兆歐表的基本原理是什么?圖解分析
兆歐表俗稱搖表,是常用于測(cè)量電器設(shè)備、電纜的絕緣電阻和和高值電阻的專用儀表,是一種不帶電測(cè)量電器設(shè)備及線路絕緣電阻的便攜式的儀表,掌握兆歐表的使用是電工的基本技能,本文介紹兆歐表的使用。
兆歐表的結(jié)構(gòu)
兆歐表主要由手搖直流發(fā)電機(jī)、磁電式流比計(jì)、三個(gè)接線柱(即L:線路端、E:接地端、G:屏蔽端)組成。兆歐表主要由手搖直流發(fā)電機(jī)、磁電式流比計(jì)、三個(gè)接線柱(即L:線路端、E:接地端、G:屏蔽端)組成。
兆歐表工作原理
流比計(jì)的可動(dòng)部分有兩個(gè)繞向相反且互成一定角度的線圈,且其空氣隙中的磁感應(yīng)強(qiáng)度是不均勻的。線圈1用于產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩,線圈2用于產(chǎn)生反作用力力矩。被測(cè)電阻接在L(線)和E(地)兩個(gè)端子上,形成了兩個(gè)回路,一個(gè)是電流回路,一個(gè)是電壓回路。電流回路從電源正端經(jīng)被測(cè)電阻Rx、限流電阻RA、可動(dòng)線圈1回到電源負(fù)端。電壓回路從電源正端經(jīng)限流電阻RV、可動(dòng)線圈2回到電源負(fù)端。由于空氣隙中的磁感應(yīng)強(qiáng)度不均勻,因此兩個(gè)線圈產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩T1和T2不僅與流過線圈的電流I1、I2有關(guān),還與可動(dòng)部分的偏轉(zhuǎn)角α有關(guān)。
限流電阻RA、RV為固定值,在發(fā)電機(jī)電壓不變時(shí),電壓回路的電流I2為常數(shù),電流回路電流I1的大小與被測(cè)電阻Rx的大小成反比,所以流比計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)角α能直接反映被測(cè)電阻Rx的大小。
流比計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)角與電源電壓的變化無(wú)關(guān),電源電壓U的波動(dòng)對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩和反作用力矩的干擾是相同的,因此流比計(jì)的準(zhǔn)確度與電壓無(wú)關(guān)。
兆歐表的使用方法圖解
兆歐表的主要組成部分是一個(gè)磁電式流比計(jì)和一只手搖發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)是兆歐表的電源,可以采用直流發(fā)電機(jī),也可以采用交流發(fā)電機(jī)與整流裝置配用。直流發(fā)電機(jī)的容量很小,但電壓很高(100—5000V)。磁電式流比計(jì)是兆歐表的測(cè)量機(jī)構(gòu),由固定的永久磁鐵和可在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)的兩個(gè)線圈組成。
絕緣電阻測(cè)試儀:兆歐表的結(jié)構(gòu)及工作原理
兆歐表
用于測(cè)量高值電阻和絕緣電阻的儀表叫做兆歐表,現(xiàn)在新型產(chǎn)品通常稱為絕緣電阻測(cè)試儀或者絕緣電阻表,有時(shí)也稱為搖表。其中老款兆歐表的外形如上圖所示:
兆歐表(搖表)主要結(jié)構(gòu)是由手搖發(fā)電機(jī)、電磁式無(wú)機(jī)械反作用的表頭組成,對(duì)外有接線柱(L:線路段、E:接地端、G:屏蔽端)。新型的絕緣電阻測(cè)試儀通常和數(shù)字萬(wàn)用表差不多的外形。
兆歐表的工作原理如下圖所示,它的磁電式表頭有兩個(gè)互成一定角度的可動(dòng)線圈,裝在一個(gè)有缺口的圓柱鐵芯外面,并與指針一起固定在一轉(zhuǎn)軸上,構(gòu)成表頭的可動(dòng)部分,被置于永久磁鐵中,磁鐵的磁極與鐵芯之間的氣隙是不均勻的。由于指針沒有阻尼彈簧,在儀表不用時(shí),指針可以停留在任何位置。
搖動(dòng)手柄,直流發(fā)電機(jī)可輸出電流,其中,一路電流I1流入線圈1和被測(cè)電阻Rx的回路,另一路的電流I2流入線圈2與附加電阻Rf回路,設(shè)線圈1的電阻為R1,線圈2的電阻為R2,根據(jù)歐姆定律有:
兆歐表工作原理圖解
I1=U÷(Rc+R1+Rx)、R2=U÷(Rf+R2)
處在磁場(chǎng)中的通電線圈受到磁場(chǎng)力的作用(延伸:磁場(chǎng)對(duì)電流的作用),使線圈1產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩M1,線圈2產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩M2,由于兩線圈繞向相反,從而M1與M2方向相反,兩個(gè)力矩作用的合力矩使指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。在M1=M2時(shí),指針靜止不動(dòng),這時(shí)指針?biāo)赋龅木褪潜粶y(cè)設(shè)備的絕緣電阻值。
當(dāng)Rx斷開時(shí)(即X=∞(無(wú)窮大)),I1=0,M1=0,指針在M2的作用下向左偏轉(zhuǎn),最后指向標(biāo)尺度Rx=∞處,若將Rx短接(即Rx=0),此時(shí)I1最大,M1最大,使指針順時(shí)針方向偏轉(zhuǎn),指針指到標(biāo)尺度的Rx=0處。根據(jù)此原理可以檢驗(yàn)兆歐表的好壞。
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數(shù)字式一般由直流電壓變換器將電池電壓轉(zhuǎn)換為直流高壓電作為測(cè)試電壓,這個(gè)測(cè)試電壓施加在被測(cè)物上產(chǎn)生的電流經(jīng)電流電壓轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓值,然后送入模數(shù)轉(zhuǎn)換器變?yōu)閿?shù)字編碼,再經(jīng)微處理器計(jì)算處理,由顯示器顯示出相應(yīng)的電阻值。數(shù)字式兆歐表的電路原理框圖如圖所示。
圖數(shù)字式兆歐表的電路原理框圖
(1)直流電壓變換器。直流電壓變換器(dc-dc變換器)將電池電壓轉(zhuǎn)換為直流高壓作為測(cè)試電壓,它是數(shù)字式兆歐表的關(guān)鍵部分,常見有250v、500v、1000v三種測(cè)試電壓(也有2500v、5000v等較高測(cè)試電壓)。數(shù)字式兆歐表一般采用脈寬調(diào)制(pwm)型集成控制器將電池的直流電壓轉(zhuǎn)換為脈寬調(diào)制信號(hào),經(jīng)升壓變壓器轉(zhuǎn)化為高壓脈沖,由倍壓整流(二倍或三倍)平滑成直流高壓測(cè)試電壓,其輸出電壓大小是通過輸出電壓控制電路調(diào)節(jié)脈沖寬度來(lái)實(shí)現(xiàn)的。常見的控制器有uc3840、tl494、sg3524等,這類脈寬調(diào)制型控制器是國(guó)際上最為流行的開關(guān)電源集成控制器,它包括開關(guān)穩(wěn)壓器所需的全部控制電路,例如,誤差放大器、振蕩器、脈寬調(diào)制器、脈沖發(fā)生器、開關(guān)管、過流過熱保護(hù)等。
(2)電流電壓轉(zhuǎn)換器。從圖4.16可以看出,電流電壓轉(zhuǎn)換器(i-v轉(zhuǎn)換)由待測(cè)電阻rx、反饋電阻rf及運(yùn)算放大器a1組成。它將流經(jīng)被測(cè)絕緣電阻rx的電流轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)輸出。
(3)模數(shù)轉(zhuǎn)換器及顯示電路。模數(shù)轉(zhuǎn)換器(a/d)是模擬電路與數(shù)字電路連接的紐帶,也是模擬儀表與數(shù)字儀表的重要標(biāo)志。精度不高于1%的數(shù)字式兆歐表通常采用icl7106(或icl7107)大規(guī)模,icl7106是帶lcd顯示(icl7107為led顯示)的3?位雙積分a/d轉(zhuǎn)換器,利用其輸入電壓與參考電壓的比值特性可以非常方便地測(cè)得電阻值。