電阻的測量

方學毅

電阻是所有的電子電路中使用最多的元件,它是一種耗能元件,在電路中用于控制電壓、電流的大小,或與電容器和電感器組成具有特殊功能的電路。電阻通常分3大類:1 Ω以下的電阻為小電阻;1 Ω～0.1 MΩ的電阻為中值電阻;0.1 MΩ以上的電阻為大電阻。測量不同類型的電阻要選用不同的測量方法和測量儀表。

1 用萬用表粗略測量電阻的大小和好壞

萬用表歐姆檔可以測量導體的電阻。歐姆檔用“Ω”表示,分為R×1、R×10、R×100和R×1 K四檔。有些萬用表還有R×10 k檔。首先選擇合適的量程,為使測量較為準確,測量時應使指針指在刻度線中心位置附近。若指針偏角較小,應換用量程較大的檔;若指針偏角較大,應換用量程較小的檔。每次換檔后,應再次調整歐姆檔零位調整旋鈕,然后再測量。

用兩表筆分別接觸被測電阻兩引腳進行測量。正確讀出指針所指電阻的數值,再乘以倍率(R×100檔應乘100,R×1 k檔應乘1 000……),就是被測電阻的阻值。例如要測量3 KΩ的電阻應選用R×100擋。測量電阻之前先進行歐姆調零,每更換一次量程,都要重新進行歐姆調零。調零后用兩表筆分別接電阻器的兩端,若任何檔測量電阻均為無窮大,表明該電阻已損壞。測量結束后,應拔出表筆,將選擇開關置于“OFF”檔或交流電壓最大檔位。收好萬用表。

測量電阻時應注意:1)被測電阻應從電路中拆下后再測量;2)2只表筆不要長時間碰在一起;3)2只手不能同時接觸2根表筆的金屬桿或被測電阻2根引腳,最好用右手同時持2根表筆;4)長時間不使用歐姆檔,應將表中電池取出。用萬用表只能粗略測量電阻的大小,若要精確測量電阻的大小可以用直流單臂電橋。

2 用直流單臂電橋精確測量電阻的大小

直流電橋在使用之前先將檢流計上的鎖扣打開,調節調零器把指針調到零位。用萬用表粗略測量被測電阻的大小,若被測電阻為幾歐,比率臂應選為0.001;若被測電阻為幾十歐,比率臂應選為0.01;若被測電阻為幾百歐,比率臂應選為0.1;若被測電阻為幾千歐,比率臂應選為1;若被測電阻為幾十千歐,比率臂應選為10。選擇合適的橋臂比率,使比較臂的四擋都能被充分應用。測電阻時要求用較粗較短的連接導線,并將漆膜刮凈。接頭擰緊,避免采用線夾,因為接頭接觸不良將使電橋的平衡不穩定,嚴重時可能損壞檢流計。測量時應先按下電源按鈕,再按下檢流計按鈕,若檢流計指針向“+”方向偏轉,應增加橋臂電阻;若檢流計指針向“-”方向偏轉,應減小橋臂電阻,被測電阻等于比較臂×比率臂。測量完畢,先斷開檢流計按鈕,再斷開電源按鈕,然后拆除被測電阻,再將檢流計扣鎖上,以防搬動過程中震壞檢流計。對于沒有鎖扣的檢流計,應將檢流計按鈕斷開,它的動斷觸點會自動將檢流計短路,從而使可動部分得到保護。

3 用兆歐表測量絕緣電阻的大小

兆歐表也叫搖表。兆歐表一般用來測量照明及動力線路的絕緣電阻、電動機的絕緣電阻及電纜的絕緣電阻。它在測量絕緣電阻時本身就有高電壓電源,這就是它與測電阻儀表的不同之處。兆歐表用于測量絕緣電阻方便可靠,根據不同的電氣設備選擇兆歐表的電壓及其測量范圍。對于額定電壓在500 V以下的電氣設備,選用電壓等級為500 V或1 000 V的兆歐表;額定電壓在500 V以上的電氣設備,應選用1 000 V～2 500 V的兆歐表。測量前將被測設備與電源斷開,并短路接地放電3分鐘～5分鐘,特別是電容量大的,更應充分放電以消除殘余靜電荷引起的誤差,保證正確的測量結果以及人身和設備的安全。對可能感應出高壓電的設備,必須消除這種可能性后再進行測量。被測物表面要清潔,減少接觸電阻,確保測量結果的正確性。兆歐表使用時應放在平穩、牢固的地方,且遠離大的外電流導體和外磁場。

兆歐表的接線柱共有3個:一個為“L”,即線端;一個為“E”,即地端;再一個為“G”,即屏蔽端(也叫保護環)。一般被測絕緣電阻都接在L、E端之間,但當被測絕緣體表面漏電嚴重時,必須將被測物的屏蔽環或不須測量的部分與G端相連接。兆歐表使用之前先檢查表的好壞,將兆歐表的L、E端開路,以120轉/分的額定轉速按順時針的方向搖動手柄,指針應在∞處;再將L、E端短接,緩慢搖動手柄,指針應在零處。用兆歐表搖測電器設備的絕緣電阻時,一定要注意L端和E端不能接反,正確的接法是:L端接被測設備導體,E端接被測設備外殼,G端接被測設備的絕緣部分。搖動發電機使轉速達到額定轉速(120轉/分)并保持穩定。一般采用1分鐘以后的讀數為準,當被測物電容量較大時,應延長時間,以指針穩定不變時為準。測量電纜的絕緣電阻時,將L端接芯線,E端接電纜外皮,G端接電纜的金屬屏蔽層。測量電機的對地絕緣電阻時,將L端接繞組,E端接電動機的外殼,應在指針穩定后再讀數。

注意事項:1)兆歐表接線應用絕緣良好的單根線,并盡可能短些;2)搖測過程中不得用手觸及被試設備,還要防止外人觸及;3)禁止在雷電時或有其他感應產生時搖測絕緣;4)在測電容器、電纜等大電容設備時,讀數后一定要先斷開接線方能停止搖動,否則電容電流將通過表的線圈放電而燒損表計;5)如果搖動手柄后指針即甩到零值,則表示絕緣已損壞,不能再繼續搖,否則將使表內線圈燒壞。在兆歐表沒停止轉動和被測物沒有放電以前,不能用手觸及被測物和進行拆線工作,必須先將被測物對地短路放電,然后再停止兆歐表的轉動,防止電容放電損壞兆歐表。

4 伏安法測電阻

由于伏特表、安培表存在電阻,所以測量電路有2種,即電流表內接和電流表外接。采用電流表外接法,此電路要求電壓表內阻遠大于被測電阻,因為這時電壓表的分流作用很微弱。若電流表的內阻遠小于被測電阻的阻值,可采用電流表內接法。這時電流表的分壓作用可以忽略不計。

控制電路有2種:一種是限流電路,另一種是分壓電路。限流電路是將電源和可變電阻串聯,通過改變電阻的阻值,以達到改變電路的電流,但電流的改變是有一定范圍的。其優點是節省能量,一般在2種控制電路都可以選擇的時候,優先考慮限流電路。分壓電路是將電源和可變電阻的總值串聯起來,再從可變電阻的2個接線柱引出導線。適用于以下3種情況。

1)要使某部分電路的電壓或電流從零開始連續調壓,只有分壓電路才能滿足。

2)如果實驗所提供的電壓表、電流表的量程或電阻元件允許的最大電流較小,采用限流接法時,無論怎樣調節,電路中的實際電壓(流)都會超過電表的量程或電阻元件允許的最大電壓(流),為了保護電表或電阻元件免受損壞,必須采用分壓接法電路。

3)伏安法測電阻實驗中,若所用的變阻器阻值遠小于待測電阻阻值,采用限流接法時,即使變阻器的觸頭從一端滑至另一端,待測電阻上的電壓(流)變化也很小,這不利于多次測量求平均值或用圖像法處理數據。為了在變阻器阻值遠小于待測電阻阻值的情況下能大范圍地調節待測電阻上的電壓(流),應選擇變阻器分壓接法。

5 用近似法測電阻

2個電阻串聯,如果其中一個電阻遠大于另一個電阻,則總阻值可以認為等于大電阻,與小電阻無關。2個電阻并聯,如果其中一個電阻遠大于另一個電阻,則總阻值可以認為等于小電阻,與大電阻無關。可以利用這種近似的關系測量電壓表跟電流表的內阻。半偏法即為近似法的一種典型情況。

6 用等效替代法測電阻

替代法要求的是測量效果相同(刻痕相同),方法最簡單,誤差最小(因為讀數不參與運算,只要有塊表,能轉就行,至于有沒有刻度,刻度是否均勻,表是否準確,都無關緊要)。為了使已知電阻能與未知電阻產生相同的效果(阻值相同),一般用電阻箱作為已知電阻。用等效替代法測電阻時為了能夠在未知電阻與電阻箱之間切換,一般要用到單刀雙擲開關(有時用2個單刀單擲開關),因此,在題目提供的器材中,如果有單刀雙擲開關(或2個單刀單擲開關)以及電阻箱時,應優先考慮用等效替代法。■

(作者單位:山東省蓬萊市第二職業中專)