直流电阻测量

9. 熟悉直流电阻测试的目的、测试方法和测试时的注意事项。

P150 第七节 直流电阻测量

直流电阻测量是电气设备试验中常见的测试项目，对判断电气设备导电回路的连接和接触情况起到重要作用。

一、测量直流电阻的意义

有些电气设备具有线圈等导电回路，例如发电机、电动机、变压器等。这些线圈的导线都包有绝缘，在制造过程中可能存在质量问题。例如导线连接接头焊接不良，或者存在匝间短路，也可能线圈的引出线与接线端子的连接拧得不紧。如果存在这些缺陷，电气设备投入运行时，可能很快发生事故；也可能在运行一段时间后，由于过负荷等原因，产生局部过热，最终导致设备事故。测量这些设备导电回路的直流电阻，就是为了及时发现线圈等导电回路的隐患，防止不合格的设备投入运行。

此外，断路器等开关设备的触头闭合不严，或者引接线的接触不良，在长期通过大电流时由于接触电阻过大而局部过热，最后导体熔化造成事故。对这些设备导电回路测量直流电阻就是为了校验开关触头是否接触良好，引接线的连接是否紧固，防止运行中接触点产生过热引起事故。

二、直流电阻测试方法

直流电阻测试的基本原理是在被测回路上施加某一直流电压，根据电路两端电压和电路中电流的数量关系，测出回路电阻。根据阻值大小判断电路连接和接触是否完好。测量方法有1电流、电压表法或2平衡电桥法。

1. 直流压降法

电流、电压表法又称直流压降法，其原理是在被测电路中通以直流电流，测量两端压降，根据欧姆定律计算出被测电阻。

图3-16为直流压降法测量直流电阻原理接线图。图中Rx为被测电阻，I为测量电流，U为测量电压。根据欧姆定律Rx＝U／I。

由于电流表和电压表都存在内阻，对测量结果会造成影响，引起误差。因此在计算电阻时，应把电流表和电压表的内阻考虑进去。设电流表的内阻

为rA，电压表的内阻为rv。

（1）采用图3-16（a）所示接线方式时

Rx?U （3-19） UI?rV式中 Rx——被测直流电阻，Ω；

U——电压表指示的电压，V； I——电流表指示的电流，A； rV——电压表的内电阻，Ω。 （2）采用图3-16（b）所示接线方式时

Rx?U?IrA （3-20） I式中 rA——电流表的内电阻，Ω。

图3-16（a）所示测量方法中，电流表中流过的电流包括两部分，其中主要部分是流过被测电阻Rx的电流，另有一很小的电流是流过电压表的电流。对于同一块电压表，电源电压不变，流过的电流也不变。被测电阻Rx愈小，流过被测电阻Rx的电流愈大，这时由电压表流过电流引起的测量误差愈小。因此图3-16（a）所示方法适合用于测量小电阻。

图3-16（b）所示的测量方法中，电压表所测量的电压不仅是被测电阻Rx上的电压，而且还包括电流表上的电压降。当电源电压不变时，被测电阻Rx数值愈大，电流表上电压降愈小，引起的测量误差也愈小。因此这种接线方式适用于测量大电阻。

2. 平衡电桥法

如图3-17所示，图中AC、CB、BD、AD四条支路称为电桥的四个臂。其中Rx桥臂是被测电阻。其余三个臂均由标准电阻组成，电阻数值都可调整。在电桥对角线上接入一个灵敏的检流计G，当检流计中没有电流流过时，指针指示中间零位。如果有电流流过，指针就偏离中间零位。电流愈大，指示数也愈大。指针偏转的方向取决于电流的流动方向，往左或往右偏转。

在接入被测电阻Rx后，接通直流电源（例如1.5V的直流于电池），调节三个标准电阻R1、R2、R3的数值，使检流计指示中间零位，称为电桥平衡，A、B之间没有电流流过。则说明A、B两点等电位。于是有

根据标准电阻R1、R2和R3的阻值可得出被测电阻Rx的数值。由于R1、R2、R3均为标准电阻，精确度高，检流计G又十分灵敏，因此平衡电桥法测量直流电阻可以获得很高的精确度。 按照图3-17原理构成的电桥称为单臂电桥。一般在三个标准电阻中有一个电阻作为试验时的可变电阻，用来调节检流计指零。

而另外两个标准电阻的阻值之间可以选择某一比例关系，称为比例臂。每次测量直流电阻，根据被测电阻Rx的阻值大小，首先选择比例臂的比例关系，然后调节可变电阻，使检流计G指示零位，电桥平衡，即可直接读出被

测电阻数值。

3. 单臂电桥和双臂电桥

图3-17所示的平衡电桥称为单臂电桥。使用这种电桥测量直流电阻，（优点）接线简单，操作简便，（缺点）但是不能消除测试时连接线和接线柱接触电阻对测量结果的影响。特别是测量低电阻时，由于被测量很小，试验时连接线和接线柱接触电阻会对测试结果产生很大影响，造成很大误差，因此不能用其测量10-6～10Ω的低值电阻。这时必须使用双臂电桥。双臂电桥由于具有特殊内部结构和特殊的外部连线方式，可以消除试验连线对测量结果的影响，可以精确测量10-5～11Ω（也有可能测量到22Ω）的低值电阻，测量误差不大于0.5％。关于单臂电桥和双臂电桥的具体结构，以及操作方法在本书第四章将作详细介绍。

4. 快速充电和直流电阻自动测试仪

测量直流电阻使用仪器单一，操作也不复杂。但是测量大容量电力变压器的直流电阻时，由于变压器绕组具有很大电感，接通直流电源后，电流不能突变，上升缓慢，如图3-18所示。

根据欧姆定律，R＝U/I，在加上电压最初瞬间，由于电流很小，测得的电阻很大。随着充电电流的逐渐增大，电阻逐渐减小。最后电流趋于稳定，这时才能测得真实的电阻值。整个充电过程需要几分钟，甚至十几分钟。而且每台变压器一、二次两侧共有6个绕组。高压绕组还有许多分接头，每个分接头都要测量直流电阻。这样一来，整个测试过程耗费时间很长。为了节省时间，需要采用特殊方法实现快速充电。例如目前用得较多的全压恒流电

源作为测量电源就能收到快速充电的效果。测试开始时，接通45V全压直流电源，电源电压较高，充电电流较大。当充电电流上升到某一设定的电流I0时，全压直流电源开关自动断开，这时恒流电源（电压4V）自动接通。由于电压较低，充电电流不再上升，由恒流电源向被试品绕组供给一个稳定电流，电路进入强制稳态，充电过程随之结束。随着电子技术和微处理器技术的飞速发展，目前已出现了多种基于直流压降法的直流电阻自动测试仪，不仅测量精度高，而且测试速度快，已在现场电气试验中得到广泛应用。

三、测量直流电阻的注意事项

（1）测量电感性被试物时的充电过程。在测量电感性被试物时，例如测量变压器类产品的直流电阻时，要有一个充电过程。在刚给上直流电源的瞬间被测回路电流不能突变，因此显示的“阻值”很大，随着时间的延长，充电过程逐渐结束，“阻值”逐渐下降，最后稳定在某一数值，这才是测得的最后结果。因此如果用普通双臂电桥测量高电压大容量电力变压器的直流电阻，需要很长的充电时间才能测得较为准确的结果。

（2）直流电阻数值与温度有关。直流电阻的数值和温度有关。 温度换算系数与导体的种类有关。对于铜导体，有

R2?R1?对于铝导体，有

235?T2

235?T1R2?R1?225?T2

225?T1式中 R1——温度T1（℃）时的电阻；

R2——换算至温度T2（℃）时的电阻。

为了比较同一被试物在不同时期的测量结果，必须进行温度换算，这时应注意温度测量的准确性。

（3）直流电阻测得数值的精度与选择的倍率有关。在使用电桥测量直流电阻时，应适当选择电桥的倍率，以使测得的电阻值读数位数最多。如不这

样，就会严重影响测量的精度。

直流电阻测试结果的判断按照有关规程规定执行。

2. 掌握直流电桥的分类、原理及使用。

P177 第二节 直流电桥

在电气试验中，测量直流电阻是用得较多的常见试验项目，所用测量仪器一般都是直流电桥。利用直流电桥测量直流电阻，简单方便，准确度高。常用的直流电桥有单臂电桥和双臂电桥。在测量高电压大容量电力变压器绕组的直流电阻时，由于被试品电感量大，充电时间长，使测试工作耗费时间太长，带来诸多不便。因此，长期以来，人们研究各种快速充电方法。随着数字技术在测试仪器中的广泛应用，采用直流恒流电源制造的直流电阻快速测试仪使测量直流电阻时的充电时间缩短到最小。并且配上自动数字显示、自动打印等功能，使测试工作实现操作简便，测量快捷，准确可靠，具备诸多优点。下面分别介绍单臂电桥、双臂电桥、变压器直流电阻速测仪和开关接触电阻测试仪等几种直流电阻测试仪器。

一、单臂电桥

1. 单臂电桥工作原理

单臂电桥也称惠斯通电桥或惠登电桥，其工作原理如图4-7（a）所示。在电桥平衡时，被测电阻R?R2R?KR。K为倍率。改变电阻的比值R2／R1，

x33R1也就改变倍率。图4-7（b）盘面布置图中之4即为倍率切换开关。R3是用来

调节电桥平衡的可变电阻，即图4-7（b）中之6，是由四个波段开关组装成的可调电阻。这四个可调电阻分别是1Ω×9、 10Ω×9、 100Ω×9和1000Ω×9。这些可调电阻串联构成可变电阻R3。

2. 用单臂电桥测试直流电阻操作步骤

（1）将电桥放置于平整位置，放入电池。

（2）电桥上的X1、X2两个接线柱与被测电阻Rx用引线连接好。

（3）打开检流计的锁扣。用手往下拨检流计的锁扣［见图4-7（b）中的7］，检流计锁扣即被打开。检查指针是否指示零位，如不在零位，调节调零旋钮，使指针指示零位。

（4）检查电桥检流计的灵敏度旋钮［图4-7（b）中的］在最小位置。 （5）估算被测电阻大小，将倍率切换开关放在适当的位置［见图4-7（b）中之4］。

例如估算被测电阻Rx如在1～10Ω之间，则可将倍率开关置于10-3位置。例如当调节R3的四个可变电阻，如检流计指零位时，R3的读数为3564Ω，

则乘上倍率10，得测试结果3564×10-3＝3.564Ω，可以精确到第4位。如果倍率切换开关4置于10-2位置，则只能调节R3四个可变电阻中的三个，“×1000Ω”的可变电阻指示“0”位，这时的读数为0356Ω×10-2 ＝3.56Ω，只能精确到第3位。

由此可见，倍率开关的选择是否恰当直接影响到测试结果的精确程度。 （6）根据被测电阻Rx的大小和倍率切换开关的位置、将可变电阻的波段开关旋转到适当位置。这样做的目的是使开始测量时检流计承受不平衡电流的冲击最小，避免出现过大冲击，损坏检流计。

（7）开始测量。先按下电源按钮B，充电一段时间后，待充电稳定，再按下检流计按钮G，根据检流计摆动方向调节可变电阻6，使检流计指示零位。

（8）当检流计指示零位后，旋转灵敏度旋钮，逐渐提高灵敏度。在提高灵敏度时，检流计指针可能会出现偏转，这时应及时调节可变电阻6，使检流计指针保持指示零位。

（9）直至灵敏度旋钮调节到最大灵敏度位置，调节可变电阻6使检流计指针指示零位。才告测量结束。

（10）测量结束后，先断开检流计按钮开关G，然后方可松开电源按钮开关B。如果不这样做，而是先松开电源按钮开关B，则由于被试品导电回路的电感作用产生一个很高的感应电动势，形成冲击电流，流入检流计的表头，有可能烧坏表头，并使检流计指针打弯。

（11）最后将检流计锁扣锁住。即将图4-7（b）中的锁扣7往上推移，检流计的指针即被固定住。这样做的目的是防止在移动电桥时或在运输途中检流计指针受振动导致损坏。

（12）读取测量结果。即读取可变电阻6的四个电阻盘上的指示数和倍率切换开关4的指示数。将可变电阻读数乘上倍率即得到测量结果。

（13）如果被测电阻的数值较小，为了提高测量准确度，可减去引线电阻的阻值，最后提出测量结果。

（14）做好测试记录。包括测得的电阻值和测量时的温度。并按照式（3-22）或式（3-23）进行温度换算，将实际测得的电阻值换算到所需要的温度时的数值。

3. 注意事项

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（1）如被测电阻是具有电感的线圈，例如测量变压器绕组的直流电阻，由于存在较长的充电时间，在开始测量时，先按下电源按钮B［见操作步骤的（7）］这时不要马上按检流计按钮G，而是等一段时间，等待充电进行到一定程度后再按下检流计按钮G。究竟等待多长时间，要根据被试品的电感量大小而定。这样做的目的，是避免由于充电之初，电流的快速变化引起检流计指针的急剧摆动，防止损坏检流计。

（2）电池电源按钮B和检流计按钮G都有机械锁住功能。在按下电源按钮B后，轻轻旋转一下，电源按钮便固定在合上位置，手可以松开。同样，如要将检流计固定在接通状态，也可以将按钮G按下后轻轻旋转一下即可，手也可以随之松开。

（3）具有较大电感或对地电容的被试品在测量直流电阻后，应对被试品进行接地放电。操作人员应戴手套，以避免遭受静电电击。

4. 单臂电桥的测量范围和精度

单臂电桥的型号有QJ23型和QJ24型，老型号还有惠登电桥850型。测量范围一般为1～9999000Ω。精度可达0.2％。实际上，单臂电桥一般用于测量中值电阻（阻值在10～106Ω之间）。对于阻值在10Ω以下的低值电阻，为了提高测量精度，一般用双臂电桥测量。

P181 二、双臂电桥

1. 双臂电桥工作原理

双臂电桥是在单臂电桥的基础上增加特殊结构，以消除测试时连接线和接线柱接触电阻对测量结果的影响。特别是在测量低电阻时，由于被测量很小，试验时的连接线和接线柱接触电阻会对测试结果产生很大影响，造成很大误差。因此测量10-6～10Ω的低值电阻时应使用双臂电桥。双臂电桥也称凯尔文电桥，常用的有QJ28型、QJ44型和QJ101型等。

双臂电桥的原理图如图4-8（a）所示。图中Rx是被测电阻。

R1、R2、R3、R4和RN均为标准电阻，其中有的标准电阻可以调节，而且在调节过程中，下列关系始终成立

R1R3 ?R2R4

如果在图4-8（a）中，没有R3和R4，而把检流计直接接到D与F之间，这就是一般的单臂电桥。由于C1S连接线电阻（包括接触电阻）r的存在，而Rx和RN又是很小的电阻，使测量结果引起很大的误差。设想把连线电阻r分为两段，并使C1F间的阻值R′与FS间的阻值R″之比等于Rx与RN之比，

R?Rx即，则在电桥平衡时 ?R??RN

Rx?R?RxR1 ??R2RN?R??RN即可以消除C1S连接电阻的影响。但实际上又无法找到F点，因此在CIS之间另加一个分压电阻R3和R4，调节R3与R4的比值，使A点的电位与F点相等，这样检流计就不必接到F点而可以接到A点。当电桥平衡时，如果能保持

RR1R3R的比例关系，则x也必等于1即下列关系式成立 ?R2R4R2RNR1R3Rx ??R2R4RN从而 RX?RNR1 R2即被测电阻与连接电阻r无关，从而消除了试验连线对测量结果的影响。 实际上，对于图4-8（a）的原理接线图，当电桥平衡时，必有

R?R3R1 ?xR2RN?R4如果能保持

R1R3的比例关系始终不变，则必然有 ?R2R4R1Rx ?R2RN或

R1R3Rx ??R2R4RN

从而 RX?RNR1 R2也就消除了试验连线对测量结果的影响。

由上面分析可见，在图4-8（a）所示的双臂电桥接线中，至关重要的是保持比例关系R1／R2＝R3／R4始终成立。为了实现这一点，可有两种办法：一种办法是制作双臂电桥时，把两组桥臂的电阻R1、R2和R3、R4采用不可调的固定电阻，且保持R1／R2＝R3／R4的关系不变。而将RN变成可调电阻，通过调节从，达到电桥平衡，检流计指示零位。另一种办法是RN采用固定的标准电阻，将R1、R2采用联带同步调整的可变电阻。在R1、R2调整时，阻值同步变化，以保持比值R1／R2＝R3／R4关系始终不变。这两种办法都同样能达到保持R1／R2＝R3／R4的关系不变。

2. 用双臂电桥测试直流电阻操作步骤

（1）将电桥放置于平整位置，放入电池。

（2）按图4-9（a）接线方式接入被试品电阻Rx。在图4-9中被测电阻是变压器的绕组直流电阻，其接线端子是A、X由图4-9（a）可见，试验引线需四根，分别单独从双臂电桥的C1、P1、P2、C2四个接线柱引出。由C1、C2与被测电阻构成电流回路，而P1、P2则是电位采样，供检流计调平衡之用。

必须注意，不可按图4-9（b）的方式接线。如果那样接线，则试验引线OA和O′X的电阻，以及在接线柱A、X处的接触电阻都计入被测电阻中，这就增加了误差。

同时还应注意，电流接线端子C1、C2的引线应接在被测绕组的外侧（即端子A、X处），而电位接线端子P1、P2的引线应接在C1、C2的内侧，即应按照图4-9（a）的方式接线。这样接线可避免将C1、C2的引线与被测绕组连接处的接触电阻测量在内。

（3）接通电桥电源开关B1，待放大器稳定后检查检流计是否指零位，如不在零位，调节调零旋钮，使表针指示零位。

（4）检查灵敏度旋钮，应在最小位置。

（5）估算被测电阻大小，将倍率开关和电阻读数步进开关放置在适当位置。

（6）按下电池按钮“B”，对被测电阻Rx（在图4-9中是变压器T）进行充电，待一定时间后，估计充电电流渐趋稳定，再按下检流计按钮“G”，根据检流计的偏转方向“＋”或“－”，逐渐减少或增加步进读数开关的电阻数值，以使检流计指向“零位”，并逐渐调节灵敏度旋钮，使灵敏度达到最大，检流计指零位，必要时可旋转电阻滑线盘，作为调节检流计指“零”位的微调手段。

（7）在灵敏度达到最大，检流计指示“零”位，稳定不变的情况下，读

取步进开关和滑线盘两个电阻读数并相加，再乘上倍率开关的倍率读数，即为最后电阻读数。

（8）在灵敏度达到最大，检流计指示“零”位，稳定不变的情况下，不等读数结束，可先行松开检流计按钮“G”；在读数结束，经复核无疑问后，再断开电池按钮开关“B”。这两个按钮开关在按下时稍一旋可锁定在合闸位置。在整个测试过程中，电池按钮开关“B”就是锁定在合闸位置，以保证对被测电阻Rx的稳定充电。而检流计按钮“G”在测试之初不可锁定，以避免检流计长时间通过大电流，只可轻轻按下，随即松开，只要看清检流计指针的偏转方向即可，以便掌握电阻数值调节方向是增大还是减小。只有当灵敏度调节到较大位置，检流计指针偏转缓慢时，才可将按钮“G”按下旋转锁定在合闸位置，以便慢慢旋转调节滑线电阻盘，最后读取测试数值。

（9）测试结束时先断开检流计按钮开关“G”，然后才可断开电池按钮开关“B”，最后拉开电桥电源开关B1，拆除电桥到被测电阻的四根引线C1、P1、P2和C2。

为了测试准确，采用双臂电桥测试小电阻时，所使用的四根连接引线一般选用较粗、较短的多股软铜绝缘线，其阻值不大于0.01Ω。如果导线太细、太长、电阻太大，则导线上会存在电压降，本来测试时使用的干电池电压就不高，如果引线存在压降过大，会影响测试时的灵敏度，影响测试结果的准确性。

在这一过程中要注意两点：

1）在按钮开关“G”没有断开时，不可先断开电池开关“B”，以免由于被测设备存在大电感瞬间感应自感电动势对电桥反击，烧坏检流计；

2）在拆除试验引线时要戴手套，其目的也是防止被测设备上的残余电荷对人体放电。在引线拆除后，如被测设备为变压器等具有较大电感和对地电容时，应对地放电。

（10）记录天气条件，温度，特别是被测设备的实际温度，并进行电阻数值的温度换算。

（11）双臂电桥使用结束后，应立即将检流计的锁扣锁住。防止指针受振动碰撞折断。

3. 双臂电桥的测量范围和精度

双臂电桥的测量范围一般为10～11Ω，也有的测量范围上限达22Ω。测量精度为0.2％。

因此测量10-6～10Ω的低值电阻时应使用双臂电桥。

P186 三、直流电阻速测仪

1. 直流电阻速测仪的用途和工作原理

（1）用途。电力变压器在制造过程中需要测量直流电阻，以检查绕组的材质、焊接质量和分接开关接触状况。而且，在测试变压器的短路阻抗和短路损耗时，也需要通过直流电阻的测试数据进行温度换算。因此，直流电阻测试是不可少的项目。

电力变压器在出厂试验、安装现场交接试验、大修后竣工试验都必须测量直流电阻。因此直流电阻测量在电力变压器试验中是用得较为频繁的测试项目。但是，由于电力变压器的绕组电感量大，测量直流电阻时，充电时间很长，电流进入稳定状态需要较长时间。为了克服这一困难，直流电阻速测仪是一种比较理想的仪器。因此，有时干脆就把直流电阻速测仪取名“变压器直流电阻测试仪”，实际上和直流电阻速测仪没有什么区别。

目前，国内生产的直流电阻速测仪型号很多，其技术指标和功能都很接近。图4-10为TC-3960-A型直流电阻速测仪的外形；图4-11为FK-Ⅲ型变压器直流电阻速测仪的盘面布置示意图。

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（2）工作原理。直流电阻快速测试仪一般均由恒压恒流源供给直流测试电源，在合上开关后，电路中的电流很快进入恒定状态，从而使充电时间大大缩短。恒流源电流大小分成几种不同规格，例如0.1、1、2、5A和10A，根据具体需要选择使用。一般测量电阻愈大，电流愈小。例如FK-Ⅲ型直流电阻测试仪在被测电阻为0.1mΩ～1Ω范围内，恒流电流为10A，而测量2～20Ω的电阻时，恒流电流采用1A。

由于变压器的直流电阻一般都不大，在20Ω以下，因此恒流电流可以采用1-10A的电流。如果被测电阻较大，大于20Ω，则必须减小电流，例如采用0.1，A否则，在被测电阻Rx上消耗的电功率太大，会引起温度升高，反而使测量准确度达不到预期的要求。

直流电阻快速测试仪的精度一般为0.2级，也有0.1级的。所使用的测试电源为交流220V。

2. 直流电阻速测仪的使用方法

直流电阻速测仪的使用方法由厂家使用说明书作出规定，各个厂家规定

的使用方法并不一样，但都不复杂。现以图4-11中的FK-Ⅲ型直流电阻速测仪为例，举例说明。 （1）接线方法。在仪器的后面面板上有连接试验引线的电缆插座。与双臂电桥相同，试验引线也是四根，两根为电流线，标有I＋和I-，另外两根是电压线，标有U＋和U-。这四根线分别对应于双臂电桥上的C1、C2和P1、P2接到被测电阻上。

（2）接好线后，接入交流220V，合上电源开关，仪器预热10min。 （3）选择测量电流。FK-Ⅲ型直流电阻速测仪可提供1、5、10A三种测试电流供选择，根据被测电阻的阻值大小合理选择测试电流。

（4）按下面板上的“测量”键，仪器即自动进入测量状态。这时，屏面数字显示测试电流值，待电流达到规定值后，屏面显示测试电阻值。如果需要再次重复测量，只需在屏面显示数据后的2min内再按一次“测量”键，即进行重复测量。重复测量可以进行多次。

（5）测量结束后，仪器自动进入消弧状态，将被试品上的残余电荷泄放掉。熄弧指示灯由亮到熄，消孤结束，仪器复位到初态。试验结束。只有在消弧结束后，才可关机，拆除试验引线。

P166 复习题

24. 为什么要测量直流电阻？

25. 单臂电桥和双臂电桥有什么区别，在测量直流电阻时各适用于什么场合？

26. 如何进行直流电阻温度换算？

P236 复习题

2. 练习用单臂电桥和双臂电桥分别测量一个10Ω左右电阻器的阻值，并判断哪一种电桥的测量精度高。

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