电气测量ch2-2.ppt

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 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200 A 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200 A 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阻尼或微欠阻尼状态 注意 禁止用万用表欧姆档 电桥测量检流计内阻 整流电路 磁电系表头 波形因数 波形因数 周期量的有效值与平均值之比 其中平均值是指周期量的绝对值的平均值 波形因数 有效值 绝对平均值 正弦波 有效值 平均值 波形因数 补充 整流系仪表 全波整流 半波整流 整流系仪表 按有效值刻度 第四节电磁系仪表 电磁系仪表用于测量交流电压与交流电流 它具有结构简单 过载能力强 造价低廉以及交直流两用等一系列优点 一 电磁系测量机构的结构和工作原理 有吸引型 推斥型和吸引 推斥型三种 1 吸引型电磁系测量机构 2 排斥型电磁系测量机构 磁化后的铁片同极相斥 推动转轴转动 电流方向改变时 转轴偏转方向不变 故可测交流 3 吸引 推斥型电磁系测量机构 两组铁心分别位于轴心相对两侧 偏转角增加时 同极之间的推斥力逐渐减弱 但相异极性之间存在吸引力 而且吸引力逐渐加强 指针因推斥力和吸引力的共同作用而构成了转动力矩 常用于交流广角度仪表 因为它的转动力矩大 而且不会因为偏转角增加而影响转动力矩 这种结构由于铁心增多 所以磁滞误差增大 转动力矩是由通入被测电流的线圈对铁片的吸引力产生的 线圈的磁场能量为 线圈对铁心的作用力矩为 注意 自感L取决于回路形状 匝数和磁介质 作用力矩 转动力矩 电磁系测量机构的读数方程 表明 在直流的情况下 电磁系测量机构可动部分的偏转角 与电流的平方成比例 由于线圈的自感L会随着可动铁心偏转而发生变化 则可动部分偏转角 还与成比例 反作用力矩 平衡时 磁感应阻尼 阻尼翼片切割永久磁铁的磁场B 使翼片中形成涡流 涡流与磁场B相互作用形成阻尼力矩 因电磁系仪表的测量线圈磁场很弱 故阻尼磁铁必须用软磁材料屏蔽起来 阻尼力矩 二 电磁系测量机构的技术性能 1 使用范围 电磁系仪表既可用于测量直流 也可以用于测量交流 因为可动铁心受力方向与线圈电流方向无关 线圈电流方向改变时 线圈磁极性和铁心磁极性同时改变而保持受力方向不变 设线圈电流为 测量直流和测量交流的表达式完全相同 所以电磁系仪表也可以测量直流量和交流量的有效值 2 刻度特性 如果为常数 刻度具有平方律特性 即刻度前半部分较密 后半部分较疏 刻度不均匀 如果不是常数 刻度与其变化有关 适当选择铁心形状 调节铁心与线圈的相对位置 使其补偿平方律的缺点 使刻度比较均匀 基本测量值是电流的有效值 3 防干扰性能 1 线圈磁场的工作气隙大 磁场相对比较弱 受外磁场影响比较明显 磁屏蔽 将测量机构装在导磁良好的屏蔽罩内 为防止外磁场干扰 常采用的措施 双层屏蔽 无定位结构 测量机构分成两部分且反向串联 当线圈通电时 两线圈产生的磁场方向相反 但作用力矩相加 不论仪表放置位置如何 外磁场对两部分的作用可互相抵消 故名无定位结构 三 电磁系电流表 可直接作为电流表使用 将固定线圈与被测电路串联 就能测量该电路的电流 电磁系仪表的磁路大部分以空气为介质 磁阻大 需要有足够的磁势 安匝数 才能产生足够的磁感应强度 从而产生足够的转动力矩 低量限的电流表 需要较多的匝数 增大线圈的电感和分布电容 引起较大的频率误差 低量限只能做到毫安级 高量限的电流表 可以减少匝数 但要加粗线径 以防发热 交流有趋肤效应 用空心或多股导线 大电流导线位于仪表附近 产生的强磁场将引起仪表的误差 最大量限为200A 300A 多量限的电流表 把固定线圈分段 通过改变几段的串并联关系改变量程 交流电流表可再用电流