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电学量的直接测量 第二章模拟式电机械指示仪表第一节基本知识 模拟式电机械指示表 定义 即将被测量变换成仪表活动部分的偏转角或位移 测量电路 测量机构 x y 被测对象 基本量测量 偏转角 1 测量电路 是把被测量 x 电压 电流 功率等 变换成测量机构能接受的量 y 2 测量机构 将它所接受的电参量转换成机械力或力矩 即按一定比例变成指针的偏转或位移 电机械指示电表的组成 测量机构的组成原理 a 转动力矩 驱动指针或光标 A是测量系统中电场或磁场的能量取决于测量机构的结构参数和被测电参量x 是偏转角 特点 b 反抗力矩 反向作用力矩 由游丝提供 W是常数 是偏转角 特点 无转动 转动 直到 指针停留在一定偏转角度上 由上式可知 即 从偏转角的大小可以反映测量机构所接受的被测量的大小 c 阻尼力矩 特点 大小与活动部分的偏转速度成正比 方向与该速度方向相反 有一定动能 指针在平衡位置左右摆动 作用 可选择适当地K值 使振动部分逐渐消逝 最后稳定在平衡位置 注意 一般不同形式的测量机构 三部分的力矩实现方式不一样 产生的原理也各部相同 分类 a 以测量机构中产生的转矩方式分类 b 以被测量的名称 或单位 分类 C 以仪表所测的电流种类分类 第二节各种类型测量机构 按分类 结构 一 磁电系测量机构 特点 高灵敏度 抗外磁干扰强 线性刻度 结构 二 电磁系测量机构 特点 可制成高过载能力的电流表 刻度分布可以控制 但灵敏度低 易受外磁场干扰 结构 三 电动系测量机构 特点 功率表刻度均匀 但机构磁场较弱 易受外磁场干扰 结构 四 感应系测量机构 工作原理 交变磁通 u和 i在铝盘中分别感应出涡流电流i u与i i i i与 u相互作用以及i u与 i相互作用 产生使圆铝盘旋转的瞬时力矩 其方向如图 感应系测量机构相量图 第三章电流 电压和电量的直接测量 第一节电流的直接测量 一 磁电系电流表 直流电流表的基本电路 测电流时 设分流内阻 分流器 范围 10 A 10A 对于更大的电流 例如I 50A 则需要外设专用分流器 四端结构 C1C2 是电流接头 串联于被测大电流电路中 P1P2 是电位接头 与测量机构 毫伏表 并联 因为毫伏表的指示可以直接读电流值 多量程电流表 K 用独立分流电阻扩大量程采用换向开关改变量程 二 带整流电路的磁电系仪表 半波整流式 利用二极管单向导通特性 D1让正半周电流通过 阻止负半周电流通过 D2起反向保护作用 全波整流式 i a b i 全波整流电路 三 磁电系检流计 冲击检流计 磁电系检流计结构 可检测 微弱直流电流 1 采用悬丝悬挂动圈 减小摩擦2 采用光反射读数装置 提高灵敏度 l 灯 d 结构 四 电流表的性能比较 五 准确度 规定有7个级别 0 1 0 2 0 5 1 0 1 5 2 5 5 0例如 0 5级0 5指沿刻度有效范围各处的绝对误差的绝对值设量程A0 500mA 则沿刻度各处的绝对误差 电流表的校验 自己看书P13 第三章电流 电压和电量的直接测量 第二节电压的直接测量 一 磁电式电压表 由低值电流表串联适当电阻组成 u 负载R I 全波整流式多量程电压表 基本电路及原理 二 其他机械式电压表 三 准确度 规定7个级别 0 1 0 2 0 5 1 0 1 5 2 5和5 0 说明 因为多数测量机构的基本测量量都是电流 故在组成电压表时 接入被测电路必定要从中吸取一定的电流 从而改变了电路工作状态 即使所使用电表的准确度很高 所测的结果仍有一定误差 P 15 自学电压表的校验 第三章电流 电压和电量的直接测量 第三节电量的直接测量 冲击检流计 特点 使用磁电式检流计 活动部分具有较大的惯性 工作原理 可动部分动力学方程 转动惯量 转动力矩 悬丝反抗力矩 阻尼力矩 而感应电流 令 为无阻尼时转动部分的振荡频率 为阻尼比因数 阻尼系数 偏转角 Ki 所以 则 检流计灵敏度 这时流入检流计G的电流 电流源内阻 Si的确定 测量电量 a 电流脉冲阶段 被测脉冲电流通过时间内 两边积分得 脉冲电量波形与检流计动态响应特性 b 脉冲结束后 检流计进入自由运动 当 当阻尼很小时 即 时 上式得解为 得 检流计第一次最大偏转与脉冲电量成正比 所以 第四章其它电量的直接测量 第一节电功率的直读测量 一 功率表 基本电路 静圈 用较粗的导线绕成 可使负载电流几乎全部通过 动圈 用较细的导线绕成 与一个适当的附加电阻串联后并联到负载两端 通过它的电流大小与负载的电压成正比 接线规则 通常 功率表电压 电流支路接线端的一端都标有符号 或 等 将两个带 的端子 称发电机端 接到电源同一极 可判出电能流方向 准确度 分为 0 2 0 5 1 0 1 5 2 5五级 电动系测量机构电路 W 符号 二 电功率的直接测量 直流功率 1 由功率表直接测出 2 由电压表 电流表间接测出 P UI P21 图3 2 交流功率 1 功率表测单相交流电路功率 2 三功率表法测量 适用三相四线制电路或三相三线制电路 凡是能够测得各相电压和相电流的三相负载都可以用此法 3 二功率表法 说明 除三相四线制外 一般三相三线制都不能同时测到相电压或相电流 三角形接法 星形接法 能测u 不能测I 能测I 不能测U 例如 以星形接法求总功率 Za Zb Zc 单独看 WA和WC都不代表哪个负载消耗的功率 WA电流支路接A线 电压支路并在A B间 WC电流支路接C线 电压支路并在B C间 公共端 O 三相瞬时功率 由基尔霍夫电流定律 在三相三线系统中 总存在一下关系 对上式求平均 便得到三相总功率 为UAB与IA的相位差 为UCB与IC的相位差 一般接法 对称 不对称 星形 三角形的三相三线系统 接线规则 1 两功率表的电流支路中串入任意两线 使两线的线电流分别流进两电流线圈 2 两功率表电压支路的发电机端接到各自的功率表电流支路所在的那一线 而非发电机端都接在没有接功率表电流支路的第三条线上 发电机端 二功率表测量法 对称三相负载无功功率的测量 功率表的电流支路接入一条火线中 电压支路的两端接到另外二条火线上 由相量图可见 定义 单相正弦电路无功功率 Q UIsin 其中 则功率表的读数 由电路理论可知 对称三相系统的无功功率 可见 如图接法 将功率表读数乘以就是此对称三相负载的总无功功率 uAB uBC 第四章其它电量的直接测量 第二节电能的直读测量 一 基础知识 电能表 用来测量电能的仪表分类 电解式 多用于化学工业 数字式 用于实验室及精密测量 新型的测量仪表 电气机械式 常用仪表 感应式 多数测交流 电动系 磁电系 单相 三相 有功 无功 二 单相感应式有功电度表 结构 是一个三磁通感应系机构 转轴上有涡轮传动机构 6 它把铝盘转过的圈数传给计度器 5 积算机构 从计度器窗口可直接显示所消耗的电能 度 工作原理 1 三磁通感应系机构产生转动力矩原理 载流导线在磁场中所受力或力矩与电流 磁通成正比 平均转矩与负载功率成正比 永久磁铁用来产生制动力矩的 没有反抗力矩 当铝盘在永久磁铁的磁场中转动时 铝盘产生感应电流im 根据左手定则该电流与磁场相互作用使铝盘受到与转动方向相反的力 即制动力矩MM 当动平衡时 铝盘保持匀速旋转 在T时间内消耗的电能 设电度表的计数每增加1度 铝盘所转的圈数为N 第四章其它电量的直接测量 第三节电阻 电感 电容的直读测量 一 直流电阻测量 直流电阻测量 可以根据阻值大小 性质和对准确度的要求 采用不同的方法 1 欧姆表法 原理线路图 刻度分布 特点是使用方便 缺点是精度较低 2 伏安表法 用电流表 电压表直接测量 选择 a 测量小电阻值接表方式 a b 选择 b 测量大电阻值接表方式 由于电压表内阻RV不为无穷大 电流表内阻RA不为零 产生原理性误差 为减小误差 需要按所测电阻值大小来决定接表方式 看虚拟实验 3 四端法测低电阻 a b 为避免导线电阻和引线电阻对低值电阻的影响 一般把低值电阻做成四端 a 图中 CC 两端接工作电流 称为电流端 PP 两端接电压表 称为电压端 测量时 电流端的引线电阻和接触电阻都被排到电压的测量范围之外 电压端 的引线电阻和接触电阻因与电压表的高内阻串联而可以忽略不计 可见 四端 构造形式能够保证低值电阻的测量精度 4 兆欧表法测直流高阻 高阻表又称兆欧表 摇表 迈格表 电路原理 手摇发电机产生直流高电压 U 500V 或2500V 指针偏转角 磁电系流比计结构 二 交流电参数的测量 R C L Z 直读电表法 谐振法 利用串联谐振原理 按公式 可以求出L或C 条件是 测C要求L为标准元件 测L时C为标准元件 冲击法 测电容C 冲击检流计常数 测电感L 设S在t t1时打开 则有 由t1时刻 积分 R 为 放电回路总电阻 测互感M P 35 第四章比较测量法与标准元器件 第一节比较测量法 第二节标准元器件 电池 标准电池 饱和式电池 饱和式标准电池 1 电池正极是纯汞Hg 2 电池负极为镉汞CdHg 3 去极化剂硫酸亚汞Hg2SO4 4 硫酸镉结晶3CdSO4 8H2O 5 电解液硫酸镉饱和溶液硫酸镉结晶保证在任何温度硫酸镉溶液呈饱和状态 不饱和式标准电池 未饱和式标准电池 1 电池正极是纯汞Hg 2 电池负极为镉汞CdHg 3 去极化剂硫酸亚汞Hg2SO4 齐纳管 Zener 工作在反向情况的二极管称为齐纳管 原理是利用硅二极管反向导电时的稳压特点 获得基准电压Uz 基准电压 符号 温度补偿电路 直流标准电阻 第三节标准元器件 电阻 四端固定式电阻器 CC端为电流端 接触电阻不计 PP为电压端 得到的是标准电阻R上的电压 阻值范围 n 3 6的整数 精度 0 02 0 05 0 1 0 2级 电路符号 可变直流电阻箱 范围 0 1 9999 9 精度 0 1 0 2级 阻值在0 9R可调 交流标准电阻 双线并绕 交叉绕制 双线并绕 使流入线圈与流出线圈的电流所常数的磁通相互抵消 它的电感效应较弱 但是匝间电容较