电阻的测量

方学毅

电阻是所有的电子电路中使用最多的元件,它是一种耗能元件,在电路中用于控制电压、电流的大小,或与电容器和电感器组成具有特殊功能的电路。电阻通常分3大类:1 Ω以下的电阻为小电阻;1 Ω～0.1 MΩ的电阻为中值电阻;0.1 MΩ以上的电阻为大电阻。测量不同类型的电阻要选用不同的测量方法和测量仪表。

1 用万用表粗略测量电阻的大小和好坏

万用表欧姆档可以测量导体的电阻。欧姆档用“Ω”表示,分为R×1、R×10、R×100和R×1 K四档。有些万用表还有R×10 k档。首先选择合适的量程,为使测量较为准确,测量时应使指针指在刻度线中心位置附近。若指针偏角较小,应换用量程较大的档;若指针偏角较大,应换用量程较小的档。每次换档后,应再次调整欧姆档零位调整旋钮,然后再测量。

用两表笔分别接触被测电阻两引脚进行测量。正确读出指针所指电阻的数值,再乘以倍率(R×100档应乘100,R×1 k档应乘1 000……),就是被测电阻的阻值。例如要测量3 KΩ的电阻应选用R×100挡。测量电阻之前先进行欧姆调零,每更换一次量程,都要重新进行欧姆调零。调零后用两表笔分别接电阻器的两端,若任何档测量电阻均为无穷大,表明该电阻已损坏。测量结束后,应拔出表笔,将选择开关置于“OFF”档或交流电压最大档位。收好万用表。

测量电阻时应注意:1)被测电阻应从电路中拆下后再测量;2)2只表笔不要长时间碰在一起;3)2只手不能同时接触2根表笔的金属杆或被测电阻2根引脚,最好用右手同时持2根表笔;4)长时间不使用欧姆档,应将表中电池取出。用万用表只能粗略测量电阻的大小,若要精确测量电阻的大小可以用直流单臂电桥。

2 用直流单臂电桥精确测量电阻的大小

直流电桥在使用之前先将检流计上的锁扣打开,调节调零器把指针调到零位。用万用表粗略测量被测电阻的大小,若被测电阻为几欧,比率臂应选为0.001;若被测电阻为几十欧,比率臂应选为0.01;若被测电阻为几百欧,比率臂应选为0.1;若被测电阻为几千欧,比率臂应选为1;若被测电阻为几十千欧,比率臂应选为10。选择合适的桥臂比率,使比较臂的四挡都能被充分应用。测电阻时要求用较粗较短的连接导线,并将漆膜刮净。接头拧紧,避免采用线夹,因为接头接触不良将使电桥的平衡不稳定,严重时可能损坏检流计。测量时应先按下电源按钮,再按下检流计按钮,若检流计指针向“+”方向偏转,应增加桥臂电阻;若检流计指针向“-”方向偏转,应减小桥臂电阻,被测电阻等于比较臂×比率臂。测量完毕,先断开检流计按钮,再断开电源按钮,然后拆除被测电阻,再将检流计扣锁上,以防搬动过程中震坏检流计。对于没有锁扣的检流计,应将检流计按钮断开,它的动断触点会自动将检流计短路,从而使可动部分得到保护。

3 用兆欧表测量绝缘电阻的大小

兆欧表也叫摇表。兆欧表一般用来测量照明及动力线路的绝缘电阻、电动机的绝缘电阻及电缆的绝缘电阻。它在测量绝缘电阻时本身就有高电压电源,这就是它与测电阻仪表的不同之处。兆欧表用于测量绝缘电阻方便可靠,根据不同的电气设备选择兆欧表的电压及其测量范围。对于额定电压在500 V以下的电气设备,选用电压等级为500 V或1 000 V的兆欧表;额定电压在500 V以上的电气设备,应选用1 000 V～2 500 V的兆欧表。测量前将被测设备与电源断开,并短路接地放电3分钟～5分钟,特别是电容量大的,更应充分放电以消除残余静电荷引起的误差,保证正确的测量结果以及人身和设备的安全。对可能感应出高压电的设备,必须消除这种可能性后再进行测量。被测物表面要清洁,减少接触电阻,确保测量结果的正确性。兆欧表使用时应放在平稳、牢固的地方,且远离大的外电流导体和外磁场。

兆欧表的接线柱共有3个:一个为“L”,即线端;一个为“E”,即地端;再一个为“G”,即屏蔽端(也叫保护环)。一般被测绝缘电阻都接在L、E端之间,但当被测绝缘体表面漏电严重时,必须将被测物的屏蔽环或不须测量的部分与G端相连接。兆欧表使用之前先检查表的好坏,将兆欧表的L、E端开路,以120转/分的额定转速按顺时针的方向摇动手柄,指针应在∞处;再将L、E端短接,缓慢摇动手柄,指针应在零处。用兆欧表摇测电器设备的绝缘电阻时,一定要注意L端和E端不能接反,正确的接法是:L端接被测设备导体,E端接被测设备外壳,G端接被测设备的绝缘部分。摇动发电机使转速达到额定转速(120转/分)并保持稳定。一般采用1分钟以后的读数为准,当被测物电容量较大时,应延长时间,以指针稳定不变时为准。测量电缆的绝缘电阻时,将L端接芯线,E端接电缆外皮,G端接电缆的金属屏蔽层。测量电机的对地绝缘电阻时,将L端接绕组,E端接电动机的外壳,应在指针稳定后再读数。

注意事项:1)兆欧表接线应用绝缘良好的单根线,并尽可能短些;2)摇测过程中不得用手触及被试设备,还要防止外人触及;3)禁止在雷电时或有其他感应产生时摇测绝缘;4)在测电容器、电缆等大电容设备时,读数后一定要先断开接线方能停止摇动,否则电容电流将通过表的线圈放电而烧损表计;5)如果摇动手柄后指针即甩到零值,则表示绝缘已损坏,不能再继续摇,否则将使表内线圈烧坏。在兆欧表没停止转动和被测物没有放电以前,不能用手触及被测物和进行拆线工作,必须先将被测物对地短路放电,然后再停止兆欧表的转动,防止电容放电损坏兆欧表。

4 伏安法测电阻

由于伏特表、安培表存在电阻,所以测量电路有2种,即电流表内接和电流表外接。采用电流表外接法,此电路要求电压表内阻远大于被测电阻,因为这时电压表的分流作用很微弱。若电流表的内阻远小于被测电阻的阻值,可采用电流表内接法。这时电流表的分压作用可以忽略不计。

控制电路有2种:一种是限流电路,另一种是分压电路。限流电路是将电源和可变电阻串联,通过改变电阻的阻值,以达到改变电路的电流,但电流的改变是有一定范围的。其优点是节省能量,一般在2种控制电路都可以选择的时候,优先考虑限流电路。分压电路是将电源和可变电阻的总值串联起来,再从可变电阻的2个接线柱引出导线。适用于以下3种情况。

1)要使某部分电路的电压或电流从零开始连续调压,只有分压电路才能满足。

2)如果实验所提供的电压表、电流表的量程或电阻元件允许的最大电流较小,采用限流接法时,无论怎样调节,电路中的实际电压(流)都会超过电表的量程或电阻元件允许的最大电压(流),为了保护电表或电阻元件免受损坏,必须采用分压接法电路。

3)伏安法测电阻实验中,若所用的变阻器阻值远小于待测电阻阻值,采用限流接法时,即使变阻器的触头从一端滑至另一端,待测电阻上的电压(流)变化也很小,这不利于多次测量求平均值或用图像法处理数据。为了在变阻器阻值远小于待测电阻阻值的情况下能大范围地调节待测电阻上的电压(流),应选择变阻器分压接法。

5 用近似法测电阻

2个电阻串联,如果其中一个电阻远大于另一个电阻,则总阻值可以认为等于大电阻,与小电阻无关。2个电阻并联,如果其中一个电阻远大于另一个电阻,则总阻值可以认为等于小电阻,与大电阻无关。可以利用这种近似的关系测量电压表跟电流表的内阻。半偏法即为近似法的一种典型情况。

6 用等效替代法测电阻

替代法要求的是测量效果相同(刻痕相同),方法最简单,误差最小(因为读数不参与运算,只要有块表,能转就行,至于有没有刻度,刻度是否均匀,表是否准确,都无关紧要)。为了使已知电阻能与未知电阻产生相同的效果(阻值相同),一般用电阻箱作为已知电阻。用等效替代法测电阻时为了能够在未知电阻与电阻箱之间切换,一般要用到单刀双掷开关(有时用2个单刀单掷开关),因此,在题目提供的器材中,如果有单刀双掷开关(或2个单刀单掷开关)以及电阻箱时,应优先考虑用等效替代法。■

(作者单位:山东省蓬莱市第二职业中专)