论文摘要： 在《电力拖动控制线路与技能训练》的教学中，不少的学生在控制线路安装完后电路是否正确没有信心、不敢到试验台上通电试车，当线路出现故障时不知如何去处理、束手无策;在机床控制线路故障的检修中也存在同样的情况。 论文关键词： 电阻测量法 电力拖动控制线路 学习《电力拖动控制线路与技能训练》除了电气元件的认识外，主要包括线路安装和线路故障检修两大部分。在实操训练中，电路安装完后的检查以及机床控制线路故障的检测方法有多样，常用的有电压测量法、电流测量法和电阻测量法。虽然电压测量法和电流测量法都有快速、准确的优点，但由于要带电测量，在实际操作中学生存在触电的恐惧心理，多数学生都不用。相反电阻测量法则断电操作，学生觉得安全而大受欢迎。下面就讨论电阻测量法在电力拖动控制线路安装和故障检修中的应用。 一、在电力拖动控制线路安装完成后自检中的应用 控制线路安装完后不少的学生会立即到试验台处通电，但又怕通电失败，通电不成功(特别是电路出现短路后)又不知如何去查找故障出在哪里、心里很矛盾，反复多次后严重挫伤学生的进取心和学习积极性，这种现象是由于学生对电路的工作原理不熟悉造成的。解决的办法是先要求学生多识读电路图、分析电路的控制原理，同时掌握基本的测量方法。电路安装完后先在原位用电阻法进行自检测量，下面以接触器联锁正反转控制线路为例来讲解，电路图如图1、接触器选择CJ10-20。 安装前测量各元件是否完好，坏的要修理好，修不好的要更换新的，同时要测量并记下自己所用交流接触器KM1、KM2线圈的直流电阻，具体的数值不同型号的接触器有较大有差别，如常用的CJ10-20交流接触器线圈直流电阻约2000Ω、而型号较新的S-K21线圈直流电阻则只有几百欧姆。首先，用万能表电阻档测量熔断器FU1、FU2、FU3，应该是电阻为0Ω，若不导通，则更换熔体或重拧紧熔断器的瓷帽直到导通良好，然后才能进行下面的自检测量。万能表选用合适的档位，档位过大使示数太小、误判是短路，档位过小使示数很大、误判为开路，严重会影响到测量的准确性;一般选择×10Ω档或者×100Ω档。在自检测量时把万用表的两根表笔分别接在控制电路的起点即FU2的U11、V11两点(或是FU2的出线点0、1两点)，按下按钮、接触器位置开关等元件来模拟控制元件的工作，根据各支路的通断使得所控制的接触器线圈、继电器线圈形成并联或断开，从万电表所指示的阻值变化来判断安装的线路是否正确。步骤可分为按钮功能、接触器自锁功能、接触器互锁功能及主电路来进行，把万用表的两根表笔分别接在控制电路的起点即FU2的U11、V11两点，万用表的读数指示为∞(如果电阻为0Ω，则电路存在短路;如果电阻为2000Ω或1000Ω则有可能是自锁触头或启动按钮接错)。 (一)控制电路的检查(电路正常的万能表示数) 1、按钮功能检查 (1)正转控制检查: 按下启动按钮SB1万能表指针读数指示约2000Ω(正转控制接触器KM1线圈回路接通)。 1)此时同时按下停止按钮SB3万能表指针读数先指示∞(正转控制接触器KM1线圈回路被切断) 2)此时松开SB3，同时按下SB2万能表指针读数指示约1000Ω(KM1、KM2两个控制回路并联) 3) SB1、SB2、SB3同时按下万能表指针读数先指示∞(正、反转控制回路同时被切断) (2)反转控制检查: 按下启动按钮SB2万能表指针读数指示约2000Ω(反转控制接触器KM2线圈回路接通)。 (1)此时同时按下停止按钮SB3万能表指针读数先指示∞(反转控制接触器KM2线圈回路被切断) (2)此时
关键词：变压器线圈直流电阻测量结果分析
1直流电阻测量
1.1测量方法
测量直流电阻是变压器试验中的一个重要项目。通过测量，可以检查出设备的导电回路有无接触不良、焊接不良、线圈故障及接线错误等缺陷。在中、小型变压器的实际测量中，大多采用直流电桥法，当被试线圈的电阻值在1欧以上的一般用单臂电桥测量，1欧以下的则用双臂电桥测量。在使用双臂电桥接线时，电桥的电位桩头要靠近被测电阻，电流桩头要接在电位桩头的上面。测量前，应先估计被测线圈的电阻值，将电桥倍率选钮置于适当位置，将非被测线圈短路并接地，然后打开电源开关充电，待充足电后按下检流计开关，迅速调节测量臂，使检流计指针向检流计刻度中间的零位线方向移动，进行微调，待指针平稳停在零位上时记录电阻值，此时，被测线圈电阻值＝倍率数×测量臂电阻值。测量完毕，先开放检流计按钮，再放开电源开关。
1.2注意事项
在测量过程中，除要严格遵守电气安全规程和设备试验规程外，还要特别注意：
1）在线圈温度稳定的情况下进行测量，要求变压器油箱上、下部的温度之差不超过3℃；
2）由于变压器线圈存有电感，测量时的充电电流不太稳定，一定要在电流稳定后再计数，必要时需采取缩短充电时间的措施；
3）尽量减少试验回路中的导线接触电阻，运行中的变压器分接头常受油膜等污物的影响使其接触不良，一般需切换数次后再测量，以免造成判别错误。
2测量结果分析
2.1规范要求
根据规范要求，三相变压器应测出线间电阻，有中性点引出的变压器，要测出相电阻；带有分接头的线圈，在大修和交接试验时，要测出所有分接头位置的线圈电阻，在小修和预试时，只需测出使用位置上的线圈电阻。由于变压器制造质量、运行单位维修水平、试验人员使用的仪器精度及测量接线方式的不同，测出的三相电阻值也不相同，通常引入如下误差公式进行判别
R％＝［（Rmax－Rmin）/RP］×100％
RP＝（Rab+Rbc+Rac）／3
式中R％――――误差百分数
Rmax――――实测中的最大值（Ω）
Rmin――――实测中的最小值（Ω）
RP――――三相中实测的平均值（Ω）
规范要求，1600KVA以上的变压器，各相线圈的直流电阻值相互间的差别不应大于三相平均值的2％，1600KVA以下的变压器，各相线圈的直流电阻值相互间的差别不应大于三相平均值的4％，线间差别不应大于三相平均值的2％；本次测量值与上次测量值相比较，其变化也不应大于上次测量值的2％。
2.2有关换算
在进行比较分析时，一定要在相同温度下进行，如果温度不同，则要按下式换算至20℃时的电阻值
R20℃＝RtK，K＝（T＋20））/（T＋t）
式中R20℃――――20℃时的直流电阻值（Ω）
Rt――――t℃时的直流电阻值（Ω）
T――――常数（铜导线为234.5，铝导线为225）
t――――测量时的温度
为了确定缺陷所在的相别，对于无中性点引出的三相变压器，还需将测得的线间电阻换算成每相电阻。设三相变压器的可测线间电阻为Rab、Rbc、Rac，每相电阻为Ra、Rb、Rc，当变压器线圈为Y型联接时，相电阻为
Ra＝（Rab＋Rac－Rbc）／2
Rb＝（Rab＋Rbc－Rac）／2
Rc＝（Rac＋Rbc－Rab）／2，如果三相平衡，相电阻等
于0.5倍线电阻；当变压器线圈为型联接，且a连y、b连z、c连x时，Ra＝（Rac－RP）－RabRbc／（Rac－RP）
Rb＝（Rab－RP）－RacRbc／（Rab－RP）
Rc＝（Rbc－RP）－RabRac／（Rbc－RP）
当变压器线圈为型联接，且a连z、b连x、c连y时，
Ra＝（Rab－RP）－RacRbc／（Rab－RP）
Rb＝（Rbc－RP）－RabRac／（Rbc－RP）
论文关键词：电表，反常规用法
电表的反常规用法是近几年高考的热点问题，相对学生来讲也恰恰是一个难点问题。电表的反常规用法一般有这么两种设计方案，其一就是用电流表来测电压，题目里往往把已知确定阻值的电流表当作电压表使用或把一个电流表和一个定值电阻改装为电压表适用；其二就是用电压表来测电流，解题时需要把确定阻值的电压表当作电流表使用。
例1、现有一块灵敏电流表 ，量程为200，内阻约为1000，要精确测出其内阻R1教育学论文教育论文，提供的器材有：
电流表 (量程为1mA，内阻R2=50)；电压表(量程为3V，内阻RV约为3k)；
滑动变阻器R(阻值范围为0~20)；定值电阻R0(阻值R0=100)；
电源E(电动势约为4.5V，内阻很小)；单刀单掷开关S一个，导线若干。
(1)请将上述器材全部用上，设计出合理的便于多次测量的实验电路图，并保证各电表的示数超过其量程的1/3，将电路图画在图示的虚框内。
(2)在所测量的数据中选一组，用测量量和已知量来计算 表的内阻，表达式为R1=I2(R0+R2)/I1，表达式中各符号表示的意义是I1表示 表的示数，I2表示表的示数，R2表示 表的内阻，R0表示定值电阻的阻值毕业论文开题报告论文网。
解析：此题目的本意是要考查学生对伏安法测电阻原理的掌握情况，但是该题目中所给出的电压表量程过大，只能用于保护电路使用。因此没有合适的电压表可以直接利用教育学论文教育论文，这时候我们必须依照伏安法测电阻的基本原理做出适当的改进，将电流表 和定值电阻R0改装成电压表，题目就迎刃而解了。
例2、从下面所给出的器材中选出适当的实验器材，设计一电路来测量电流表A1的内阻r1。要求方法简捷，有尽可能高的测量精度，并能测得多组数据。
电流表A1(量程100mA，内阻r1约40，待测)
电流表A2(量程50，内阻r2=750)； 电压表V(量程10V，内阻r3=10k)；
电阻R1(阻值约100，作保护电阻用)； 滑动变阻器R2(总阻值约50)
电源E(电动势1.5V，内阻很小)；电键S，导线若干
(1)在虚线方框中画出电路图，标明所用器材的代号。
(2)若选测量数据中的一组来计算r1，写出所用的表达式并注明式中各符号的意义。
r1=r2I2/ I1 其中I1和I2分别表示A1和 A2的电流。
解析：本题给出了电压表和电流表，若采用下图所示的电路进行测量时教育学论文教育论文，电压表的示数不到满量程的1/20，测量值不准确，因为电表的示数没有接近量程的一半或一半以上。
因此，用上图所示的电路不能较准确的测量A1的内阻。这时候我们可以把已知电阻的电流表A2当做电压表来使用，电流表A2两端的电压可以由其示数和内阻推算出来，A2两端的电压也就是A1两端的电压，这样就可以较准确的测量出A1的内阻了毕业论文开题报告论文网。
例3、使用以下器材测量一待测电阻Rx的阻值(900-1000)。电源E，具有一定内阻，电动势约为9.0V；电压表V1，量程为1.5V，内阻r1=750；电压表V2，量程为5V，内阻r2=2500；滑动变阻器R，最大阻值约为100；单刀单掷开关K，导线若干。
(1)测量中要求电压表的读数不小于其量程的1/3,试画出测量电阻Rx的一种实验电路原理图。
或
(2)若电压表V1的读数用U1表示，电压表V2的读数用U2表示教育学论文教育论文，则由已知量和测得量表示Rx的公式为Rx= U1r1 r2/( U2 r1—U1 r2)或(U2—U1 )r1/U1
解析：该题目还是测未知电阻Rx的阻值的，显然本题目并没有给出电流表，我们不难发现本题里面已知两个电压表，而且电压表的内阻都是已知的，用电压表的读数除以本身的内阻就可得到通过自身的电流了，因此，我们完全可以把电压表当电流表来使用。
总而言之，类似的实验都是考查伏安法测电阻的基本原理，只要实验目的明确，充分利用题目所给出的器材，不难找出解题思路。
（作者信息：吴志民 1980.06 男 汉 甘肃 中学一级 理学学士 课堂教学及课堂互动研究）
关键词： 戴维南定理 理论依据 实验方法 测量数据
戴维南定理是电工基础课程的基本定理，戴维南定理实验是一个重要的电工实验。因此，掌握戴维南定理的有关知识对学习电工基础有着举足轻重的作用。
一、理论依据
任何一个线性含源网络，如果仅研究其中一条支路的电压和电流，则可将电路的其余部分看作是一个有源二端网络（或称为含源一端口网络）。
戴维南定理指出：任何一个线性有源网络，总可以用一个电压源与一个电阻的串联来等效代替，此电压源的电动势U等于这个有源二端网络的开路电压U，其等效内阻R等于该网络中所有独立源均置零（理想电压源视为短接，理想电流源视为开路）时的等效电阻。U和R为有源二端网络的等效参数。
二、用实验方法测量有关参数
1.开路电压、短路电流法测R。
在有源二端网络输出端开路时，用电压表直接测其输出端的开路电压U，然后再将其输出端短路，用电流表测其短路电流I，则等效内阻为：
R＝。
如果二端网络的内阻很小，若将其输出端口短路则易损坏其内部元件，因此不宜用此法。
2.伏安法测R。
用电压表、电流表测出有源二端网络的外特性曲线，如图1-1所示。根据外特性曲线求出斜率tgφ，则内阻：
R＝tgφ＝＝。
也可以先测量开路电压U，再测量电流为额定值I时的输出端电压值U，则内阻为R＝。
3.半电压法测R。
如图1-2所示，当负载电压为被测网络开路电压的一半时，负载电阻（由电阻箱的读数确定）即为被测有源二端网络的等效内阻值。
4.零示法测U。
在测量具有高内阻有源二端网络的开路电压时，用电压表直接测量会造成较大的误差。为了消除电压表内阻的影响，往往采用零示测量法，如图1-3所示。
零示法测量原理是用一低内阻的稳压电源与被测有源二端网络进行比较，当稳压电源的输出电压与有源二端网络的开路电压相等时，电压表的读数将为“0”。然后将电路断开，测量此时稳压电源的输出电压，即为被测有源二端网络的开路电压。
三、验证实验
被测有源二端网络如图1-4（a）。
（b）
图1-4
1.用开路电压、短路电流法测定戴维南等效。
电路的U、R按图1-4（a）接入稳压电源U=12V和恒流源I=10mA，不接入R。测出U和I，并计算出R。（测U时，不接入mA表。）
2.负载实验。
按图1-4（a）接入R。改变R阻值，测量有源二端网络的外特性曲线。
3.验证戴维南定理。
从电阻箱上取得按步骤“1”所得的等效电阻R=521Ω，然后令其与直流稳压电源U=16．99v相串联，如图1-4（b）所示，仿照步骤“2”测其外特性，对戴氏定理进行验证。
4.有源二端网络等效电阻（又称入端电阻）的直接测量法，见图1-4（a）。
将被测有源网络内的所有独立源置零（去掉电流源I和电压源U，并在原电压源所接的两点用一根短路导线相连），然后用伏安法或者直接用万用表的欧姆挡去测定负载R开路时A、B两点间的电阻，此即为被测网络的等效内阻R，或称网络的入端电阻R。
四、结语
通过上述实验，戴维南定理得到了验证。电工课程的学习要做到学、记、练、做。只有这样，我们才能学好它，夯实电工基础知识，为将来参加工作做好理论准备。
参考文献：
［1］李福民.电工基础.北京:中国铁道出版社，2006.3.
［2］智强.电工测量与实验.北京:中国铁道出版社，2005.3.
关键词：绝缘电阻；吸收比；极化指数
中图分类号：TM85 文献标识码：A
1 前言
变压器的绕组绝缘电阻测量，包括吸收比、极化指数的测量，在电气设备预防性试验以及交接试验中有着及其重要的地位，通过试验容易发现变压器绕组的贯穿性受潮、整体绝缘老化等缺陷。但是，当前在变压器绕组绝缘电阻的测量（包括吸收比、极化指数的测量），特别是大型的、高电压等级的变压器的测量中遇到的主要问题是：（1）对于双绕组变压器，通过常规测量方法只能测量出低压绕组对高压绕组及地的绝缘电阻、高压绕组对低压绕组及地的绝缘电阻、高压绕组及低压绕组对地的绝缘电阻，不能测量具体的高压绕组对地的绝缘电阻、高压绕组对低压绕组的绝缘电阻、低压绕组对地的绝缘电阻。（2）对于三绕组变压器，通过常规量试方法只能测量出低压绕组对高压绕组中压绕组及地的绝缘电阻、中压绕组对高压绕组低压绕组及地的绝缘电阻、高压绕组对中压绕组低压绕组及地的绝缘电阻、高压绕组中压绕组对低压绕组及地的绝缘电阻、高压绕组低压绕组对中压绕组及地的绝缘电阻、高压绕组中压绕组低压绕组对地的绝缘电阻，不能测量具体的高压绕组对地的绝缘电阻、中压绕组对地的绝缘电阻、低压绕组对地的绝缘电阻、高压绕组对中压绕组的绝缘电阻、高压绕组对低压绕组的绝缘电阻、中压绕组对低压绕组的绝缘电阻。针对以上两个问题，本文通过列出方程组，理论计算出每个重要部位具体的绝缘电阻，为以后能够对变压器存在绝缘缺陷的部位进行定位诊断提供理论依据。
2 基本概念的解析
2.1 绝缘电阻
绝缘电阻是指在绝缘体的临界电压下，加于试品上的直流电压与流过试品德泄漏电流（或称电导电流）之比，即：
2.2 绝缘的吸收比
由于电介质中存在着吸收现象，在实际应用上把加压60秒测量的绝缘电阻值与加压15秒测量的绝缘电阻值的比值，称为吸收比，即
2.3 绝缘的极化指数
对于吸收过程较长的大容量设备，如大型变压器、长电缆等等，有时用吸收比值尚不足以反映绝缘介质的电流吸收全过程。为了更好地判断绝缘是否受潮，可采用较长时间的绝缘电阻比值进行衡量，称为绝缘的极化指数，即：
3 变压器绕组绝缘电阻测量结果的理论计算分析
3.1双绕组变压器绕组绝缘电阻测量结果的理论计算分析
（1）测量双绕组绝缘电阻时，应依次测量各绕组对地和其他绕组间的绝缘电阻值。测量时，被测绕组各引线端均应短接在一起，其余非被测绕组皆短路接地。双绕组变压器绕组绝缘电阻的测量顺序及位置如下。
（2）测量一：被测绕组为低压绕组，对应接地位置为外壳及高压绕组，对应测量结果为低压绕组对高压绕组及地R1。
（3）测量二：被测绕组为高压绕组及低压绕组，对应接地位置为外壳，对应测量结果为高压绕组及低压绕组对地R3。
（4）测量三：被测绕组为高压绕组，对应接地位置为外壳及低压绕组，对应测量结果为高压绕组对低压绕组及地R2。
双绕组变压器的内部结构等效图如图1所示。图中R10为高压绕组对外壳及地的绝缘电阻； R12为高压绕组对低压绕组的绝缘电阻； R20为低压绕组对外壳及地的绝缘电阻。
根据等效图，列出三个电导方程式：
解方程得：
（公式3.1）
通过以上结果的理论计算分析，能够具体确定高压绕组对外壳及地的绝缘电阻值R10； 高压绕组对低压绕组的绝缘电阻值R12；低压绕组对外壳及地的绝缘电阻R20；从而有助于进一步判断分析究竟是变压器内部哪个具体部位之间的绝缘存在缺陷，对变压器存在绝缘缺陷的部位进行定位诊断提供理论依据。
3.2三绕组变压器绕组绝缘电阻测量结果的理论计算分析
（1）测量三绕组绝缘电阻时，也应依次测量各绕组对地和其他绕组间的绝缘电阻值。测量时，被测绕组各引线端均应短接在一起，其余非被测绕组皆短路接地。三绕组变压器绕组绝缘电阻的测量顺序及位置如下：
1）测量一：被测绕组为低压绕组，对应接地位置为外壳、高压绕组及中压绕组，对应测量结果为低压绕组对高压绕组、中压绕组及地R1。
2）测量二：被测绕组为中压绕组，对应接地位置为外壳、高压绕组及低压绕组，对应测量结果为中压绕组对高压绕组、低压绕组及地R2。
3）测量三：被测绕组为高压绕组，对应接地位置为外壳、中压绕组及低压绕组，对应测量结果为高压绕组对中压绕组、低压绕组及地R3。
4）测量四：被测绕组为高压绕组及中压绕组，对应接地位置为外壳及低压绕组，对应测量结果为高压绕组、中压绕组对低压绕组及地R4。
5）测量五：被测绕组为高压绕组及低压绕组，对应接地位置为外壳及中压绕组，对应测量结果为高压绕组、低压绕组对中压绕组及地R5。
6）测量六：被测绕组为高压绕组、中压绕组及低压绕组，对应接地位置为外壳，对应测量结果为高压绕组、中压绕组及低压绕组对地R6。
（2）三绕组变压器的内部结构等效图如图2所示，图中R10为高压绕组对外壳及地的绝缘电阻； R12为高压绕组对中压绕组的绝缘电阻； R13为高压绕组对低压绕组的绝缘电阻；R20为中压绕组对外壳及地的绝缘电阻；R23为中压绕组对低压绕组的绝缘电阻；R30为低压绕组对外壳及地的绝缘电阻。
（3）根据等效图，列出六个电导方程式：
解方程得：
（公式3.2）
通过以上结果的理论计算分析，能够具体确定高压绕组对外壳及地的绝缘电阻值R10；高压绕组对中压绕组的绝缘电阻值R12；高压绕组对低压绕组的绝缘电阻值R13；中压绕组对外壳及地的绝缘电阻值R20；中压绕组对低压绕组的绝缘电阻值R23；低压绕组对外壳及地的绝缘电阻值R30；从而有助于进一步判断分析究竟是变压器内部哪个具体部位之间的绝缘存在缺陷，对变压器存在绝缘缺陷的部位进行定位诊断提供理论依据。
4结论
4.1 通过这次的变压器绝缘电阻测量结果理论分析，在遇到变压器绕组绝缘电阻偏低时，需要判断具体是哪个部位绝缘存在劣化缺陷，可以利用公式3.1、3.2，计算出各个具体部位之间的绝缘电阻值，从而初步诊断定位变压器内部绝缘缺陷。
4.2 在对大型变压器的绝缘电阻测量试验中，我们尽可能使用大容量，稳定性好的兆欧表，以免在试验中出现不正确的结果影响整个绝缘状态的判断结果。
4.3 如果变压器的容量很大，而我们的兆欧表容量有限，我们可以利用直流发生器，在各侧加上一定的直流电压，读取1min的泄漏电流，在利用公式 ，计算出来其绝缘电阻的理论值，由于直流发生器具有足够的容量，这种做法测量的结果比较准确。
参考文献
[1]陈天翔.电气试验[M].北京：中国电力出版社，2005.
[2]陈化钢.电力设备预防性试验方法及诊断技术[M].北京：中国科学技术出版社，2001.
[3]李建明，朱康.高压电气设备试验方法[M].北京：中国电力出版社，2004.
[4]文远芳.高电压技术[M].华中科技大学出版社，2000.
[5]曹建忠.电气试验[M].北京：中国电力出版社，2005.
关键词：单片机；交流阻抗特性；等效电路参数
中图分类号：TP216 文献标识码 A 本文由wWW. DyLw.NeT提供，第一 论 文 网专业写作教育教学论文和毕业论文以及服务，欢迎光临DyLW.neT
Design of Equivalent Circuit Parameter Analyzer for
Two Port Passive Circuit
TANG Zhengming1 ， ZHANG Sanmei2 ， Zeng Jing1
（1 School of Electronic Information and Engineering， China West Normal University， Nanchong Sichuan 637009，China；
2 Experiment Center， China West Normal University， Nanchong Sichuan 637009， China）
Abstract： Equivalent circuit parameter is very important for the process of circuit analysis and design. Based on the refined numerical algorithm of AC impedance， a digital equivalent circuit parameter analyzer is designed. In this system， MCU is used to control frequency synthesizer to generate excitation signal. By adjusting the capacitance and current trends ， the load impedance characteristic is determined. Finally， the AC impedance and equivalent circuit parameter are displayed， which can be obtained under different operating frequency.
Keywords： MCU； AC Impedance Characteristics； Equivalent Circuit Parameters
0引 言
电路交流阻抗随信号源的频率变化，其具体表现为一定电阻R、电容C和电感L的串联、并联或混联在给定信号频率下所得到的等效阻抗。频率相对较高时，电路还可能产生相对较大的寄生电容、电感，从而出现寄生阻抗。如何快捷准确地获取电路在不同工作频率下的等效电路参数，对电路的分析与设计来说有着特殊重要的现实意义[1]。
已有的交流参数测试仪，其测量对象主要锁定在对交流电路频率、有效值、功率，或者单个元件阻值、电感量、电容量的测试，而对交流阻抗的智能化测量的探讨研究仍旧较少，且未曾涉及到负载为黑盒子电路（其可能为RLC元件，某用电器或电路模块，以下统称为负载电路）的等效参数测量[2-6]。本设计所实现的电路交流等效电参数分析仪的核心即为交流阻抗特性分析，通过采用单片机产生激励信号，能分析出给定工作频率下负载电路的交流阻抗特性，并进一步得到其等效电路参数。
1硬件电路
系统原理框图如图1所示。主要电路模块包括单片机（MCU）、放大电路、整流滤波电路、含双可调电容的RC振荡器等[7-8]。
图1 等效电参数分析仪原理图
Fig.1 Schematic diagram of equivalent circuit parameter analyzer
MCU的型号为MSP430F169。放大电路用于将采集到的弱信号放大，再送入整流滤波电路，便于单片机（MCU）接收识别，放大电路型号为AD620。整流滤波电路，用于将采样信号转化为单向脉动波并滤除附带产生的杂波信号，使有用信号免受干扰，易于下一级电路的操作处理。可变电容C结合555定时电路模块构成RC振荡器，所产生的信号频率送入单片机识别，进而确定出接入电路的电容值。其中，可调电容C与电路的连接通过开关控制，该可调电容C为特制的双可调电容（构成RC振荡器的电容与接入测量电路的电容相同，并由同一旋钮控制调节），这样，可在隔离电路影响的情况下，获得接入电路电容的精确值。 为定值电阻，主要起限流作用，如当电路串联谐振时，使电路电流不至于过大，损坏仪器。 为采样电阻，为小阻值锰铜电阻，用于将负载电流转换为电压信号，再送入放大电路。 为负载电路。
2算法设计
根据有效值、功率因素的计算结果[9]，可得到电路总阻抗
（1）
其中， 、 、 分别表示电路电压有效值、电流有效值、功率因素。 的正负与负载的特性有关，若负载为非电容性；则 ，若负载为非电感性则 。令 ，则有
（2）
系统采用调节可变电容C并结合单片机采集到的电流大小变化情况的方法，确定（2）中的正负符号，即实现负载阻抗特性的判定。由于可调电容与被测负载并联，设被测负载的电导和电纳分别为 和 ， 可调电容电纳为 ，其等效电路如图2所示。
图2 阻抗特性的判断原理图
Fig.2 Schematic diagram for the judgement of impedance characteristic当端电压有效值恒定时，电流有效值
（3）
即： （4）
可见，当 与 同号，即被测负载为电容性时，电容增大，电流 单调上升；而当 与 异号，即被测负载为电感性负载时，电容增大，电流 将先减小而后增大。因此，单片机可根据电容调节过程中采集到电流变化情况，判断出负载的阻抗特性。在此基础上，设负载 的等效阻抗为 ，由于测量电路为可调电容C与负载 并联，然后再与定值电阻 串联，根据电路串并联关系，则有：
（5）
联立（1）-（2）和（5），在已判断得到负载的特性的情况下，便可以解出 中的电阻R和电抗X。结合频率值即可得
（6）
（7）
因此，对于给定负载（如某单元电路），该测试仪能够获得给定工作频率下的交流等效电路参数，便于电路的分析与设计。
3 系统测试
系统设计完成后，通过键盘设定激励信号幅值和频率，调节电容旋钮，即可读出负载的等效电路参数。首先测试并选取了三个R、L、C电路元件，其参数值分别为10，10mH，1uF。再将电路元件安插在万用板上，借助万用板连接线使其形成简单的串联电路和并联电路，并同时具有典型的二端口结构，然后分别测试了信号频率为1KHz时，负载的等效电路参数。用 Idealization（I）和Test （T）分别表示理论值和测量值，结果如表1所示。
表1 测试结果
Tab.1 Test results
电阻（） 电感（mH） 电容（uF） 串联（；uF） 并联（，mH）
I T I T I T I T I T
10 10.02 10 10.33 1 0.97 10 ； 1.65 9.97；1.59 9.91；0.15 10.04；0.23
测量 结果表明，在1KHz频率下，所搭建的串联电路具有阻容特性，而并联电路具有阻感特性。等效电路参数测量结果与理论值存在一定差异的可能原因主要在于：除工艺等因素外，导线等所引入的分布阻抗。
4 结束语
本文设计了一种电路交流等效电参数分析仪，可用于完成无源二端口电路的等效电参数测量。在测量交流等效参数时（特别在用作RLC测试仪的情况下），若测量频率较高，分布参数影响将较为显著，对低标称值元件的测量尤为不利。如何减小分布参数对测量结果的影响，还有待进一步研究。
参考文献：
[1]陈鹏，李固，边雁，等.采用RLC激励的EMAT圆柱探头设计参数分析[J].传感器与微系统2012，31（2）：77-80. 本文由wWW. DyLw.NeT提供，第一 论 文 网专业写作教育教学论文和毕业论文以及服务，欢迎光临DyLW.neT
[2]王秀霞 电阻电容电感测试仪的设计与制作[J].电子技术，2012，30（2）：47-49.
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关键词：电阻测量；设计性实验；物理
物理是以实验为基础的学科，不论是理科综合能力测试还是单学科的高考，都十分重视实验能力的考查。近年来高考物理中的实验题已从侧重于考查实验的原理、器材选择、步骤、数据处理、得出结论、误差的定性原因等即考查实验仪器的使用、基本操作等最基础的实验能力，向着更侧重于考查对实验原理的理解、实验方法的灵活运用等更高层次的能力要求转变，从常见的学生分组实验、演示实验及课后小实验的考查向更高层次的设计性实验考查过渡。高考实验题的设计性实验常见于电学实验中，而电阻测量的设计性实验更是其重点、热点，对学生而言当然也是难点。本文拟就如何突破这一难点做些讨论．
一、千变万变，原理不变
纵观近几年高考中的电阻测量设计性实验题目，立意新颖、灵活多变。为了应对这种实验，总结了不少方法，如“伏伏法”、“安安法”，名目繁多，不一而足。其实不论题目多么新颖，不论怎么变化，须知万变不离其宗，这个“宗”就是实验原理。原理是实验的总纲、灵魂，设计性实验也概莫能外。高考理科综合能力测试《考试大纲》对设计性实验题目的考查有具体明确的要求：“能灵活地运用已学过的物理理论、实验方法和实验仪器去处理问题”。设计性实验考题都是根据现行教学大纲和考试大纲，立足于课本，在已学实验（包括学生分组实验、演示实验及课后小实验）的基础上演变而来的，是建立在对所学实验原理的深入理解的基础上的。具体到电阻的测量，其实验原理最主要的应是两个，一是部分电路欧姆定律（即所谓伏安法），二是闭合电路欧姆定律，兹分述于后：
⑴伏安法。设待测电阻阻值为rx．若测得rx两端的电压为u，通过rx的电流为i，则由其定义可得rx＝u/i。此处应注意“测”的含义，例如，电压u既可用电压表直接测得，也可由其他方式算出即间接测得。电流亦然。
⑵闭合电路欧姆定律。将待测电阻rx做为某一电源的外电路或外电路的一部分，利用闭合电路欧姆定律测量，这当然也是间接测得的。
二、方案选择，应看条件
电阻测量设计性实验之所以难，对很多学生来说，不是不知道有哪些实验原理，而是不清楚对一个具体的实验应该用哪个原理。实际上，在一道具体的实验题目中实验原理的选择受实验器材、实验精度的要求等多种因素的制约。如考虑用伏安法测电阻时，一般而言应有电压表、电流表。若只有两个电流表，没有电压表，并不意味着无法用伏安法。只要满足一定条件，实验仍然能够完成。前面说过，只要能算出待测电阻两端的电压即可。在什么情况下可以“算出”？这就需要注意电压表、电流表的一些指标。一般来说，电压（流）表应看三个指标即满偏电压、满偏电流和内阻，由于电表此时满足部分电路欧姆定律，故三个指标中只有两个是独立的，利用任意两个指标可由欧姆定律求出第三个指标。这也说明电表可扮演三种角色，例如一个电压表，既是一个电压表（测内阻rv两端的电压），又是一个定值电阻（阻值为内阻rv），同时还能反串电流表（“测”通过rv的电流）．能否“测出”通过rv的电流，就取决于其内阻是否已知。故若题目明确说明其电表的内阻是多少，则可考虑让此电表反串另一种电表的角色（当然，可能还须考虑其偏转角度是否满足精确的要求或是否会超出其量程）。但若题目只是说此电表的内阻约为多少，则不能反串。题目给出这个条件通常是用来考虑用外接法还是内接法的，此时应另寻他法。若考虑用闭合电路欧姆定律测电阻时，则应注意电源的两个指标即电源的电动势e和内阻r。如果电动势e和内阻r未知，则应做待测量加以考虑。
三、体会例题，学会应变
例1：2004年高考理综（全国卷二）22题：用以下器材测量一待测电阻rx的阻值（900～1000ω）：电源e，具有一定内阻，电动势约为9.0v；电压表v1，量程为1.5v，内阻r1=750ω；电压表v2，量程为5v，内阻r2=2500ω；滑线变阻器r，最大阻值约为100ω；单刀单掷开关k，导线若干。
(1) 测量中要求电压表的读数不小于其量程的1/3，试画出测量电阻rx的一种实验电路原理图（原理图中的元件要用题图中相应的英文字母标注。
(2) 根据你所画的电路原理图在题给的实物图上画出连线。
(3) 若电压表v1的读数用u1表示，电压表v2的读数用u2表示，则由已知量和测得量表示rx的公式为rx=__________。
分析：首先考虑实验原理。若利用伏安法测电阻，则需测出rx两端的电压和通过的电流。虽然器材中没有电流表，但给出的两只电压表，既知道它们的量程，又知道它们的内阻，因此，当接在电路中时，既可直接读出它们的电压值，又可算出通过它们的电流。由此可知，当用伏安法测电阻rx的值时可有图1或图2所示的两种电路。当用图1所示电路时，rx先与电压表串联，读出电表电压从而算出通过电表的电流也就是通过rx的电流，然后再与另一只电表v并联直接读出电压，此电压减去的电压即是rx两端的电压，这样就可用欧姆定律算出rx的值；当用图2所示电路时，rx先与电压表v并联，可直接读出rx两端的电压，再与另一只表串联，由两只电表电流之差算出rx中的电流，同样可用欧姆定律算出rx的值。
接下来需要考虑的是，对于上述每种电路，由于有两只不同规格的电压表，则若在上述电路中将电压表互换位置，就会有四种可能。但要注意题目有“电压表的读数不小于其量程的1/3”的要求，因此，每只电压表接在何处应结合它们的量程和内阻做进一步的分析。采用图1电路时，
若为电压表v1，v为电压表v2，则当v1两端的电压达到满偏时，可估算出并联电路两端的电压即v2两端的电压可达3v左右，两只电压表的读数均可超过其量程的1/3，满足题目要求；采用图2电路时，可从两只电表通过的电流考虑，v测支路电流而测干路电流，量程应大些，故v用电压表v1而用电压表v2。
再次应考虑的是滑线变阻器的使用。由于电源电动势较大，变阻器的最大阻值比电压表的内阻小得多，故若把滑线变阻器串接在电路中即做限流使用，将会使电压表超过量程且操作不方便，因此应接成分压电路。
需要说明的是，上述电路不必考虑内、外接的问题。因为rx是算出来的，没有因电压表分流或电流表分压带来的系统误差。
以上从原理出发讨论了电阻测量设计性实验的主要方法。电阻测量设计性实验还有一些特殊方法如替代法等等，由于篇幅原因，在此不再赘述。
四、小试牛刀，专题训练
⑴用以下器材测量一待测电阻rx的阻值（约100ω）：电源e，电动势约为6.0v，内阻可忽略不计；电流表a1，量程为0~50ma，内电阻r1=20ω；电流表a2，量程为0~300ma，内阻r2=4ω；定值电阻r0，阻值r0=20ω，滑动变阻器r，最大阻值为10ω；单刀单掷开关s，导线若干。
①测量中要求两块电流表的读数都不小于其量程的1/3，试画出较准确地测量电阻rx的一种实验电路原理图（原理图中的元件要用题图中相应的英文字母标注）。
②若某次测量中电流表a1的示数为i1，电流表a2的示数为i2．则由已知量和测量量计算rx的表达式为rx=。（用相应英文字母表示）
⑵如果测量一个待测电阻r的阻值时，器材中没有给电压表，给出的器材是：电池（电动势的具体值未知，但内阻可忽略不计）、电流表（内阻可忽略不计）、滑动变阻器、定值电阻r0（r0的值与用多用电表粗测出的待测电阻r的阻值相等），调节范围在0.1ω?9999.9ω的电阻箱r′（电阻箱的最大值大于待测电阻r的阻值）、单刀单掷开关、单刀双掷开关、若干导线。测量前将待测电阻r和电流表串联后直接和电池相连，电流表的示数接近满量程。
要求：①选用所给的器材，设计两个不同的测量待测电阻r的阻值的电路，画出电路图；②简要说明实验步骤，写出最后的测量结果（如果需要计算，则必须写出计算公式）。
参考解答：
⑴解法ⅰ：通过rx的最大电流大于电流表a1的满偏电流且为电流表a2的满偏电流的1/5．测量中要求两块电流表的读数都不小于其量程的1/3，故可用电流表a1测rx的电流；将a2与r0串联后改装为电压表，此电压表测出的是rx与a1的端电压，故。
解法ⅱ：若将电流表a1与rx串联后再与电流表a2并联即用a2测其端电压，则由于当a2中的电流较大时a1中的电流将不会达到其量程的1/3，故可用定值电阻r0来测电压。
②（a）（替代法）拨动s使r接通，记录电流表的示数；拨动s使r′接通，记录电流表的示数与r接通时的示数相同，记录此时r′的值r0′，则r＝r0′。
（b）设电源的电动势为e，s闭合后通过电流表的示数为i1，s断开时电流表的示数为i2，有e＝i1r，e＝i2（r＋r0），解得。
（c）设电源的电动势为e，s闭合前将r′调到最大值（或较大值），然后闭合s，调r′使电流表的示数尽量接近满量程，此时r′的值为r0′，电流表的示数为i1．断开s后电流表的示数为i2（也可采用在s断开后调节r′，使电流表的示数为1/2满量程的方法）
参考文献：
[1]教育部考试中心“高考内容、形式与能力考查”课题组.物理－历年高考试题精选解析[z].北京：中国人民大学出版社，2004.
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关键词：电路;电源;概念
中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2015）1-0013-3
1 电动势与电压
反映电源把其他形式的能转化为电能的本领大小的物理量叫电动势，大小等于外电路断开时的路端电压，也就是把正电荷从电源负极移到正极时电势升高的值，用E表示;E=（W为非静电力做的功），由电源本身决定。
电压则指两点的电势差，用U表示;U=（W为电场力做的功），与电动势并不相同。当外电路闭合时，不仅外电阻上有电压降，电源内部由于有内阻，也会有电压降，这两个电压降分别称为外电压和内电压。内外电压之和等于电动势。
例题1 关于电源电动势，下列说法中正确的是（ ）
A.电源电动势是表征电源把其他形式的能转化为电能的本领的物理量，与是否接外电路无关
B.电源提供的电能越多，电源的电动势越大
C.将一个电源分别接入不同电路，电源电动势会发生改变
D.接入电源两极间的电压表测量的电压等于电源电动势
解析 电源电动势是表征电源把其他形式的能转化为电能的本领的物理量，与是否接外电路无关;电源提供的电能W=qE，并不仅由电动势决定;电动势是电源本身的特性，与外电路无关;电动势数值上等于电源没有接入电路时，电源两极间的电压，所以A选项对。
2 电源的输出功率
电源将其他形式的能量转化为电能，可以对外提供电能，电源的输出功率PI2R=R=R=。当R=r时，电源输出功率有最大值，即Pmax=。对应于电源的非最大输出功率P可以有两个不同的外电阻R1、R2，且r2=R1×R2。
P出与外电阻的这种关系可由图1定性表示。当R<r时，若R增大，则P出增大;当R>r时，若R增大，则P出减小。注意以上结论适用于电源电动势E及内阻r不变的情况。
图1 电阻与功率关系图
例题2 如图2所示，已知电阻R=4 Ω，现有三个电源可供选用，分别为电源A：E1=8 V，r1=1 Ω;电源B：E2=8 V，r2=2 Ω;电源C：E3=8 V，r3=4 Ω;求选用哪个电源时，R上的功率最大？
图2 例2电路图
学生思路：直接套用结论，外电阻等于内电阻时，电源输出功率最大，所以选电源C。
教师点拨：电源电动势为定值，内阻可变，内电阻减小，电流变大，R为定值电阻。外电阻R的功率增大，电源输出功率增大，当内电阻最小时，电源输出功率最大。正确答案为电源A。
例题3 如图3所示，两条光滑平行金属导轨MN、PQ相距L（导轨足够长），倾角为θ，匀强磁场的磁感应强度为B，方向垂直导轨平面斜向上。一个质量为m、电阻为R的金属棒垂直于MN、PQ放置在导轨上，整个运动过程中金属棒与导轨接触良好。金属导轨右侧连接如图3电路，R1=2R，可变电阻R2阻值范围0―4R。现由静止释放金属棒，不计其他电阻及一切摩擦，重力加速度为g。求当R2为何值时，待电路稳定后，R2上的功率最大？
图3 例3电路图
学生思路：将R1看做电源内阻，当外电阻等于内电阻时，电源输出功率最大，所以R2=3R。
教师点拨：当电路稳定后，金属棒匀速下滑，mgsinθ=BIL，可知I=为定值。随R2的变化，电源ab稳定后v也变化，即电源电动势E是可变的，不能套用结论。由于I为定值，R2最大时，P=I2?R2最大，即当R2=4R时，R2上的功率最大。
可见只记结论，不管结论的前提条件，是学生常犯的错误，对结论要灵活掌握。
3 等效电源
有时为了解题方便，我们还需要引入等效电源的概念。含电源并有两个引出端的部分电路，可用一个理想电源和一个电阻的串联来等效替换，理想电源的电动势等于被替换电路的开路电压（即外电路断开时两个引出端之间的电压），串联的电阻等于被替换电路的等效电阻（将电源电动势忽略不计，而当做一个阻值为r的电阻），即戴维南定理。
例题4 如图4所示，已知电源电动势为E，内阻为r，求可变电阻R1为多少时，R1上的功率最大？
正常求解相对复杂，可用等效电源来简化处理。
将图5虚线框内的部分电路当做等效电源，则等效电源电动势可由6图得出，内阻可由图7得出：E'=，r'=。电路图简化为图8，由之前结论可知，当R1=r'=时，R1上的功率最大。
图4 电路图 图5 电路分析图
图6 电势等效图 图7 电阻等效图 图8 简化电路图
例题5 如图9所示，已知电源电动势为E，内阻为r，求可变电阻R1为多少时，R1上的功率最大？
图9 例5电路图
正常求解并不困难，可用等效电源来简化处理。
将图10虚线框内的部分电路当做等效电源，则等效电源电动势可由图11得出，内阻可由图12得出。E'=E，r'=r+R。
电路图也简化为图8， 由之前结论可知，当R1=r'=r+R时，R1上的功率最大。
图10 电路分析图 图11 电势等效图 图12 电阻等效图
在测电源电动势和内阻的实验中，我们将电压表、电流表当理想电表处理，但电流表的电阻并不是0，电压表电阻也不是无穷大，实验就会有误差。而本实验的电源电动势和内阻的误差分析也一直是一个难点。学生很难听懂，也很难理解记忆。硬背又涉及四个实验原理图及对应的多个结论，很容易混淆。我们可以巧妙使用等效电源来处理：
图13中电源两端电压测量准确，而由于电压表分流，电流测量值偏小，造成误差。
图13 电压表分流电路图
图14中电流表测量的确实是通过电源的电流，但由于电流表的分压作用，电压测量值偏小，造成误差。
图14 电流表分压电路图
图15中，电压测量准确但电路中无电流表，可以想象在电阻箱一侧直接串联理想电流表，用I=U/R算出的电流来代替理想电流表读数。与图13类似，由于电压表的分流作用，电流测量值偏小，造成误差。
图15 测电阻箱电流图
图16中，电流测量准确，但电路中无电压表，可以想象在电阻箱两端直接并联理想电压表，用U=I×R算出的电压来代替理想电压表读数。与图14类似，由于电流表的分压作用，电压测量值偏小，造成误差。
图16 测电阻箱电压图
可以看到图13、15实验原理图近似相同，图14、16实验原理图近似相同。将四图用等效电源来处理，如图17、18、19、20所示，则电压表和电流表读数均为等效电源两端的电压和电流，电压电流测量均准确，所得到的结果就是等效电源的准确值。而等效电源的电动势和内阻从图中很容易得到。
图17 图13等效电路图
图18 图14等效电路图
图19 图15等效电路图
图20 图16等效电路图
图13、15、17、19中，
E测=E<E，r测=<r。
图14、16、18、20中，E测=E，r测=RA+r>r。
实验误差分析结论很容易得到，而且容易记忆。因电源内阻一般较小，与电流表相差不大，与电压表相差很大，所以图13、15所测电动势、内阻均小于真实值，但更加准确;而图14、16虽然电动势测量准确，但内阻误差很大，实验时不采用。如果题目中电流表内阻为已知定值，可采用图14、16图进行实验，所得内阻结果需减去电流表内阻。
参考文献：
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