電氣測(cè)量技術(shù)第三章

電氣測(cè)量技術(shù)第三章第一頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日2

第三章比較式電測(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）、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(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日3

比較式電測(cè)儀表比較式儀表的分類比較式電測(cè)儀表電橋測(cè)量?jī)x表補(bǔ)償測(cè)量?jī)x表全補(bǔ)償差值補(bǔ)償直流電橋交流電橋?qū)⒈粶y(cè)量與已知標(biāo)準(zhǔn)量相比較，當(dāng)檢測(cè)儀表指零時(shí)，達(dá)到全補(bǔ)償狀態(tài)。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)量與標(biāo)準(zhǔn)量間的微小差值進(jìn)行測(cè)量。

第三章比較式電測(cè)儀表back第三頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日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)：根據(jù)補(bǔ)償法或?qū)οy(cè)試原理對(duì)靜電場(chǎng)或電路中兩點(diǎn)間的電動(dòng)勢(shì)之差的測(cè)量直流電位差計(jì)（Direct-currentpotentiometer）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)電阻或由可調(diào)電流流過(guò)固定電阻來(lái)獲得，或者由它們的組合而獲得。

第四頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日53.1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)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)確度。在“校準(zhǔn)”和“測(cè)量”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）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。第五頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日63.1直流電位差計(jì)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(jì)的準(zhǔn)確度

第三章比較式電測(cè)儀表第六頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日7

比較式電測(cè)儀表3.1直流電位差計(jì)定流變阻式1.S撥在1，調(diào)節(jié)R0，使檢流計(jì)G指零。2.S撥向2，調(diào)節(jié)R的滑動(dòng)端，以改變標(biāo)準(zhǔn)電壓US，當(dāng)檢流計(jì)G再次指零時(shí)，說(shuō)明Ux與R上的壓降相互補(bǔ)償。

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

第七頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日8

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)儀表第八頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日9

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。第九頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日103.1直流電位差計(jì)的應(yīng)用R1PU’xUs電位差計(jì)R2Ux電位差計(jì)測(cè)高壓U負(fù)載PUxUs電位差計(jì)RNIx電位差計(jì)測(cè)電流

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。第十頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日113.2電橋

概述（電橋：bridge）

直流電橋：

2.2.3交流電橋：

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(cè)儀表back第十一頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日12

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。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(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)了有源電橋、數(shù)字電橋和智能化電橋等。back第十二頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日13

比較式電測(cè)儀表3.2.2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，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0.1、0.2級(jí)。根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同特點(diǎn)，直流電橋可分為惠斯通電橋（單比電橋）、開(kāi)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?；菟雇姌蜻m用于測(cè)量中值電阻（1～106歐），開(kāi)爾文電橋適用于測(cè)量低值電阻（1歐以下）。

第三章比較式電測(cè)儀表第十三頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日14

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（Wheatstone）電橋，主要用于測(cè)量中值電阻。這種測(cè)量方法首先由S.H.Christie于1833年提出，并由Wheatstone于1858年以測(cè)量小電阻的方法為題刊登在皇家學(xué)會(huì)（London）的報(bào)告中。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,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)。

第十四頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日15

電橋平衡時(shí)，被測(cè)電阻的數(shù)值與電源E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(méi)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(jí)別附加誤差系數(shù)比例臂最小步進(jìn)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(cè)儀表3.2.2直流電橋-惠斯登電橋第十五頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日16

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)化電路第十六頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日17

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(kāi)爾文電橋直流雙比電橋原理電路用于測(cè)量阻值較低（<1Ω）的電阻這種橋路又稱雙比電橋。所測(cè)電阻值可低到毫歐級(jí)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(cè)小電阻的理論與實(shí)踐臻于完善。第十七頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日18

第三章比較式電測(cè)儀表3.2.2直流電橋-開(kāi)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(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日19QJ57型直流雙比電橋的簡(jiǎn)化電路

第三章比較式電測(cè)儀表3.2.2直流電橋-開(kāi)爾文電橋第十九頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日203.2.3交流電橋

第三章比較式電測(cè)儀表交流電橋

A.C.bridge測(cè)量交流元件電參數(shù)的量值和殘量的電橋。也用于測(cè)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(shí)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(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28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(shí)SSSbdUZZZZZZZZZZUZZZUZU.))((43214132434212++-=+-+=...輻度平衡條件相角平衡條件

第三章比較式電測(cè)儀表第二十一頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28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(shí)，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(duì)兩臂接入電阻時(shí)，則其他相對(duì)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(gè)橋臂的電參量求得未知橋臂的電參量。

第三章比較式電測(cè)儀表P50：不是任意四個(gè)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(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日233.2.3交流電橋

第三章比較式電測(cè)儀表交流阻抗電橋的四個(gè)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(shí)際上可用的配置類型并不多。（a)（b)實(shí)比型（c)虛比型（d)實(shí)積型（e)虛積型第二十三頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日243.2.3交流電橋交流電橋

交流阻抗電橋的四個(gè)橋臂，要按照一定的條件配置，才有可能平衡。一般來(lái)說(shuō)可以有實(shí)比型、虛比型、實(shí)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(cè)儀表第二十四頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日25西林（Schering）電橋被測(cè)電容損耗因數(shù)：tandx=wC4R4當(dāng)選擇R2、R4作為可調(diào)量時(shí)，Cx、tandx可以分別讀數(shù)。

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

第三章比較式電測(cè)儀表第二十五頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日26被測(cè)線圈品質(zhì)因數(shù)：Qx=ωC4R4選擇C4、R4作為可調(diào)量測(cè)量Rx、Lx時(shí)，收斂性較好。麥?zhǔn)想姌蛴脕?lái)測(cè)量低Q值電感，平衡時(shí)交流電橋麥?zhǔn)希∕axwell）電橋

第三章比較式電測(cè)儀表第二十六頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日27海氏電橋適合在磁性測(cè)量中測(cè)量Q值較高（>10）的鐵芯線圈的電感，平衡時(shí)3.2.3交流電橋海氏（Hay）電橋

第三章比較式電測(cè)儀表第二十七頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日28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)選擇C3、R