第2章電流與電壓的測(cè)量

1、第一節(jié)第一節(jié)第二節(jié)第二節(jié)第三節(jié)第三節(jié) 第四節(jié)第四節(jié)第五節(jié)第五節(jié) 第二章 電流與電壓的測(cè)量電流與電壓的測(cè)量 第一節(jié) 直流電流表與電壓表 在磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上配上不 同的測(cè)量線路，就能組成各種不同用途 的直流電流表和直流電壓表。 演示電表只有一個(gè)測(cè)量機(jī)構(gòu)（俗稱(chēng) 表頭），配合不同的測(cè)量板時(shí)，就能組 成各種不同量程的電流表、電壓表或檢 流計(jì)。 一、磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)一、磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu) 測(cè)量機(jī)構(gòu) 轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān) 分流電阻 演示用電表 磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 固定部分磁路系統(tǒng) 磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu) 可動(dòng)部分線圈 游絲的作用： 1.產(chǎn)生反作用力矩 2.引導(dǎo)電流出入線圈 永久磁鐵 標(biāo)度尺 機(jī)械調(diào) 零旋鈕

2、 游 絲 鐵 心 引出線 指 針 磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 極 掌 平衡錘 磁感應(yīng)阻尼器 在動(dòng)圈中加裝短路線圈，利用短路 線圈中產(chǎn)生的感生電流與磁場(chǎng)相互作用 產(chǎn)生阻尼力矩。 根據(jù)磁路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不同，又可分為： 外磁式：永久磁鐵在可動(dòng)線圈的外部。 內(nèi)磁式：永久磁鐵在可動(dòng)線圈的內(nèi)部?？晒?jié) 約磁性材料，而且體積小、成本低、對(duì)外磁 泄漏少，近年來(lái)被廣泛使用。 內(nèi)外磁式：可動(dòng)線圈的內(nèi)、外部都有永久磁 鐵，故磁性更強(qiáng)，結(jié)構(gòu)可以更緊湊。 磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)中的磁路系磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)中的磁路系 統(tǒng)統(tǒng) 外磁式 內(nèi)磁式 內(nèi)外磁式 磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)的磁路系統(tǒng) 磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)的工作原理磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)的工作原理 磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)是根

3、據(jù)通電線 圈在磁場(chǎng)中受到電磁力矩而發(fā)生偏 轉(zhuǎn)的原理制成的。 當(dāng)可動(dòng)線圈中通入電流時(shí)，載流線圈在永久磁鐵的 磁場(chǎng)中受到電磁力矩的作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn)。由于MI， 即通過(guò)線圈的電流越大，線圈受到的轉(zhuǎn)矩越大，儀 表指針偏轉(zhuǎn)的角度也越大；同時(shí)，游絲扭得越緊， 由于Mf，故反作用力矩也越大。當(dāng)線圈受到的 轉(zhuǎn)動(dòng)力矩與反作用力矩大小相等時(shí)，MMf，線圈 就停留在某一平衡位置，此時(shí)，指針就指示出被測(cè) 量的大小。 磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)的工作原理磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)的工作原理 磁電系儀表的特點(diǎn)磁電系儀表的特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)： 準(zhǔn)確度高、靈敏度高。 功率消耗小。 刻度均勻。 缺點(diǎn)： 過(guò)載能力小。 只能測(cè)量直流。 直流電流表的組成 二、直流電

4、流表 設(shè)磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)的內(nèi)阻為RC，滿 刻度電流為IC，被測(cè)電流為IX，則分流電 阻RA的大小可以按下述步驟進(jìn)行計(jì)算。 第一步，先計(jì)算電流量程擴(kuò)大倍數(shù) C X I I n 第二步，計(jì)算分流電阻 1 C A n R R 分流電阻的計(jì)算分流電阻的計(jì)算 例 現(xiàn)有一只內(nèi)阻為200、滿刻度電流為 500A的磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)，由于生產(chǎn)需要，要 將其改制成量程為1A的直流電流表，問(wèn)應(yīng)并 聯(lián)多大的分流電阻? 解：先求電流量程擴(kuò)大倍數(shù) 2000 10500 1 6 C X I I n 應(yīng)并聯(lián)的分流電阻為 1 . 0 12000 200 1 C A n R R 答：若要將其改制成量程為1A的直流電流表， 應(yīng)并聯(lián)一只

5、0.1的分流電阻。 分流電阻一般采用電阻率較大、電阻溫度系 數(shù)很小的錳銅制成。 當(dāng)被測(cè)電流小于30A時(shí)，可采用內(nèi)附分流器。 當(dāng)被測(cè)電流大于30A時(shí)，可采用外附分流器。 外附分流器及其接線 電流端鈕 電位端鈕 開(kāi)路式分流器 閉路式分流器 多量程直流電流表多量程直流電流表 三、直流電壓表三、直流電壓表 直流電壓表的組成 第一步：先計(jì)算磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)的額定電壓 UC=IcRc 第二步：計(jì)算電壓量程擴(kuò)大倍數(shù) C U U m 第三步：計(jì)算所需串聯(lián)的分壓電阻 CV ) 1(RmR 分壓電阻的計(jì)算分壓電阻的計(jì)算 例例 現(xiàn)有一只內(nèi)阻為500、滿刻度電流為100A的磁 電系測(cè)量機(jī)構(gòu)，根據(jù)實(shí)際需要，要將其改制成5

6、0V量程 的直流電壓表，問(wèn)應(yīng)串聯(lián)多大的分壓電阻？該電壓表的 總內(nèi)阻是多少？ 解：先求出測(cè)量機(jī)構(gòu)的額定電壓 UC=IcRc=100106500=0.05 V 再求出電壓量程擴(kuò)大倍數(shù) 1000 05. 0 50 C U U m 應(yīng)串聯(lián)的分壓電阻為 Rv=（m1)Rc（1 0001）500=499 500 該電壓表的總電阻為 RRc+Rv500499 500500 000500 k 多量程直流電壓表 電壓靈敏度電壓靈敏度 電壓靈敏度的作用電壓靈敏度的作用： （1）表示電壓表指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度時(shí)取自 被測(cè)電流的電流值。 （2）能方便地計(jì)算出該電壓表各量程的內(nèi) 阻。 電壓靈敏度的意義電壓靈敏度的意義：電壓

7、靈敏度越高，相同 量程下電壓表的內(nèi)阻越大，取自被測(cè)電路的 電流越小，對(duì)被測(cè)電路的影響越小，測(cè)量準(zhǔn) 確度越高。 電壓靈敏度為20kV，表示測(cè)量直流電壓，當(dāng)指針偏轉(zhuǎn)到 滿刻度時(shí)，取自被測(cè)電路的電流是1V 20k50A，在 10V擋時(shí)電壓表內(nèi)阻是10 20k 200k 四、直流磁電系檢流計(jì)四、直流磁電系檢流計(jì) 磁電系檢流計(jì)是一種專(zhuān)門(mén)用來(lái)測(cè) 量微小電流或電壓的高靈敏度儀表， 主要用于以直流電工作的電測(cè)儀器中 作指零儀使用。 磁電系檢流計(jì)的結(jié)構(gòu)磁電系檢流計(jì)的結(jié)構(gòu) 為提高檢流計(jì)的靈敏度，結(jié)構(gòu)上要采用 以下措施： 采用張絲或懸絲支撐代替軸尖軸承結(jié)構(gòu) 用光標(biāo)指示裝置代替指針 張絲支撐結(jié)構(gòu)張絲支撐結(jié)構(gòu)懸絲支撐結(jié)

8、構(gòu)懸絲支撐結(jié)構(gòu) 光標(biāo)指示原理光標(biāo)指示原理復(fù)射式光點(diǎn)檢流計(jì)復(fù)射式光點(diǎn)檢流計(jì) 使用檢流計(jì)的注意事項(xiàng)使用檢流計(jì)的注意事項(xiàng) 搬動(dòng)時(shí)必須輕拿輕放。 使用時(shí)要按正常工作位置放置。有水準(zhǔn)儀者， 使用前要先調(diào)整好水平；沒(méi)有水準(zhǔn)儀者也應(yīng)安 放在水平位置使用。 搬動(dòng)或使用完畢，應(yīng)將止動(dòng)器鎖上。無(wú)止動(dòng)器 的，要合上短接動(dòng)圈的開(kāi)關(guān)，或用導(dǎo)線將兩接 線端子短路。 禁止用萬(wàn)用表或電橋直接測(cè)量檢流計(jì)的內(nèi)阻。 檢流計(jì)應(yīng)放置在于燥、無(wú)塵、無(wú)振動(dòng)的場(chǎng)所使 用或保存。 思考與練習(xí) 簡(jiǎn)述磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)的工作原理。 磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)中游絲的作用是什么？ 磁電系儀表的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)有哪些？ 計(jì)算分流電阻的步驟有哪些？ 如何連接分流電阻？ 為什

9、么多量程直流電流表多采用閉路式 分流電路？ 檢流計(jì)的特點(diǎn)是什么？主要用途是什么？ 返回章目錄 第二節(jié) 交流電流表與電壓表 配 電 柜 上 的 交 流 儀 表 1T1-A 型 電 磁 系 電 流 表 一、電磁系測(cè)量機(jī)構(gòu)一、電磁系測(cè)量機(jī)構(gòu) 電磁系測(cè)量機(jī)構(gòu)主要由固定線圈和可動(dòng) 軟磁鐵片組成。這里，游絲的作用只是 產(chǎn)生反作用力矩，而不通過(guò)電流。 根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式的不同，可分為吸引型 和排斥型兩類(lèi)。 吸引型測(cè)量機(jī)構(gòu) 排斥型測(cè)量機(jī)構(gòu) 磁感應(yīng)阻尼器原理示意圖 吸引型測(cè)量機(jī)構(gòu)工作原理 電流正向電流正向電流反向電流反向 排斥型測(cè)量機(jī)構(gòu)工作原理 電流正向電流正向電流反向電流反向 電磁系測(cè)量機(jī)構(gòu)的工作原理電磁系測(cè)量機(jī)

10、構(gòu)的工作原理 利用通電流的固定線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)， 使鐵心磁化。然后利用線圈與鐵心（吸 引型）或鐵心與鐵心（排斥型）相互作 用產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，帶動(dòng)指針偏轉(zhuǎn)。 指針偏轉(zhuǎn)角與線圈中電流的關(guān)系指針偏轉(zhuǎn)角與線圈中電流的關(guān)系 吸引型測(cè)量機(jī)構(gòu)：轉(zhuǎn)動(dòng)力矩取決于固定線圈的 磁場(chǎng)和可動(dòng)鐵片被磁化后的磁場(chǎng)強(qiáng)弱，而它們 磁場(chǎng)的強(qiáng)弱又都與被測(cè)電流有關(guān)。轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的 大小應(yīng)與線圈磁勢(shì)的平方成正比。 排斥型測(cè)量機(jī)構(gòu)：轉(zhuǎn)動(dòng)力矩取決于固定鐵片和 可動(dòng)鐵片被磁化后磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，而它們的磁場(chǎng) 也都與被測(cè)電流有關(guān)。排斥型測(cè)量機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)力 矩的大小也應(yīng)與線圈產(chǎn)生磁勢(shì)的平方成正比。 顯然，電磁系測(cè)量機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩 與線圈磁勢(shì)的平方成正比，即 MK1

11、（N I）2 上式說(shuō)明，電磁系測(cè)量機(jī)構(gòu)指針的 偏轉(zhuǎn)角與被測(cè)電流的平方成正比，因此 可用來(lái)測(cè)量被測(cè)電流的大小。 電磁系儀表的特點(diǎn)電磁系儀表的特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn) 既可測(cè)量直流，又可測(cè)量交流。 過(guò)載能力強(qiáng)，制造成本低。 缺點(diǎn)： 標(biāo)度尺刻度不均勻。 易受外磁場(chǎng)影響。 電磁系電流表的刻度不均勻 磁屏蔽的原理磁屏蔽的原理無(wú)定位結(jié)構(gòu)無(wú)定位結(jié)構(gòu) 二、交流電流表二、交流電流表 電磁系交流電流表通常由電磁系測(cè)量機(jī) 構(gòu)組成。由于電磁系電流表的固定線圈 直接串聯(lián)在被測(cè)電路中，所以，要制造 不同量程的電流表時(shí)，只要改變線圈的 線徑和匝數(shù)即可。 電磁系電流表 安裝式電磁系電流表：安裝式電磁系電流表：一般制成單量程， 但最大量程不

12、得超過(guò)200A。在測(cè)量較大 的交流電流時(shí)，儀表須與電流互感器配 合使用。 便攜式電磁系電流表：便攜式電磁系電流表：一般都制成多量 程的。但它不能采用并聯(lián)分流電阻的方 法擴(kuò)大量程。而是采用將固定線圈分段， 然后利用分段線圈的串、并聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 雙量程電磁系電流表原理 線圈串聯(lián) 線圈并聯(lián) 三、交流電壓表三、交流電壓表 電磁系交流電壓表由電磁系測(cè)量機(jī)構(gòu)與 分壓電阻串聯(lián)組成。 安裝式交流電壓表安裝式交流電壓表:一般都做成單量程的， 且最大量程不超過(guò)600V。要測(cè)量更高的 交流電壓時(shí)，儀表要與電壓互感器配合 使用。 便攜式交流電壓表便攜式交流電壓表:一般都做成多量程 的， 并采用了共用式分壓電路。 雙量程

13、電磁系電壓表 四、整流系交流電壓表四、整流系交流電壓表 整流系電流表和電壓表 整流系交流電壓表的組成整流系交流電壓表的組成 磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)和整流裝置組成的儀表 稱(chēng)為整流系儀表。 整流系交流電壓表是在整流系儀表的基 礎(chǔ)上串聯(lián)分壓電阻而成的。其中，整流 系測(cè)量機(jī)構(gòu)是整個(gè)儀表的核心。 整流系交流電壓表中的整流電路 半波整流電路全波整流電路 交流電的大小習(xí)慣上是指交流電的有效 值。為此，我們可根據(jù)交流電有效值與 平均值之間的關(guān)系來(lái)刻度標(biāo)度尺。 對(duì)于半波整流 I有效1.11 I平均 對(duì)于全波整流 I有效2.22 I平均 這樣一來(lái)，交流電壓表的標(biāo)度尺就 可以直接按交流電的有效值來(lái)進(jìn)行刻度， 即整流系交流電

14、壓表的讀數(shù)是正弦交流 電壓的有效值。 思考與練習(xí) 簡(jiǎn)述電磁系儀表的結(jié)構(gòu)。 為什么電磁系儀表可以交直流兩用？ 磁電系儀表和電磁系儀表的標(biāo)度尺有什 么不同？為什么？ 電磁系儀表的過(guò)載能力為什么比較強(qiáng)？ 如何減小外磁場(chǎng)對(duì)電磁系儀表的影響？ 便攜式電磁系電流表是如何擴(kuò)大量程的？ 整流系交流電壓表有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？ 返回章目錄 第三節(jié) 儀用互感器 儀用互感器是用來(lái)按比例變換交流 電壓或交流電流的儀器，它包括變換交 流電壓的電壓互感器和變換交流電流的 電流互感器。 一、儀用互感器的用途一、儀用互感器的用途 擴(kuò)大交流儀表的量程。 測(cè)量高電壓時(shí)保證工作人員和 儀表的安全。 有利于儀表生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化，降低 生產(chǎn)成本。

15、 二、電流互感器二、電流互感器 電流互感器實(shí)際上是一個(gè)降流變壓器，能把一 次側(cè)的大電流變換成二次側(cè)的小電流。一般電 流互感器二次側(cè)的額定電流為5A。 電流互感器的一次側(cè)額定電流I1N與二次側(cè)額定 電流I2N之比，叫做電流互感器的額定變流比， 用KTA表示，即 1N TA 2N I K I 電流互感器的符號(hào)電流互感器的接線圖 與電流互感器配合使用的 交流電流表 LD ZJ 1- 10 型 常用電流互感器常用電流互感器 LDZJ1-10型型 LQG-0.5型型 LAZBJ-10型型 LMZ1-0.5系列系列 電流互感器的正確使用電流互感器的正確使用 要正確接線。將電流互感器的一次側(cè)與被測(cè)電路 串聯(lián)

16、，二次側(cè)與電流表串聯(lián)。 電流互感器的二次側(cè)在運(yùn)行中絕對(duì)不允許開(kāi)路。 因此，在電流互感器的二次側(cè)回路中嚴(yán)禁加裝熔 斷器。運(yùn)行中需拆除或更換儀表時(shí)，應(yīng)先將電流 互感器的二次側(cè)短路后再進(jìn)行操作。 電流互感器的鐵心和二次側(cè)的一端必須可靠接地。 接在同一互感器上的儀表不能太多。 二、電壓互感器二、電壓互感器 電壓互感器實(shí)際上就是一個(gè)降壓變壓器，它 能將一次側(cè)的高電壓變換成二次側(cè)的低電壓。 電壓互感器二次側(cè)的額定電壓一般為100V。 電壓互感器一次側(cè)額定電壓U1N與二次側(cè)額定 電壓U2N之比，稱(chēng)為電壓互感器的額定變壓比， 用KTV表示，即 2N 1N TV U U K 電壓互感器的符號(hào) 電壓互感器接線圖

17、常用電壓互感器 JDJ-6、10型型 JDZ-3、6、10Q型型 JDG4-0.5型型 電壓互感器的正確使用電壓互感器的正確使用 要正確接線。將電壓互感器的一次側(cè)與 被測(cè)電路并聯(lián)，二次側(cè)與電壓表并聯(lián)。 電壓互感器的一次側(cè)、二次側(cè)在運(yùn)行中 絕對(duì)不允許短路。因此，一次側(cè)、二次 側(cè)都要加裝熔斷器。 電壓互感器的鐵心和二次側(cè)的一端必須 可靠接地。 思考與練習(xí) 儀用互感器的用途有哪些？ 為什么不能用并聯(lián)分流電阻的方法擴(kuò)大 交流電流表的量程？ 如何正確使用電流互感器和電壓互感器？ 為什么電流互感器的二次側(cè)在運(yùn)行中絕 對(duì)不允許開(kāi)路？而電壓互感器的二次側(cè) 在運(yùn)行中絕對(duì)不允許短路？ 能用電壓互感器擴(kuò)大直流電壓表

18、的量程 嗎？為什么？ 返回章目錄 第四節(jié) 鉗形電流表 鉗形電流表的最大優(yōu)點(diǎn)是可以在不切斷 電路的情況下測(cè)量運(yùn)行中的交流電動(dòng)機(jī) 的工作電流，從而很方便地了解電動(dòng)機(jī) 的工作狀態(tài)。 實(shí)際使用的鉗形電流表分為指針式和數(shù) 字式兩大類(lèi)。 一、鉗形電流表的構(gòu)造及原理 互感器式鉗形電流表 互感器式鉗形電流表只能測(cè)量交流電流。 如T301、T302、MG24等型號(hào)的鉗形電流 表就屬于此類(lèi)儀表。 電磁系鉗形電流表 由于電磁系儀表可動(dòng)部分的偏轉(zhuǎn)方向與電 流極性無(wú)關(guān)，因此它可以交、直流兩用。 在測(cè)量運(yùn)行中的繞線式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子 電流時(shí)，因?yàn)檗D(zhuǎn)子電流的頻率很低，若用互感 器式鉗形電流表則無(wú)法測(cè)量其準(zhǔn)確數(shù)值，這時(shí) 只能

19、采用電磁系鉗形電流表。 MG20、MG21型鉗形電流表屬于交、直流 兩用的電磁系鉗形電流表。 數(shù) 字 式 鉗 形 電 流 表 測(cè)量時(shí) 將被測(cè) 導(dǎo)線置 于鉗口 中央 二、鉗形電流表的使用 鉗口要 結(jié)合緊 密，有 污物要 及時(shí)清 洗 測(cè)量5A以下較小 電流時(shí)，可將被測(cè) 導(dǎo)線多繞幾圈再放 入鉗口測(cè)量。被測(cè) 的實(shí)際電流等于 儀表讀數(shù)除以放進(jìn) 鉗口中導(dǎo)線的圈數(shù) 測(cè)量完畢， 一定要將儀 表的量程開(kāi) 關(guān)置于最大 位置上 思考與練習(xí) 鉗形電流表的最大優(yōu)點(diǎn)是什么？ 簡(jiǎn)述互感器式鉗形電流表的結(jié)構(gòu)和用途。 簡(jiǎn)述電磁系鉗形電流表的結(jié)構(gòu)和用途。 如何正確使用鉗形電流表測(cè)量電路中的 電流？ 返回章目錄 第五節(jié) 電流表與電

20、壓表的選擇和使用 一、電流表和電壓表的選擇一、電流表和電壓表的選擇 根據(jù)電工測(cè)量的目的和要求，合理選擇 電流表和電壓表。在選擇時(shí)應(yīng)按照儀表 類(lèi)型、準(zhǔn)確度、儀表內(nèi)阻、量程、工作 條件以及絕緣強(qiáng)度等方面，既全面又有 所側(cè)重地進(jìn)行選擇。 選擇儀表類(lèi)型選擇儀表類(lèi)型 測(cè)量直流電流、電壓選擇磁電系儀表。 測(cè)量交流電流、電壓選擇電磁系或整 流系儀表，當(dāng)要求準(zhǔn)確度較高時(shí)，可選 擇電動(dòng)系儀表。 交、直流兩用選擇交、直流兩用的電 磁系儀表，在要求準(zhǔn)確度較高的場(chǎng)合可 選擇電動(dòng)系儀表。 選擇儀表準(zhǔn)確度選擇儀表準(zhǔn)確度 作為標(biāo)準(zhǔn)表或精密測(cè)量：選用0.1級(jí)或0.2 級(jí)的儀表； 實(shí)驗(yàn)室：選用0.5級(jí)或1.0級(jí)的儀表； 一般的工程測(cè)量：選用1.5級(jí)以下的儀表。 與儀表配合使用的附加裝置，如分流電 阻、分壓電阻、儀用互感器等，其準(zhǔn)確 度等級(jí)應(yīng)比儀表本身的準(zhǔn)確度等級(jí)高2 3擋。 選擇儀表內(nèi)阻選擇儀表內(nèi)阻 選擇儀表內(nèi)阻時(shí)要滿足