鐵路信號測量第二章

第二章較量儀器直流電橋主要用于測量電阻及相應的一些電量。單臂電橋適合于測中值電阻(1～10Ω)，雙臂電橋適合于測低值電阻(1Ω以下)。一、直流單臂電橋

1．惠斯登電橋直流單臂電橋亦稱惠斯登電橋。四個電阻所在支路稱為電橋的四個橋臂,當滿足相對橋臂電阻之積相等的條件時,電橋進入平衡狀態。在已知三橋臂電阻的情況下,可確定另一橋臂電阻值。假定RX處第一橋臂,則可得RX的測量值為RX=R4

R2/R3。

圖2-1惠斯登電橋原理電路第一節直流電橋Page

2第二章較量儀器2.QJ23型直流單臂電橋作為實用測量橋路,考慮了使用方便、測量安全,有條件時能提高測量靈敏度等問題。為了讀數調節方便,比率臂二、三做成了七擋固定比值形式，比較臂四則有四個變化范圍。測量結果為R4同R2/R3的乘積,是十進制數浮點表示形式,后者確定小數點位置,前者確定數值。檢流計支路、電源支路中都接有帶鎖扣的自復式開關。需要時進一步提高測量靈敏度,該電橋可外接測量電源和檢流計。圖2-2QJ23型直流單臂電橋電路原理圖第一節直流電橋Page

3第二章較量儀器注意下列各點:(1)根據被測電阻值的大致范圍和對測量準確度的要求,選擇合適的電橋。(2)需外接檢流計時,檢流計的靈敏度應選擇得適當。(3)若需外接電源,則應根據說明書的要求選擇電源電壓。(4)測量被測電阻前,應根據其估計值,或萬用表粗測值,恰當地選擇比率臂的比率值。(5)接線時,應注意檢流計及電源極性。(6)測量時,先將電源支路開關按下并鎖住。(7)測量完畢應先斷開檢流計,再斷開電源,最后斷開被測元件。

圖2-3QJ23型直流單臂電橋面板布置圖第一節直流電橋Page

4第二章較量儀器二、直流雙臂電橋1.開爾文電橋原理電路直流雙臂電橋簡稱雙電橋,又稱開爾文電橋。最大的特點是,被測電阻RX和作為比較臂的標準電阻Rn均有四個端鈕。Cn1、Cn2和Cx1、Cx2分別稱為Rn和Rx的“電流端鈕”,Pn1、Pn2和Px1、Px2分別稱為它們的“電位端鈕”。

圖2-3開爾文電橋原理電路接線時必須，電位端鈕緊靠電阻,電流端鈕在電位端鈕外側。接觸電阻和接線電阻被轉移到其他支路之中,為消除或減小其對測量結果的影響創造了條件。RX的阻值只取決于R2和R1的比值及比較臂標準電阻兄的阻值。第一節直流電橋Page

5第二章較量儀器2．QJl03型直流雙電橋

圖2—5QJl03型直流雙電橋原理電路圖

圖2—6QJl03型直流雙電橋面板第一節直流電橋Page

6第二章較量儀器為了盡量使R3／R1和R4／R2相等，把R2／R1和R4／R3做成同步相等的固定比值形式，比值分五擋。面板左下方有相應的旋鈕。比較臂是平滑可調的標準電阻。面板右方有可旋動的刻度盤。面板左上方有四個測量接線端，檢流計表頭右下方有檢流計和電源接入按鈕。左上方有外接測量電源接線端鈕等，可外接測量電源。電橋平衡時，被測電阻為比率臂旋鈕指示值與比較臂指示值之積。第一節直流電橋Page

7第二章較量儀器3．直流雙臂電橋的使用注意事項

(1)被測電阻需引出四個端鈕，必須遵守電位端鈕緊靠被測電阻，電流端鈕在電位端鈕外側的規定。連接線應選用短而粗導電性能良好的導線；接線處應接觸緊密。(2)在調節或選用標準電阻時，最好選擇在0．1

RX～10RX間。(3)最好能針對不同的被測電阻調整電源電壓，以得到與被測電阻相適應的測量靈敏度。第一節直流電橋Page

8第二章較量儀器交流電橋采用交流測量電源。可分為阻抗比電橋和變壓器電橋兩大類。通常把阻抗比電橋稱為交流電橋。

一、交流電橋概述

1.交流電橋的原理電路交流電橋的原理電路的結構與直流電橋相仿。電源改用交流電源，檢流計改用交流指零儀。仍由四個橋臂支路構成。橋臂構成不再局限于純阻元件，而可以是電感元件、電容元件。

圖2—7交流電橋的原理電路第二節交流電橋Page

9第二章較量儀器電橋平衡時,

已知其他橋臂的阻抗值，就可以求得被測阻抗值。2．交流電橋平衡條件分析交流電橋平衡，不僅相對橋臂阻抗模的積要相等，而且還要滿足幅角條件，即相對橋臂阻抗的幅角和相等。(1)交流電橋的橋臂阻抗性質必須按一定方式配置(2)交流電橋平衡調節較直流電橋困難第二節交流電橋Page

10第二章較量儀器二、電容電橋

電容電橋適合測量電容器的電容量及其損耗角。1．被測電容器的等效電路實際電容器存在能耗即所謂介質損耗。所以流過電容器的電流與它兩端產生的電壓的相位差并非90°，而是比90°要小一個δ角，該角稱為電容器介質的損耗角。為如實反映此特性，常把電容器看成是一個電阻同一個理想電容的串聯，或是一個電阻同一個理想電容的并聯，即所謂電容器的串聯等效電路和并聯等效電路。

圖2-8實際電容器的串聯等效電路圖圖2-9實際電容器的并聯等效電路用上述兩種等效電路同時描述一個電容器時，反映電容損耗的電阻是不可能相等的。為方便起見，通常用電容器的損耗角δ的正切tanδ來表示電容的介質損耗特性，并用符號D表示，稱為損耗因數。第二節交流電橋Page

11第二章較量儀器2．測量低損耗電容的電容電橋適合于測量低損耗電容的電容電橋稱為維納電橋。特點是，一組相鄰橋臂(橋臂二、三)采用純電阻元件，被測電容采用串聯模式(橋臂一)，標準電測量具采用標準電容，與一標準可變電阻以串聯的形式出現(橋臂四)。反復調節Rn和R2、R3的比率可使電橋進入平衡狀態。平衡調節至少需調節兩個參數，若能改變Cn、Rn，可單獨調節，使兩平衡條件成立互不影響。但Cn一般做成固定的，因而必須通過調節R2、R3比值，來實現平衡，這使平衡調節變得較困難，需反復調節Rn及R2和R3等參數才能達到。第二節交流電橋Page

12第二章較量儀器電橋平衡后，可經算得Cx、Rx、D。

圖2—10維納電橋原理圖3．測量高損耗電容的電容電橋被測電容損耗較大時，需采用圖2—11所示電路來測量。它的標準電容Cn與可變標準電阻Rn以并聯的形式出現，相應地若用并聯等效電路表示被測電容。

圖2—11測量高損耗電容的電容電橋電路第二節交流電橋Page

13第二章較量儀器三、電感電橋

電感電橋是用于測量電感元件的交流電橋。實際的電感電橋一般將標準電容器安置在與被測電感相對的橋臂中。實際電感元件也具有損耗，除了具有感抗ωL外，還具有電阻R。一般用品質因數Q來衡量實際電感元件的性能。1.測量高Q值電感的電感電橋測量高Q值電感的電感電橋稱海氏電橋，其原理電路如圖2—12所示。它的特點是標準電容Cn同可變標準電阻Rn串聯形式出現在與測量橋臂相對的橋臂中。

第二節交流電橋Page

14第二章較量儀器圖2—12海氏電橋電路原理圖海氏電橋的平衡同頻率有關，因此使用該橋路測量時若外接測量電源，需注意所用電源頻率及其波形是否符合要求。Q值越低，則要求Cn越大，然而標準電容的值不可能做得很大。若靠提高Rn來彌補，又將影響電橋的靈敏度。因此海氏電橋只適合于測量Q值較高的電感元件。第二節交流電橋Page

15第二章較量儀器2．測量低Q值電感的電橋圖2—13所示橋路為測量低Q值電感的電感電橋。該電橋又稱馬克士威電橋。它與海氏電橋的不同之處是，標準電容Cn同可變標準電阻Rn以并聯方式接在測量橋臂相對的橋臂中。同其他電橋一樣，通過平衡時橋臂間的關系可求得測量結果的。

圖2—13馬克士威電橋電路原理圖第二節交流電橋Page

16第二章較量儀器一、接地的概念為了避免雷電造成危害，信號設備需安裝接地線。組合柜、控制臺外殼、電源屏外殼、電源變電器次級等均需作接地處理。接地是把具有一定尺寸的金屬導體埋進大地中，再用導線把它與需接地的設備相連，從而構成設備與大地間的電氣連接。埋在大地中的金屬導體稱為接地體，而連接接地體和設備的導線稱為接地導線，兩者統稱接地設備。衡量接地設備接地優劣的標準是其接地電阻值。接地設備的接地電阻包括散流電阻和接地設備本身所具有的電阻。第三節接地電阻測量儀Page

17第二章較量儀器二、ZC-8型接地電阻測量儀的組成

接地電阻測量儀主要由手搖交流發電機、電流互感器、滑線電阻器、相敏整流器、量程轉換開關及檢流計組成。是一種便攜式儀表。根據其測量端鈕個數的不同有三端鈕、四端鈕之分。四端鈕儀表還可以測量土壤的電第三節接地電阻測量儀Page

18第二章較量儀器

圖2—14

ZC-8型接地電阻測量儀電路原理圖

CT是電流互感器，W是量程選擇開關，Rs為滑線變阻器，F為交流發電機。手搖發電機輸出的電流I1經CT的初級線圈→E端子→接地體接地電阻RX→輔助接地電極C端子構成閉合回路。CT的次級線圈感應電流I2經Rs構成回路。電流I2隨I1的變化而變化，當選擇開關W位置確定后，它們的比值是常量。第三節接地電阻測量儀Page

19第二章較量儀器輔助接地棒的接地電阻Rc和Rp分別在發電機支路的BG4基極支路中I，加在相敏整流器輸入端PB間的電壓僅僅是接地電阻Rx上的電壓和Rs上的電壓之代數和，而與Rp、Rc無關。相敏整流器只要輸入信號與其所用電源同相或相位差180°，它就有整流輸出，供檢流計使用。因流過Rs的電流I2、流過Rx的電流I1和相敏整流器所用電源出自同一發電機，必然滿足相位要求。KI為W位置所選定的電流比值,KI=I1

/I2,比值的大小取決于電阻R1、R2、R3的量值。為方便讀數,把KI的比值選定為1、10100,所以實際測量時只要讀取Rs的刻度值除以相應的倍率就可得到接地電阻Rx的值。接地電阻測量儀采用交流測量電源和相敏整流器,是為了避免因為測量而增加土壤的導電離子和防止雜散電流的干擾。第三節接地電阻測量儀Page

20第二章較量儀器四、ZC-8型接地電阻測量儀的使用方法和注意事項1.使用方法(1)盤面布置ZC-8型接地電阻測量儀盤面除了測量端鈕P、C、E及檢流計外,主要有“倍率標度”開關和“測量標度盤”旋鈕。倍率標度開關有三擋,分別為×0.1、×1、×10。“測量標度盤”上標度均勻,從0到10。

圖2-15ZC-8型接地電阻測量儀盤面布置圖圖2-16ZC-8型接地電阻測試儀的使用第三節接地電阻測量儀Page

21第二章較量儀器(2)使用步驟①沿E使P′和C′依直線彼此相距20m,且將P′插于