電氣測量ch22PPT課件

1、重點重點 1、磁電系，電磁系，電動系。、磁電系，電磁系，電動系。 2、電壓表和電流表的附屬裝置：、電壓表和電流表的附屬裝置： 分流器，附加電阻，互感器。分流器，附加電阻，互感器。 3、萬用表，檢流計，電位差計。、萬用表，檢流計，電位差計。 掌握磁電系、電磁系、電動系儀表的原理以及用它測量電壓掌握磁電系、電磁系、電動系儀表的原理以及用它測量電壓 、電流的方法。這三種儀表不僅可以用來測量電壓、電流，、電流的方法。這三種儀表不僅可以用來測量電壓、電流， 在配置變換電路后，還可以測量其它電磁量或非電量，是從在配置變換電路后，還可以測量其它電磁量或非電量，是從 事電氣技術(shù)的人員應(yīng)具備的儀表知識的最基本內(nèi)

2、容。事電氣技術(shù)的人員應(yīng)具備的儀表知識的最基本內(nèi)容。 掌握電壓表和電流表的附屬裝置，包括分流器、附加電阻、掌握電壓表和電流表的附屬裝置，包括分流器、附加電阻、 互感器的結(jié)構(gòu)原理及其計算方法，這是測量電壓和電流必須互感器的結(jié)構(gòu)原理及其計算方法，這是測量電壓和電流必須 掌握的技術(shù)。掌握的技術(shù)。 掌握萬用表、檢流計和電位差計的基本原理。萬用表是現(xiàn)場掌握萬用表、檢流計和電位差計的基本原理。萬用表是現(xiàn)場 工作最常用的工具之一，檢流計和電位差計則是校準和精密工作最常用的工具之一，檢流計和電位差計則是校準和精密 測量中常用的儀器。測量中常用的儀器。 六、磁電系電流表及其擴程方法六、磁電系電流表及其擴程方法 直

3、接測量的電流只能是微安或毫安級。直接測量的電流只能是微安或毫安級。 擴程方法如下：擴程方法如下： 分析各自特點分析各自特點 10 10 00 RR RR IRI 1 01 0 R RR I I n 1 0 1 n R R 例例 有一磁電系測量機構(gòu)，滿偏電流為有一磁電系測量機構(gòu)，滿偏電流為200A，可動線，可動線 圈內(nèi)阻為圈內(nèi)阻為300，求若要把，滿刻度電流擴大到，求若要把，滿刻度電流擴大到 0.5A，應(yīng)并聯(lián)多大分流器電阻？，應(yīng)并聯(lián)多大分流器電阻？ 0.12 外附分流器外附分流器 參數(shù)為額定電流和額定電壓。參數(shù)為額定電流和額定電壓。 額定電壓表示與分流器配套的電流表量限與內(nèi)阻額定電壓表示與分流器

4、配套的電流表量限與內(nèi)阻 的乘積。的乘積。 例例原來量程為原來量程為1A，內(nèi)阻為，內(nèi)阻為0.1的電流表，如的電流表，如 果要擴程到果要擴程到100A，就要選用額定電壓為，就要選用額定電壓為 100mV，額定電流為，額定電流為100A的分流器。的分流器。 七、磁電系電壓表及其擴程方法七、磁電系電壓表及其擴程方法 直接測量的電壓不超過毫伏級。直接測量的電壓不超過毫伏級。 擴程方法如下：擴程方法如下： US R U SIS UII 0 0 0 0 0 10 I R U RR U 0 1 0 01 0 1 R R R RR U U m 01 ) 1(RmR 例例 有一磁電系測量機構(gòu)，滿偏電流為有一磁電系

5、測量機構(gòu)，滿偏電流為200A，可動線，可動線 圈內(nèi)阻為圈內(nèi)阻為300，要改裝成，要改裝成60V量程的電壓表，應(yīng)量程的電壓表，應(yīng) 接多大的附加電阻？接多大的附加電阻？ 299.7k 電壓表內(nèi)阻指測量機構(gòu)內(nèi)阻加上附加電阻值，電壓表內(nèi)阻指測量機構(gòu)內(nèi)阻加上附加電阻值， 所以電壓表內(nèi)阻與量程有關(guān)。為了簡化表示，所以電壓表內(nèi)阻與量程有關(guān)。為了簡化表示， 常用常用 表示電壓表內(nèi)阻，又稱電壓靈敏度，單位表示電壓表內(nèi)阻，又稱電壓靈敏度，單位/V。 0 1 IU Rs 在相同的電壓量程下，在相同的電壓量程下，/V數(shù)越大的電壓表，數(shù)越大的電壓表， 內(nèi)阻越大，消耗功率越小，對被測電路工作狀內(nèi)阻越大，消耗功率越小，對被

6、測電路工作狀 態(tài)影響也最小。態(tài)影響也最小。 1.1.某多量限磁電系電流表的分流電路如圖某多量限磁電系電流表的分流電路如圖 所示。已知所示。已知150mA150mA檔時的總分流電阻為檔時的總分流電阻為44， 15mA15mA檔時表頭支路的總電阻為檔時表頭支路的總電阻為59605960。問。問 表頭的滿偏電流是多少？量限為表頭的滿偏電流是多少？量限為15mA15mA時的時的 總分流電阻是多少？總分流電阻是多少？ R1R2R3R4 R0，I0 150mA15mA 練習(xí)：練習(xí)： 250 0 RAI400 0 2 2、有一滿偏電流、有一滿偏電流，內(nèi)阻，內(nèi)阻 磁電系表頭，欲制成多量程電流電壓表，電路磁電系

7、表頭，欲制成多量程電流電壓表，電路 如圖所示，求各電阻值。如圖所示，求各電阻值。 練習(xí)：練習(xí)： 八、磁電系歐姆表八、磁電系歐姆表 xi I x II RR E S RRR E SIS 0 隨電池輸出電壓下降，逐漸隨電池輸出電壓下降，逐漸 增大調(diào)零電阻。增大調(diào)零電阻。 U 分壓式調(diào)零分壓式調(diào)零 中心值電阻。中心值電阻。 當(dāng)當(dāng) ix RR ，指示值在標尺中心，其值稱為，指示值在標尺中心，其值稱為 中心值電阻，即歐姆表內(nèi)阻。中心值電阻，即歐姆表內(nèi)阻。 “有效有效”讀數(shù)范圍。讀數(shù)范圍。 i R)(5 5 1 多量程歐姆表：共用標尺，各檔中心值是十倍多量程歐姆表：共用標尺，各檔中心值是十倍 關(guān)系。關(guān)系。

8、 歐姆調(diào)零。歐姆調(diào)零。 補償電池輸出電壓的下降。補償電池輸出電壓的下降。 補充：補充：數(shù)字萬用表的歐姆檔原理之一數(shù)字萬用表的歐姆檔原理之一 s I x R x U x R 為待測電阻。為待測電阻。 s x x I U R 接入待測電阻后，數(shù)字接入待測電阻后，數(shù)字 萬用表輸出恒定電流，萬用表輸出恒定電流， 測量測量 求得阻值。求得阻值。 x U 優(yōu)點：優(yōu)點：測量值與阻值成線性關(guān)系。測量值與阻值成線性關(guān)系。 指針式萬用表黑表筆為正極，紅表筆為負極。指針式萬用表黑表筆為正極，紅表筆為負極。 內(nèi)部黑表筆連接到了內(nèi)部黑表筆連接到了1.5V電池的正極。電池的正極。 數(shù)字萬用表的紅表筆為正極，黑表筆為負極。

9、數(shù)字萬用表的紅表筆為正極，黑表筆為負極。 內(nèi)部紅表筆連接到了內(nèi)部紅表筆連接到了9V電池的正極。電池的正極。 問問：萬用表轉(zhuǎn)換開關(guān)旋到歐姆檔時，紅、黑表筆：萬用表轉(zhuǎn)換開關(guān)旋到歐姆檔時，紅、黑表筆 哪個的電勢高？哪個的電勢高？ 第三節(jié)第三節(jié)磁電系檢流計磁電系檢流計 一、結(jié)構(gòu) 檢流計是一種具有極高靈敏度檢流計是一種具有極高靈敏度 的電流表，為提高檢流計的靈敏度的電流表，為提高檢流計的靈敏度 ，動圈采用無骨架結(jié)構(gòu)，減少厚度，動圈采用無骨架結(jié)構(gòu)，減少厚度 ，既減輕動圈重量，又縮短磁路的，既減輕動圈重量，又縮短磁路的 工作氣隙。使氣隙中的磁感應(yīng)強度工作氣隙。使氣隙中的磁感應(yīng)強度 增大。增大。 可動部分不用

10、軸和軸承的支撐方可動部分不用軸和軸承的支撐方 式，改用張絲或吊絲懸掛動圈，以式，改用張絲或吊絲懸掛動圈，以 消除因軸尖所產(chǎn)生的摩擦，使之可消除因軸尖所產(chǎn)生的摩擦，使之可 在很小的力矩下都能工作。在很小的力矩下都能工作。 對非便攜式的檢流計，還可以對非便攜式的檢流計，還可以 用光標代替指針。用光標代替指針。 光標指示和指針指示的示意圖 光標式光標式 指針式指針式 二、可動部分的運動方程 檢流計的可動線圈通電后產(chǎn)生力矩為M，并在M 作用下繞 軸運動，根據(jù)牛頓第二定律，力矩M 隨時要與阻力矩、阻尼 力矩以及慣性力矩相平衡，或用轉(zhuǎn)角的運動方程表示為。 ， , )( , d d d d 2 2 2 MD

11、 。）（ ， 。D R N PJ MD t P t J 即定由方程前兩項為零時確即平衡點值穩(wěn)定后 將增大動圈所處位置角一旦施加驅(qū)動力矩該方程表明 系數(shù)為彈簧游絲反作用力矩與磁場場強弱 外接電阻為阻尼系數(shù)決定于線圈為轉(zhuǎn)動慣量式中 三三、動圈從靜止至穩(wěn)定過程 根據(jù)阻尼大小，可動部分的運動狀態(tài)可能出現(xiàn) 過阻尼、欠阻尼和臨界阻尼等三種形式。 穩(wěn)定后動圈穩(wěn)定后動圈 的轉(zhuǎn)角的轉(zhuǎn)角 （整流電路（整流電路 + + 磁電系表頭）磁電系表頭）波形因數(shù)波形因數(shù) 波形因數(shù)：波形因數(shù)：周期量的有效值與平均值之比，其中平均值周期量的有效值與平均值之比，其中平均值 是指周期量的絕對值的平均值。是指周期量的絕對值的平均值。

12、波形因數(shù)波形因數(shù)= =有效值有效值/ /絕對平均值絕對平均值 正弦波，有效值正弦波，有效值 2 m A A 平均值平均值 2 m av A A 波形因數(shù)波形因數(shù)= = 2 1.11 22 2 mm av AAA A 補充：整流系儀表補充：整流系儀表 全波整流：全波整流：0.9 av II1.11 av II 半波整流：半波整流：0.45 av II2.22 av II 整流系儀表，按有效值刻度。整流系儀表，按有效值刻度。 第四節(jié)第四節(jié) 電磁系儀表電磁系儀表 電磁系儀表用于測量交流電壓與交流電流。電磁系儀表用于測量交流電壓與交流電流。 它具有結(jié)構(gòu)簡單、過載能力強、造價低廉以它具有結(jié)構(gòu)簡單、過載能

13、力強、造價低廉以 及交直流兩用等一系列優(yōu)點。及交直流兩用等一系列優(yōu)點。 一、電磁系測量機構(gòu)的結(jié)構(gòu)和工作原理一、電磁系測量機構(gòu)的結(jié)構(gòu)和工作原理 有吸引型、推斥型和吸引有吸引型、推斥型和吸引推斥型三種。推斥型三種。 1、吸引型電磁系測量機構(gòu)、吸引型電磁系測量機構(gòu) 2、排斥型電磁系測量機構(gòu)、排斥型電磁系測量機構(gòu) 固定鐵片和可動鐵片展開圖固定鐵片和可動鐵片展開圖 N S N N N S S S 磁化后的鐵片同極相斥，推磁化后的鐵片同極相斥，推 動轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動。電流方向改變動轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動。電流方向改變 時，轉(zhuǎn)軸偏轉(zhuǎn)方向不變，故時，轉(zhuǎn)軸偏轉(zhuǎn)方向不變，故 可測交流?？蓽y交流。 3、吸引、吸引推斥型電磁系測量機構(gòu)推斥

14、型電磁系測量機構(gòu) 兩組鐵心分別位于軸心相兩組鐵心分別位于軸心相 對兩側(cè)。對兩側(cè)。 偏轉(zhuǎn)角增加時，同極之間偏轉(zhuǎn)角增加時，同極之間 的推斥力逐漸減弱，但相的推斥力逐漸減弱，但相 異極性之間存在吸引力，異極性之間存在吸引力， 而且吸引力逐漸加強。指而且吸引力逐漸加強。指 針因推斥力和吸引力的共針因推斥力和吸引力的共 同作用而構(gòu)成了轉(zhuǎn)動力矩。同作用而構(gòu)成了轉(zhuǎn)動力矩。 常用于交流廣角度儀表，常用于交流廣角度儀表， 因為它的轉(zhuǎn)動力矩大，因為它的轉(zhuǎn)動力矩大， 而且不會因為偏轉(zhuǎn)角增而且不會因為偏轉(zhuǎn)角增 加而影響轉(zhuǎn)動力矩。加而影響轉(zhuǎn)動力矩。 這種結(jié)構(gòu)由于鐵心增多，這種結(jié)構(gòu)由于鐵心增多， 所以磁滯誤差增大。所以磁

15、滯誤差增大。 l轉(zhuǎn)動力矩是由通入被測電流的線圈對鐵片的吸引轉(zhuǎn)動力矩是由通入被測電流的線圈對鐵片的吸引 力產(chǎn)生的。線圈的磁場能量為：力產(chǎn)生的。線圈的磁場能量為： 2 1 2 WI L 線圈對鐵心的作用力矩為：線圈對鐵心的作用力矩為： 2 1 2 dWdL MI dd 注意：自感注意：自感L取決于回路形狀、匝數(shù)和磁介質(zhì)。取決于回路形狀、匝數(shù)和磁介質(zhì)。 作用力矩（轉(zhuǎn)動力矩）：作用力矩（轉(zhuǎn)動力矩）： 2 1 2 dL ID d 22 1 2 dL IkI Dd 電磁系測量機構(gòu)的讀數(shù)方程電磁系測量機構(gòu)的讀數(shù)方程 表明：表明： 在直流的情況下，電磁系測量機構(gòu)可動部分的偏在直流的情況下，電磁系測量機構(gòu)可動部

16、分的偏 轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角，與電流的平方成比例。，與電流的平方成比例。 由于線圈的自感由于線圈的自感L L會隨著可動鐵心偏轉(zhuǎn)而發(fā)生變會隨著可動鐵心偏轉(zhuǎn)而發(fā)生變 化，則可動部分偏轉(zhuǎn)角化，則可動部分偏轉(zhuǎn)角還與還與 成比例。成比例。dL d 反作用力矩：反作用力矩： MD 平衡時：平衡時： n磁感應(yīng)阻尼。阻尼翼片切割永久磁鐵的磁場磁感應(yīng)阻尼。阻尼翼片切割永久磁鐵的磁場B， 使翼片中形成渦流，渦流與磁場使翼片中形成渦流，渦流與磁場B相互作用形成阻相互作用形成阻 尼力矩。尼力矩。 n因電磁系儀表的測量線圈磁場很弱，故阻尼磁鐵因電磁系儀表的測量線圈磁場很弱，故阻尼磁鐵 必須用軟磁材料屏蔽起來。必須用軟磁材料屏蔽起來

17、。 阻尼力矩：阻尼力矩： 二、電磁系測量機構(gòu)的技術(shù)性能二、電磁系測量機構(gòu)的技術(shù)性能 1、使用范圍、使用范圍 電磁系儀表既可用于測量直流，也可以用于測電磁系儀表既可用于測量直流，也可以用于測 量交流。量交流。因為可動鐵心受力方向與線圈電流方因為可動鐵心受力方向與線圈電流方 向無關(guān)，線圈電流方向改變時，線圈磁極性和向無關(guān)，線圈電流方向改變時，線圈磁極性和 鐵心磁極性同時改變而保持受力方向不變。鐵心磁極性同時改變而保持受力方向不變。 sin m iIt 2 1 2 t dL mi d 22 00 1111 22 TT t dLdL Mm dti dtI TdTd 設(shè)線圈電流為：設(shè)線圈電流為： 22

18、1 2 dL IkI Wd 測量直流和測量交流的表達式完全相同。所以電磁系測量直流和測量交流的表達式完全相同。所以電磁系 儀表也可以測量直流量和交流量的有效值。儀表也可以測量直流量和交流量的有效值。 2、刻度特性、刻度特性 如果如果 為常數(shù)，刻度具有平方律特性，即刻為常數(shù)，刻度具有平方律特性，即刻 度前半部分較密，后半部分較疏。度前半部分較密，后半部分較疏。 刻度不均勻?？潭炔痪鶆?。 如果如果 不是常數(shù)，刻度與其變化有關(guān)，適不是常數(shù)，刻度與其變化有關(guān)，適 當(dāng)選擇鐵心形狀，調(diào)節(jié)鐵心與線圈的相對位置，當(dāng)選擇鐵心形狀，調(diào)節(jié)鐵心與線圈的相對位置， 使其補償平方律的缺點，使刻度比較均勻。使其補償平方律的

19、缺點，使刻度比較均勻。 基本測量值是電流的有效值。基本測量值是電流的有效值。 dL d dL d 3、防干擾性能、防干擾性能 （1）線圈磁場的工作氣隙大，磁場相對比較弱，）線圈磁場的工作氣隙大，磁場相對比較弱， 受外磁場影響比較明顯。受外磁場影響比較明顯。 磁屏蔽。將測量機構(gòu)裝在導(dǎo)磁磁屏蔽。將測量機構(gòu)裝在導(dǎo)磁 良好的屏蔽罩內(nèi)。良好的屏蔽罩內(nèi)。 為防止外磁場干擾，常采用的措施：為防止外磁場干擾，常采用的措施： 雙層屏蔽雙層屏蔽 無定位結(jié)構(gòu)。無定位結(jié)構(gòu)。 測量機構(gòu)分成兩部分且測量機構(gòu)分成兩部分且 反向串聯(lián)。當(dāng)線圈通電時，反向串聯(lián)。當(dāng)線圈通電時， 兩線圈產(chǎn)生的磁場方向相兩線圈產(chǎn)生的磁場方向相 反，但

20、作用力矩相加。反，但作用力矩相加。 不論儀表放置位置如何，不論儀表放置位置如何， 外磁場對兩部分的作用可外磁場對兩部分的作用可 互相抵消，故名無定位結(jié)互相抵消，故名無定位結(jié) 構(gòu)。構(gòu)。 三、電磁系電流表三、電磁系電流表 l可直接作為電流表使用。將固定線圈與被測電可直接作為電流表使用。將固定線圈與被測電 路串聯(lián)，就能測量該電路的電流。路串聯(lián)，就能測量該電路的電流。 電磁系儀表的磁路大部分以空氣為介質(zhì)，磁電磁系儀表的磁路大部分以空氣為介質(zhì)，磁 阻大，阻大，需要有足夠的磁勢（安匝數(shù)），需要有足夠的磁勢（安匝數(shù)），才能產(chǎn)生才能產(chǎn)生 足夠的磁感應(yīng)強度，從而產(chǎn)生足夠的轉(zhuǎn)動力矩。足夠的磁感應(yīng)強度，從而產(chǎn)生足夠

21、的轉(zhuǎn)動力矩。 低量限的電流表，需要較多的匝數(shù)。低量限的電流表，需要較多的匝數(shù)。 增大線圈的電感和分布電容，引起較大增大線圈的電感和分布電容，引起較大 的頻率誤差。的頻率誤差。 低量限只能做到毫安級。低量限只能做到毫安級。 高量限的電流表，可以減少匝數(shù)，但要加粗線徑，高量限的電流表，可以減少匝數(shù)，但要加粗線徑， 以防發(fā)熱。以防發(fā)熱。 交流有趨膚效應(yīng)交流有趨膚效應(yīng)用空心或多股導(dǎo)線。用空心或多股導(dǎo)線。 大電流導(dǎo)線位于儀大電流導(dǎo)線位于儀 表附近表附近 產(chǎn)生的強磁場將引起產(chǎn)生的強磁場將引起 儀表的誤差。儀表的誤差。 最大量限為最大量限為200A-300A。 多量限的電流表。多量限的電流表。 把固定線圈分

22、段，通把固定線圈分段，通 過改變幾段的串并聯(lián)過改變幾段的串并聯(lián) 關(guān)系改變量程。關(guān)系改變量程。 交流電流表可再用電流互感器擴大量程。交流電流表可再用電流互感器擴大量程。 ？為什么不能并聯(lián)并？為什么不能并聯(lián)并 聯(lián)電阻改變量程。聯(lián)電阻改變量程。 四、電磁系電壓表四、電磁系電壓表 l線圈串聯(lián)附加電阻，構(gòu)成電壓表。線圈串聯(lián)附加電阻，構(gòu)成電壓表。 擴大量程采用改變串聯(lián)附加電阻的辦法。擴大量程采用改變串聯(lián)附加電阻的辦法。 交流電壓表可再采用電壓互感器。交流電壓表可再采用電壓互感器。 磁電系電壓表：幾千歐磁電系電壓表：幾千歐-幾百千歐幾百千歐/V 電磁系電壓表：幾十歐電磁系電壓表：幾十歐/V 電磁系電壓表的附

23、加電阻比較小，所以內(nèi)阻較小。電磁系電壓表的附加電阻比較小，所以內(nèi)阻較小。 為什么電磁系電壓表的內(nèi)阻小？為什么電磁系電壓表的內(nèi)阻?。?光標指示和指針指示的示意圖 光標式光標式 指針式指針式 第四節(jié)第四節(jié) 電磁系儀表電磁系儀表 2、排斥型電磁系測量機構(gòu)、排斥型電磁系測量機構(gòu) 固定鐵片和可動鐵片展開圖固定鐵片和可動鐵片展開圖 N S N N N S S S 磁化后的鐵片同極相斥，推磁化后的鐵片同極相斥，推 動轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動。電流方向改變動轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動。電流方向改變 時，轉(zhuǎn)軸偏轉(zhuǎn)方向不變，故時，轉(zhuǎn)軸偏轉(zhuǎn)方向不變，故 可測交流。可測交流。 l轉(zhuǎn)動力矩是由通入被測電流的線圈對鐵片的吸引轉(zhuǎn)動力矩是由通入被測電流的線圈對鐵片的吸引 力產(chǎn)生的。線圈的磁場能量為：力產(chǎn)生的。線圈的磁場能量為： 2 1 2 WI L