第六章 电参数的测量

1. 第六章　电参数的测量 第一节　概述 第二节　电桥 第三节　兆欧表 第四节　接地电阻的测量

2. 学习目标： 1．掌握电阻、电容、电感的测量方法。 2．了解直流电桥的电路结构、工作原理和技术特性。 3．理解交流电桥、兆欧表及接地电阻测量仪的原理和结构。 4．掌握电桥、兆欧表、接地电阻测量仪的选择、使用和维护方法。

3. 第一节　概　述 一、电阻的测量方法 　　据测量原理而言，可以分为直接测量和间接测量。 (1)直接测量 　　利用专门测量电阻的电工仪表对地那组进行测量的方法。如利用电阻表或者直流电桥测量。 (2)间接测量 　　通过测量与电阻有关的电量，根据这些电量与电阻的关系计算出电阻。

4. 第一节　概　述 电压表 - 电流表法也称伏 - 安法。 　　电压表 - 电流表法测量电阻的线路通常有两种，即电压表前接合电压表后接。图 6 – 1。 图 6 - 1　电压表 - 电流表法测量电阻的线路 　　一般来说，电压表前接的线路，适合于被测电阻 RS较大的情况。而电压表后接的线路，适合于被测电阻 RS较小的情况。

5. 第一节　概　述 二、电容和电感的测量方法 1．电容的测量方法 (1)电压表 - 电流表法。 　　串联一可调电感 L，此方法要求电压表内阻很大。 　　若电压表读数为 U，电流表读数为 I，电源频率 f为已知，则 图 6 - 1　电压表 - 电流表法测量电容 (6 - 2)

6. 第一节　概　述 (2)替代法。 LC的介入使电路能够进入谐振状态，以使毫安表有较大的读数。 测量时，S 首先接至位置1，调节R、L、C 使毫安表读数最大，并记下该读数；然后将S 接至位置2，保持R、L、C 不变，调节标准电容Cs，使毫安表读数与上次读数相同，则此时有Cx=Cs 。 图 6 - 1　替代法测量电容的一种线路

7. 第一节　概　述 (3)谐振法。 　　测量时，调节信号发生器的频率，使电压表读数最大，此时电路达到谐振，则： 图 6 - 1　谐振法测量电容的一种线路 (6 - 3) 　　将电源频率 f0和标准电感的数值带入上式即可确定被测电容。

8. 第一节　概　述 (4)电解电容的测量方法。 测量前，应考虑以下因素： 首先，电解电容的容量较宽，一般电容电桥的测量范围难于满足要求。 其次，电解电容的数值随频率变化很大。 最后，电解电容的端钮(或引线)有“+”、“-”极性标志。在工作和测试时应保证“+”极性端的点位高于“-”极性端的点位。

9. 第一节　概　述 　　① 用电压表测量电解电容器。 　　降压变压器 T和调节电位器 RP是用来调节测试交流电压的； 　　电源 E 供给被测电解电容器 CX和标准电容器 CS 直流偏压； 图 6 - 6　用电压表测量电解电容的线路 　　测量时 CX 与 CS 是串联接入交流电源的，两只交流电压表分别测出电压 UX和 YS ，则有： 可得 (6 - 4)

10. 第一节　概　述 　　② 电容电桥法测量电解电容器。 　　这种方法适用于测量容量不大的电解电容器。 　　图中 R是保护电阻，C是交流旁路电容。 　　这种测量方法的步骤与一般电桥相同，当电桥平衡时有： 图 6 - 7　电容电桥测量电解电容的线路

11. 第一节　概　述 2．电感的测量方法 (1)空心电感的测量 　　① 电压表 -电流表法 　　用电流表测出电流 I ，用高内阻的电压表测出电感线圈两端的电压 U，则线圈的阻抗 图 6 - 8　用电压表 - 电流表法测量电感的线路 (6 - 5)

12. 第一节　概　述 (6 - 5) 图 6 - 8　用电压表 - 电流表法测量电感的线路 　　低频情况，可用测量直流电阻的方法测出 RX，如 f 已知，则被测电感 (6 - 6)

13. 第一节　概　述 　　② 三表法 　　利用电压表、电流表和功率表分别测量出电感线圈的 U、I和 P，然后计算电感，即 (6 - 7) (6 - 8) 图 6 - 9　用三表法测量电感的线路

14. 第一节　概　述 　　③ 谐振法 　　调节信号发生器的频率 f 和可调标准电容 CS，使 CS 并联的电压表读数最大，此时电路谐振，有 (6 - 9) 图 6 - 10　谐振法测量电感的线路 　　此外，用谐振法测电感页可以采用桥式线路，如图 6 - 11 所示。 图 6 - 11　谐振法测量电感的桥式线路

15. 第一节　概　述 　　③ 谐振法 图 6 - 10　谐振法测量电感的线路 图 6 - 11　谐振法测量电感的桥式线路 (6 - 9) 　　若电桥电源频率为 f0，有 (6 - 10) (6 - 11)

16. 第一节　概　述 (2)铁心电感的测量 　　若铁心电感线圈工作时无直流通过且动态范围不宽时，可以不考虑非线性，此时可用测量空心电感的方法来测量。 　　当铁心电感线圈工作时无直流通过但工作电流较大时，非线性不能忽略。采用电压表 - 电流表法或者三表法，不能用电桥测量。 　　当铁心电感线圈工作时有直流通过时，测量中必须加入等值的直流偏置电流。图 6 - 12 是这类电桥引入直流偏置的两种方法。

17. 第一节　概　述 (2)铁心电感的测量 图 6 - 12　用交流电桥测量铁心电感时引入直流偏置的两种方法

18. 第二节　电　桥 一、直流电桥 1．直流电桥的分类 　　可以分为直流单臂电桥和直流双臂电桥。 (1)直流单臂电桥 ① 工作原理。 电桥平衡时，指零仪表 G中无电流通过。可以得到 图 6 - 13　单臂电桥的原理电路 (6 - 13)

19. 第二节　电　桥 把被测电阻 Rx接于 a - c 桥臂上，其他用标准电阻或者可调标准电阻，可得 (6 - 13) 即通过电桥，把被测电阻 Rx 与标准电阻进行比较，从而实现测量电阻的目的。 　　通常把接入 R2和 R3的桥臂称为比例臂，接入 R4的桥臂称为比较臂。

20. 第二节　电　桥 (1)直流双臂电桥 又称凯尔文电桥。用来测 10-5  1  的小电阻。 测量时，连接线电阻及接触电阻对测量的影响较大，必须设法消除，直流双臂电桥就是从这点出发设计的。 ① 工作原理。 图 6 - 13　直流双臂电桥原理电路

21. 第二节　电　桥 ① 工作原理 　　电桥平衡时，IG = 0，则有 I1 = I2，I3 = I4，由电路可得下面方程 图 6 - 13　直流双臂电桥原理电路 　　解方程得： (6 - 16)

22. 第二节　电　桥 ① 工作原理。 (6 - 16) 　　适当选择四个桥臂电阻，使得： (6 - 17) 图 6 - 13　直流双臂电桥原理电路

23. 第二节　电　桥 2．直流电桥的技术特性 可以获得很高的准确度。 表 6 - 1　我国直流电桥的准确度等级 电桥的准确度等级是指在其“基本量程”范围之内，在正确使用条件下，测量误差不会超过准确度等级的要求。 表 6 - 2列出了集中直流电桥的技术特性。

24. 第二节　电桥 表 6 - 2　几种直流电桥的技术特性 直流电桥可以制成单 - 双臂两用电桥，这种电桥的测量范围很大，如上表所示的 QJ17等。

25. 第二节　电　桥 3．直流电桥的使用方法 (1)根据被测电阻的阻值范围和对测量的准确度要求，正确选用电桥。 (2)正确选用外附检流计。 (3)当需外接电源时，电源的正负极应与面板上标有“+”、“-”的接线端钮分别连接。 (4)把被测电阻接到电路面板上标有“Rx”的连个接线端钮上。 (5)测量前应估计被测电阻的阻值适当选择比例臂的倍率挡。

26. 第二节　电　桥 3．直流电桥的使用方法 (6)测量时先将检流计的锁钮打开，然后按下电源按钮并锁住，以接通电源。 (7)测量完毕后，应先松开检流计按钮，再放开电源支路按钮，特别是当被测元件中含有电感量时，更应遵守这一顺序。 (8)在某些情况应注意以下几点。 ① 对含电容元件测量时先给电容放电 1 min。 ② 需考虑温度影响时，应记录下温度。 ③ 精密测量中，改变电源极性，进行两次测量，取其平均值作为测量结果。

27. 第二节　电　桥 二、交流电桥 交流电桥主要用于交流等效电阻及时间常数，电容及其介质损耗，自感及线圈品质因数等电参数。 1．交流电桥的原理 　　调节电桥的桥臂参数，使 IG = 0 时，有 　　在正弦交流电的情况下，复阻抗可以写为 图 6 - 19　交流电桥的原理线路 (6 - 18) 　　据复数相等条件有 (6 - 19)

28. 第二节　电　桥 2．交流电桥的一般结构 为了使电桥的结构简单和调节方便，一般将交流电桥中的两个桥臂设计为纯电阻，另外一个桥臂则根据线路和测量对象配置合适的电抗元件，而最后一桥臂则用于接入相应的被测电抗元件。 　　根据被测元件性质不同，交流电桥可分为电容电桥、电感电桥两种。 需要注意的是，交流电桥的平衡必须饭仿佛调节两个桥臂的参数，所以交流电桥的平衡调节比直流电桥困难一些。

29. 第三节　兆欧表 一、结构和工作原理 1．结构 　　兆欧表的基本结构式一台手摇发电机和一只磁电系比率表。 图 6 - 20　磁电系比率表的基本结构 　　磁电系比率表是一种特殊形式的磁电系测量机构。

30. 第三节　兆欧表 2．工作原理 (1)磁电系比率表 　　由于两个动圈中电流磁场作用，产生两个方向相反的转矩，若其中一个电流 I1产生转动力矩，另一个电流 I2产生反作用力矩。平衡时，指针偏转角为 。 有 (6 - 20) 　　与测量电路中的电源电压无关。

31. 第三节　兆欧表 (2)兆欧表 　　动圈 1 、内附电阻 RC 被测电阻 RX 串联；动圈 2 和内附电阻 RV 串联，承受相同电压 U。 有 图 6 - 21　兆欧表的测量电路 把上两式代入(6 - 20)，既得 (6 - 21)

32. 第三节　兆欧表 二、兆欧表的选择及使用维护方法 1．兆欧表的选择 　　对于电压高的电气设备，必使用额定电压高和测量范围大的兆欧表进行测量。 　　而对于电压较低的电力设备，其内部绝缘所能承受的电压不高，应选用额定电压低的兆欧表。 表 6 - 3　兆欧表电压等级选择举例

33. 第三节　兆欧表 表 6 - 4　国产兆欧表主要技术参数

34. 第三节　兆欧表 2．兆欧表的使用和维护方法 (1)在被测电气设备不带电的情况下测量。 (2)测试前，放置在水平地方，有水平调节的兆欧表调好本身水平位置，可以避免摇动发电机手柄时因表身摇动而影响读数。 (3)一般测量，将被测绝缘电阻接到 L和 E两个接线端钮上；若被测对戏那个为线路的绝缘电阻时，应将被测端连接到 L接线端钮，E端接地。 图 6 - 22　测量线路绝缘电阻接线图

35. 第三节　兆欧表 2．兆欧表的使用和维护方法 (4)测量绝缘电阻时，放电机手柄应由慢渐快地摇动，若发现指针指零，说明被测绝缘物有短路现象。若指示正常，应使发电机转速稳定在规定范围内，切忌忽快忽慢而使是真摆动，加大误差。 (5)测量完毕后，当兆欧表没有停止转动或被测物没有放电前，不可用手去触及被测物测量部分和进行拆线工作。

36. 第四节　接地电阻的测量 　　在电力系统中，为防止电力设备绝缘层被击穿和因漏电是电力设备外壳带电，一般要把设备的外壳接地。 　　接地装置必须十分可靠，其接地电阻必须保证在一定的范围之内。 表 6 - 5　各类接地装置的接地电阻合格值

37. 第四节　接地电阻的测量 一、电压表 -电流表法 　　变压器起着隔离测量线路与交流电网的作用；辅助电流电极 C 用以构成接地电流回路；辅助电位电极 P 用以构成测量线路。 图 6 - 24　电压表 – 电流表法测量接地电阻的线路 图中电流表测量的是流过被测电阻 A的电流 I，而高内阻的电压表测量的是 Rx上的电压降，按公式 Rx = U/I即可算出被测接地电阻的数值。

38. 第四节　接地电阻的测量 二、电桥法 　　测量接地电阻的原理线路如图 6 - 25 所示。 　　测量中，需要二次对电桥进行平衡调节。 　　首先把 S 接到位置“1”，调节可调电阻 R使指零仪指针指零。此时 R被可动端分为两部分，设为 R11和 R12，然后将 S 接到位置“2”，重复上部，得到 R21和 R22，则被测接地电阻 Rx按下式计算： (6 - 22) 图 6 - 25　电桥法测量接地电阻的线路

39. 第四节　接地电阻的测量 三、补偿法 原理：交流发电机输出电流 I1，流经电流互感器 TA一次绕组到接地体 A，经大地和辅助电流电极 C 构成一个闭合回路。 图 6 - 26　补偿法测量接地电阻的线路 　　接地电流在接地电阻 Rx上的压降为 IRx，接地电阻 RC时同样形成压降 IRC。调节补偿电阻 R，使电流 I1流过电极 A、P 之间的接地电阻 Rx后，且电流互感器二次绕组电流流过补偿电阻 R后，P 电极的电位与 R可动端的电位相等，即检流计指零。这时有 (6 - 23)

40. 第四节　接地电阻的测量 四、接地电阻测量仪 　　常用的过长接地测量仪有 ZC - 8 型和 ZC - 29 型等几种。 (1)结构 图 6 - 27ZC - 8型接地电阻测量仪

41. 第四节　接地电阻的测量 (2)工作原理 根据补偿原理制成。 　　端钮 P2和 C2短接后接至被测电路地极，P1和 C1 分别是电位辅助电极和电流辅助电极。测量时，分别用导线与电极连接。 用转换开关 S可以改变量程。 图 6 - 28ZC - 8型接地电阻测量仪

42. 第四节　接地电阻的测量 (2) 工作原理 S 挡置于 1 时，I2 = I1，K = 1。置于 2 和 3 时，K = 1/10、K = 1/100。 　　调节电位器补偿电阻 R 的旋钮使检流计指零，可以读出 r的值，则被测接地电阻为 Rx = Kr 图 6 - 28ZC - 8型接地电阻测量仪

43. 第四节　接地电阻的测量 五、接地电阻测量仪的使用 (1)因选择在土壤导电率最低、干燥的时期。 (2)测量前先将仪器放置水平位置调零，检查检流计的指针是否在中心线上。 (3)接线。 图 6 - 29　接地电阻测量仪的接线 (4)将粗调倍率旋钮主置于最大倍数位置，一遍缓慢转动发电机手柄，一面调节粗调。检流计接近平衡时，加快手柄转动。

44. 第四节　接地电阻的测量 (5)如果测量表读盘的读数小于 1 ，则应将组条倍率旋钮置于倍数较小的挡，重新测量和读数。 (6)为了保证测得的接地电阻值准确可靠，应在测量完毕后移动两根探测针，更换另一个地方再次测量，多测几次，取平均值。 电气设备接地电阻的测量应该定期进行。接地电阻按要求在一年中任何时候多不能大于规定的数值，所测接地电阻小于规定值才算真正符合要求。