电气测量ch21课件

第二章 电流与电压的测量,重点,掌握磁电系、电磁系、电动系仪表的原理以及用它测量电压、电流的方法。这三种仪表不仅可以用来测量电压、电流，在配置变换电路后，还可以测量其它电磁量或非电量，是从事电气技术的人员应具备的仪表知识的最基本内容。 掌握电压表和电流表的附属装置，包括分流器、附加电阻、互感器的结构原理及其计算方法，这是测量电压和电流必须掌握的技术。 掌握万用表、检流计和电位差计的基本原理。万用表是现场工作最常用的工具之一，检流计和电位差计则是校准和精密测量中常用的仪器。,第一节 电流和电压的测量方法,一、直接测量,电流表串联，内阻：,电压表并联，内阻：,式中， 为测量值允许的相对误差。,GB/T 7676.2-1998 直接作用模拟指示电测量仪表及其附件 第2部分:电流表和电压表的特殊要求,电流表线圈应接在低电位端,电压表接地标志应接在低电位端,目的：使仪表的带电线圈与外壳之间不至有太高电压，减少干扰。,二、间接测量,某些特殊情况：,例1：内阻较大的电源，测其空载电压。,例2：不允许断电或电路中有非线性元件，需测量电流。,常见：通过采样电阻，将电流转换成电压进行测量。例，测零序电流；A/D的输入量也要求是电压。,第二节 磁电系仪表,磁电系仪表在电工仪表中占有重要地位。广泛地应用于直流电流和直流电压的测量。 与整流元件配合，可以用于交流电流与电压的测量. 与变换电路配合，还可以用于功率、频率、相位等其它电量的测量，还可用来测量多种非电量，例如温度、压力等。 采用特殊结构时，可制成检流计，流比计。,一、磁电系测量机构的结构,1、外磁式（永久磁铁在可动线圈之外）,根据磁路形式的不同，分为外磁式、内磁式、内外磁结合式三种结构。,固定部分：,永久磁铁、极掌、固定在支架上的圆柱形铁芯,可动部分：,绕在铝框架上的可动线圈、线圈两端的两个半轴、与转轴相连的指针、平衡锤、游丝。,固定部分：,永久磁铁、极掌、固定在支架上的圆柱形铁芯,永久磁铁采用高剩磁和高矫顽力的硬磁材料制作，极掌和圆柱形铁芯则用高磁导率的软磁材料制成。 铁芯放在两极掌之间，并与两极掌间形成一个均匀的环形气隙。,可动部分：,绕在铝框架上的可动线圈、线圈两端的两个半轴、与转轴相连的指针、平衡锤、游丝。,可动线圈通电后，与永久磁铁的磁场相互作用形成转动力矩，使可动线圈偏转。 反作用力矩由游丝产生。游丝一般用两个，而且盘绕的方向相反，每个游丝都是一端与可动线圈相连，另一端固定在支架上。 游丝还作为将电流引入可动线圈的引线。 阻尼力矩由绕制线圈的铝框架产生。,铝框架产生的阻尼力矩,当导体在磁场中切割磁力线运动时，其产生的感应电流方向可用右手定则判定。 根据左手定则判断带电导体在磁场中受到的安培力的作用。,左通力右生电,2、内磁式（永久磁铁在可动线圈之内）,结构紧凑。 漏磁小，气隙中磁感应强度大，抗外磁场干扰能力强。 较外磁式结构更先进。,3、内外磁结合式（将外磁式的铁心改成磁铁）,气隙中磁感应强度大。,二、磁电系测量机构的工作原理,1、磁电系测量机构的驱动力矩,1)、通入直流电流,2）、通入周期电流,2、磁电系测量机构的反作用力矩,3、磁电系测量机构的阻尼力矩电磁阻尼力矩,主要由铝框提供阻尼力矩，可动线圈与外电路构成的闭合回路也提供阻尼力矩。,铝框中的感应电动势,感应电动势产生的电流,电流在磁场中受力,力矩,对照阻尼力矩的公式,可知，铝框在磁场中运动时产生阻尼力矩：,阻尼系数为：,类似地，可动线圈阻尼系数为：,仪表制成后，P1确定，P2随外电路变化。,平衡时：,4、磁电系测量机构的读数方程,一般式：,即：,三、技术性能,灵敏度高。因为气隙间的磁感应强度B比较强，灵敏度SI与B成正比。 表头过载能力小 流过表头的电流小，仪表的功耗也小。 由于气隙间的磁感应强度B比较强，同样的灵敏度，游丝的弹性系数大，定位力矩比较大，摩擦力矩的影响就可以削弱。同时，B比较强，外磁场的影响就相对削弱。所以，磁电系仪表具有较高的准确度。 标尺刻度均匀。,四、使用范围,用于测量直流电流或电压。 若通入周期电流： 频率小于可动部分的固有振动频率时，指针随电流方向的变化左右摆动； 频率大于可动部分的固有振动频率，指针偏转角与电流平均值有关。若平均电流为零，指针静止不动。若有直流分量，指针指示直流分量。 测量交流时，要配上整流装置构成整流系仪表。,五、表头（测量机构）参数,一般为微安或毫安级。,几十几百欧姆。 注意：不能用万用表欧姆档测量。因欧姆表测量时，要给待测电阻通入电流。,满偏电流（上量限）,表头内阻（可动线圈和游丝的直流电阻）,六、磁电系电流表及其扩程方法,直接测量的电流只能是微安或毫安级。 扩程方法如下：,分析各自特点,例,有一磁电系测量机构，满偏电流为200A，可动线圈内阻为300，求若要把，满刻度电流扩大到0.5A，应并联多大分流器电阻？,0.12,外附分流器 参数为额定电流和额定电压。 额定电压表示与分流器配套的电流表量限与内阻的乘积。,例,原来量程为1A，内阻为0.1的电流表，如果要扩程到100A，就要选用额定电压为100mV，额定电流为100A的分流器。,七、磁电系电压表及其扩程方法,直接测量的电压不超过毫伏级。 扩程方法如下：,例,有一磁电系测量机构，满偏电流为200A，可动线圈内阻为300，要改装成60V量程的电压表，应接多大的附加电阻？,299.7k,在相同的电压量程下，/V数越大的电压表，内阻越大，消耗功率越小，对被测电路工作状态影响也最小。,某多量限磁电系电流表的分流电路如图所示。已知150mA档时的总分流电阻为4，15mA档时表头支路的总电阻为5960。问表头的满偏电流是多少？量限为15mA时的总分流电阻是多少？,练习：,练习：,八、磁电系欧姆表,随电池输出电压下降，逐渐增大调零电阻。,分压式调零,中心值电阻。,“有效”读数范围。,多量程欧姆表：共用标尺，各档中心值是十倍关系。,欧姆调零。,补偿电池输出电压的下降。,补充：数字万用表的欧姆档原理之一,为待测电阻。,接入待测电阻后，数字万用表输出恒定电流，测量 求得阻值。,优点：,测量值与阻值成线性关系。,指针式万用表黑表笔为正极，红表笔为负极。内部黑表笔连接到了1.5V电池的正极。 数字万用表的红表笔为正极，黑表笔为负极。内部红表笔连接到了9V电池的正极。,问：万用表转换开关旋到欧姆档时，红、黑表笔哪个的电势高？,第三节 磁电系检流计,一、结构 检流计是一种具有极高灵敏度的电流表，为提高检流计的灵敏度，动圈采用无骨架结构，减少厚度，既减轻动圈重量，又缩短磁路的工作气隙。使气隙中的磁感应强度增大。 可动部分不用轴和轴承的支撑方式，改用张丝或吊丝悬挂动圈，以消除因轴尖所产生的摩擦，使之可在很小的力矩下都能工作。 对非便携式的检流计，还可以用光标代替指针。,光标指示和指针指示的示意图,光标式,指针式,二、可动部分的运动方程 检流计的可动线圈通电后产生力矩为M，并在M 作用下绕轴运动，根据牛顿第二定律，力矩M 随时要与阻力矩、阻尼力矩以及惯性力矩相平衡，或用转角的运动方程表示为。,三、动圈从静止至稳定过程 根据阻尼大小，可动部分的运动状态可能出现过阻尼、欠阻尼和临界阻尼等三种形式。,稳定后动圈的转角,曲线1：欠阻尼状态；曲线2：过阻尼状态；曲线3：临界阻尼状态,四、检流计的参数,外临界电阻：检流计外电路的等效电阻。,使用时，应选择合适的外临界电阻，使检流计工作在临界