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。

點(diǎn)擊下一節(jié)，開始學(xué)習(xí)兆歐表的使用方法。

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。