電磁測(cè)量第十三章

電磁測(cè)量第十三章第1頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

交流電橋的基本原理

一、交流電橋的平衡條件二、交流電橋的特點(diǎn)三、交流指零儀和電源

第2頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

交流電橋的基本原理

一、交流電橋的平衡條件

當(dāng)調(diào)節(jié)電橋橋臂參數(shù)，使交流指零儀器D中無(wú)電流時(shí)即ID=0，這時(shí)b、d兩點(diǎn)的電位相等，電橋達(dá)到平衡第3頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

交流電橋的基本原理

一、交流電橋的平衡條件

交流電橋的平衡必須滿(mǎn)足兩個(gè)條件：相對(duì)臂的阻抗的模的乘積相等；相對(duì)臂的阻抗角之和相等。=

第4頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1．交流電橋必須按照一定方式配置橋臂的阻抗。通常將交流電橋中的兩個(gè)橋臂設(shè)計(jì)為純電阻。（1）如果電橋的相鄰兩臂接入純電阻，則另外相鄰兩臂必須接入相同性質(zhì)的阻抗。（2）如果電橋的相對(duì)橋臂接入純電阻，則另外相對(duì)兩橋臂必須接入異性阻抗。2．交流電橋的平衡必須反復(fù)調(diào)節(jié)至少兩個(gè)橋臂參數(shù)。3．分別讀數(shù)。

二、交流電橋的特點(diǎn)第5頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2.交流電橋的平衡必須反復(fù)調(diào)節(jié)至少兩個(gè)橋臂參數(shù)第6頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

3．分別讀數(shù)第7頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

1．交流指零儀

(1)具有與測(cè)量線(xiàn)路相適應(yīng)的靈敏度：測(cè)量的準(zhǔn)確度與指零儀的靈敏度有很密切的關(guān)系，指零儀的靈敏度愈高，測(cè)量的準(zhǔn)確度也愈高；(2)零位干擾小(即零位穩(wěn)定性高)：當(dāng)電源電壓、頻率等因素變化時(shí)，存在噪聲及有外界電磁場(chǎng)干擾時(shí)，儀表指示的偏轉(zhuǎn)盡可能小，并能抑制50Hz電源干擾；(3)應(yīng)具有一定的頻率范圍，對(duì)頻率有選擇性；(4)輸入阻抗要高。

2．交流電橋的電源

(1)電源的電壓穩(wěn)定；(2)波形為正弦波；(3)頻率穩(wěn)定，具有一定的頻率范圍；(4)具有一定的功率，一般為0.1~0.5W；(5)輸出阻抗可以調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同的負(fù)載要求。三、交流指零儀和電源第8頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月常用的交流阻抗比電橋交流電橋中的標(biāo)準(zhǔn)量具：標(biāo)準(zhǔn)電容，標(biāo)準(zhǔn)電感。工藝上的原因，標(biāo)準(zhǔn)電容可能達(dá)到的準(zhǔn)確度常常高于標(biāo)準(zhǔn)電感，并且標(biāo)準(zhǔn)電容不受外界磁場(chǎng)的影響，受溫度變化的影響也比較小。在交流電橋中，大都是用標(biāo)準(zhǔn)電容作為標(biāo)準(zhǔn)量具。一、電容電橋

1.高壓電容電橋

2.串聯(lián)電容電橋

3.并聯(lián)電容電橋二、電感電橋

1.測(cè)量高Q值電感的電感電橋

2.測(cè)量低Q值電感的電感電橋

3.測(cè)量互感的電橋三、測(cè)量頻率的電橋四、萬(wàn)用電橋第9頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1．高壓電容電橋

工作電壓很高(104以上)，為保證人身和設(shè)備的安全，指零儀器和可調(diào)節(jié)臂上各點(diǎn)對(duì)地的電位不能太高。

第10頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2.串聯(lián)電容電橋

被測(cè)量用串聯(lián)等效電路表示，比較臂也采用串聯(lián)形式。適于測(cè)量損耗較小的電容。

3.并聯(lián)電容電橋

被測(cè)量用并聯(lián)等效電路表示，比較臂也采用并聯(lián)形式。適于測(cè)量損耗較大的電容。第11頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、電感電橋電感電橋可測(cè)電感線(xiàn)圈的自感系數(shù)和品質(zhì)因數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)電容一定要安置在與被測(cè)電感相對(duì)的橋臂中。

1．測(cè)量高Q值電感的電感電橋

2．測(cè)量低Q值電感的電感電橋

3．測(cè)量互感的電橋第12頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1．測(cè)量高Q值電感的電感電橋2．測(cè)量低Q值電感的電感電橋

海氏電橋Q>10馬克士威電橋Q<0.5Q=第13頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3．測(cè)量互感的電橋海維賽德電橋及其等效電路去耦等效變換

第14頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、測(cè)量頻率的電橋溫氏電橋第15頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

四、萬(wàn)用電橋(QS18A)

1.結(jié)構(gòu)

QS18A型萬(wàn)用電橋是上海滬光儀器廠(chǎng)生產(chǎn)的。電橋的核心部件由標(biāo)準(zhǔn)電容和電阻及轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)組成。通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的切換，可以構(gòu)成不同用途和量限的測(cè)量電橋。

2.測(cè)量范圍

1)電阻：10m

11M

2)電感：0.5

H

110H3)電容：0.5pF

1100

F4)電感品質(zhì)因數(shù)Q值：0

105)電容損耗因數(shù)D(tg

)值：0

0.1，0

103．測(cè)量原理

QSl8A型萬(wàn)能電橋原理很簡(jiǎn)單：測(cè)量電阻時(shí)，通過(guò)轉(zhuǎn)挽開(kāi)關(guān)接成惠斯通電橋；測(cè)量電容和損耗因數(shù)時(shí)，接成串聯(lián)電容電橋；測(cè)量電感和品質(zhì)因數(shù)時(shí)，接成馬克士威電橋。

QSl8A型萬(wàn)能電橋的具體線(xiàn)路及其主要技術(shù)指標(biāo)參見(jiàn)《電磁測(cè)量實(shí)驗(yàn)》實(shí)驗(yàn)三。第16頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月變壓器電橋(感應(yīng)比率臂電橋)感應(yīng)分壓器的定義:

按1978年IEC-618(國(guó)際電工委員會(huì))規(guī)定，感應(yīng)分壓器簡(jiǎn)稱(chēng)IVD，是一個(gè)或多個(gè)相互連接的變壓器組成的裝置，用開(kāi)關(guān)或其它方法使裝置的輸出電壓等于輸入電壓的某個(gè)選定比例值。感應(yīng)分壓器的分類(lèi):1.按工作頻段

工頻感應(yīng)分壓器(50Hz或60Hz);

音頻感應(yīng)分壓器(lkHz和10kHz附近);超音頻感應(yīng)分壓器(20kHz至100kHz)；高頻感應(yīng)分壓器(1MHz左右)。2.按工作電壓低壓(低于220V)

中壓(低于600V)高壓(高于1000V)

第17頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月變壓器電橋(感應(yīng)比率臂電橋)一、變壓器電橋的特點(diǎn)二、變壓器電橋的基本原理三、變壓器電橋的基本線(xiàn)路四、等效三端網(wǎng)絡(luò)第18頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、變壓器電橋的特點(diǎn)

1.變壓器電橋的變比基本上是個(gè)實(shí)數(shù)，精度很高。在變比為1:1時(shí)，精度不低于10-6，并且對(duì)溫度和時(shí)間的穩(wěn)定性好。這是因?yàn)樽儔浩鞯淖儽葲Q定于變壓器的匝數(shù)比，而匝數(shù)比可以做得很精確，這是一般電橋無(wú)法達(dá)到的，所以適用于基準(zhǔn)和精密測(cè)量。

2.變壓器電橋的靈敏度比一般電橋高，而且實(shí)際上在很寬的測(cè)量范圍內(nèi)，也能得到恒定的靈敏度。

3.變壓器電橋的變比與一標(biāo)準(zhǔn)量具相結(jié)合能等效為一個(gè)可調(diào)導(dǎo)納，可以擴(kuò)大電橋的測(cè)量量限，還能減少標(biāo)準(zhǔn)量具的數(shù)目。

4.變壓器電橋的工作頻率很寬，可從幾十Hz到100MHz。

5.變壓器電橋調(diào)節(jié)速度較快，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和數(shù)字化，這是因?yàn)樗恍栎o助平衡線(xiàn)路。

6．變壓器電橋可進(jìn)行三端及四端阻抗的測(cè)量。第19頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月優(yōu)點(diǎn)：1．電橋的比率與作為比率臂的繞組的匝數(shù)成正比；2．電橋比率臂的輸入阻抗高而輸出阻抗??；3．分布參量影響?。?.對(duì)溫度的影響不敏感；5．穩(wěn)定性高；6．電橋的靈敏度高。缺點(diǎn):

對(duì)濕度敏感和不能在直流下使用。實(shí)際上它是用感應(yīng)比率臂代替古典電橋的阻抗比率臂而組成一個(gè)四臂電橋。第20頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、變壓器電橋的基本原理變壓器電橋的比例臂是由變壓器的繞組組成的(感應(yīng)分壓器)第21頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、變壓器電橋的基本線(xiàn)路(a)串聯(lián)電容電橋(b)并聯(lián)電容電橋(c)電感電橋第22頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

四、等效三端網(wǎng)絡(luò)1.等效大電阻三端網(wǎng)絡(luò)(利用小電阻獲得大電阻)2.等效電感三端網(wǎng)絡(luò)(利用電容得到電感)3.利用等效三端網(wǎng)絡(luò)的變壓器電橋第23頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.等效大電阻三端網(wǎng)絡(luò)(利用小電阻RO獲得大電阻RAB)

RAO與RBO不影響電橋的工作第24頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.等效電感三端網(wǎng)絡(luò)(利用電容得到電感)

第25頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3．利用等效三端網(wǎng)絡(luò)的變壓器電橋第26頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

1.被測(cè)小電容的兩極板間是被測(cè)的直接電容C12，其兩板對(duì)地分別具有對(duì)地電容C10和C20，小電容應(yīng)看作具有“1”、“2”和“地”這樣三個(gè)端點(diǎn)的三端電容。對(duì)地電容可能大于被測(cè)電容本身。為了精確地測(cè)量，必須消除對(duì)地電容對(duì)測(cè)量的影響。

2.用普通的阻抗比交流電橋進(jìn)行測(cè)量，無(wú)法消除對(duì)地電容對(duì)測(cè)量的影響。采用變壓器電橋測(cè)量三端電容便可消除對(duì)地電容對(duì)測(cè)量的影響。第27頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月交流電橋的干擾防護(hù)及使用一、主要干擾因素二、干擾的檢查三、干擾的排除四、使用注意事項(xiàng)

第28頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月交流電橋的干擾防護(hù)及使用

交流電橋測(cè)量時(shí)不可避免地受到各種干擾，例如電磁場(chǎng)、漏電、耦合等影響。一、主要干擾因素

1.外界電磁場(chǎng)的影響。交變電磁場(chǎng)的來(lái)源主要有：儀器內(nèi)部的強(qiáng)電流回路；儀器外部大電流回路；以及各種電氣設(shè)備產(chǎn)生的交變場(chǎng)等。

2.耦合的影響，按其性質(zhì)又可分為下列兩種：

(1)內(nèi)部耦合這是指電橋內(nèi)部線(xiàn)路與元件間的電容耦合和電感耦合(即各部分之間的電場(chǎng)或磁場(chǎng)的相互影響)。

(2)外部耦合線(xiàn)路元件對(duì)周?chē)矬w(包括實(shí)驗(yàn)者本身)的電容耦合，與外部帶電線(xiàn)路之間的電感耦合。通常電容耦合要特別注意。例如，線(xiàn)路各部分之間以及機(jī)殼或大地之間都有分布電容，這些分布電容稱(chēng)為寄生電容。流過(guò)寄生電容中的位移電流稱(chēng)為電容性漏電流。頻率越高電容性漏電流越大。第29頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月交流電橋的干擾防護(hù)及使用二、干擾的檢查交流電橋在達(dá)到初次平衡之后，判斷電橋的干擾是否存在。

1.用手接近或離開(kāi)電橋的面板和被測(cè)對(duì)象，觀(guān)察指零儀指針是否偏轉(zhuǎn)。

2.改變被測(cè)對(duì)象的位置、方向，或?qū)⑦B至被測(cè)對(duì)象的導(dǎo)線(xiàn)末端相互換接，觀(guān)察指零儀指針是否有變化。

3.斷開(kāi)指零儀支路，這時(shí)如果指零儀指針不指在零位，說(shuō)明指零儀本身受到外磁場(chǎng)影響，電橋并未達(dá)到真正平衡。三、干擾的排除

1.采用替代法

不管干擾，先對(duì)被測(cè)元件進(jìn)行測(cè)量。電橋平衡后，保持原來(lái)試驗(yàn)條件完全不變，用標(biāo)準(zhǔn)元件代替被測(cè)元件。電橋的各旋鈕不動(dòng)，調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)元件的數(shù)值，使電橋重新達(dá)到平衡，這時(shí)被測(cè)元件的數(shù)值就等于標(biāo)準(zhǔn)元件所調(diào)到的數(shù)值。采用這種方法時(shí)，要求有連續(xù)可變的標(biāo)準(zhǔn)元件。

2.零位平衡法先在電橋的測(cè)量端接上一個(gè)已知數(shù)值的小電阻(電感或電容)，把電橋調(diào)到平衡，這時(shí)電橋的讀數(shù)減去所接電阻(電感或電容)的差值，就是各種干擾所引起的誤差。第30頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月交流電橋的干擾防護(hù)及使用四、使用注意事項(xiàng)

1.選擇電源時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格遵守電橋說(shuō)明書(shū)中對(duì)于電源電壓的數(shù)值、頻率和波形的要求。

2.進(jìn)行測(cè)量時(shí)，各儀器設(shè)備應(yīng)合理放置，以便盡可能消除各種干擾對(duì)電橋平衡的影響。

3.當(dāng)電橋電路有屏蔽時(shí)，必須按照電橋說(shuō)明書(shū)的要求，把它們連接到適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)上。

4.當(dāng)使用帶有放大器的平衡指示器或耳機(jī)時(shí)，應(yīng)當(dāng)把靈敏度調(diào)節(jié)器調(diào)在靈敏度最低的位置。在調(diào)節(jié)電橋接近平衡后，再逐漸提高靈敏度調(diào)節(jié)電橋平衡，直到靈敏度最大時(shí)調(diào)節(jié)電橋達(dá)到平衡為止。

5.每次改變電橋接線(xiàn)或改換被測(cè)元件前，都要斷開(kāi)電橋的電源。

第31頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月交流電橋的靈敏度和收斂性

一、交流電橋的靈敏度平衡指示器采用電子指零儀器時(shí)，由于輸入阻抗大，流過(guò)指示器的電流很小，考慮它的電壓靈敏度。

——某橋臂阻抗的相對(duì)變化；

——由

Z在測(cè)量對(duì)角線(xiàn)引起的電壓相量變化。

第32頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

電橋平衡，Z1Z3=Z2Z4

第四橋臂阻抗Z4增加

Z4，電橋不平衡

Z4

<<Z4

第33頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電橋平衡時(shí)，。A（復(fù)數(shù)）表示電橋平衡時(shí)，測(cè)量對(duì)角線(xiàn)兩邊阻抗之比。電橋電壓靈敏度的模

當(dāng)a=1時(shí)，SU極大

第34頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)a=1時(shí)，SU極大

結(jié)論：1.交流