電氣測(cè)量第二章課件

1、第二章 電流與電壓的測(cè)量第一節(jié) 電流與電壓的測(cè)量方法第二節(jié) 磁電系儀表第三節(jié) 磁電系檢流計(jì)第四節(jié) 電磁系儀表第五節(jié) 電動(dòng)系儀表第六節(jié) 測(cè)量用互感器第七節(jié) 萬(wàn)用電表第八節(jié) 直流電位差計(jì)第九節(jié) 電流表與電壓表的使用Electrical Measure第1頁(yè)，共36頁(yè)。本章要點(diǎn) 本章主要介紹磁電系、電磁系和電動(dòng)系三種儀表，以及用它測(cè)量電壓、電流的方法。這三種儀表不僅可以用來(lái)測(cè)量電壓、電流。而且在配置某些變換電路之后，還可以用于測(cè)量其他電磁量或作為指示器件。是從事電氣技術(shù)的人員應(yīng)具備的基本知識(shí)。 電壓表和電流表的附屬裝置，包括分流器、附加電阻和互感器的結(jié)構(gòu)原理及其計(jì)算方法。也是測(cè)量電壓和電流必須掌握的

2、技術(shù)。本章還介紹萬(wàn)用表、檢流計(jì)和電位差計(jì)。萬(wàn)用表是現(xiàn)場(chǎng)工作最常用的工具之一，檢流計(jì)和電位差計(jì)則是校準(zhǔn)和精密測(cè)量中常用的儀器。其內(nèi)容可根據(jù)教學(xué)時(shí)數(shù)和專業(yè)需要選擇講授或布置學(xué)生自學(xué)。第2頁(yè)，共36頁(yè)。第一節(jié)電流與電壓的測(cè)量方法 一、直接測(cè)量： 測(cè)量電流、電壓一般都用直接測(cè)量，即用直讀式模擬或數(shù)字的電流、電壓表。測(cè)電流時(shí)與被測(cè)電路串聯(lián)，測(cè)電壓時(shí)與被測(cè)電路并聯(lián)，但應(yīng)注意連接在電路中的位置，如圖所示。電流表線圈應(yīng)接在低電位端電壓表接地標(biāo)志應(yīng)接在低電位端第3頁(yè)，共36頁(yè)。 二、間接測(cè)量： 在特殊情況下，可以用間接法測(cè)量。例如在已焊好元件的印制板上，通過(guò)測(cè)量某電阻兩端電壓求得電流，或測(cè)量通過(guò)電阻的電流，求出

3、電阻兩端的壓降。在不斷開電路的狀態(tài)下測(cè)量電流返回本章首頁(yè)第4頁(yè)，共36頁(yè)。 第二節(jié) 磁電系儀表一、磁電系儀表結(jié)構(gòu)第5頁(yè)，共36頁(yè)。 二、磁電系儀表工作原理 可動(dòng)線圈通電后，由于線圈在磁場(chǎng)中受到電磁力矩的作用使指針產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，當(dāng)可動(dòng)線圈穩(wěn)定后，可認(rèn)為驅(qū)動(dòng)力矩等于反作用力矩，并推出儀表偏轉(zhuǎn)角與電流關(guān)系為 若與被測(cè)電壓并聯(lián)，儀表的內(nèi)阻為 R ，則儀表偏轉(zhuǎn)角與電壓關(guān)系為第6頁(yè)，共36頁(yè)。三、技術(shù)性能 1.靈敏度高、準(zhǔn)確度高、表耗功率低 由于永久磁鐵與鐵心間的氣隙小，氣隙間的磁感應(yīng)強(qiáng)度比較強(qiáng)，所以磁電系儀表有比較高的靈敏度，可測(cè)到 0.1A。且磁感應(yīng)強(qiáng)度較強(qiáng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)力矩大，可采用反作用力矩系數(shù)比較大的游絲

4、。得到較大的定位力矩，使摩擦力矩的影響減小。同時(shí)內(nèi)部磁場(chǎng)較大，外磁場(chǎng)的影響被削弱。還因?yàn)橥ㄟ^(guò)儀表的電流小，能降低表耗功率，對(duì)被測(cè)電路的影響小。所以磁電系儀表是一種應(yīng)用廣泛具有高靈敏度高準(zhǔn)確度低表耗功率的儀表。2.具有均勻等分的刻度 磁電系儀表的指針偏轉(zhuǎn)角與可動(dòng)線圈的電流成正比，標(biāo)尺的刻度均勻等分，易于標(biāo)尺的制作。第7頁(yè)，共36頁(yè)。四、電流表分流器 磁電系儀表可以通過(guò)分流器擴(kuò)大其量程，也可以并聯(lián)若干個(gè)電阻，更換輸入接頭，可組成多量程的電流表。多量程分流器電路分流器電路分流器電路加溫度補(bǔ)償電阻第8頁(yè)，共36頁(yè)。 分流器電阻的計(jì)算 按分流器的電路結(jié)構(gòu)，被測(cè)電流只有一部分通過(guò) 電流表線圈，其余則通過(guò)分

5、流器，可以證明通過(guò)電流表線圈的電流與被測(cè)電流的關(guān)系為 如用 n 表示比值 ，它的數(shù)值代表電流表并聯(lián)分流器之后的量程擴(kuò)大倍數(shù)。將上式移項(xiàng)，可推出按要求的量程擴(kuò)大倍數(shù) n 求分流器電阻值的關(guān)系式。即第9頁(yè)，共36頁(yè)。五、電壓表的附加電阻 擴(kuò)大電壓表量程可以串聯(lián)附加電阻，設(shè)直接測(cè)量的量程為 ，測(cè)量機(jī)構(gòu)內(nèi)阻為 ，串聯(lián)附加電阻 后，可將電壓量程擴(kuò)大為 ，則 與 的關(guān)系可由下式求得 用m表示比值 ，其值代表串聯(lián)附加電阻后電壓表量程擴(kuò)大的倍數(shù)，可按m值求得串聯(lián)的附加電阻值返回本章首頁(yè)第10頁(yè)，共36頁(yè)。第三節(jié)磁電系檢流計(jì)一、結(jié)構(gòu) 檢流計(jì)是一種具有極高靈敏度的電流表，為提高檢流計(jì)的靈敏度，動(dòng)圈采用無(wú)骨架結(jié)構(gòu)，

6、減少厚度，既減輕動(dòng)圈重量，又縮短磁路的工作氣隙。使氣隙中的磁感應(yīng)強(qiáng)度增大。 可動(dòng)部分不用軸和軸承的支撐方式，改用張絲或吊絲懸掛動(dòng)圈，以消除因軸尖所產(chǎn)生的摩擦，使之可在很小的力矩下都能工作。 對(duì)非便攜式的檢流計(jì)，還可以用光標(biāo)代替指針。 第11頁(yè)，共36頁(yè)。光標(biāo)指示和指針指示的示意圖光標(biāo)式指針式第12頁(yè)，共36頁(yè)。 二、可動(dòng)部分的運(yùn)動(dòng)特性 檢流計(jì)的靈敏度高，動(dòng)圈不用鋁制框架，沒(méi)有框架的阻尼效果，全靠動(dòng)圈與外電阻構(gòu)成的回路產(chǎn)生阻尼。動(dòng)圈一旦施加了驅(qū)動(dòng)力矩，就會(huì)因?yàn)閼T性沖力擺過(guò)平衡點(diǎn)，加上可動(dòng)部分的重量輕、阻力小，又沒(méi)有軸承磨擦力，所以在定位力矩作用下，會(huì)在平衡點(diǎn)左右搖擺不停，不能很快停在平衡位置上，

7、這種搖擺甚至?xí)永m(xù)了幾分鐘或者幾十分鐘。 根據(jù)阻尼大小，可動(dòng)部分的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可能出現(xiàn)如圖所示的三種形式。第13頁(yè)，共36頁(yè)。 三、可動(dòng)部分的運(yùn)動(dòng)方程 設(shè)檢流計(jì)的可動(dòng)線圈通電后產(chǎn)生力矩為M，并在M作用下繞軸運(yùn)動(dòng)，根據(jù)牛頓第二定律，力矩M隨時(shí)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(yùn)動(dòng)方程表示。 當(dāng)阻尼系數(shù)不同時(shí)，方程的解將有三種不同形式，并分別稱為過(guò)阻尼、欠阻尼和臨界阻尼。第14頁(yè)，共36頁(yè)。可動(dòng)線圈運(yùn)動(dòng)方程及解的三種形式1.欠阻尼狀態(tài)2.臨界阻尼狀態(tài)3.過(guò)阻尼狀態(tài)返回本章首頁(yè)第15頁(yè)，共36頁(yè)。第四節(jié) 電磁系儀表 一、電磁系儀表的結(jié)構(gòu) 電磁系儀表結(jié)構(gòu)有吸引型和推斥型兩種形式吸引型推斥型

8、第16頁(yè)，共36頁(yè)。 二、電磁系儀表的工作原理 驅(qū)動(dòng)力矩：吸引型的驅(qū)動(dòng)力矩是利用線圈通電后，對(duì)可動(dòng)鐵心產(chǎn)生吸引力，使指針偏轉(zhuǎn)。推斥型則靠線圈同時(shí)對(duì)固定、可動(dòng)鐵心進(jìn)行磁化，由于磁化的極性相同，產(chǎn)生互斥而形成驅(qū)動(dòng)力矩?？赏瞥鰞x表偏轉(zhuǎn)角與電流關(guān)系為 反作用力矩：采用游絲，設(shè)其反作用力矩系數(shù)為D，則 阻尼力矩：一般采用磁感應(yīng)阻尼。第17頁(yè)，共36頁(yè)。 三、電磁系儀表技術(shù)性能 1.由于指針偏轉(zhuǎn)角與被測(cè)電流的平方成正比，所以標(biāo)尺呈平方律特性，前密后疏。 2.如果通以交流電，則與瞬時(shí)值平方成正比，或交流有效值平方成正比，所以電磁系儀表可用于測(cè)量交流，并于直流共用同一標(biāo)尺。 3.改變電流量程，可改變線圈的安匝

9、數(shù)。改變電壓量程，可改變線圈的附加電阻。改變電流量程改變電壓量程返回本章首頁(yè)第18頁(yè)，共36頁(yè)。第五節(jié)電動(dòng)系儀表一、電動(dòng)系儀表的結(jié)構(gòu)第19頁(yè)，共36頁(yè)。二、電動(dòng)系儀表的工作原理 由固定、可動(dòng)兩組線圈所構(gòu)成的系統(tǒng)，通電后的磁場(chǎng)能量為可動(dòng)線圈所受的驅(qū)動(dòng)力矩為根據(jù)指針?lè)€(wěn)定時(shí)驅(qū)動(dòng)力矩等于反作用力矩，可求得指針偏轉(zhuǎn)角 作為電壓或電流表使用時(shí)，如果兩線圈電流都等于被測(cè)電流，且互感變化率為常數(shù)，則指針偏轉(zhuǎn)角與被測(cè)電流平方成正比，或與交流有效值平方成正比。 如作為功率表使用，指針偏轉(zhuǎn)角正比于被測(cè)功率。第20頁(yè)，共36頁(yè)。三、電動(dòng)系儀表的技術(shù)性能 1.和電磁系一樣刻度呈平方律特性，可用于測(cè)量直流也可以測(cè)量交流，

10、或交直流兩用。準(zhǔn)確度高于電磁系。 2.作為小量程電流表使用時(shí)，固定線圈與可動(dòng)線圈串聯(lián)，但作為大量程使用時(shí)，由于可動(dòng)線圈不允許通過(guò)大電流，故可動(dòng)線圈只能與固定線圈并聯(lián)。 3.作為電壓表使用時(shí)，可以根據(jù)量程大小，串聯(lián)不同的附加電阻。小量程電流表，固定線圈可與可動(dòng)線圈串聯(lián)大量程電流表，固定線圈可與可動(dòng)線圈并聯(lián)電壓表根據(jù)量程串聯(lián)不同的附加電阻返回本章首頁(yè)第21頁(yè)，共36頁(yè)。第六節(jié)測(cè)量用互感器一、互感器的用途互感器主要用于擴(kuò)大交流電 流表、電壓表、功率表和電能表的量程，而且具有如下特點(diǎn)1.隔離高壓。2.降低表耗。3.節(jié)省設(shè)備投資。4.可減少指示儀表的規(guī)格，可統(tǒng)一使用4A、100V的表芯，配上不同的互感器

11、，可組成各種不同量程的電壓、電流表。高壓部分低壓部分第22頁(yè)，共36頁(yè)。 二、工作原理 電壓互感器相當(dāng)于空載變壓器，與電壓表聯(lián)用，被測(cè)電壓等于接在二次繞組的電壓表讀數(shù)乘以電壓互感器的電壓變比。注意！電壓互感器二次繞組不許短路。 電流互感器相當(dāng)于短路的變壓器，與電流表聯(lián)用被測(cè)電流等于接在二次繞組的電流表讀數(shù)乘以電流互感器電流變比。注意！電流壓互感器二次繞組不許開路。第23頁(yè)，共36頁(yè)。 三、互感器的誤差 1.變比誤差：由于負(fù)載過(guò)大互感器輸出電壓下降，使得電壓比不等于匝數(shù)比?；螂娏骰ジ衅鞫卫@組磁化電流過(guò)大，使得電流比不等于匝數(shù)比所造成的變比誤差。 2.相角誤差： 由于繞組內(nèi)阻抗過(guò)大，或鐵心材料和

12、氣隙的影響，使得磁化電流過(guò)大，電壓互感器的一、二次繞組的電壓相位差，或電流互感器的一、二次繞組的電流相位差不等于90，造成相角誤差。第24頁(yè)，共36頁(yè)。四、互感器的連接電壓互感器在供電系統(tǒng)中的連接電流互感器在供電系統(tǒng)中的連接第25頁(yè)，共36頁(yè)。 五、鉗式電流表 鉗式電流表是電流互感器和電流表的組合，可以在不斷開交流電路，并在設(shè)備仍運(yùn)行的條件下，測(cè)量交流電流。外型內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意返回本章首頁(yè)第26頁(yè)，共36頁(yè)。第七節(jié)萬(wàn)用電表一、萬(wàn)用電表的結(jié)構(gòu) 萬(wàn)用表是利用多刀多投轉(zhuǎn)換開關(guān)，改變電路連接方式，測(cè)量不同量程的電壓、電流或電阻，是電氣維修中常用的工具表。除一般測(cè)量電壓、電流和電阻外，還可測(cè)量電子電路的電平

13、，但測(cè)量電平實(shí)際上就是測(cè)量電壓，不過(guò)是用對(duì)數(shù)形式表示而已。 當(dāng)表示功率電平時(shí)，用負(fù)載為600，功率為 1mW作為 0電平。 當(dāng)表示電壓電平時(shí)，用0.775V作為 電壓的 0電平。500型萬(wàn)用表外形功率電平電壓電平第27頁(yè)，共36頁(yè)。 二、500型萬(wàn)用表電路 500 型萬(wàn)用表的面板設(shè)兩個(gè)多刀多投轉(zhuǎn)換開關(guān)，分別為 ，改變開關(guān)位置可以選擇測(cè)量對(duì)象和量程，包括交直流電流和電壓、電阻和信號(hào)電平，下面僅分析幾個(gè)電路，其余讀者可自行分析。第28頁(yè)，共36頁(yè)。 三、直流電流測(cè)量電路 測(cè)量直流電流左邊多投開關(guān)置于A檔，右邊置于50A檔，作為直流電流測(cè)量電路的基本量程，改變右邊開關(guān)位置，選用不同分流器，可改變量程

14、為10、100、500mA，分流器采用閉路式，不因開關(guān)接觸不良而損壞儀表。使用紅線所示電路第29頁(yè)，共36頁(yè)。 四、直流電壓測(cè)量電路 測(cè)量直流電壓右邊多投開關(guān)置于V檔，左邊置于 2.5V檔，作為直流電壓的最小量程，改變左邊開關(guān)位置，選用不同附加電阻，可改變量程為 10、50、250、500V，附加電阻采用共用式，可減少線繞電阻數(shù)量。使用紅線所示電路第30頁(yè)，共36頁(yè)。第八節(jié)直流電位差計(jì) 直流電位差計(jì)由三個(gè)回路組成。其中 回路稱為校準(zhǔn)回路 回路稱為測(cè)量回路 回路稱為工作電流回路。一、直流電位差計(jì)工作原理第31頁(yè)，共36頁(yè)。校準(zhǔn)回路：利用回路中的標(biāo)準(zhǔn)電池用來(lái)校準(zhǔn)工作電流，當(dāng)開關(guān)S 合向回路時(shí)，調(diào)節(jié)

15、R改變工作電流，若檢流計(jì)指零，則說(shuō)明標(biāo)準(zhǔn)電池的電動(dòng)勢(shì)與工作電流在 電阻 上的壓降 相互補(bǔ)償，使 。 工作電流回路：包括輔助電源，調(diào)節(jié)工作電流用的可變電阻、測(cè)量電阻和工作調(diào)定電阻。工作回路主要任務(wù)是提供一個(gè)穩(wěn)定的工作電流，使電阻 和 能得到一個(gè)穩(wěn)定的壓降。 測(cè)量回路：當(dāng)開關(guān)S合向回路時(shí)，調(diào)節(jié)測(cè)量電阻，以改變左端ab二點(diǎn)間的壓降（注意：此時(shí)不能再調(diào)節(jié)R，否則工作電流將發(fā)生變化），若檢流計(jì)指零，則表明 從 可求出被測(cè)電壓值。第32頁(yè)，共36頁(yè)。 二、電位差計(jì)特點(diǎn) 1.利用補(bǔ)償原理:電位差計(jì)的平衡是利用電動(dòng)勢(shì)互相補(bǔ)償?shù)脑?，因此平衡時(shí)不從測(cè)量回路取用電流，從而消除被測(cè)電源的內(nèi)阻、導(dǎo)線電阻、接觸電阻對(duì)測(cè)

16、量的影響。校準(zhǔn)回路也一樣，不從標(biāo)準(zhǔn)電池取用電流，保持了標(biāo)準(zhǔn)電池電動(dòng)勢(shì)的穩(wěn)定。 2.采用高準(zhǔn)確度的元件：在式 中，由于標(biāo)準(zhǔn)電池的電動(dòng)勢(shì)比較穩(wěn)定，調(diào)定電阻和測(cè)量電阻的左端ab部分選用高準(zhǔn)確度和高穩(wěn)定度的電阻，所以測(cè)量準(zhǔn)確度可以達(dá)到 0.001%。第33頁(yè)，共36頁(yè)。 三、實(shí)用電位差計(jì)的結(jié)構(gòu) 1.要考慮標(biāo)準(zhǔn)電池的電動(dòng)勢(shì)受溫度的影響:實(shí)用電位差計(jì)的工作調(diào)定電阻通常由兩部分電阻構(gòu)成，一部分為固定，一部分為可調(diào)，可調(diào)部分作為溫度補(bǔ)償電阻，以補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)電池因溫度而發(fā)生的變化。 2.要根據(jù)測(cè)量結(jié)果所需要的準(zhǔn)確度，選擇合適的測(cè)量線路和有足夠靈敏度的檢流計(jì)。以保證電路未完全補(bǔ)償時(shí)，能為觀察者所覺(jué)察。 3.測(cè)量電阻應(yīng)在很寬的范圍內(nèi)變化，而且能夠準(zhǔn)確讀數(shù)，例如要讀出五位數(shù)或六位數(shù)，一般可采用十進(jìn)電阻盤，以便能讀出多位讀數(shù)，但也有用滑線電阻盤的。 返回本章首頁(yè)第34頁(yè)，共36頁(yè)。第九節(jié) 電流表與電壓表的使用與選擇 一、選擇儀表類型 要根據(jù)被測(cè)電流、電壓的性質(zhì)，是交流還是直流，是否正弦波、波形是否對(duì)稱選擇合適的儀表。若測(cè)量對(duì)象是非正弦波，而使用按