2.6 知识链接13 直流电桥
电桥是一种比较式仪器，灵敏度和准确度很高，种类也很多，可分为直流电桥和交流电桥。直流电桥有单臂电桥、双臂电桥和单双臂两用电桥；交流电桥有电容电桥、电感电桥、变压器电桥以及多功能的万用电桥。
2.6.1 直流单臂电桥
直流单臂电桥又称惠斯登电桥，是一种用于测量1～10 × 105 Ω的中阻值电阻的精密测量仪器，具有使用方便，测量范围广和准确度高的特点。
1. 直流单臂电桥的工作原理
直流单臂电桥原理图如图2-10所示。电阻R1、R2、R3、Rx组成电桥的四个桥臂，其中，Rx 称为被测臂，R1、R2 构成比例臂，R3 称为比较臂，A、C两端接直流电源E，B、D之间有一检流计G。
图2-10 直流单臂电桥的原理图
测量电阻时，接通按钮开关SE和SG，调节R1、R2、R3，使检流计的指示为零，这时电桥达到平衡，根据电桥平衡的条件：
R1 R3 =R2 Rx
可求得被测电阻的阻值为：
式中，Rx为待测电阻；
R3 为标准比较电阻；
K=R1/R2 称为比例臂倍率。
一般情况下，惠斯登电桥的K有0.001、0.01、0.1、1、10、100、1000等。根据待测电阻大小，选择K后，只要调节R3，使电桥平衡，得到待测电阻Rx之值。
2. 直流单臂电桥的使用方法和注意事项
QJ23型便携式电桥面板如图2-11所示。
1—倍率转换开关；2—比较臂转换开关；3—被测电阻接线端钮；4—按钮开关；5—检流计
图2-11 QJ23型直流单臂电桥
QJ23型电桥面板上有四个比较臂转换开关，分为× 1、× 10、× 100、× 1000四挡；比例臂倍率转换开关有0.001、0.01、0.1、1、10、100 和1000 七挡；两个按钮“E”和“G”，按“E”接通电源，按“G”则接通检流计。当使用外接电源时，可从面板左上角标有“E”的两个端钮接入。如需使用外置检流计时，可先用连接片将内置检流计短路，再将外置检流计接在“外接”两个端钮上。
直流单臂电桥使用步骤如下：
（1）打开检流计锁扣，调节检流计上的机械调零旋钮，使指针指零。
（2）将被测电阻Rx接在接线端钮上，估计Rx的大小，选择合适的比例臂倍率，应使比较臂的四组电阻都用上；以得到四位有效数字。例如，要测量几欧的电阻，选用0.001倍率时四组电阻都能用上；测量几十欧的电阻，选用0.01倍率时四组电阻都能用上。
（3）测量时，先按下电源按钮E，再按下检流计按钮G，通过调节右面四个比较臂旋钮使检流计的表针指零，指针若向“+”移动，应增大比较臂电阻；若向“-”移动，则应减小比较臂电阻，则右面四个比较臂的四组数字（个、十、百、千）相加后，乘以倍率转换开关的所选值，得数即为所测电阻值。
（4）调节完后，先松开检流计按钮G，再松开电源按钮E，以防被测对象产生感应电动势损坏检流计。
（5）测量结束后，切断电源，拆除所测电阻，锁上检流计锁扣，以免表针受震动而损坏。
3. 使用直流单臂电桥的注意事项
（1）测量前后，要注意电源按钮E和检流计按钮G的按下和松开顺序。
（2）测量过程中，开始调节时应松开按钮G再调，待调到表针接近平衡时，才可按下按钮G进行细调，否则调整中检流计指针可能受到猛烈撞击而损坏。
（3）发现电池不足应及时更换，否则将影响灵敏度。如使用外接电源需注意极性，其电压应按规定选择，过高会损坏桥臂电阻，过低则会影响灵敏度。
2.6.2 直流双臂电桥
直流双臂电桥又称凯尔文电桥，适用于测量1Ω以下的低阻值电阻，如大中型电机和变压器绕组的电阻、分流器及导线的电阻、开关或触点的接触电阻等。
1. 直流双臂电桥的工作原理
直流双臂电桥的工作原理如图2-12所示，被测电阻Rx 与R4 共同组成一个桥臂，标准电阻Rn和R1 组成另一个桥臂，Rn 和Rx 均采用四端接法，P1、P2、P1′、P2′是电压端，通常接测量用的高电阻回路或电流为零的补偿回路，使它们的引线电阻和接触电阻对测量的影响大为减少，C1、C1′两个电流端接电源回路，从而将这两端的引线电阻、接触电阻折合到电源回路的其他串联电阻中，C2、C2′两个电流端的附加电阻和连线电阻总和为r，只要适当调整R1、R2、R3、R4 的阻值，就可以消除r对测量结果的影响。
通常采用机械联动的调节装置，使R3/R2、R4/R1 的变化同步，即满足条件R3/R2 =R4/R1，则双臂电桥的平衡条件为：
图2-12 直流双臂电桥的工作原理
2. 直流双臂电桥的使用方法和注意事项
QJ42型直流双臂电桥的面板如图2-13所示。面板左端有四个接线端钮，P1、P2 为电压端钮，C1、C2 为电流端钮；面板的左上方是倍率选择开关，有 × 10 -4、× 10 -3、× 10 -2、× 10 -1、× 1五挡；检流计下面是电源按钮（SE）和检流计按钮（SG）；面板的右上角是外接或内部电源选择开关和外接电源端钮E外 的“+”、“-”端子，右下角是比较臂电阻调节盘，可在0.5～11Ω范围内调节。
图2-13 QJ42型直流双臂电桥的面板图
测量时，被测电阻Rx的每端接出两根引线，一端接在C1、P1 上，另一端接在C2、P2上，按照与前面介绍的使用单臂电桥相同的步骤，调节至检流计平衡后，用比较臂电阻值乘以倍率，即得到所测的电阻值。
使用直流双臂电桥时还应注意以下两点：
（1）被测电阻与电桥的接线要正确，电压接头应比电流接头更靠近被测电阻，若被测电阻没有专门的接线，则每端要引出两根引线，分别接电压和电流端钮，引线应尽量短而粗。
（2）直流双臂电桥工作电流较大，测量时动作要迅速，以免耗电过多，测量结束后应立即关闭电源。
任务6 万用表的使用
一、任务目标
1. 知识目标
（1）了解指针式万用表的功能、工作原理。
（2）熟悉万用表的面板与各挡位功能。
2. 技能目标
（1）掌握万用表挡位的选择与标尺刻度的读取。
（2）熟练使用万用表测量各种电量值。
（3）学会对万用表进行维护保养。
二、任务描述
熟悉万用表的面板结构和使用方法，用万用表测量电阻、交直流电压和直流电流等参数。
三、实训器材与工具
万用表的使用实训所需器材、工具见表2-6。
表2-6 任务所需器材、工具
四、实训内容与步骤
1. 电阻测量
（1）清点并检查实训材料和设备。
（2）观察万用表的面板，熟悉各挡位的功能及对应的标尺刻度。
（3）根据电阻的标称值，选择合适的欧姆挡倍率，每次对倍率的调整都要重新进行调零。
（4）用万用表欧姆挡测量各电阻，将测量数据填入表2-7。
表2-7 电阻测量数据
2. 交流电压测量
（1）用交流调压器分别调整输出电压，输出电压不少于3组。
（2）根据不同的电压值选择合适的交流电压挡位和量程。
（3）分别测量各输出电压，将测量数据填入表2-8。
表2-8 交流电压测量数据
3. 直流电压测量
（1）在面包板上按照实训电路连接线路，测量直流电压和电流的电路如图2-14所示。
图2-14 直流电压、电流测量电路
（2）检查无误，连接直流稳压电源。
（3）调整直流电源输出电压为12～24V。
（4）用万用表测量各段电压值，注意电压的极性，测量数据填入表2-9中。
（5）根据测量结果，分析各电压值之间的关系。
表2-9 直流电压测量数据
4. 直流电流测量
（1）同直流电压测量步骤（1）～（3）。
（2）用万用表测量各支路电流。测量时，先将测量点断开，将万用表表笔串入线路中，注意电流的极性。
（3）测量各支路的电流，将测量数据填入表2-10中。
（4）根据测量结果，分析各电流值之间的关系。
表2-10 直流电流测量数据
五、实训注意事项
（1）测量时要注意安全，防止发生触电。
（2）测量时要检查万用表的挡位是否在合适位置，严禁用欧姆挡测量电流、电压。
（3）实训结束后要整理工具，清理工位，经过指导教师的检查验收后方可离开实训室。
六、成绩评定
实训指导教师评定实训成绩，评分标准及考核表见表2-11。
表2-11 万用表的使用评分标准及考核表
七、巩固与提高
（1）用万用表测量电阻时要注意哪些问题？
（2）万用表在电阻挡测量电压会造成什么危害？为什么？
任务7 兆欧表、钳形电流表的使用
一、任务目标
1. 知识目标
（1）了解兆欧表功能、结构和工作原理。
（2）熟练掌握兆欧表的使用方法。
（3）了解钳形电流表的功能、结构和工作原理。
（4）熟练掌握钳形电流表的使用方法。
2. 技能目标
（1）能根据测量要求正确选择兆欧表。
（2）能用兆欧表测量电气设备和电气线路的绝缘电阻。
（3）能用钳形电流表测量导线电流。
二、任务描述
（1）熟悉兆欧表的结构和使用方法，用兆欧表分别测量三相异步电动机定子绕组间、绕组与机壳间绝缘电阻，电源变压器绕组间、绕组与铁芯间绝缘电阻。
（2）熟悉钳形电流表的使用方法，用钳形电流表测量三相异步电动机定子绕组工作电流。
三、实训器材与工具
兆欧表、钳形电流表的实训所需器材、工具见表2-12。
表2-12 任务所需器材、工具
四、实训内容与步骤
1. 测量三相异步电动机的绝缘电阻
（1）清点并检查所用器件、材料。
（2）观察兆欧表的面板、各端子，熟悉使用方法。
（3）检查兆欧表。先将“L”、“E”两个端钮开路，手摇发电机，使发电机的转速达到额定转速120r/min，观察指针是否指向标尺的“∞”处；再将“L”端和“E”端短接，缓慢摇动手柄，观察指针是否指在“0”位上。如果观察到的指针位置不对，表明兆欧表有故障，必须检修后才能使用。
（4）切断被测电动机的电源，打开接线盒，将电动机的导电部分接地，进行充分放电。
（5）测量各相绕组对地的绝缘电阻。将兆欧表的“E”端与电动机的外壳相接，“L”端与电动机被测相绕组接线端相接，转动发电机摇柄应由慢渐快至120r/min左右，匀速摇动1min左右读数。
（6）测量电动机两相绕组之间的的绝缘电阻。将兆欧表的“E”和“L”端分别与所测的两相绕组接线端相接，转动发电机摇柄应由慢渐快至120r/min左右，匀速摇动1min左右读数。
三相异步电动机绝缘电阻测量数据填入表2-13。
表2-13 三相异步电动机绝缘电阻测量数据（MΩ）
（6）测量结束后要将被测电动机对地充分放电。
2. 测量电源变压器绝缘电阻
（1）分别测量变压器一次侧与二次侧两组线圈之间的电阻，测试方法同上。
（2）测量变压器一次侧两组线圈与铁芯之间的电阻，测试方法同上。
（3）分别测量变压器二次侧两组铁芯之间的电阻，测试方法同上。
将电源变压器绝缘电阻测量数据填入表2-14。
表2-14 电源变压器绝缘电阻测量数据（MΩ）
（4）测量结束后要将被测线圈地放电。
3. 用钳形电流表测量三相异步电动机工作电流
（1）清点、检查所用器材。
（2）观察钳形电流表的面板，熟悉使用方法。
（3）连接三相异步电动机线路。
（4）检查无误，接通电动机电源，空载启动。
（5）电动机正常运行后，分别测量电动机定子绕组工作电流。分别测量3组，测量数据填入表2-15。
表2-15 三相异步电动机工作电流测量数据（A）
五、实训注意事项
（1）测量时要注意安全，防止发生触电。
（2）摇动手柄的过程中，若发现指针指零，说明被测绝缘物发生短路，应立即停止摇动。
（3）测量后，在兆欧表没有停止转动和被测设备没有放电之前，不要用手去触及被测设备的测量部分或拆除导线，以防电击。
（4）电动机外壳必须可靠接地。
（5）不允许用钳形电流表去测量裸导线中的电流。
（6）实训结束后要整理工具，清理工位，经过指导教师的检查验收后方可离开实训室。
六、成绩评定
实训指导教师评定实训成绩，评分标准及考核表见表2-16。
表2-16 兆欧表、钳形电流表的使用评分标准及考核表
七、巩固与提高
（1）分析钳形电流表的结构和工作原理。
（2）简述使用兆欧表测量电气设备的绝缘电阻步骤。
任务8 功率表的使用
一、任务目标
1. 知识目标
（1）了解功率表的功能、结构和工作原理。
（2）熟练掌握功率表测量负载功率的原理和方法。
2. 技能目标
（1）能根据测量要求正确选择功率表。
（2）会使用功率表测量电功率，测量结果在允许误差范围内。
二、任务描述
（1）熟悉单相功率表的使用方法，测量单相负载。
（2）分别用“一表法”和“三表法”测量三相对称负载的功率。
三、实训器材与工具
功率表的使用实训所需器材、工具见表2-17。
表2-17 任务所需器材、工具
四、实训内容与步骤
1. 测量单相负载功率
（1）清点并检查实训器材。
（2）观察功率表各挡位、端子等，熟悉使方法。
（3）将功率表放置水平位置，观察仪表指针是否在零位，如不在零位，则进行机械调零。
（4）正确选择功率表量程，功率表量程应大于被测功率，同时要求被测电路的电压和电流值不超过功率表电压线圈和电流线圈的额定值。如不知被测电路的电压和电流值可先用电压表和电流表检测。
（5）因所测负载电阻远大于电流线圈电阻，采用“前接法”接线，如图2-7（a）所示。接线时，分别将电压线圈并联、电流线圈串联接入被测电路，必须将两个线圈有相同“∗”符号的端钮接在同一根电源线上。
（6）测量过程中，如指针反转，需改变仪表面板上的换向开关极性，切忌互换电压接线，以免使仪表产生误差。
（7）读取并记录功率表读数，计算功率。
（8）测量结束，切断电源，拆除引线。
图2-15 测量三相对称负载功率
2. 测量三相单相负载功率
（1）用“一表法”测量。
① 按图2-15（a）连接测量线路。
② 检查电源，合电源开关QS。
③ 读取并记录功率表读数，计算功率。
（2）用“三表法”测量。
① 按图2-15（b）连接测量线路。
② 检查电源，合电源开关QS。
③ 读取功率表读数，计算功率，填入表2-18。
五、实训注意事项
（1）通电前必须认真检查测量线路，经过指导老师的同意通电测试。
（2）测量时要注意安全操作，防止发生触电。
（3）连接时各接头要保证接触良好。
（4）功率表如需改换量程，必须先切断电源，再改变量程。
（5）测量过程中，如指针反转，必须切换仪表面板上的换向开关极性。
（6）实训结束后要整理工具，清理工位，经过指导教师的检查验收后方可离开实训室。
六、成绩评定
实训指导教师评定实训成绩，评分标准及考核表见表2-18。
表2-18 功率表的使用评分标准及考核表
七、巩固与提高
（1）功率表为什么有四个接线端子？应该如何连接？
（2）功率测量时，功率表的“前接法”和“后接法”有什么特点？
任务9 直流单臂电桥的使用
一、任务目标
1. 知识目标
（1）了解直流单臂电桥、直流双臂电桥的工作原理。
（2）熟练掌握直流电桥的面板功能和使用方法。
2. 技能目标
（1）能根据测量要求正确选择直流电桥。
（2）会使用直流单臂电桥测量电阻。
二、任务描述
使用直流单臂电桥测量三相笼式异步电动机绕组的电阻。
三、实训器材与工具
使用直流电桥测量电阻实训所需器材、工具见表2-19。
表2-19 任务所需器材、工具
四、实训内容与步骤
（1）清点、检查所用器件、材料。重点检查电桥内附电池，电池容量不足应更换。
（2）观察直流单臂电桥面板功能，熟悉测量电阻的方法。
（3）打开检流计锁扣，调节检流计上的机械调零旋钮，使指针指零。
（4）根据估测的电阻大小，选择比例臂的倍率转换开关。
（5）将电动机所测相绕组两端和直流单臂电桥的Rx接线端用短粗的铜导线连接，拧紧接头。
（6）调电桥平衡。分别依次按下电源按钮E和检流计按钮G，观察检流计指针。指针若向“+”偏转，增大比较臂电阻；若向“-”偏转，则减小比较臂电阻，直至检流计的表针指零。调节完毕后，先松开检流计按钮G，再松开电源按钮E。
（7）将右面四个比较臂的四组数字（个、十、百、千）相加后，乘以比例臂的倍率转换开关的所选值，计算所测电阻值。
（8）测量结束后，切断电源，拆下电动机绕组和电桥之间的连线，锁上检流计锁扣。
（9）通过测量结果判断电动机绕组状态。
五、实训注意事项
（1）要注意测量前后电源按钮E和检流计按钮G的操作顺序，测量结束应及时锁上检流计锁扣，以免损坏检流计。
（2）比例臂倍率要根据估测的电阻值正确选择，使比较臂的四组电阻都用上，以得到四位有效数字。
（3）应选用较短较粗的连接导线，接头要拧紧。
（4）调节电桥平衡要仔细，防止检流计指针摆动剧烈而损坏。
（5）实训结束后要整理工具，清理工位，经过指导教师的检查验收后方可离开实训室。
六、成绩评定
实训指导教师评定实训成绩，评分标准及考核表见表2-20。
表2-20 直流单臂电桥三相笼式异步电动机绕组电阻评分标准及考核表
七、巩固与提高
（1）直流单臂电桥测量电阻要注意哪些问题？
（2）用直流单臂电桥测量电阻时，如何选用比较臂倍率？
（3）应如何根据直流单臂电桥测量的数据计算被测阻值？