)平衡，也不是任意……第二十二頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日233.2.3交流電橋

第三章比較式電測儀表交流阻抗電橋的四個橋臂，要按一定的條件配置，才有可能平衡，從理論上講，配置方式有好多種，但實際上可用的配置類型并不多。（a)（b)實比型（c)虛比型（d)實積型（e)虛積型第二十三頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日243.2.3交流電橋交流電橋

交流阻抗電橋的四個橋臂，要按照一定的條件配置，才有可能平衡。一般來說可以有實比型、虛比型、實積型、虛積型。平衡條件（2-3-1）（2-3-2）典型交流電橋：西林（Schering）電橋麥?zhǔn)希∕axwell）電橋海氏（Hay）電橋歐文（Owen）電橋文氏（Wien）電橋

第三章比較式電測儀表第二十四頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日25西林（Schering）電橋被測電容損耗因數(shù)：tandx=wC4R4當(dāng)選擇R2、R4作為可調(diào)量時，Cx、tandx可以分別讀數(shù)。

西林電橋?qū)儆谔摲e電橋，適合測量高壓電容器。C3為標(biāo)準(zhǔn)高壓電容。平衡時3.2.3交流電橋

第三章比較式電測儀表第二十五頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日26被測線圈品質(zhì)因數(shù)：Qx=ωC4R4選擇C4、R4作為可調(diào)量測量Rx、Lx時，收斂性較好。麥?zhǔn)想姌蛴脕頊y量低Q值電感，平衡時3.2.3交流電橋麥?zhǔn)希∕axwell）電橋

第三章比較式電測儀表第二十六頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日27海氏電橋適合在磁性測量中測量Q值較高（>10）的鐵芯線圈的電感，平衡時3.2.3交流電橋海氏（Hay）電橋

第三章比較式電測儀表第二十七頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日28歐文電橋用于電感的準(zhǔn)確測量，平衡時被測線圈品質(zhì)因數(shù)選擇C3、R