電工測量與安全用電(暫不講).ppt

第6章電工測量 暫不講 6 4電壓的測量 6 1電工測量儀表的分類 6 2電工測量儀表的型式 6 3電流的測量 6 6功率的測量 6 7兆歐表 6 5萬用表 6 8用電橋測量電阻 電容與電感 6 9非電量的電測法 6 10安全用電技術(shù) 本章要求 1 了解常用電工測量儀表的結(jié)構(gòu)和工作原理 2 掌握常用電工測量儀表的使用方法 3 了解電橋測量電阻 電容和電感的方法 4 了解常用非電量的電測法 第6章電工測量 電路中的各個物理量 如電壓 電流 功率 電能及電路參數(shù)等 的大小 除用分析與計算的方法外 常用電工測量儀表去測量 電工測量技術(shù)的應(yīng)用主要有以下優(yōu)點 第6章電工測量 1 電工測量儀表的結(jié)構(gòu)簡單 使用方便 并有足夠的精確度 2 電工測量儀表可以靈活地安裝在需要進行測量的地方 并可實現(xiàn)自動記錄 3 電工測量儀表可實現(xiàn)遠距離的測量問題 4 能利用電工測量的方法對非電量進行測量 6 1電工測量儀表的分類 1 按照被測量的種類分類 2 按照工作原理分類 3 按照電流的種類分類 見上表 4 按照準(zhǔn)確度分類 最大基本誤差 儀表的最大量程 滿標(biāo)值 目前我國直讀式電工測量儀表按照準(zhǔn)確度分為0 1 0 2 0 5 1 0 1 5 2 5 5 0七級 準(zhǔn)確度是電工測量儀表的主要特性之一 準(zhǔn)確度較高 0 1 0 2 0 5 的儀表常用來進行精密測量或校正其他儀表 相對額定誤差 準(zhǔn)確度是電工測量儀表的主要特性之一 儀表的準(zhǔn)確度是根據(jù)儀表的相對額定誤差來分級的 例 一準(zhǔn)確度為2 5級的電壓表 其最大量程為50V 正常情況下 可認為最大基本誤差是不變的 所以被測量值比滿標(biāo)值愈小 則相對測量誤差就愈大 如用上述電壓表來測量實際值為10V的電壓時 相對誤差為 測量實際值為40V的電壓時 相對誤差為 在選用儀表的量程時 一般應(yīng)使被測量的值超過儀表滿標(biāo)值的一半以上 則可能產(chǎn)生的最大基本誤差為 電工測量儀表上的幾種符號 6 2電工測量儀表的型式 直讀式儀表測量各種電量的基本原理利用儀表中通入電流后產(chǎn)生電磁作用 使可動部分受到轉(zhuǎn)矩而發(fā)生轉(zhuǎn)動 轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)矩與通入的電流之間有 T f I 1 產(chǎn)生轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)矩T的部分使儀表可動部分受到轉(zhuǎn)矩而發(fā)生轉(zhuǎn)動 3 阻尼器能產(chǎn)生制動力 阻尼力 的裝置 使儀表可動部分能迅速靜止在平衡位置 直讀式儀表的基本組成部分 2 產(chǎn)生阻轉(zhuǎn)矩TC的部分當(dāng)阻轉(zhuǎn)矩TC等于轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)矩T時 儀表可動部分平衡在一定的位置 6 2電工測量儀表的型式 6 2 1磁電式儀表 1 結(jié)構(gòu) 螺旋彈簧 1 固定部分馬蹄形永久磁鐵 極掌NS及圓柱形鐵心等 2 可動部分鋁框及線圈 兩根半軸O和O 螺旋彈簧及指針 極掌與鐵心之間的空氣隙的長度是均勻的 其中產(chǎn)生均勻的輻射方向的磁場 2 工作原理 1 轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)矩T的產(chǎn)生 2 阻轉(zhuǎn)矩TC的產(chǎn)生 在線圈和指針轉(zhuǎn)動時 螺旋彈簧被扭緊而產(chǎn)生阻轉(zhuǎn)矩TC 線圈通入電流I 電磁力F 線圈受到的轉(zhuǎn)矩T k1I 線圈通入電流I 電磁力F 線圈受到轉(zhuǎn)矩T 線圈和指針轉(zhuǎn)動 彈簧的TC與指針的偏轉(zhuǎn)角 成正比 即TC k2 當(dāng)彈簧的阻轉(zhuǎn)矩T與線圈受到的轉(zhuǎn)矩TC達到平衡時 可動部分停止轉(zhuǎn)動 此時有 T TC 當(dāng)彈簧阻轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)矩達到平衡即TC T時 可轉(zhuǎn)動部分便停止轉(zhuǎn)動 T k1I TC k2 儀表的標(biāo)度尺上作均勻刻度 3 阻尼作用的產(chǎn)生 當(dāng)線圈通入電流而發(fā)生偏轉(zhuǎn)時 鋁框切割磁通 在框內(nèi)感應(yīng)出電流 其電流再與磁場作用 產(chǎn)生與轉(zhuǎn)動方向相反的制動力 于是可轉(zhuǎn)動部分受到阻尼作用 快速停止在平衡位置 即指針的偏轉(zhuǎn)角 結(jié)論 指針偏轉(zhuǎn)的角度與流經(jīng)線圈的電流成正比 4 用途 5 優(yōu)點 刻度均勻 靈敏度和準(zhǔn)確度高 阻尼強 消耗電能量小 受外界磁場影響小 缺點 只能測量直流 價格較高 不能承受較大過載 測量直流電壓 直流電流及電阻 6 2 2電磁式儀表 1 結(jié)構(gòu) 主要部分是固定的圓形線圈 線圈內(nèi)部有固定的鐵片 固定在轉(zhuǎn)軸上的可動鐵片 2 工作原理 儀表的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)矩T kI 彈簧的阻轉(zhuǎn)矩TC k2 彈簧的阻轉(zhuǎn)矩TC與指針的偏轉(zhuǎn)角 成正比 即 當(dāng)T TC時 可動部分停止轉(zhuǎn)動 即指針的偏轉(zhuǎn)角 結(jié)論 指針偏轉(zhuǎn)的角度與直流電流或交流電流有效值的平方成正比 線圈通入電流I 磁場 線圈通入電流I 磁場 固定和可動鐵片均被磁化 同一端的極性是相同的 可動片因受斥力而帶動指針轉(zhuǎn)動 交流為有效值 因指針的偏轉(zhuǎn)角度與直流電流或交流有效值平方成正比 所以儀表標(biāo)度尺上的刻度是不均勻的 與軸相聯(lián)的活塞在小室中移動產(chǎn)生阻尼力 空氣阻尼器 3 用途 4 優(yōu)點 構(gòu)造簡單 價格低廉 可用于交直流 能測量較大的電流 允許較大的過載 缺點 刻度不均勻 易受外界磁場及鐵片中磁滯和渦流 測量交流時 的影響 因此準(zhǔn)確度不高 測量交流電壓 交流電流 6 2 3電動式儀表 1 結(jié)構(gòu) 有兩個線圈 固定線圈和可動線圈 可動線圈與指針及空氣阻尼器的活塞都固定在軸上 2 工作原理 固定線圈中的電流I1 i1 磁場可動線圈中的電流I2 i2 與磁場相互作用 電磁力F線圈受到轉(zhuǎn)矩T 線圈和指針轉(zhuǎn)動 儀表的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)矩通入直流時 T k1I1I2 通入交流時 T k1I1I2cos i1和i2的有效值 i1和i2之間的相位差 彈簧的阻轉(zhuǎn)矩TC k2 彈簧的阻轉(zhuǎn)矩TC與指針的偏轉(zhuǎn)角 成正比 即 當(dāng)T TC時 可動部分停止轉(zhuǎn)動 即指針的偏轉(zhuǎn)角 結(jié)論 指針偏轉(zhuǎn)的角度與兩個電流 對交流為有效值 的乘積成正比 儀表的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)矩通入直流時 T k1I1I2 通入交流時 T k1I1I2cos kI1I2 直流 kI1I2cos 交流 i1和i2之間的相位差 4 優(yōu)點 可用于交直流 準(zhǔn)確度較高 缺點 受外界磁場影響大 不能承受較大過載 3 用途測量交直流電壓 電流及功率 6 3電流的測量 電流表的內(nèi)阻要很小 測量直流電流通常用磁電式電流表 若要擴大電流表的量程 可在測量機構(gòu)上并聯(lián)一個分流電阻RA 電流表應(yīng)串聯(lián)在電路中 式中 R0 測量機構(gòu)的電阻RA 分流器的電阻 測量直流電流通常用磁電式電流表 測量交流電流通常用電磁式電流表 由 可得 分流電阻 可知 需擴大的量程愈大 則分流電阻應(yīng)愈小 例 有一磁電式電流表 當(dāng)無分流器時 表頭的滿標(biāo)值電流為5mA 表頭電阻為20 今欲使其量程 滿標(biāo)值 為1A 問分流器的電阻應(yīng)為多大 6 4電壓的測量 表的內(nèi)阻要很高 測量直流電壓通常用磁電式電壓表 若要擴大電壓表的量程 可在測量機構(gòu)上串聯(lián)一個倍壓電阻RV 電壓表應(yīng)并聯(lián)在被測電路兩端 式中 R0 測量機構(gòu)的電阻RV 倍壓器的電阻 測量直流電壓通常用磁電式電壓表 測量交流電流通常用電磁式電壓表 由 可得 串聯(lián)電阻 可知 需擴大的量程愈大 則串聯(lián)電阻應(yīng)愈大 例 有一電壓表 其量程為50V 內(nèi)阻為2000 今欲使其量程擴大到300V 問還需串聯(lián)多大電阻的倍壓器 6 5 1磁電式萬用表 用來測量直流電流 直流電壓 交流電壓和電阻等 1 直流電流的測量 RA1 RA5是分流器電阻 改變轉(zhuǎn)換開關(guān)的位置 就改變了分流器的電阻 從而改變了電流的量程 量程愈大 分流器電阻愈小 6 5萬用表 直流調(diào)整電位器 6 5萬用表 6 5 1磁電式萬用表 用來測量直流電流 直流電壓 交流電壓和電阻等 2 直流電壓的測量 RV1 RV3構(gòu)成倍壓器電阻 改變轉(zhuǎn)換開關(guān)的位置 就改變了倍壓器的電阻 從而改變了電壓的量程 量程愈大 倍壓器電阻愈大 3 交流電壓的測量 磁電式儀表只能測量直流 如果要測量交流 需加整流元件 如圖中D1和D2 正半周時 電流流經(jīng)D1和部分電流流經(jīng)微安表流出 負半周時 電流直接流經(jīng)D2從 端流出 可見 通過微安表的是半波電流 讀數(shù)應(yīng)為該電流的平均值 可見 通過微安表的是半波電流 讀數(shù)應(yīng)為該電流的平均值 為此 加一交流調(diào)整電位器 圖中600 用來改變表盤刻度 指示讀數(shù)被折換為正弦電壓有效值 可見 通過微安表的是半波電流 讀數(shù)應(yīng)為該電流的平均值 為此 加一交流調(diào)整電位器 圖中600 用來改變表盤刻度 指示讀數(shù)被折換為正弦電壓有效值 普通萬用表只適合測量頻率為45 1000Hz的電壓 4 電阻的測量 測量電阻時 需接入電池 被測電阻愈小 電流愈大 則指針偏轉(zhuǎn)的角度愈大 注意 1 測量前應(yīng)先將 兩端短接 看指針是否指在零 否則應(yīng)調(diào)節(jié)調(diào)零電位器 圖中1 7k 電阻 進行校正 2 絕對不能在帶電線路上測量電阻 用畢應(yīng)將轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)到高電壓檔 MF 30型萬用表的面板圖 6 5萬用表 零歐姆調(diào)整 機械零位調(diào)整 轉(zhuǎn)換開關(guān) 6 5 2數(shù)字式萬用表 今以DT 830型數(shù)字萬用表為例來說明它的測量范圍和使用方法 1 測量范圍 1 直流電壓分為五檔 200mV 2V 20V 200V 1000V 2 交流電壓分為五檔 200mV 2V 20V 200V 750V 3 直流電流分為五檔 200 V 2mA 20mA 200mA 10A 4 交流電流分為五檔 200 V 2mA 20mA 200mA 10A 5 電阻分為六檔 200 2k 20k 200k 2M 20M 6 5 2數(shù)字式萬用表 DT 830型萬用表的面板圖 2 面板說明 2 電源開關(guān) 使用時將開關(guān)置于 ON 位置 使用完畢置于 OFF 位置 3 轉(zhuǎn)換開關(guān) 用以選擇功能和量程 根據(jù)被測的電量 電壓 電流 電阻等 選擇相應(yīng)的功能位 按被測量程的大小性選擇合適的量程 4 輸入插座 將黑色測試筆插入 COM 的插座 紅色測試筆有如下三種插法 測量電壓和電阻時插入 V 插座 測量小于200mA的電流時插入 mA 插座 測量大于200mA的電流時插入 10A 插座 1 顯示器 顯示四位數(shù)字 最高位只能顯示1或不顯示數(shù)字 算半位 故稱三位半 最大指示為1999或 1999 當(dāng)被測量超過最大指示值時 顯示 1 或 1 6 6功率的測量 6 6 1單相交流和直流功率的測量 通常用電動式儀表來測量功率 功率表的接線圖 負載 固定線圈 匝數(shù)少 導(dǎo)線粗 與負載串聯(lián) 作為電流線圈 可動線圈 匝數(shù)多 導(dǎo)線細 與負載并聯(lián) 作為電壓線圈 工作原理 I2正比U 且可認為i2與u同相 所以 6 6功率的測量 6 6 2三相功率的測量 在三相三線制中 廣泛采用兩功率表來測量三相功率 兩功率表測量三相功率 工作原理 三相瞬時功率 所以 p uAiA uBiB uC iA iB iC uA uC iA uB uC iB uACiA uBCiB p1 p2 p pA pB pC uAiA uBiB uCiC 因為 iA iB iC 0 可見 三相功率可用兩個功率表來測量 式中 為uAC和iA之間的相位差 式中 為uBC和iB之間的相位差 兩功率表讀數(shù)之和為P P1 P2 UACIAcos UBCIBcos 當(dāng)負載對稱時 P1 UACIAcos UlIlcos 30 P2 UBCIBcos UlIlcos 30 由相量圖可知 兩功率表的讀數(shù)為 兩功率表讀數(shù)之和為P P1 P2 UlIlcos 30 UlIlcos 30 可見 采用兩表法可測量三相功率 當(dāng) 60 時 P1和P2均為正值 P P1 P2 當(dāng) 60 時 P1為正值 P2為負值 P P1 P2 三相功率應(yīng)是兩個功率表讀數(shù)的代數(shù)和 其中任意一個功率表的讀數(shù)是無意義的 實用中 常用一個三相功率表 二元功率表 代替兩個單相功率表來測量功率 6 7兆歐表 兆歐表 用于檢查電機 電器及線路的絕緣情況和測量高值電阻 1 結(jié)構(gòu) 兆歐表構(gòu)造示意圖 兩個線圈固定在同一軸上且相互垂直 一個線圈與電阻R串聯(lián) 另一個線圈與被測電阻Rx串聯(lián) 兩者并聯(lián)接于直流電源 永久磁鐵 線圈 手搖直流發(fā)電機 磁場是不均勻的 2 工作原理 在測量時 通過線圈的電流 線圈受到磁場的作用 產(chǎn)生兩個方向相反的轉(zhuǎn)矩 f1 和f2 分別為兩個線圈所在處的磁感應(yīng)強度與偏轉(zhuǎn)角 之間的函數(shù)關(guān)系 T1 k1I1f1 T2 k2I2f2 儀表的可動部分在轉(zhuǎn)矩的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn) 直到兩個線圈產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩平衡 2 工作原理 當(dāng)兩個線圈產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩平衡時 有T1 T2 即k1I1f1 k2I2f2 上式表明 偏轉(zhuǎn)角 與兩線圈中電流之比有關(guān) 故稱為流比計 因 所以 結(jié)論 1 偏轉(zhuǎn)角 與被測電阻Rx有一定的函數(shù)關(guān)系 所以 角可以反映出被測電阻的大小 2 儀表的偏轉(zhuǎn)角 與電源電壓U無關(guān) 所以手搖發(fā)電機轉(zhuǎn)動的快慢不影響讀數(shù) 6 8用電橋測量電阻 電容和電感 6 8 1直流電橋 2 工作原理 1 電路 最常用的單臂直流電橋 惠斯登電橋 用來測量約1 到0 1M 電阻 當(dāng)檢流計G中無電流流過時 電橋達到平衡 電橋平衡的條件為 R1R4 R2R3 設(shè)R1 Rx為被測電阻 則 測量時 先將比臂調(diào)到一定比值 然后再調(diào)節(jié)較臂直到電橋平衡為止 6 8 2交流電橋 1 電路 交流電橋用來測量電容和電感 交流電橋平衡的條件為 2 工作原理 Z1Z4 Z2Z3 即 Z1 Z4 Z2 Z3 1 4 2 3 為使平衡容易調(diào)節(jié) 常將兩個橋臂設(shè)計為純電阻 1 當(dāng)選Z2和Z4為純電阻時 則Z1和Z3必須同為電感性或電容性 2 當(dāng)選Z2和Z3為純電阻時 則Z1和Z4必須一個為電感性 而另一個為電容性 6 8 2交流電橋 1 電容的測量 測量電容的電橋電路 電橋平衡時 有 可得 被測電容器 無損耗的標(biāo)準(zhǔn)電容器和標(biāo)準(zhǔn)電阻 6 8 2交流電橋 2 電感的測量 電橋平衡時 有 可得 被測電感元件 無損耗的標(biāo)準(zhǔn)電容器和標(biāo)準(zhǔn)電阻 測量電感的電橋電路 6 9非電量的電測法 非電量的電測法就是將各種非電量 如溫度 壓力 速度 位移 應(yīng)變 流量 液位等 變換為電量 而后進行測量的方法 非電量的電測儀器 主要由下列幾個主要部分組成 1 傳感器 將被測非電量變換為與其成一定比例關(guān)系的電量 2 測量電路 將傳感器輸出的電信號進行處理 使之適合于顯示 記錄及和微型計算機的聯(lián)接 3 測錄裝置 各種電工測量儀表 示波器 自動記錄儀 數(shù)據(jù)處理器及控制電機等 6 9 1應(yīng)變電阻傳感器 1 金屬電阻絲應(yīng)變片 電阻絲由直徑為0 02 0 04mm的康銅或鎳鉻合金繞成 2 工作原理 試件發(fā)生的應(yīng)變通過膠層和紙片傳給電阻絲 將電阻絲拉長或縮短 從而改變了它的電阻 就將機械應(yīng)變變換為電阻的變化 k為電阻絲應(yīng)片的靈敏系數(shù) 其值約為2 交流電橋測量電路 輸出電壓 設(shè)測量前電橋平衡 即R1R4 R2R3 應(yīng)變電阻 測量時應(yīng)變電阻變化了 R1 則 如選R1 R2 R3 R4 并忽略分母中的 R1 則有 常用電橋電路 大多采用不平衡電橋 把電阻的相對變化轉(zhuǎn)換為電壓或電流變化 6 9 2電感傳感器 電感傳感器能將非電量的變化變換為線圈電感的變化 再由測量電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流信號 1 差動電感傳感器 兩只線圈完全相同 且上下對稱排列 當(dāng)銜鐵在中間位置時 兩線圈的電感相同 當(dāng)銜鐵在中間位置時 兩線圈的電感相同 當(dāng)銜鐵受非電量的作用上下移動時 兩個線圈的電感一增一減 發(fā)生變化 此即為差動 銜鐵處于中間位置 電橋平衡 輸出電壓 電感傳感器常用來測量壓力 位移 液位 表面光潔度等 2 工作原理 當(dāng)銜鐵偏離中間位置上下移動時 電橋不平衡 輸出電壓的大小與銜鐵位移的大小成正比 其相位與銜鐵移動的方向有關(guān) 交流電橋測量電路 線圈 標(biāo)準(zhǔn)電阻 6 9 3電容傳感器 電容傳感器能將非電量的變化變換為電容器電容的變化 可見 只要改變 S d三者之一 都可使電容改變 將上極板固定 下極板與被測物體相接觸 當(dāng)運動物體上 下位移 改變d 或左 右位移 改變S 時 將引起電容的改變 1 平板電容傳感器 初始時C1 C2 電橋平衡 輸出電壓 交流電橋測量電路 當(dāng)C1變化時 電橋不平衡 輸出電壓的大小與電容的變化成正比 可得 帶條厚度為 其介電常數(shù)為 2 工作