第7节高压欧姆表(修订中)

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上一节中所示设计的大多数欧姆表都使用电压相对较低的电池，通常为 9 伏或更低。这对于测量几兆欧 (MΩ) 以下的电阻是完全足够的，但当需要测量极高的电阻时，9 伏电池不足以产生足够的电流 (opens new window)来驱动机电式仪表移动。

此外，如前一章所述，电阻并不总是一个稳定的（线性）量。非金属尤其如此。回想一下小气隙（小于一英寸）的电流过电压图：

电流过电压图

Current —— 电流
Voltage —— 电压
Ionization Potential —— 电离势

虽然这是非线性传导的一个极端例子，但其他物质在暴露于高电压时表现出类似的绝缘/传导特性。显然，使用低压电池作为电源的欧姆表无法测量气体电离电位或绝缘体击穿电压下的电阻。如果需要测量这样的电阻值，只需要一个高压欧姆表就足够了。

# 1. 简单的高压欧姆表

最直接的高压电阻测量方法是简单地将更高电压的电池替换为之前研究的欧姆表的相同基本设计：

简单的高压欧姆表

然而，知道某些材料的电阻会随着施加的电压而变化，因此能够调整此欧姆表的电压以获得不同条件下的电阻测量值将是有利的：

电阻测量欧姆表

不幸的是，这会给仪表造成校准问题。如果仪表运动在一定量的电流通过它的情况下偏转满量程，则仪表的满量程范围（以欧姆为单位）将随着电源电压的变化而变化。想象一下，在改变电源电压的同时，在这个欧姆表的测试引线上连接一个稳定的电阻：随着电压的增加，将有更多的电流通过仪表移动，因此偏转量更大。我们真正需要的是一种仪表机芯，无论施加的电压如何，它都能为测量的任何稳定电阻值产生一致、稳定的偏转。

# 2. 兆欧表

实现这一设计目标需要一种特殊的仪表机芯，这是_兆欧表_或_兆欧_表所特有的，因为这些仪器是众所周知的。

兆欧表运动

上图中带编号的矩形块是线圈的横截面表示。这三个线圈都随着针机构移动。没有弹簧机构可以将针返回到设定位置。当机芯断电时，指针会随机“浮动”。线圈的电气连接如下：

线圈电连接

测试引线之间的电阻无限大（开路），将没有电流通过线圈 1，仅通过线圈 2 和 3。通电时，这些线圈试图将自身置于两个磁极之间的间隙中，从而完全驱动指针在刻度的右侧，它指向“无穷大”。

通过线圈的电流 2 3

通过线圈 1 的任何电流（通过连接在测试引线之间的测量电阻）倾向于将指针驱动到刻度的左侧，回到零。仪表运动的内部电阻 (opens new window)值经过校准，因此当测试引线短接在一起时，指针会准确偏转到 0 Ω 位置。

因为电池电压的任何变化都会影响两组线圈（将指针向右驱动的线圈 2 和 3，以及将指针向左驱动的线圈 1）产生的扭矩，所以这些变化不会影响运动的校准。换句话说，这种欧姆表运动的准确性不受电池电压的影响：给定量的测量电阻会产生一定的指针偏转，无论电池电压有多大或很少。

电压变化对仪表指示的唯一影响是测量电阻随施加电压变化的程度。因此，如果我们使用兆欧表来测量气体放电灯的电阻，它会读取非常高的电阻（指针在刻度的最右侧），对于低电压和低电阻（指针移动到刻度的左侧）规模）为高电压。这正是我们对好的高压欧姆表的期望：在不同情况下提供对象电阻的准确指示。

为了获得最大的安全性，大多数兆欧表都配备了手摇发电机，用于产生高直流电压（高达 1000 伏）。如果电表的操作员受到高压电击，情况将自我纠正，因为他或她自然会停止转动发电机！有时会使用“滑动离合器”来稳定发电机在不同启动条件下的转速，从而无论启动快还是慢都能提供相当稳定的电压。发电机的多个电压输出电平可通过选择开关的设置获得。

这张照片显示了一个简单的手摇千分表：

简单的手摇兆欧表

一些兆欧表由电池供电，以提供更高的输出电压精度。出于安全原因，这些兆欧表由瞬时接触按钮开关激活，因此开关不能处于“打开”位置，并对仪表操作员造成严重的电击危险。

# 3. 真正的梅格斯

真正的兆欧表配备三个连接端子，分别标记为Line、Earth和Guard。该原理图与前面显示的简化版本非常相似：

真正的兆欧表示意图

在线路和接地端子之间测量电阻 (opens new window)，电流将通过线圈 1。“保护”端子用于特殊测试情况，其中一个电阻必须与另一个电阻隔离。以要在两芯电缆中测试绝缘电阻的情况为例：

绝缘电阻两芯电缆

为了测量从导体到电缆外部的绝缘电阻，我们需要将兆欧表的“线路”引线连接到其中一根导体，并将兆欧表的“地”引线连接到缠绕在电缆护套上的导线上。电缆：

兆欧表电缆护套绕线

在这种配置中，兆欧表应读取一根导体和外护套之间的电阻。还是会？如果我们绘制一个示意图，将所有绝缘电阻显示为电阻符号，我们所拥有的如下所示：

绝缘电阻示意图

我们实际测量的是与导体间电阻 (R c1 -c2 )和第一个导体到护套（R c1-s）。如果我们不关心这个事实，我们可以按照配置继续进行测试。如果我们只想测量第二个导体和护套之间的电阻（R c2-s），那么我们需要使用兆欧表的“Guard”端子：

兆欧表守卫终端

现在电路原理图如下所示：

电路原理图

将“保护”端子连接到第一个导体使两个导体处于几乎相等的电位。由于它们之间的电压很小或没有电压，绝缘电阻几乎是无限的，因此两个导体之间不会有电流。因此，兆欧表的电阻指示将完全基于通过第二个导体的绝缘层、电缆护套和缠绕的电线的电流，而不是通过第一个导体的绝缘层泄漏的电流。

兆欧表是现场仪表：也就是说，它们被设计成便携的，并且由工作现场的技术人员操作，与普通欧姆表一样容易。它们对于检查由潮湿或绝缘劣化引起的电线之间的高电阻“短路”故障非常有用。因为它们利用如此高的电压，所以它们不像普通欧姆表那样受杂散电压（导体之间的电化学反应产生的小于 1 伏的电压，或由相邻磁场“感应”的电压）的影响。