电工仪表与测量第5章

第一节第二节第三节第四节第五节第五章电阻的测量电阻测量方法的分类第一节一、按获取测量结果的方式分类直接法采用直读式仪表测量电阻万用表测量电阻，兆欧表测量电阻比较法采用比较仪表测量电阻用直流电桥测量电阻间接法先测量与电阻有关的量，然后通过有关的公式计算出被测电阻伏安法测量电阻二、按所使用的仪表分类测量方法适用范围优点缺点万用表法中电阻直接读数，使用方便测量误差较大伏安法中电阻能测量工作状态下元器件的电阻值，尤其适用于对非线性元件电阻的测量测量误差较大，测量结果需计算兆欧表法大电阻直接读数，使用方便测量误差较大单臂电桥法中电阻准确度高操作麻烦双臂电桥法小电阻准确度高操作麻烦接地摇表法接地电阻准确度较高，尤其适用于测量接地电阻操作麻烦•把被测电阻接上直流电源，然后用电压表和电流表分别测得电阻两端的电压UX和通过电阻的电流IX，再根据欧姆定律计算出被测电阻的方法，称为伏安法。伏安法测量直流电阻•电压表前接电路：适用于被测电阻很大（远大于电流表内阻）的情况。电压表前接电路•电压表后接电路：适用于被测电阻很小（远小于电压表内阻）的情况。电压表后接电路返回章目录用伏安法测量电阻，不但需要计算，而且测量误差较大，但它能在通电的工作状态下测量电阻，这在有些场合是很有实际意义的。如测量非线性元件（二极管、三极管等）的电阻时就十分方便。另外，二极管和三极管的特性曲线也可以通过伏安法绘制出来。直流单臂电桥第二节一、直流单臂电桥的构造和工作原理被测臂比例臂比例臂比较臂电桥平衡时：RX＝比例臂倍率×比较臂读数提高电桥准确度的条件标准电阻R2、R3、R4的准确度要高；检流计的灵敏度也要高，以确保电桥真正处于平衡状态。二．QJ23型直流单臂电桥简介•QJ23型的比例臂R2／R3由八个标准电阻组成，共分为七挡，由转换开关SA换接。•比较臂R4由四个可调标准电阻组成，它们分别由面板上的四个读数盘控制，可得到从0～9999Ω范围内的任意电阻值，最小步进值为1Ω。QJ23型直流单臂电桥电路图QJ23型直流单臂电桥外形图比较臂被测臂检流计按钮电源按钮比例臂检流计外接电源检流计连接片（a）测量电阻的步骤：1.电桥调试2.估测被测电阻，选择比例臂3.接入被测电阻4.接通电路，调节电桥比例臂使之平衡5.计算电阻值6.关闭电桥7.电桥保养三、直流单臂电桥的使用与维护步骤1电桥调试•打开检流计机械锁扣，调节调零器使指针指在零位。•注意：（1）发现电桥电池电压不足应及时更换，否则将影响电桥的灵敏度。（2）当采用外接电源时，必须注意电源的极性。将电源的正、负极分别接到“+”、“－”端钮，且不要使外接电源电压超过电桥说明书上的规定值。步骤2估测被测电阻，选择比例臂•选择适当的比例臂，使比例臂的四挡电阻都能被充分利用，以获得四位有效数字的读数。•若估测电阻值为几千欧时，比例臂应选×1挡；估测电阻值为几十欧时，比例臂选×0.01挡；估测电阻值为几欧时，比例臂选×0.001挡。步骤3接入被测电阻•接入被测电阻时，应采用较粗较短的导线连接，并将接头拧紧。步骤4接通电路，调节电桥比例臂使之平衡•测量时应先按下电源按钮，再按下检流计按钮，使电桥电路接通。•若检流计指针向“+”方向偏转，应增大比较臂电阻，反之，则应减小比较臂电阻。如此反复调节，直至检流计指针指零。计算公式：•被测电阻值＝比例臂读数×比较臂读数步骤5计算电阻值步骤6关闭电桥•先断开检流计按钮，再断开电源按钮。然后拆除被测电阻，最后锁上检流计机械锁扣。•对于没有机械锁扣的检流计，应将按钮“G”按下并锁住。步骤7电桥保养•每次测量结束，将盒盖盖好，存放于干燥、避光、无震动的场合。•发现电池电压不足应及时更换，否则将影响电桥的灵敏度。•当采用外接电源时，必须注意电源极性。•不要使外接电源电压超过电桥说明书上的规定值。•搬动电桥时应小心，做到轻拿轻放，否则易使检流计损坏。思考与练习•单臂电桥法和双臂电桥法的优点是什么？缺点是什么？欲精确测量一段短导线的电阻，应采用哪种方法测量？•电桥平衡的条件是什么?电桥平衡时有哪些特点?•简述用直流单臂电桥测量约为918Ω电阻的步骤。返回章目录第三节电工指示仪表的误差和准确度一、直流双臂电桥的构造和工作原理•调节各桥臂电阻，使检流计指零，即IP＝0，此时I1＝I2，I3＝I4。•列方程组求得：`)(2413432n12XRRRRRRrrRRRRRnXRRRR12电桥平衡时，被测电阻RX＝比例臂倍率×比较臂读数校正项直流双臂电桥结构的特点为满足校正项等于零的条件，双臂电桥在结构上采取了以下措施：1．将R1与R3、R2与R4采用机械联动的调节装置，使R3／R1的变化和R4／R2的变化保持同步，从而保证校正项等于零。2．连接Rn与Rx的导线，尽可能采用导电性良好的粗铜母线，使r→0。消除接触电阻和接线电阻的影响二．QJ103型直流双臂电桥简介•测量时，调节倍率旋钮和Rn的调节旋钮使电桥平衡，检流计指零。•被测电阻＝倍率数×读数盘读数。测量电阻的步骤：1.电桥调试2.接入被测电阻3.估测被测电阻，选择比例臂4.接通电路，调节电桥比例臂使之平衡5.计算电阻值6.关闭电桥7.电桥保养三、直流双臂电桥的使用与维护步骤1电桥调试•打开检流计机械锁扣，调节调零器使指针指在零位。注意：发现电桥电池电压不足应及时更换，否则将影响电桥的灵敏度。当采用外接电源时，必须注意电源的极性。将电源的正、负极分别接到“＋”、“－”端钮，且不要使外接电源电压超过电桥说明书上的规定值。步骤2接入被测电阻•接入被测电阻时，应采用较粗较短的导线连接。接线间不得绞合，并将接头拧紧。（1）被测电阻有电流端钮和电位端钮时，要与电桥上相应的端钮相连接。同时要注意电位端钮总是在电流端钮的内侧，且两电位端钮之间的电阻就是被测电阻。（2）如果被测电阻（如一根导线）没有电流端钮和电位端钮，则可下图自行引出电流端钮和电位端钮，然后与电桥上相应的端钮相连接。步骤3估测被测电阻，选择比例臂•用万用表估测被测电阻值，选择适当的倍率挡。如估测电阻值为几欧时，倍率选×100挡；估测电阻值为零点几欧时，倍率选×10挡；估测电阻值为零点零几欧时，倍率选×1挡等。•测量时，倍率选择务必正确，否则会产生很大的测量误差，从而失去精确测量的意义。步骤4接通电路，调节电桥倍率使之平衡•先按下电源按钮，再按下检流计按钮，观察检流计指针偏转情况。若检流计指针向“+”方向偏转，应增大读数盘读数，反之，则应减小读数盘读数。如此反复调节，直至检流计指针指零。•由于双臂电桥在工作时电流较大，要求上述调节过程中动作要迅速，以免电池耗电量过大。另外，如果被测电阻不含电感，则可同时按下或松开电源按钮和检流计按钮。步骤5计算电阻值计算公式：被测电阻值＝比例臂读数×比较臂读数步骤6关闭电桥•先断开检流计按钮，再断开电源按钮。然后拆除被测电阻，最后锁上检流计机械锁扣。•对于没有机械锁扣的检流计，应将按钮“G”按下并锁住。步骤7电桥保养•每次测量完毕后，将仪表盒盖盖好，存放于干燥、避光、无振动的场合。思考与练习•为什么直流双臂电桥能够用于测量小电阻?•直流双臂电桥在结构上采用了哪些措施?•简述用直流双臂电桥测量电阻的步骤。返回章目录第四节兆欧表一、兆欧表的构造及工作原理兆欧表是一种专门用来测量电气设备绝缘电阻的便携式仪表。一般的兆欧表主要由手摇直流发电机、磁电系比率表以及测量线路组成。手摇直流发电机的额定电压主要有500V、1000V、2500V等几种。兆欧表内部构造示意图倍压整流电路•目前生产的兆欧表许多也采用手摇交流发电机，输出的交流电压经过倍压整流后供给测量线路使用。•但是不论采用何种电源，最终都要转换成直流电压。兆欧表的工作原理•被测电阻Rx接在“L”与“E”端钮之间。•摇动直流发电机的手柄，发电机两端产生较高的直流电压，线圈1和线圈2同时通电。•通过线圈1的电流Il与气隙磁场相互作用产生转动力矩M1；通过线圈2的电流I2也与气隙磁场相互作用产生反作用力矩M2，M1与M2方向相反.•由于气隙磁场是不均匀的，所以转动力矩M1不仅与线圈1的电流I1成正比，而且还与线圈1所处的位置（用指针偏转角α表示）有关。兆欧表的工作原理•兆欧表指针的偏转角α只取决于两个线圈电流的比值，而与其他因素无关。所以兆欧表能够克服手摇发电机电压不太稳定而对仪表指针偏转角产生影响的缺点。•由于I2的大小一般不变，而随被测绝缘电阻Rx的改变而变化，所以可动部分的偏转角α能直接反映被测绝缘电阻的数值。兆欧表的标度尺注意：兆欧表的标度尺为反向刻度二、ZC25型兆欧表简介•ZC25型携带式兆欧表适用于测量各种电机、电缆、变压器、电讯元器件、家用电器和其他电器设备的绝缘电阻。•该表内部采用手摇交流发电机，然后通过整流滤波电路将交流电转换成仪表所需要的直流电压。•ZC25型兆欧表目前主要生产四种规格，可根据需要选择不同规格的兆欧表。ZC25型兆欧表内部线路图ZC25型兆欧表外形图线路端钮L屏蔽端钮接地端钮E三、兆欧表的选择、使用与维护•选择兆欧表•兆欧表的接线•检查兆欧表步骤1选择兆欧表选择兆欧表的原则：•一是其额定电压一定要与被测电气设备或线路的工作电压相适应。•二是兆欧表的测量范围要与被测绝缘电阻的范围相符合，以免引起大的读数误差。步骤2兆欧表的接线•兆欧表有三个接线端钮，分别标有L（线路）、E（接地）和G（屏蔽），使用时应按测量对象的不同来选用。当测量电力设备对地的绝缘电阻时，应将L接到被测设备上，E可靠接地即可。步骤3检查兆欧表•开路试验在兆欧表未接通被测电阻之前,摇动手柄使发电机达到120r/min的额定转速,观察指针是否指在标度尺“∞”的位置。表笔分开兆欧表的开路试验步骤3检查兆欧表•短路试验将端钮L和E短接，缓慢摇动手柄，观察指针是否指在标度尺的“0”位置。表笔短接兆欧表的短路试验测量时兆欧表的操作方法使用兆欧表的注意事项•测量绝缘电阻必须在被测设备和线路停电的状态下进行。对含有大电容的设备，测量前应先进行放电，测量后也应及时放电，放电时间不得小于2min，以保证人身安全。•兆欧表与被测设备间的连接导线不能用双股绝缘线或绞线，应用单股线分开单独连接。•摇动手柄时应由慢渐快至额定转速120r／min。在此过程中，若发现指针指零，应立即停止摇动手柄，避免表内线圈因发热而损坏。•测量具有大电容设备的绝缘电阻，读数后不能立即停止摇动兆欧表，以防止已充电的设备放电而损坏兆欧表。此时应在读数后一边降低手柄转速，一边拆去接地线。在兆欧表停止转动和被测物充分放电之前，不能用手触及被测设备的导电部分。•测量设备的绝缘电阻时，应记录测量时的温度、湿度、被测设备的状况等，以便于分析测量结果。•测量绝缘电阻的结果如超过规定值，应及时进行处理，否则可能发生人身和设备的安全事故。思考与练习•为什么不能用万用表欧姆挡测量电气设备的绝缘电阻?•已知兆欧表的指针偏转角α与电源电压无关，为什么又要求其电源电压不能太低?•选用兆欧表时，为什么要求兆欧表的额定电压要与被测电气设备的工作电压相适应？•兆欧表应如何接线?“G”屏蔽端子的作用是什么?返回章目录第五节接地电阻测量仪接地的基本知识•接地：生产实际中，为了保证电气设备的安全和正常工作，电气设备的某些导电部分应与接地体用接地线进行连接。•接地装置：接地线和接地体都采用金属导体制成。接地装置的接地电阻应包括接地线电阻、接地体电阻、接地体与土壤的接触电阻以及接地体与零电位（大地）之间的土壤电阻。接地电阻的大小主要和接地体与大地的接触面积及接触好坏有关，还与土壤的性质及湿度有关。•接地的目的：为了保证人身和电气设备的安全以及设备的正常工作。•如果接地电阻不符合要求，不但安全得不到保证，而且会造成严重的事故。因此，定期测量接地装置的接地电阻是安全用电的保障。•测量接地电阻的方法有：电桥法，电流表—电压表法，补偿法等。一、ZC－8型接地电阻测量仪的构造原理•ZC-8型接地电阻测量仪主要由手摇交流发电机、电流互感器、电位器以及检流计组成。其附件有两根接地探针：P’叫电位探针，C’叫电流探针，三根