電工儀表與測(cè)量培訓(xùn)教案

電工儀表與測(cè)量培訓(xùn)教案電工儀表與測(cè)量第一節(jié)電工儀表與測(cè)量的根本學(xué)問一、常用電工儀表的分類、組成與誤差定義：用來測(cè)量各種電量、磁量及電路參數(shù)的儀器、儀表統(tǒng)稱為電工儀表?！惨弧撤诸愲姽x表的分類：〔按構(gòu)造和用途分類〕指示儀表、比較儀表、數(shù)字儀表一〕指示儀表：1、定義：能將被測(cè)量轉(zhuǎn)換為儀表可動(dòng)局部的機(jī)械偏轉(zhuǎn)角，并通過指示器直接顯示出被測(cè)量的大小，故又稱為直讀式儀表。2、分類：按工作原理分類：有電磁系儀表、磁電系儀表、電動(dòng)系儀表、感應(yīng)系儀表等。按被測(cè)量分類：有電流表、電壓表、功率表、電能表、相位表等按使用方法分類：有安裝式、便攜式。安裝式儀表：固定安裝在開關(guān)板或電器設(shè)備面板上的儀表，又稱面板式儀表。準(zhǔn)確度不高，廣泛用于發(fā)電廠、配電所的運(yùn)行監(jiān)視和測(cè)量中。便攜式儀表：可以攜帶的儀表，準(zhǔn)確度較高，廣泛用于電氣試驗(yàn)、周密測(cè)量及儀表檢定中?！?〕按準(zhǔn)確度等級(jí)分類：有0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0共7個(gè)等級(jí)。〔5〕按使用條件分類：有A、B、C三組類型。A組儀表適用于環(huán)境溫度為0~400C；B類儀表適用于—20~500C；C組儀表適用于—40~600C85%范圍內(nèi)?！?〕按被測(cè)電流種類分類：有直流儀表、溝通儀表以及交、直流兩用儀表。二〕比較儀表：在測(cè)量過程中，通過被測(cè)量與同類標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)展比較，依據(jù)比較結(jié)果確定被測(cè)量的大小。分直流比較儀表和溝通比較儀表。例直流單臂電橋、雙臂電橋，溝通電橋。三〕數(shù)字儀表：承受數(shù)字測(cè)量技術(shù)，以數(shù)字的形式直接顯示出被測(cè)量的大小。有數(shù)字電壓表、數(shù)字萬用表、數(shù)字頻率表等?！捕畴姽ぶ甘緝x表的組成電工指示儀表的任務(wù)就是要把被測(cè)電量、磁量或電參數(shù)轉(zhuǎn)換為儀表可動(dòng)局部的機(jī)械偏轉(zhuǎn)角，轉(zhuǎn)換過程中兩者保持肯定的函數(shù)關(guān)系，從而用指針偏轉(zhuǎn)角的大小測(cè)量對(duì)象x指針偏轉(zhuǎn)角αα＝F(y)=Φ(x)來反映被測(cè)量的數(shù)值。為實(shí)現(xiàn)上述轉(zhuǎn)換，電工指示儀表必需具有測(cè)量機(jī)構(gòu)和測(cè)量線路兩局部組成。1．測(cè)量機(jī)構(gòu)測(cè)量機(jī)構(gòu)的作用是將被測(cè)量x〔或過渡量y〕轉(zhuǎn)換成儀表可動(dòng)局部的機(jī)械偏轉(zhuǎn)角。測(cè)量機(jī)構(gòu)是電工指示儀表的核心。測(cè)量線路測(cè)量線路的作用是把各種被測(cè)量按肯定的比例轉(zhuǎn)換為能被測(cè)量機(jī)構(gòu)所能承受的過渡量。測(cè)量線路通常由電阻器、電容器、電感器等電子元件組成。不同儀表的測(cè)量線路各不一樣，如電流表承受分流器。電工指示儀表的構(gòu)造方框圖：測(cè)量機(jī)構(gòu)的組成及各局部的作用測(cè)量機(jī)構(gòu)按各局部的動(dòng)與不動(dòng)來分的話，可分為固定局部和可動(dòng)局部?jī)纱髩K。按各局部的作用來分可分為產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩裝置、產(chǎn)生反作用力矩裝置、產(chǎn)生阻尼力矩裝置、讀數(shù)裝置、支撐裝置五局部。〔如圖〕產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩裝置不同的測(cè)量機(jī)構(gòu)產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的裝置不同，作用原理不同，但作用都一樣，就是能產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，使可動(dòng)局部產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的特點(diǎn)：轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的大小M與被測(cè)量x以及指針偏轉(zhuǎn)角α成某種函數(shù)關(guān)系，即：M＝f(x,α)反作用力矩裝置假設(shè)測(cè)量機(jī)構(gòu)中只有轉(zhuǎn)動(dòng)力矩M，則不管被測(cè)量有多大，可動(dòng)局部都將在其作用下轉(zhuǎn)到終點(diǎn)。為此，要求可動(dòng)局部偏轉(zhuǎn)時(shí)，測(cè)量機(jī)構(gòu)中能夠產(chǎn)生隨偏轉(zhuǎn)角增大而增大的反作用力矩Mf，使得當(dāng)M=Mf時(shí)，可動(dòng)局部平衡，從而穩(wěn)定在肯定的偏轉(zhuǎn)角α上。產(chǎn)生反作用力矩裝置一般承受的是游絲。反作用力矩的特點(diǎn)：作用:使可動(dòng)局部偏轉(zhuǎn)與被測(cè)量相對(duì)應(yīng)的角度。在游絲的彈性范圍內(nèi)，大?。捍笮∨c可動(dòng)局部的偏轉(zhuǎn)角α成正比，即Mf=Dα。式中D為游絲是反作用系數(shù)，是一個(gè)只與游絲的材料性質(zhì)及幾何尺寸有關(guān)的常數(shù)。方向:與轉(zhuǎn)動(dòng)力矩方向相反。阻尼力矩裝置由于指示儀表的可動(dòng)局部都有肯定的慣性，因此，當(dāng)M=Mf可動(dòng)局部不行能馬上停頓下來，而是在平衡位置四周來回?fù)u擺，因而不能盡快讀取測(cè)量結(jié)果。為了縮短可動(dòng)局部的搖擺時(shí)間以利于盡快讀數(shù)，儀表中還必需有阻尼力矩的裝置。常用阻尼裝置有空氣阻尼器見圖、磁感應(yīng)阻尼器見圖?？諝庾枘崞髟恚寒?dāng)可動(dòng)局部運(yùn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)阻尼片2運(yùn)動(dòng)，而阻尼片2在密封的阻尼器盒1中運(yùn)動(dòng)時(shí)，必定受到空氣的阻力，從而產(chǎn)生阻尼力矩Mz。明顯，儀表可動(dòng)局部的運(yùn)動(dòng)速度越快，阻尼力矩越大。磁感應(yīng)阻尼器原理：當(dāng)可動(dòng)局部搖擺時(shí)，帶動(dòng)阻尼片3在永久磁鐵4的磁場(chǎng)內(nèi)運(yùn)動(dòng)，從而切割電磁線產(chǎn)生渦流，該渦流與永久磁鐵的磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生了阻尼力矩Mz，阻礙了可動(dòng)局部的搖擺。明顯，儀表可動(dòng)局部的運(yùn)動(dòng)速度越快，產(chǎn)生渦流越大，阻尼力矩越大。阻尼力矩的特點(diǎn)：作用：縮短可動(dòng)局部的搖擺時(shí)間以利于盡快讀數(shù)。方向；與可動(dòng)局部的運(yùn)動(dòng)方向始終相反。大?。号c可動(dòng)局部的運(yùn)動(dòng)速度的平方成正比關(guān)系。當(dāng)可動(dòng)局部靜止時(shí)，阻尼力矩等于零。4、讀數(shù)裝置讀數(shù)裝置由指示器和刻度盤組成。指示器分指針式和光標(biāo)式兩種。指針分矛形和刀形。矛形指針多用于大、中型安裝式儀表中，以便遠(yuǎn)距離讀數(shù)；刀形指針多用于小型安裝式儀表及便攜式儀表中以利于準(zhǔn)確讀數(shù)。光標(biāo)式指示器由燈泡1射出的光線經(jīng)過聚光裝置2照耀到固定在可動(dòng)局部轉(zhuǎn)軸上的反射鏡3上，經(jīng)反射落到標(biāo)度尺上，就能通過光標(biāo)指示出被測(cè)量的數(shù)值。光標(biāo)指示器可以完全消退視覺誤差，適用于一些高靈敏度和高準(zhǔn)確度的儀表?？潭缺P又叫表盤，它是一個(gè)畫有標(biāo)度尺和儀表標(biāo)志符號(hào)的平面。為消退視覺誤差，有些便攜式周密儀表在標(biāo)度尺下面還安裝一塊反射鏡，當(dāng)看到指針和指針在鏡中影像重合時(shí)才能讀數(shù)。5、支撐裝置測(cè)量機(jī)構(gòu)中的可動(dòng)局部要隨被測(cè)量大小而偏轉(zhuǎn)，就必需有支撐裝置。常見的支撐方式有軸尖軸承支撐方式和張絲彈片支撐方式。軸尖軸承支撐方式：軸尖在軸承中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)存在摩擦誤差。張絲彈片支撐方式：彈片對(duì)張絲起減振和保護(hù)作用，這種支撐方式?jīng)]有摩擦誤差存在，因而靈敏度很高，適用于周密度比較高的儀表，例檢流計(jì)?！踩硟x表的誤差及分類儀表誤差：儀表的測(cè)量結(jié)果與被測(cè)量的實(shí)際值之間存在的差值叫誤差。一〕儀表誤差分類：依據(jù)產(chǎn)生誤差的緣由，儀表誤差分為兩類：根本誤差：儀表在正常的工作條件下〔指規(guī)定的溫度和放置方式、頻率，沒有外磁場(chǎng)和外電場(chǎng)的干擾等〕由于儀表的構(gòu)造、工藝等方面的不完善而產(chǎn)生的誤差叫根本誤差。它是儀表本身所固有的。如：儀表活動(dòng)局部的摩擦、標(biāo)度尺刻度不準(zhǔn)、零件裝配不當(dāng)?shù)染売稍斐傻恼`差，都是儀表的根本誤差。附加誤差：儀表偏離了規(guī)定的工作條件〔如溫度、頻率、波形的變化超出規(guī)定的條件，工作位置不當(dāng)或存在外電場(chǎng)和外磁場(chǎng)的影響〕而產(chǎn)生的誤差叫附加誤差。它是一種因外界工作轉(zhuǎn)變而造成的額外誤差。儀表在非正常的工作條件工作時(shí)所產(chǎn)生的誤差包括根本誤差和附加誤差兩局部。二〕誤差的表示方法1、確定誤差△：儀表的指示值A(chǔ)x與被測(cè)量的實(shí)際值A(chǔ)o之間的差值，叫確定誤差，用△表示。即：△=Ax-Ao〔1—1〕例1－1用一只標(biāo)準(zhǔn)電壓表來校驗(yàn)甲、乙兩只表，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)表的指示220V甲、乙兩表的讀數(shù)分別為220.5V和219V，求甲、乙兩表確實(shí)定誤差。解：由式〔1－1〕得＝220.5-220＝+0.5V甲表確實(shí)定誤差△1＝Ax-A乙表確實(shí)定誤差△2＝Ax-A＝219-220＝－1V結(jié)果說明，確定誤差有正、負(fù)之分，并且單位與被測(cè)量全都。正誤差說明儀表指示值比實(shí)際值大，負(fù)誤差說明指示值比實(shí)際值小。甲表指示值偏離實(shí)際值有0.5V，乙表偏離指示值有1V，說明甲表的測(cè)量結(jié)果比乙表更準(zhǔn)確。實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)準(zhǔn)確度較高的儀表，一般都給出該表的校正值，以便在測(cè)量過程中校正被測(cè)量的指示值，從而提高測(cè)量準(zhǔn)確度。什么是校正值？由〔1－1〕可得：A0=Ax-△=Ax＋(-△)=Ax＋C式中C=－△稱為儀表的校正值。當(dāng)用不同的儀表來測(cè)量同一被測(cè)量時(shí)，可通過確定誤差確實(shí)定值|△|來比較儀表測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確程度，但是用不同的儀表來測(cè)量不同的被測(cè)量時(shí)，就不能用確定誤差來比較了，而要用另外一種誤差相對(duì)誤差來比較了。200V1＝＋2V10V2＝＋1V,通過確定誤差的大小反映不出哪一個(gè)表的準(zhǔn)確度更高一些。2γ：確定誤差與被測(cè)量的實(shí)際值的比值的百分?jǐn)?shù)叫相對(duì)誤差。用γ表示。即：γ＝△/A×100%沒有單位例：用甲表測(cè)量100V的電壓，△甲＝2V；用乙表測(cè)量10V的電壓，△乙＝1V，求其相對(duì)誤差。解：甲表：γ甲＝2/100×100％＝2％乙表：γ乙＝1/10×100％＝10％由以上結(jié)果可見乙表的測(cè)量結(jié)果要比甲表的測(cè)量結(jié)果要準(zhǔn)確。在實(shí)際測(cè)量中，相對(duì)誤差不僅常用來表示測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確程度，而且便于在測(cè)量不同大小的被測(cè)量時(shí)，對(duì)其測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確程度進(jìn)展比較。3γm相對(duì)誤差可以表示測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確程度，但卻不能說明儀表本身的準(zhǔn)確程度。對(duì)同一只儀表，在測(cè)量不同被測(cè)量時(shí)，由于摩擦等緣由造成確實(shí)定誤差雖然變化不大，但被測(cè)量卻可以在儀表的整個(gè)刻度范圍內(nèi)變化。明顯，對(duì)應(yīng)于不同大小的被測(cè)量，就有不同的相對(duì)誤差。因此，不能用相對(duì)誤差來全面衡量一只儀表的準(zhǔn)確程度。工程上，一般承受引用誤差來反映儀表的準(zhǔn)確程度。確定誤差與儀表量程比值的百分?jǐn)?shù)，叫引用誤差，γm＝△/Am×100％由上式可看出，引用誤差實(shí)際上就是儀表在最大讀數(shù)時(shí)的相對(duì)誤Am也不變，故引用誤差γm可用來表示儀表的準(zhǔn)確程度。三〕儀表的準(zhǔn)確度由于指示儀表在測(cè)量不同被測(cè)量時(shí)，絕地誤差會(huì)多少有些變化，因而造成引用誤差也隨之有些變化。為使引用誤差能包括儀表全部的根本誤差，工程上規(guī)定以最大引用誤差來表示儀表的準(zhǔn)確度。儀表的最大確定誤差△m與儀表量程Am比值的百分?jǐn)?shù)，叫儀表的準(zhǔn)確度K即：±K％＝△m/Am×100％式中K表示儀表的準(zhǔn)確度等級(jí)，它的百分?jǐn)?shù)表示儀表在規(guī)定條件下的最大引用誤差。明顯，最大引用誤差越小，儀表的根本誤差越小。儀表的準(zhǔn)確度等級(jí)與儀表的根本誤差之間的關(guān)系如下：儀表的根本誤差假設(shè)儀表的量程、準(zhǔn)確度等級(jí)，可求出該儀表所允許的最大確定誤差△m△m＝100AmK?±例1－31.5250V表的最大確定誤差。解：△m＝100AmK?±＝1002505.1?±＝±3.75V例1－4用準(zhǔn)確度等級(jí)為 2.0級(jí)、量程為100A的電流表，分別測(cè)量5A和100A的電流，求其相對(duì)誤差各為多少？解：先求出該表的最大確定誤差△m＝100AmK?±＝1001000.2?±＝±2.0A測(cè)量5A電流時(shí)消滅的最大確定誤差為1γ＝1xmA?×100％=50.2±×100％=±40%測(cè)量100A電流時(shí)消滅的最大確定誤差為%0.2%1001000.2%10022±=?±=??=xAmγ由以上結(jié)果可看出，在一般狀況下，測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度并不等于儀表的準(zhǔn)確程度。只有當(dāng)被測(cè)量正好等于儀表的量程時(shí)，兩者才會(huì)相等。被測(cè)量越接近于儀表的量限，測(cè)量誤差就越小。因此決不能把儀表的準(zhǔn)確度與測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度混為一談。為保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，不僅要考慮儀表的準(zhǔn)確度，還要選擇適宜的量程，通常測(cè)量時(shí)要使儀表的指針能指在滿刻度的后三分之一段。二、常用電工測(cè)量方法及測(cè)量誤差電工測(cè)量：將被測(cè)電量、磁量或電參數(shù)與同類標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)展比較，從而確定出被測(cè)量的大小的過程。度量器：測(cè)量單位的復(fù)制體〔通常所說的標(biāo)準(zhǔn)量〕。例標(biāo)準(zhǔn)電池、標(biāo)準(zhǔn)電阻、標(biāo)準(zhǔn)電感就分別是電動(dòng)勢(shì)、電阻、電感的復(fù)制體。依據(jù)度量器是否參入到測(cè)量中，以及獵取測(cè)量結(jié)果的方式不同，電工測(cè)量方法可分為以下幾種：〔一〕直接測(cè)量法1、定義：通過儀表的指針指示直接指示出被測(cè)量數(shù)值，而無需度量器直接參與的測(cè)量方法，叫直接測(cè)量法。例：電流表測(cè)電流、電壓表測(cè)電壓等。2、優(yōu)點(diǎn)：方法簡(jiǎn)便，讀數(shù)快速。3、缺點(diǎn)：由于儀表接入被測(cè)電路后，會(huì)使電路的工作狀態(tài)發(fā)生變化，因而這種測(cè)量方法準(zhǔn)確度較低?！捕抽g接測(cè)量法1、定義：測(cè)量時(shí)先測(cè)出與被測(cè)量有關(guān)的電量，然后通過電工公式計(jì)算求得被測(cè)量數(shù)值的方法，叫間接測(cè)量法。例：用伏安法測(cè)量電阻，用電壓表測(cè)三級(jí)管集電級(jí)電流。2、優(yōu)點(diǎn)：適用于一些用直接測(cè)量法不便利、準(zhǔn)確度要求不高的特別場(chǎng)合。3、缺點(diǎn)：測(cè)量誤差較大?！踩潮容^測(cè)量法1、定義：在測(cè)量過程中需要度量器的直接參與，并通過比較儀表來確定被測(cè)量數(shù)值的方法，叫比較測(cè)量法。例：直流單臂電橋測(cè)電阻。依據(jù)被測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)量比較方式的不同，比較測(cè)量法又分為以下三種：〔1〕零值法在測(cè)量過程中，通過轉(zhuǎn)變標(biāo)準(zhǔn)量，使其與被測(cè)量相等〔即兩者差值為零〕，從而確定被測(cè)量數(shù)值的方法叫零值法。如用平衡電橋測(cè)電阻就屬于這種方法?！?〕差值法利用被測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)量的差值作用于測(cè)量?jī)x表，從而確定出被測(cè)量數(shù)值的方法，叫差值法。例：不平衡電橋測(cè)電阻?！?〕代替法在測(cè)量過程中，用標(biāo)準(zhǔn)量代替被測(cè)量，假設(shè)維持儀表原來的讀數(shù)不變，則被測(cè)量就等于標(biāo)準(zhǔn)量，叫代替法。2、優(yōu)點(diǎn)：準(zhǔn)確度高。3、缺點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單，操作麻煩，通常適用于測(cè)量要求準(zhǔn)確度較高的場(chǎng)合。〔四〕測(cè)量誤差及消退方法在測(cè)量過程中，由于受到測(cè)量?jī)x表、測(cè)量方法、試驗(yàn)條件、外界環(huán)境以及觀測(cè)閱歷等方面因素的影響，造成測(cè)量結(jié)果與被測(cè)量的實(shí)際值之間存在肯定的差異，這種差異稱為測(cè)量誤差。依據(jù)測(cè)量誤差產(chǎn)生的緣由不同，測(cè)量誤差可分為系統(tǒng)誤差、偶然誤差和疏失誤差三類。一〕系統(tǒng)誤差指在一樣條件下屢次測(cè)量同一被測(cè)量時(shí)，誤差的大小和符號(hào)均保持不變，而在條件轉(zhuǎn)變時(shí)遵循肯定規(guī)律變化的誤差。系統(tǒng)誤差包括：儀表誤差和方法的誤差。測(cè)量?jī)x表〔設(shè)備〕的誤差：包括測(cè)量?jī)x表本身不完善而造成的根本誤差以及由于儀表工作條件轉(zhuǎn)變而造成的附加誤差。測(cè)量方法的誤差：由于所用的測(cè)量方法不完善、儀表安裝或配線不當(dāng)、外界條件變化以及測(cè)量人員操作技能和閱歷缺乏或承受了近似計(jì)算公式而引起的誤差。系統(tǒng)誤差的消退依據(jù)系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的緣由，可實(shí)行相應(yīng)的措施加以消退。消退方法有：重配置適宜的儀表或?qū)y(cè)量?jī)x表進(jìn)展校正。承受合理的測(cè)量方法承受特別的消退方法：1〕正負(fù)消去法：對(duì)同一量進(jìn)展兩次測(cè)量，使測(cè)量結(jié)果中的一次誤差為正，一次為負(fù)，取其結(jié)果的平均值，就能消退這種系統(tǒng)誤差。例：為消退外磁場(chǎng)對(duì)電流表讀數(shù)的影響，可將電流表放置的位置調(diào)換1800后再測(cè)量一次，則在兩種位置下測(cè)量結(jié)果的誤差負(fù)號(hào)必是一正一負(fù)，取其平均值后，就能消退這種由外磁場(chǎng)影響而引起的系統(tǒng)誤差。2〕替代法：用量代替被測(cè)量，并使儀表的工作狀態(tài)保持不變，于是，由量的數(shù)值便可求得被測(cè)量。這樣，由儀表本身的不完善和外界因素的影響對(duì)測(cè)量結(jié)果不發(fā)生作用，從而消退了系統(tǒng)誤差。3〕引入校正值：〔書上沒有列出〕假設(shè)儀表的校正曲線，則可將相應(yīng)的校正值引入到測(cè)量結(jié)果中，即把測(cè)量值加上相應(yīng)的校正值，從而消退系統(tǒng)誤差。二〕偶然誤差偶然誤差是一種大小和符號(hào)都不固定的誤差，又稱“隨機(jī)誤差”。1.偶然誤差產(chǎn)生的緣由主要由外界環(huán)境的偶發(fā)性變化引起。如外磁場(chǎng)、外電場(chǎng)、溫度等變化使得在重復(fù)測(cè)量同一被測(cè)量時(shí)，其結(jié)果不完全一樣，從而產(chǎn)生偶然誤差。2.偶然誤差的消退通過屢次測(cè)量同一被測(cè)量，算出算術(shù)平均值的方法來消退偶然誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。測(cè)量次數(shù)越多，其平均值就越接近實(shí)際值。三〕疏失誤差疏失誤差是一種嚴(yán)峻歪曲測(cè)量結(jié)果的誤差。1.產(chǎn)生疏失誤差的緣由：由于操作者馬虎和疏忽造成的，如測(cè)量中讀數(shù)錯(cuò)誤、記錄錯(cuò)誤、算錯(cuò)數(shù)據(jù)等。2.疏失誤差的消退拋棄不用這個(gè)數(shù)據(jù)，加強(qiáng)操作者的責(zé)任心，提倡認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度。其次節(jié)常用測(cè)量機(jī)構(gòu)一、磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)〔一〕磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)的構(gòu)造組成及各局部的作用1、固定的磁路系統(tǒng)：永久磁鐵1、極掌2和圓柱形鐵心3。作用是在極掌和鐵心之間的空氣隙中產(chǎn)生較強(qiáng)的均勻磁場(chǎng)。2、可動(dòng)局部：繞在鋁框架上的可動(dòng)線圈4、線圈兩端裝的轉(zhuǎn)軸7、與轉(zhuǎn)軸相連的指針685。游絲的作用是：1、產(chǎn)生反作用力矩，2、把被測(cè)電流導(dǎo)入和導(dǎo)出可動(dòng)線圈。鋁框架的作用是：產(chǎn)生阻尼力矩。3、磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)的分類：依據(jù)永久磁鐵和可動(dòng)線圈之間的相對(duì)位置不同，我們可以把測(cè)量機(jī)構(gòu)分為如下幾類：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。內(nèi)外磁結(jié)合式：可動(dòng)線圈內(nèi)、外部都有永久磁鐵。這種構(gòu)造磁性更強(qiáng)，構(gòu)造可以緊湊?！捕炒烹娤禍y(cè)量機(jī)構(gòu)的工作原理磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)是依據(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，其原理示意圖見圖2—4。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)中將受到電磁力矩的作用而偏轉(zhuǎn)。通電線圈的電流越大，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)，游絲扭的越緊，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)，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。下面表可動(dòng)局部的偏轉(zhuǎn)角α與線圈中通入被測(cè)電流I之間的關(guān)系。如圖2—4其磁感應(yīng)強(qiáng)度為Ｂ，線圈匝數(shù)為N，垂直于磁場(chǎng)方向線圈的有效邊長(zhǎng)為ｌ，則當(dāng)線圈中通入電流為I時(shí)，每個(gè)有效邊的電磁力FF＝NBIｌ線圈受到的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩為M＝2Fｒ＝2NBIｌ式中ｒ?yàn)榫€圈有效邊到轉(zhuǎn)軸的距離。由于線圈所包圍的面積為S＝2ｒｌ故有M=NBIS〔2—1〕線圈在轉(zhuǎn)動(dòng)力矩M的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)的同時(shí)，引起游絲變形，產(chǎn)生的反作用力矩為Mｆ＝Dα〔2—2〕式中Ｄ為游絲是反作用系數(shù)，α 為可動(dòng)局部的偏轉(zhuǎn)角〔即指針偏轉(zhuǎn)角〕。由式〔2—2〕看出，反作用力矩隨偏轉(zhuǎn)角的增大而增大，當(dāng)增大到M＝M時(shí)，ｆ可動(dòng)局部處于平衡狀態(tài)，指針就停留在某一平衡位置上，指針偏α。將〔2—1〕和〔2—2〕M＝M得ｆNBSI＝Dα整理得α＝IDNBS〔2—3〕對(duì)于已制造好的儀表，N、B、S、D都是常數(shù)，所以DNBS也是一個(gè)常數(shù)，用SＩ表示，則式〔2—3〕可寫成α=SI·I〔2—4〕式中SI=Iα叫做磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)的靈敏度，表示單位被測(cè)量所對(duì)應(yīng)的偏轉(zhuǎn)角。式〔2—4〕說明，磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)可動(dòng)局部的穩(wěn)定偏轉(zhuǎn)角α與通過線圈的電流I成正比。因此，可以用偏轉(zhuǎn)角的大小來衡量被測(cè)量的大小，并由指針在標(biāo)度尺上直接顯示被測(cè)電流的數(shù)值?！踩炒烹娤祪x表的特點(diǎn)由以上分析的磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)的構(gòu)造和原理可以看出，磁電系儀表具有以下特點(diǎn)：準(zhǔn)確度高、靈敏度高：由于永久磁鐵的磁性很強(qiáng)，能在很小的電流作用下產(chǎn)生很大的轉(zhuǎn)矩，所以，由于摩擦、溫度轉(zhuǎn)變及外磁場(chǎng)影響所造成的誤差相對(duì)較小，可以無視，因而準(zhǔn)確度高。另外，由SI=NBS/D可知，當(dāng)B很大時(shí)，靈敏度SI刻度尺均勻、便于讀數(shù)：由于磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)指針的偏轉(zhuǎn)角過載力量?。河捎诒粶y(cè)電流是通過游絲倒入和倒出可動(dòng)線圈的，而且線圈的導(dǎo)線又很細(xì)，所以通入的電流假設(shè)太大的話，會(huì)使游絲的彈性遭到破壞，甚至燒毀線圈。因此磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)的過載力量小。功率消耗?。河捎诖烹娤禍y(cè)量機(jī)構(gòu)通入的電流很小，故儀表只能測(cè)量直流電量：由于永久磁鐵的極性是固定不變的，所以只有在線圈中通入直流電流，儀表的可動(dòng)局部才能產(chǎn)生穩(wěn)定的偏轉(zhuǎn)。假設(shè)在線圈中通入溝通電流，則產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩也是交變的，可動(dòng)局部由于慣性的作用來不及轉(zhuǎn)過去又的轉(zhuǎn)回來，使得指針只能在零位左右搖擺而不能讀數(shù)，所以，磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)只能直接測(cè)量直流電量。要想測(cè)量溝通電流，就必需在測(cè)量機(jī)構(gòu)前加上整流器才能使用。磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)可動(dòng)局部的穩(wěn)定偏轉(zhuǎn)角α與通過線圈的電流I成正比。二、電磁系測(cè)量機(jī)構(gòu)〔一〕電磁系測(cè)量機(jī)構(gòu)的構(gòu)造組成及各局部作用主要由固定線圈和可動(dòng)的軟磁鐵片組成。電磁系測(cè)量機(jī)構(gòu)依據(jù)其構(gòu)造形式的不同，可分為吸引型和排斥型兩類。1、吸引型測(cè)量機(jī)構(gòu)組成：產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的裝置——固定線圈、偏心地裝在轉(zhuǎn)軸上的可動(dòng)鐵片。它們能產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩。產(chǎn)生反作用力矩的裝置——游絲。它只產(chǎn)生反作用力矩而不通過電流。產(chǎn)生阻尼力矩的裝置——阻尼片、永久磁鐵。組成磁感應(yīng)阻尼器，產(chǎn)生阻尼力矩。讀數(shù)裝置——指針支撐裝置——轉(zhuǎn)軸此外，為防止永久磁鐵的磁場(chǎng)對(duì)線圈磁場(chǎng)的影響，在永久磁鐵前加裝了用導(dǎo)磁性良好的材料制成的磁屏蔽。2、排斥型測(cè)量機(jī)構(gòu)組成：固定局部——固定線圈、固定在線圈內(nèi)壁上的固定鐵片可動(dòng)局部——可動(dòng)鐵片、游絲、指針及阻尼片等〔二〕電磁系測(cè)量機(jī)構(gòu)的工作原理1、吸引型電磁系測(cè)量機(jī)構(gòu)的工作原理當(dāng)固定線圈通電后，線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)將可動(dòng)鐵片磁化，對(duì)鐵片產(chǎn)生吸引力，使固定在同一轉(zhuǎn)軸上的指針隨之發(fā)生偏轉(zhuǎn)，同時(shí)游絲產(chǎn)生反作用力矩。線圈中電流越大，磁化作用越強(qiáng)，指針偏轉(zhuǎn)角就越大。當(dāng)游絲產(chǎn)生的反作用力矩與轉(zhuǎn)動(dòng)力矩相平衡時(shí)，指針就穩(wěn)定地留在某一平衡位置，指示出被測(cè)量的大小。明顯，當(dāng)流過線圈的電流方向轉(zhuǎn)變而大小不變時(shí)，線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)極性及可動(dòng)鐵片被磁化的極性也同時(shí)轉(zhuǎn)變，但它們之間的作用力仍是吸引力，轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的大小和方向不變，保證了指針偏轉(zhuǎn)角不會(huì)轉(zhuǎn)變。所以，吸引型測(cè)量機(jī)構(gòu)可用來組成交、直流兩用儀表。2、排斥型電磁系測(cè)量機(jī)構(gòu)的工作原理當(dāng)電流通過固定線圈時(shí)產(chǎn)生磁場(chǎng)，使固定鐵片和可動(dòng)鐵片同時(shí)磁化，且兩鐵片的同一側(cè)為一樣的極性。由于同性磁極相互排斥，轉(zhuǎn)動(dòng)力矩使可動(dòng)鐵片轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)指針偏轉(zhuǎn)。當(dāng)游絲產(chǎn)生的反作用力矩與轉(zhuǎn)動(dòng)力矩相平衡時(shí)，指針就停留在某一位置，指示出被測(cè)量的大小。假設(shè)線圈中電流方向轉(zhuǎn)變，線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)的方向也隨著轉(zhuǎn)變，兩鐵片的磁化極性也同時(shí)改變，但其相互排斥力的方向不變。所以，排斥型的構(gòu)造同樣適用于交、直流測(cè)量中。綜上所述，電磁系測(cè)量機(jī)構(gòu)的工作原理是：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或鐵心與鐵心相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，帶動(dòng)指針偏轉(zhuǎn)。3、指針偏轉(zhuǎn)角與線圈中電流的關(guān)系分析：對(duì)吸引型構(gòu)造來講，電磁系測(cè)量機(jī)構(gòu)的轉(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)。可見，轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的大小應(yīng)與線圈磁勢(shì)的平方成正比。對(duì)排斥型構(gòu)造來說，其轉(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)。所以，排斥型構(gòu)造轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的大小也應(yīng)與線圈產(chǎn)生的磁勢(shì)的平方成正比。明顯，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M=K1〔NI〕2〔2—9〕K1是一個(gè)系數(shù)；它與線圈和鐵片的尺寸、外形、材料及它們相互Mf=DαD是游絲的反作用系數(shù)。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩和反作用力矩相等時(shí)，可動(dòng)局部停頓在某一平衡位置α。M=Mf有K1〔NI〕2=Dα得：α=21)(NIDK=K〔NI〕2〔2—10〕式中K=K1/D也是一個(gè)系數(shù)。式〔2—10〕說明，電磁系測(cè)量機(jī)構(gòu)指針的偏轉(zhuǎn)角α與被測(cè)電流的平方成正比，因此可用來測(cè)量被測(cè)電流的大小。〔三〕電磁系測(cè)量機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)1、標(biāo)度尺刻度不均勻。因α與I22、準(zhǔn)確度和靈敏度都不高。因磁場(chǎng)是由通電的固定線圈產(chǎn)生，比較弱。3、過載力量強(qiáng)。由于被測(cè)電流是不經(jīng)過游絲直接進(jìn)入線圈的，所以只要繞制固定線圈的導(dǎo)線粗一些，就可以測(cè)量較大的電流。4、既可測(cè)量直流又可測(cè)量溝通。由于測(cè)量直流時(shí)有磁滯誤差，故一般只用它作溝通儀表，要想將它制成交直流兩用表，需要里面的鐵片都承受優(yōu)質(zhì)的坡莫合金材料。5、易受外磁場(chǎng)的影響。因電磁系儀表的磁場(chǎng)是由固定線圈通入電流而產(chǎn)生的，比較弱，故很簡(jiǎn)潔受外磁場(chǎng)的影響。所以必需設(shè)法削減其影響。常用的削減外磁場(chǎng)影響的方法有：磁屏蔽：將測(cè)量機(jī)構(gòu)裝在導(dǎo)磁性能良好的材料做成的屏蔽罩內(nèi)。這樣外磁場(chǎng)的磁感線將沿著屏蔽罩穿過，而不會(huì)影響罩內(nèi)的測(cè)量機(jī)構(gòu)。有時(shí)為進(jìn)一步減弱外磁場(chǎng)的影響，可承受兩層甚至三層磁屏蔽。無定位構(gòu)造：將固定線圈分成完全一樣的兩局部且反方向串聯(lián)，如下圖。當(dāng)線圈通電以后，兩線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向相反，但其總轉(zhuǎn)矩卻是相加的。一旦有外磁場(chǎng)存在，一線圈的磁場(chǎng)被減弱，另一線圈的磁場(chǎng)必將增加。因兩線圈的構(gòu)造完全對(duì)稱，所以外磁場(chǎng)對(duì)測(cè)量機(jī)構(gòu)的總作用相互抵消。不管儀表放在哪里，外磁場(chǎng)的作用總是抵消的，故得名“無定位構(gòu)造”。三、電動(dòng)系測(cè)量機(jī)構(gòu)〔一〕電動(dòng)系測(cè)量機(jī)構(gòu)的構(gòu)造組成：兩大局部1、固定局部：固定線圈1，固定線圈分成完全一樣的兩段，目的一是能使工作磁場(chǎng)比較均勻，二是可以轉(zhuǎn)變電流量程22、指針3、游絲、空氣阻尼器和轉(zhuǎn)軸，其中游絲的作用有二，一是產(chǎn)生反作用力矩，二是引導(dǎo)電流〔二〕電動(dòng)系測(cè)量機(jī)構(gòu)的工作原理電動(dòng)系測(cè)量機(jī)構(gòu)是利用兩個(gè)通電線圈之間產(chǎn)生電動(dòng)力作用的原理制成的。如圖—所示當(dāng)在固定線圈中通入電流I1時(shí)，將產(chǎn)生磁場(chǎng)B1，同時(shí)在可動(dòng)線圈中通入電流I2，可動(dòng)線圈中的電流就受到固定線圈磁場(chǎng)的作用力，產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，從而推動(dòng)可動(dòng)局部發(fā)生偏轉(zhuǎn)，直到與游絲產(chǎn)生的反作用力矩相平衡為止，指針停在某一位置，指示出被測(cè)量的大小。明顯，轉(zhuǎn)動(dòng)力矩MI1、I2的方向有關(guān)。假設(shè)I1、I2的方向同時(shí)轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)動(dòng)力矩M的方向并不轉(zhuǎn)變。所以，電動(dòng)系儀表既可以測(cè)量直流電，又可以測(cè)量溝通電。由于電動(dòng)系測(cè)量機(jī)構(gòu)中無鐵磁物質(zhì)，固定線圈中磁場(chǎng)大小與通過其中的電流I1成正比。由于電動(dòng)系測(cè)量機(jī)構(gòu)測(cè)量直流電時(shí)，可動(dòng)線圈受到的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩M與通電兩線圈的電流I1、I2M=K1I1I2式中K1是一個(gè)與儀表構(gòu)造有關(guān)的系數(shù)。M=M1K1I1I2=Dαα=21IIDK=KI1I2K=DK1是一個(gè)系數(shù)；D是游絲的反作用系數(shù)。上式說明，電動(dòng)系測(cè)量機(jī)構(gòu)測(cè)量直流時(shí)，可動(dòng)局部的偏轉(zhuǎn)角α與兩線圈中電流的乘積成正比。當(dāng)電動(dòng)系測(cè)量機(jī)構(gòu)測(cè)量溝通電時(shí)，可以證明其轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的平均值為MP=K1I1I2cos?依據(jù)力矩平衡條件Mf=MP即Dα=K1I1I2cos?故α=21IIDKcos?=KI1I2cos?該式說明，電動(dòng)系測(cè)量機(jī)構(gòu)測(cè)量溝通電時(shí)，可動(dòng)局部的偏轉(zhuǎn)角α不僅與通過兩個(gè)線圈電流的有效值有關(guān)，而且還與兩電流相位差的余弦cos?有關(guān)?！踩畴妱?dòng)系測(cè)量機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)1、準(zhǔn)確度高。由于這種儀表內(nèi)沒有鐵磁物質(zhì)，不存在磁滯誤差，0.12、既可測(cè)直流也可測(cè)溝通，并且能測(cè)量非正弦電流的有效值。3、能夠多種儀表，刻度尺各不一樣。其中電動(dòng)系功率表的刻度尺均勻，電動(dòng)系電流表和電壓表刻度尺不均勻。4、過載力量小。因可動(dòng)線圈的電流要經(jīng)過游絲，假設(shè)電流太大，游絲易失去彈性或燒斷。5、本身消耗功率大。6、易受外磁場(chǎng)的影響。因固定線圈所產(chǎn)生的工作磁場(chǎng)很弱。為消退外磁場(chǎng)的影響，線圈系統(tǒng)通常都承受磁屏蔽或無定位的構(gòu)造，也可直接承受鐵磁電動(dòng)系測(cè)量機(jī)構(gòu)。四、感應(yīng)系測(cè)量機(jī)構(gòu)：功率表只能測(cè)量單位時(shí)間內(nèi)負(fù)載所消耗的電能，而負(fù)載在某一段時(shí)間內(nèi)所消耗的電能通過功率表是測(cè)量不出來的，因此電能的測(cè)量要用另外一種儀表去測(cè)量，即電能表。電能表是特地用來測(cè)量電能的儀表，由于電能的單位是度和千瓦·時(shí)，所以電能表又叫電度表或千瓦·時(shí)表。電能表之所以能用來測(cè)量電能是由于它的內(nèi)部有一個(gè)記度器也叫積算機(jī)構(gòu)，它能把負(fù)載在某一段時(shí)間內(nèi)消耗的電能自動(dòng)的累計(jì)起來。目前，溝通電能的測(cè)量大多承受感應(yīng)系電能表，這種儀表的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩大，本錢低，是一種應(yīng)用廣泛的電工儀表?！惨弧掣袘?yīng)系電能表的構(gòu)造組成及各局部的作用1、驅(qū)動(dòng)元件：組成：它是由電流元件和電壓元件組成。電流元件是由電流線圈和繞制電流線圈的U形鐵心組成，電流線圈與負(fù)載串聯(lián)，通過它的電流就是負(fù)載電流，因此，它的線粗，匝數(shù)少。電壓元件是由電壓線圈和繞制它的E字形鐵心組成，電壓線圈與負(fù)載并聯(lián)，通過它的電流很少，故其線很細(xì)而匝數(shù)多。作用：產(chǎn)生一交變的工作磁場(chǎng)。2、轉(zhuǎn)動(dòng)元件組成：鋁盤和固定鋁盤的轉(zhuǎn)軸作用：與驅(qū)動(dòng)元件相互作用能產(chǎn)生一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩使鋁盤轉(zhuǎn)動(dòng)。3、制動(dòng)元件組成：永久磁鐵。作用：與鋁盤相互作用能產(chǎn)生一個(gè)制動(dòng)力矩，使鋁盤的轉(zhuǎn)速與被測(cè)功率成正比。4、記度器〔也叫積算機(jī)構(gòu)〕組成：與轉(zhuǎn)軸連在一起的蝸桿、渦輪、齒輪和滾輪。作用：通過記度器能直接顯示出被測(cè)電能的多少?！捕掣袘?yīng)系電能表的工作原理1、電能表的電路和磁路一般感應(yīng)系電能表的鐵心構(gòu)造如下圖。電流元件和電壓元件的鐵心之間留有間隙，以便使鋁盤能在間隙中自由的轉(zhuǎn)動(dòng)。電壓元件的鐵心上裝有用鋼板沖制成的回磁板。回磁板的下端伸入鋁盤下部，隔著鋁盤與電壓元件的鐵心柱相對(duì)應(yīng)，構(gòu)成電壓線圈工作磁通的回路。電能表的電路和磁路如下圖。電能表工作時(shí)，通過電壓線圈的電流產(chǎn)生的磁通分為兩局部，一局部是穿過鋁盤并經(jīng)回磁板構(gòu)成回路的工作磁通；另一局部是不經(jīng)過鋁盤而經(jīng)左右鐵軛構(gòu)成回路的非工作磁通。通過電流線圈的電流產(chǎn)生的磁通兩次穿過鋁盤，并通過電流元件的鐵心構(gòu)成回路。2、鋁盤轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的產(chǎn)生單相