电气测量技术讲解学习

电气测量技术
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第三章 比较式电测仪表
3.1 直流电位差计
定阻变流式
S
I0
I0I1I2LIn
Ix E Rx
Us I0R
P0
Ux Us
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I0
mA
S1
R1
I1
E
S2
R2
I2
… …
In
Sn
Rn
R
Us
+
−
P
+
Ux
−
定阻变流式
电流表的准确度限制了 电位差计的准确度
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第比三较式章电测比仪表较式电测仪表
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第比三较式章电测比仪表较式电测仪表
3.1 直流电位差计
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第比三较式章电测比仪表较式电测仪表 3.1 直流电位差计的分类
直流电位差计按被测电压端口输出电阻的高低可分高阻电 位差计（输出电阻大于10k/V）和低阻电位差计（输出电阻 小于100/V）：高阻电位差计用于测量大电阻上的电压及高 内阻电源的电动势，其工作电流小，不需大容量工作电源供 电；低阻电位差计用于测量小电阻的电压及低内阻电源的电 动势，其工作电流大，应由大容量电源供电。
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第比三较式章电测比仪表较式电测仪表
3.2.1 电桥
➢电桥主要用于测量电路元件（如直流电阻、交流 电感、电容、电阻等）的量值、变化量，也用于 测量转换为电参数的非电量。
➢最早出现的电桥是测电阻用的直流电桥，其中最
负盛名的是惠斯通电桥。随后，为测交流元件的 参数等，发展出种类繁多、用途各异的经典交流 电桥。到20世纪50年代前后，这些电桥的大多数
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第三章 比较式电测仪表
3.1 直流电位差计
电位差计：
根据补偿法或对消法测试 原理对静电场或电路中两 点间的电动势之差的测量
直流电位差计（Direct-current potentiometer）
是一个测量直流电压的仪器，它用一个已知电压与被测 电压相平衡，该已知电压可以由固定电流流过可调电阻 或由可调电流流过固定电阻来获得，或者由它们的组合 而获得。
电桥平衡时：R x
R1 R3
R4
四臂结构是直流电桥的基本形式。电桥由直流电源供电，平衡时，相邻两桥 臂电阻的比值等于另外两相邻桥臂电阻的比值。若一对相邻桥臂分别为标准 电阻器和被测电阻器,它们的电阻有一定的比值，则为了使电桥平衡，另一对 相邻桥臂的电阻必须有相同的比值。根据这一比值和标准电阻器的电阻值可 求得被测电阻器的电阻值。平衡时的测量结果与电桥电源的电压大小无关。
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第三章 比较式电测仪表
3.1 直流电位差计
➢电位差计测量电压有以下优点：
➢电位差计是一个电阻分压装置，可产生准确、已知、 有一定调节范围的电压，用它与被测电压比较，可以得 到被测电压值。被测电压的测量值仅取决于电阻和标准 电动势，因而可以达到较高的测量准确度。
➢在“校准”和“测量”中检流计两次都指示为零，表 明测量时既不从标准回路的标准电动势（通常是标准电 池）中，也不从测量回路中分出电流。因此不改变被测 回路的原有状态，同时避免测量回路导线电阻、标准电 池内阻以及被测回路等效内阻等对测量准确度的影响， 这是补偿法测量准确度较高的另一原因。
直流电位差计按测量量限可分高电压电位差计（测量上限 2V左右，输出电阻高达2104，工作电流I0为0.1mA左右） 和低电压电位差计（测量上限20mV左右，输出电阻20，工 作电流I0为1mA左右）。
直流电位差计还可按使用条件分实验室型和便携型两类。
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第三章 比较式电测仪表 3.1 直流电位差计的应用
106欧），开尔文电桥适用于测量低值电阻（1欧以下）。
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3.2.2 惠斯登电桥
单比电桥也称为惠斯登（Wheatstone） 电桥，主要用于测量中值电阻。这种测量方法 首先由S.H. Christie于1833年提出，并由 Wheatstone于1858年以测量小电阻的方法为 题刊登在皇家学会（London）的报告中。
被淘汰，随之出现了一些新型电桥，例如高准确
度的感应耦合比例臂电桥，它是由计算电容器
的需要而不断发展和完善起来的。50年代以后， 半导体技术和微计算机的迅速发展，电子器件和
数字技术被大量引入测量仪表领域，又出现了有 源电桥、数字电桥和智能化电桥等。
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3.1 直流电位差计
定流变阻式
1. S拨在1，调节R0，使检流计G
指零。
I0
RN
R0
E
R
I0 EN RN
2. S拨向2，调节R的滑动端，以 改变标准电压US，当检流计G再
R’ + Us −
IP
II
EN
S
1
2 + Ux −
次指零时，说明Ux与R上的压降
定流变阻式
相互补偿。
Ux
I0R'
R' RN
EN
回路I为校准回路 回路II为测量回路
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第三章 比较式电测仪表 3.2.2 直流电桥-惠斯登电桥
➢ 电桥平衡时，被测电阻的数值与电源E无关。 ➢ 在灵敏度足够的情况下，电源电压波动对测量结果没有影响。
➢ 电桥的准确度主要由比例臂和比较臂的准确度决定。
误差公式： K a% R xb R
L L a
电桥准确度级别 R
比例臂最小步进电阻值
3.2.2 直流电桥
直流电桥是测量电阻或与电阻有关参量的比较式仪表，
它通过被测电阻与标准电阻的比较实现测量，其准确度可达
十万分之几，一般不难做到0.1、0.2级。
根据结构的不同特点，直流电桥可分为惠斯通电桥（单
比电桥）、开尔文电桥（双比电桥）、高阻电桥和直流电流
比较式电桥等四种。惠斯通电桥适用于测量中值电阻（1～
直流电位差计除了可以测量有限大小的电压或电动势
外，还可以用来测量高电压（高电动势）、电流、直流功
率和电阻。
R1
Ux
R1 R2 R2
Ux'
P
Ix 负
Ix
Ux RN
载
P
Ux R2 U’x
电
Us
位 差
计
U
RN
Ux
电
Us
位 差
计
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电位差计测电流
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第三章 比较式电测仪表
3.2 电桥
2.2.1 概述（电桥：bridge） 2.2.2 直流电桥：D.C.bridge 2.2.3 交流电桥：A.C.bridge 2.2.4 有源电桥：active bridge 2.2.5 数字电桥：digital bridge 2.2.6 智能电桥：intelligent bridge