電氣測量第二章

第二章電流與電壓的丈量第一節(jié)電流與電壓的丈量方法第二節(jié)磁電系儀表第三節(jié)磁電系檢流計第四節(jié)電磁系儀表第五節(jié)電動系儀表第六節(jié)丈量用互感器第七節(jié)萬用電表第八節(jié)直流電位差計第九節(jié)電流表與電壓表的運用

ElectricalMeasure本章要點本章主要引見磁電系、電磁系和電動系三種儀表，以及用它丈量電壓、電流的方法。這三種儀表不僅可以用來丈量電壓、電流。而且在配置某些變換電路之后，還可以用于丈量其他電磁量或作為指示器件。是從事電氣技術的人員應具備的根本知識。電壓表和電流表的附屬安裝，包括分流器、附加電阻和互感器的構造原理及其計算方法。也是丈量電壓和電流必需掌握的技術。本章還引見萬用表、檢流計和電位差計。萬用表是現(xiàn)場任務最常用的工具之一，檢流計和電位差計那么是校準和精細丈量中常用的儀器。其內(nèi)容可根據(jù)教學時數(shù)和專業(yè)需求選擇講授或布置學生自學。第一節(jié) 電流與電壓的丈量方法一、直接丈量：丈量電流、電壓普通都用直接丈量，即用直讀式模擬或數(shù)字的電流、電壓表。測電流時與被測電路串聯(lián)，測電壓時與被測電路并聯(lián)，但應留意銜接在電路中的位置，如下圖。電流表線圈應接在低電位端電壓表接地標志應接在低電位端二、間接丈量：在特殊情況下，可以用間接法丈量。例如在已焊好元件的印制板上，經(jīng)過丈量某電阻兩端電壓求得電流，或丈量經(jīng)過電阻的電流，求出電阻兩端的壓降。在不斷開電路的形狀下丈量電流前往本章首頁第二節(jié)磁電系儀表一、磁電系儀表構造二、磁電系儀表任務原理可動線圈通電后，由于線圈在磁場中遭到電磁力矩的作用使指針產(chǎn)生偏轉，當可動線圈穩(wěn)定后，可以為驅動力矩等于反作用力矩，并推出儀表偏轉角與電流關系為假設與被測電壓并聯(lián)，儀表的內(nèi)阻為R，那么儀表偏轉角與電壓關系為三、技術性能1.靈敏度高、準確度高、表耗功率低由于永久磁鐵與鐵心間的氣隙小，氣隙間的磁感應強度比較強，所以磁電系儀表有比較高的靈敏度，可測到0.1μA。且磁感應強度較強時，驅動力矩大，可采用反作用力矩系數(shù)比較大的游絲。得到較大的定位力矩，使摩擦力矩的影響減小。同時內(nèi)部磁場較大，外磁場的影響被減弱。還由于經(jīng)過儀表的電流小，能降低表耗功率，對被測電路的影響小。所以磁電系儀表是一種運用廣泛具有高靈敏度高準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角與可動線圈的電流成正比，標尺的刻度均勻等分，易于標尺的制造。四、電流表分流器磁電系儀表可以經(jīng)過分流器擴展其量程，也可以并聯(lián)假設干個電阻，改換輸入接頭，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償電阻分流器電阻的計算

按分流器的電路構造，被測電流只需一部分經(jīng)過電流表線圈，其他那么經(jīng)過分流器，可以證明經(jīng)過電流表線圈的電流與被測電流的關系為 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展倍數(shù)。將上式移項，可推出按要求的量程擴展倍數(shù)n求分流器電阻值的關系式。即五、電壓表的附加電阻

擴展電壓表量程可以串聯(lián)附加電阻，設直接丈量的量程為，丈量機構內(nèi)阻為，串聯(lián)附加電阻后，可將電壓量程擴展為，那么與的關系可由下式求得用m表示比值，其值代表串聯(lián)附加電阻后電壓表量程擴展的倍數(shù)，可按m值求得串聯(lián)的附加電阻值前往本章首頁第三節(jié) 磁電系檢流計一、構造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，動圈采用無骨架構造，減少厚度，既減輕動圈分量，又縮短磁路的任務氣隙。使氣隙中的磁感應強度增大。 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，以消除因軸尖所產(chǎn)生的摩擦，使之可在很小的力矩下都能任務。對非便攜式的檢流計，還可以用光標替代指針。

光標指示和指針指示的表示圖光標式指針式二、可動部分的運動特性檢流計的靈敏度高，動圈不用鋁制框架，沒有框架的阻尼效果，全靠動圈與外電阻構成的回路產(chǎn)生阻尼。動圈一旦施加了驅動力矩，就會由于慣性沖力擺過平衡點，加上可動部分的分量輕、阻力小，又沒有軸承磨擦力，所以在定位力矩作用下，會在平衡點左右搖擺不停，不能很快停在平衡位置上，這種搖擺甚至會延續(xù)了幾分鐘或者幾非常鐘。根據(jù)阻尼大小，可動部分的運動形狀能夠出現(xiàn)如下圖的三種方式。三、可動部分的運動方程設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，或用轉角的運動方程表示。

當阻尼系數(shù)不同時，方程的解將有三種不同方式，并分別稱為過阻尼、欠阻尼和臨界阻尼?？蓜泳€圈運動方程及解的三種方式1.欠阻尼形狀2.臨界阻尼形狀3.過阻尼形狀前往本章首頁第四節(jié)電磁系儀表一、電磁系儀表的構造電磁系儀表構造有吸引型和推斥型兩種方式吸引型推斥型二、電磁系儀表的任務原理驅動力矩：吸引型的驅動力矩是利用線圈通電后，對可動鐵心產(chǎn)生吸引力，使指針偏轉。推斥型那么靠線圈同時對固定、可動鐵心進展磁化，由于磁化的極性一樣，產(chǎn)生互斥而構成驅動力矩?？赏瞥鰞x表偏轉角與電流關系為反作用力矩：采用游絲，設其反作用力矩系數(shù)為D，那么阻尼力矩：普通采用磁感應阻尼。三、電磁系儀表技術性能1.由于指針偏轉角與被測電流的平方成正比，所以標尺呈平方律特性，前密后疏。2.假設通以交流電，那么與瞬時值平方成正比，或交流有效值平方成正比，所以電磁系儀表可用于丈量交流，并于直流共用同一標尺。3.改動電流量程，可改動線圈的安匝數(shù)。改動電壓量程，可改動線圈的附加電阻。改動電流量程改動電壓量程前往本章首頁第五節(jié) 電動系儀表一、電動系儀表的構造二、電動系儀表的任務原理

由固定、可動兩組線圈所構成的系統(tǒng)，通電后的磁場能量為可動線圈所受的驅動力矩為根據(jù)指針穩(wěn)定時驅動力矩等于反作用力矩，可求得指針偏轉角作為電壓或電流表運用時，假設兩線圈電流都等于被測電流，且互感變化率為常數(shù)，那么指針偏轉角與被測電流平方成正比，或與交流有效值平方成正比。如作為功率表運用，指針偏轉角正比于被測功率。三、電動系儀表的技術性能

1.和電磁系一樣刻度呈平方律特性，可用于丈量直流也可以丈量交流，或交直流兩用。準確度高于電磁系。2.作為小量程電流表運用時，固定線圈與可動線圈串聯(lián)，但作為大量程運用時，由于可動線圈不允許經(jīng)過大電流，故可動線圈只能與固定線圈并聯(lián)。3.作為電壓表運用時，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，固定線圈可與可動線圈串聯(lián)大量程電流表，固定線圈可與可動線圈并聯(lián)電壓表根據(jù)量程串聯(lián)不同的附加電阻前往本章首頁第六節(jié) 丈量用互感器一、互感器的用途互感器主要用于擴展交流電流表、電壓表、功率表和電能表的量程，而且具有如下特點1.隔離高壓。2.降低表耗。3.節(jié)省設備投資。4.可減少指示儀表的規(guī)格，可一致運用4A、100V的表芯，配上不同的互感器，可組成各種不同量程的電壓、電流表。高壓部分低壓部分二、任務原理

電壓互感器相當于空載變壓器，與電壓表聯(lián)用，被測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。留意！電壓互感器二次繞組不許短路。電流互感器相當于短路的變壓器，與電流表聯(lián)用被測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。留意！電流壓互感器二次繞組不許開路。三、互感器的誤差1.變比誤差：由于負載過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@組磁化電流過大，使得電流比不等于匝數(shù)比所呵斥的變比誤差。2.相角誤差：由于繞組內(nèi)阻抗過大，或鐵心資料和氣隙的影響，使得磁化電流過大，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°，呵斥相角誤差。四、互感器的銜接電壓互感器在供電系統(tǒng)中的銜接電流互感器在供電系統(tǒng)中的銜接五、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，并在設備仍運轉的條件下，丈量交流電流。外型內(nèi)部構造表示前往本章首頁第七節(jié) 萬用電表一、萬用電表的構造萬用表是利用多刀多投轉換開關，改動電路銜接方式，丈量不同量程的電壓、電流或電阻，是電氣維修中常用的工具表。除普通丈量電壓、電流和電阻外，還可丈量電子電路的電平，但丈量電平實踐上就是丈量電壓，不過是用對數(shù)方式表示而已。當表示功率電平常，用負載為600Ω，功率為1mW作為0電平。當表示電壓電平常，用0.775V作為電壓的0電平。500型萬用表外形功率電平電壓電平二、500型萬用表電路500型萬用表的面板設兩個多刀多投轉換開關，分別為，改動開關位置可以選擇丈量對象和量程，包括交直流電流和電壓、電阻和信號電平，下面僅分析幾個電路，其他讀者可自行分析。三、直流電流丈量電路丈量直流電流左邊多投開關置于A檔，右邊置于50μA檔，作為直流電流丈量電路的根本量程，改動右邊開關位置，選用不同分流器，可改動量程為10、100、500mA，分流器采用閉路式，不因開關接觸不良而損壞儀表。運用紅線所示電路四、直流電壓丈量電路丈量直流電壓右邊多投開關置于V檔，左邊置于2.5V檔，作為直流電壓的最小量程，改動左邊開關位置，選用不同附加電阻，可改動量程為10、50、250、500V，附加電阻采用共用式，可減少線繞電阻數(shù)量。運用紅線所示電路第八節(jié) 直流電位差計 直流電位差計由三個回路組成。其中回路Ⅰ稱為校準回路回路Ⅱ稱為丈量回路回路Ⅲ稱為任務電流回路。一、直流電位差計任務原理校準回路：利用回路中的規(guī)范電池用來校準任務電流，當開關S合向回路Ⅰ時，調理R改動任務電流，假設檢流計指零，那么闡明規(guī)范電池的電動勢與任務電流在電阻上的壓降相互補償，使。任務電流回路：包括輔助電源，調理任務電流用的可變電阻、丈量電阻和任務調定電阻。任務回路主要義務是提供一個穩(wěn)定的任務電流，使電阻和能得到一個穩(wěn)定的壓降。丈量回路：當開關S合向回路Ⅱ時，調理丈量電阻，以改動左端ab二點間的壓降〔留意：此時不能再調理R，否那么任務電流將發(fā)生變化〕，假設檢流計指零，那么闡明從可求出被測電壓值。二、電位差計特點1.利用補償原理:電位差計的平衡是利用電動勢相互補償?shù)脑?，因此平衡時不從丈量回路取用電流，從而消除被測電源的內(nèi)阻、導線電阻、接觸電阻對丈量的影響。校準回路也一樣，不從規(guī)范電池取用電流，堅持了規(guī)范電池電動勢的穩(wěn)定。2.采用高準確度的元件：在式中，由于規(guī)范電池的電動勢比較穩(wěn)定，調定電阻和丈量電阻的左端ab部分選用高準確度和高穩(wěn)定度的電阻，所以丈量準確度可以到達?0.001%。三、適用電位差計的構造1.要思索規(guī)范電池的電動勢受溫度的影響:適用電位差計的任務調定電阻通常由兩部分電阻構成，一部分為固定，一部分為可調，可調部分作為溫度補償電阻，以補償規(guī)范電池因溫度而發(fā)生的變化。2.要根據(jù)丈量結果所需求的準確度，選擇適宜的丈量線路和有足夠靈敏度的檢流計。以保證電路未完全補償時，能為察看者所覺察。 3.丈量電阻應在很寬的范圍內(nèi)變化，而且可以準確讀數(shù)，例如要讀出五位數(shù)或六位數(shù)，普通可采用十進電阻盤，以便能讀出多位讀數(shù)，但也有用滑線電阻盤的。前往本章首頁第九節(jié)電流表與電壓表的運用與選擇一、選擇儀表類型要根據(jù)被測電流、電壓的性質，是交流還是直流，能否正弦波、波形能否對稱選擇適宜的儀表。假設丈量對象是非正弦波，而運用按正弦波刻度的電流、電壓表，普通還需求將丈量結果作必要的換算，以求得正確值。