磁电仪器.doc

磁电系仪表磁电系仪表广泛应用于直流电流和电压的测量。如果和整流元件配合，可以用于交流电流和电压的测量；与变换器配合，可以测量交流功率、频率、相位以及温度压力等；此外，它还广泛用作电子仪器中的指示器。第一节 磁电系测量机构一、 结构和工作原理1、 结构图3-1 磁电式测量机构的结构示意图 通常的磁电系测量机构由固定的磁路系统和可动线圈部分组成。其结构如图3-1所示。磁路系统包括永久磁铁1，固定在磁铁两极的极掌2和处于两个极掌之间的圆柱形铁芯3。圆柱形铁芯3固定在仪表支架上，使两个极掌与圆柱形铁芯之间的空隙中形成均匀的辐射状磁场。可动部分由绕在铝框架上的可动线圈4、指针6、平衡锤7和游丝5组成。可动线圈两端装有两个半轴支承在轴承上，而指针、平衡锤及游丝的一端固定安装在半轴上。当可动部分发生转动时，游丝变形产生与转动方向相反的反作用力矩。另外，游丝还具有把电流导入可动线圈的作用。2、 工作原理 磁电系测量机构的基本原理是利用可动线圈中的电流与气隙中磁场相互作用，产生电磁力，可动线圈在力矩的作用下发生偏转，因此称这个力矩为转动力矩。可动线圈的转动使游丝产生反作用力矩，当反作用力矩与转动力矩相等时，可动线圈将停留在某一位置上，指针也相应停留在某一位置上。磁电系测量机构产生转动力矩的原理如图2-2所示。二、 技术特性和应用范围1、 技术特性(1) 准确度高。磁电系测量机构由于采用了永久磁铁，且工作气隙比较小，所以气隙磁场的磁感应强度较大，可以在很小的电流作用下，产生较大的转动力矩。可以减小由于摩擦、外磁场等原因引起的误差，提高了仪表的准确度。磁电系测量机构的准确度可以达到0.10.05级。(2) 灵敏度高。仪表消耗的功率很小。(3) 表盘标度尺的刻度均匀，便于读数。(4) 过载能力小。由于被测电流通过游丝导入可动线圈，所以电流过大容易引起游丝发热使弹性发生变化，产生不允许的误差，甚至可能因过热而烧毁游丝。另外，可动线圈的导线横截面很小，电流过大也会使线圈发热甚至烧毁。(5) 只能测量直流。这是因为：如果在磁电系测量机构中直接通入交流电流，则所产生的转动力矩也是交变的，可动部分由于惯性作用而来不及转动。2、 应用范围磁电系测量机构主要用于直流仪表，在直流标准表、便携式和安装式仪表中都得到广泛应用。磁电系测量机构的过渡电量是直流电流，只要把被测电量通过测量线路按一定关系变换为直流电流，就可以用它来构成不同功能，不同量程的仪表。第二节 磁电系电流表磁电系电流表根据量程不同，可分为微安表、毫安表、安培表及千安表四类。一、 结构和工作原理1、 结构磁电系电流表由磁电系测量机构（也称表头）和测量线路-分流器构成。图3-3所示是最基本的磁电系电流表电路。图中Ra是分流电阻，它并接在测量机构的两端。由于磁电系测量机构的过载能力很小，如果直接用于电流测量，则电流量程很小，往往只有几十微安至几十毫安。所以必须用分流器扩大其量程，才能适应从微安级到千安级的电流测量要求。分流器（即分流电阻）的作用是对被测电流I分流，使得通过表头的电流Ic能够被表头承受，并使电流Ic与被测电流I之间保持严格的比例关系。在一个电流表中，采用不同电阻值的分流电阻，可以制成多量程电流表，如图3-4所示。多量程电流表的分流器可以有两种连接方法，一种是开路连接方式，如图3-4（a）所示，它的优点是各量程具有独立的分流电阻，互不干扰，调整方便。但它存在着严重的缺点，因为开关的接触电阻包含在分流电阻支路内，使仪表的误差增大，甚至会因开关接触不良引起电流过大而损坏表头。所以开路连接方式实际上是不采用的。实用的多量程电流表的分流器都采用图3-4（b）所示的闭路连接方式，在这种电路中，对应每个量程在仪表外壳上有一个接线柱。在一些多用仪表中，也有用转换开关切换量程的。它们的接触电阻对分流关系没有影响，即对电流表误差没有影响，也不会使表头过载。但这种电路中，任何一个分流电阻的阻值发生变化时，都会影响其它量程，所以调整和修理比较麻烦。2、 工作原理下面着重分析分流器扩大量程的基本原理。如图3-3所示，根据欧姆定律和并联电路的特点，可以得到所以 （3-1）对某一电流而言，Rc和Ra是固定不变的，所以通过表头的电流Ic与被测电流I成正比。根据这一正比关系对电流表标度尺进行计算，就可以指示出被测电流I的大小。如果用n表示量程扩大的倍数，即 由公式（3-1）可得 （3-2）上式表明，将表头的电流量程扩大n倍，则分流电阻Ra的阻值应为表头内阻Rc的(n-1)之一，即量程扩大的倍数越大，分流电阻的阻值就越小。另外，当确定表头及需要扩大量程的倍数以后，可以由式（3-2）计算出所需的分流电阻的阻值。二、 使用方法1、 合理选择电流表(1) 根据被测量准确度的要求，合理选择电流表的准确度。一般讲，0.10.2级磁电系电流表适合于标准表及精密测量中；0.51.5适合用于实验室中进行测量；1.05.0级磁电系仪表适合用于工矿企业中作为电气设备运行监测和电气设备检修使用。(2) 根据被测电流大小选择相应量程的电流表。(3) 根据使用环境，选择适合电流表使用条件的组别。(4) 合理选择电流表内阻。对电流表，要求其内阻越小越好，通常要求电流表的内阻要小于被测电路内阻阻值的百分之一。2、 测量前，应检查电流表指针是否对准“0”刻度线。3、 测量时，应将电流表串接于被测电路的低电位一侧。应注意流入电流表中的电流极性和量程的选择。4、 读数时，应让指针稳定后再进行读数，并尽量保持视线与刻度盘垂直。如果刻度盘上有反光镜，应使指针在镜中的影象重合，以减小误差。第三节 磁电系电压表一、 结构和原理 1、 结构磁电系电压表由磁电系测量机构和测量线路组成。图3-5是磁电系电压表的基本电路。其中，Ra是附加电阻，它与测量机构串联在一起。（要注意和磁电系电流表的不同）。附加电阻的作用是为了克服磁电系测量机构不能测量大量程电压的缺点，并可对测量机构构成串联温度补偿电路，以补偿测量机构的动圈、游丝等部分随温度变化而变化对测量的影响。利用多个与测量机构串联的附加电阻，可以构成多量程电压表。2、 工作原理如图3-5所示，根据欧姆定律有即得 (3-3) (3-4)式中 指针偏转角； SI磁电系测量机构的灵敏度； Su磁电系电压表的灵敏度。由式3-3可知，附加电阻与测量机构串联后，测量机构两端的电压Uc只是被测电路a、b两端电压U的一部分，而另一部分电压被附加电阻Ra所分压。适当选择附加电阻的大小，即可将测量机构的电压量程扩大到所需要的范围。由式3-4可知，在选定测量机构的前提下，串联的附加电阻越大，仪表对电压的灵敏度就越低，电压量程就越大。在测量电压时，由于磁电系电压表是并联接于被测电路的两端，因此其内阻的大小是电压表的一个重要参数。内阻越大，则电压表接入被测电路后的分流作用越小。对被测电路工作状态的影响越小，测量误差就越小。显然，电压表的内阻，应为测量机构的电阻Rc与附加电阻Ra的串联之和，对一定的电压表，量程越大则内阻也越大。所以，电压表铭牌上标注的内阻，是电压表各量程的内阻与相应电压量程限值的比值，其单位是欧/伏。对量程不同的电压表而言，内阻（欧/伏）越高，则说明电压表的表头灵敏度越高。二、 技术特性和应用磁电系电压表除具有磁电系仪表共同的技术特性外，还具有：1、 量程范围广。利用外附加电阻，其量程可从毫伏级至千伏级。2、 内阻较高，对被测电路影响小。磁电系电压表主要应用于直流电压的测量，可以制成便携式和安装式电压表。三、 使用维护方法1、 正确选择磁电系电压