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电子平衡电桥桥路故障检查与分析
【来源/作者】中国计量报 【更新日期】2015-08-22

电子平衡电桥由测量桥路、电子放大器及可逆电动机三大部分组成。当仪表工作不正常时,为了尽快找出故障点,首先用分部检查法检查,判断故障出在这三大部分中的哪一部分;然后再进一步用分析和检查的方法在这一部分中寻找具体故障点。

一、测量桥路故障检查过程

1.用分部检查法判断故障是否出自测量桥路

分部检查一般从后往前进行。先检查可逆电动机是否正常,检查方法:在可逆电动机控制绕组两端外加一个几伏的交流电压(此电压可以从JF-12型放大器的22孔插头的有关插脚上取得,例如插脚A3与B4两端之间即为6.3V交流电压,也可以从外接交流电源取来),如可逆电动机向一个方向转动,把两个电源线交换后,电动机转动方向相反,则可逆电动机正常。如加上交流电源后,可逆电动机不转或不能正反转,则说明可逆电动机有故障。在确定可逆电动机正常的前提下,可进一步向前检查电子放大器。其检查的方法是在放大器的输入端(即22孔插头的A1与B1插脚之间)加一个适当的电压信号,通过观察可逆电动机是否转动来判断放大器是否正常(此时桥路与放大器之间的连接线不用断开)。根据型号不同,所加的电压信号有直流与交流两种。具体地说,对于XQ系列直流平衡电桥,可在放大器输入端接上一只便携式电位差计(或接一块万用表,把表放到电阻挡),用它对放大器加一个直流电压信号,如放大器正常,电动机应转动,把两根信号线对调,电动机应反转。否则,放大器有故障。对于XD系列交流平衡电桥,应在放大器输入端加交流电压信号,检查方法相同。

如果经过上述分部检查确定可逆电动机与电子放大器均正常,则应怀疑故障出在测量桥路部分。

2.检查测量桥路是否正常的方法

检查前,准备一只标准电阻箱和一只便携式电位差计。先拔去可逆电动机与放大器联系的圆形插头,以保证在检查过程中不让可逆电动机转动,同时又能随意地用手移动滑线电阻的滑动触点的位置。把标准电阻箱接在仪表输入端,用以代替被测电阻,同时在桥路的两个输出端即放大器的两个输入端(即22孔插头的A1、B1之间)接上便携式电位差计,并把电位差计输出电势调整到零。这样就可以通过观察电位差计的检流计是否指零来判断桥路输出电压是否为零,即桥路是否平衡。具体接线方法如图1所示。

缺插图!

<CTSM>图1接线示意图</CTSM>

检查时,接通仪表的电源,调整标准电阻箱使其阻值为一个适当值(例如要检查某一温度刻度时,则可由热电阻分度表查出对应的电阻值),然后人为地移动测量桥路滑线电阻滑动触点的位置(此时平衡电桥指示值也相应地变了),直至电位差计的检流计指零为止,说明桥路平衡。此时观察表指示值与标准电阻箱电阻对应的温度(即由分度表查出的温度值)是否基本相符。照此方法在仪表标尺范围内检查几点,如各点均基本相符,则说明桥路部分没有问题。如果出现相差很多、滑动触点无论如何移动检流计均不指零或均指零等情况,则说明测量桥路肯定有问题。

上面介绍的方法仅适用于XQ系列直流平衡电桥,对于XD系列交流平衡电桥,因为其测量桥路采用交流电源,当桥路不平衡时,桥路输出的将是交流电压,因此必须用交流电压表(毫伏级)来检查桥路是否平衡。即在如图1所示的电位差计所在的位置上,改用灵敏度较高的交流毫伏级电压表。各种真空管毫伏表、晶体管毫伏表及能测量毫伏级交流电压的繁用表等均可采用。

二、故障分析

在确定仪表的故障出在测量桥路之后,就需要查明具体故障点。下面根据平衡电桥的工作原理分析桥路各电阻对示值的影响,从根本上查找各种故障产生的原因。

1.电阻对示值的影响

电子平衡电桥桥路部分线路如图2(a)所示。图中,n=RH′/RH,式中,RH′为滑线电阻RH滑动触点A右侧部分的电阻值。为便于分析,利用Δ-Y变换原理可把如图2(a)所示的线路图简化为图2(b)。

缺插图!

<CTSM>图2电子平衡电桥桥路部分线路图</CTSM>

RpBRHRBRM3个电阻并联的合成电阻。根据桥路工作原理,此电桥平衡的条件是:

Rt+RG+(1-n)RpBR3=(nRpB+R4)R2

对于一台具体的电子平衡电桥,R2R3R4RGRpB均为定值,所以由上式可看出,在桥路平衡时n值与被测电阻Rt有一一对应的关系,另外,根据仪表的工作原理,n值、滑动触点A的位置以及仪表指示值之间又一一对应,所以被测电阻与A点位置、仪表指示值一一对应。

在被测电阻Rt不变的前提下,如果测量桥路中某个电阻阻值产生变化而偏离设计值,上述平衡条件将被破坏,使电桥输出电压UAB不为零。此信号经放大器放大后驱动可逆电动机,将带动滑动触点A移到一个新的平衡位置,同时仪表的指示值也将随之变为一个新的数值。示值的这个改变并非是由被测参数Rt改变引起的,而是由于某个桥路电阻偏离设计值引起的,因此给仪表的示值带来了误差。

从桥路各电阻改变引起的示值变化方向看,有如下两种可能:

一种情况是由于桥路某个电阻改变,桥路失去平衡,出现下列不等式关系:

Rt+RG+(1-n)RpBR3>(nRpB+R4)R2

根据平衡电桥工作原理可知,此时可逆电动机将带动滑动触点A向左移动使nR增加、(1-n)R减小,使不等式两边差别趋向减小,最后相等,电桥重新平衡。显然,由于A点左移了一段距离,相应地仪表的示值将增加一个数值,即这种情况仪表示值将偏高。

另一种情况是桥路的某个电阻改变,使桥路各电阻间出现与上述相反的不等式关系:

Rt+RG+(1-n)RpBR3<(nRpB+R4)R2

由桥路工作原理可知,此时桥路输出电势将与上述情况相反,可逆电动机将带动滑动触点A向右移,示值将偏低。

根据上述理论推导,下限调整电阻RG、下支路限流电阻R3、上支路限流电阻R4、桥臂电阻R2、量程电阻RM、滑线电阻RH,均会引起示值的变化。

2.桥路电源电压的影响

由平衡电桥的工作原理可知,桥路平衡条件与电源电压无关,所以桥路电源电压不会影响仪表的读数。从理论上看,电源电压大小将影响桥路的灵敏度,但实际上因为放大器的放大倍数足够大,所以即使电源电压下降(当然不是大幅度的降低),也能保证整个仪表的灵敏度。但是当电源电压大幅度下降时(如由稳压电源故障等原因引起的),由于桥路不平衡电压也随之大幅度地降低,再加上放大器原来就存在不灵敏区,所以当被测参数(Rt值)变化不大时,放大器和可逆电机可能完全无反应,指示值将不会改变,显然这将使仪表的指示产生误差。

当桥路电源出现故障、使其电压为零时,无论被测电阻如何改变,桥路输出电压总为零,且最终仪表示值也不会改变。

作者单位【广西玉林市计量测试所】


【关键词】测量桥路,故障,电阻,电压,国家标准物质网,北京世纪奥科 

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