电流与电压的测量

第二章电流与电压的测量,第一节电流与电压的测量方法第二节磁电系仪表第三节磁电系检流计第四节电磁系仪表第五节电动系仪表第六节测量用互感器第七节万用电表第八节直流电位差计第九节电流表与电压表的使用,本章要点,本章主要介绍磁电系、电磁系和电动系三种仪表，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。而且在配置某些变换电路之后，还可以用于测量其他电磁量或作为指示器件。是从事电气技术的人员应具备有关仪表知识的最基本内容。电压表和电流表的附属装置，包括分流器、附加电阻和互感器的结构原理及其计算方法。也是测量电压和电流必须掌握的技术。本章还介绍万用表、检流计和电位差计。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。,第一节电流与电压的测量方法,一、直接测量：,测量电流、电压一般都用直接测量，即用直读式模拟或数字的电流、电压表。测电流时与被测电路串联，测电压时与被测电路并联，但应注意连接在电路中的位置，如图所示。,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,二、间接测量：,在特殊情况下，可以用间接法测量。例如在已焊好元件的印制板上，通过测量某电阻两端电压求得电流，或测量通过电阻的电流，求出电阻两端的压降。,在不断开电路的状态下测量电流,直流电压和电流的测量1.用磁电系仪表直接测量2.用直流电位差计测量电压交流电压和电流的测量1.用整流式仪表直接测量2.用电磁系仪表直接测量3.用电动系仪表直接测量4.用静电系仪表测量电压5.用交流电位差计测量电压6.测量用互感器,一、磁电系测量机构结构:固定部分包括：永久磁铁、极掌、圆柱形铁心等。可动部分包括：游丝、铝框、转轴、指针等。,测量机构的结构和磁场分布如图所示。,第二节磁电系仪表,磁电系仪表的结构,磁电系测量机构的磁路系统,有三种形式，即外磁式、内磁式和内外磁式。在外磁式结构中，永久磁铁在可动线圈的外部；在内磁式结构中，永久磁铁在可动线圈的内部，这样可以节约磁性材料，而且体积小、成本低、对外磁泄漏少，近年来被广泛使用。因为内外磁式结构中可动线圈的内、外部都有永久磁铁，故磁性更强，结构可以做得更紧凑。,图磁电系测量机构的磁路系统a）外磁式b）内磁式c）内外磁式,可动线圈通电后，由于线圈在磁场中受到电磁力矩的作用使指针产生偏转，当可动线圈稳定后，可认为驱动力矩等于反作用力矩，并推出仪表偏转角与电流关系为：若与被测电压并联，仪表的内阻为R，则仪表偏转角与电压关系为：,二、磁电系仪表工作原理,磁电系测量机构的工作原理如下图所示。先分析作用于可动部分的力矩。,工作原理,转动部分的力矩,1.转动力矩：驱使指针转动。,线圈通电时产生的作用力F=BlIN,产生的驱动力矩M=F2r=2BlINr令：K1=BSN（S=2lr为线圈面积），则M=K1I,2.反作用力矩：与转动力矩平衡而使指针停留在确定位置。力矩的方向与转动力矩方向相反。M=D可见，反作用力矩与指针的偏转角成正比。,式中：指针偏转角度,D由游丝弹性决定的常数。,3.阻尼力矩：磁电式仪表的阻尼力矩是利用绕有线圈的铝框产生的。用来使由于惯性的作用而使指针的摆动尽快停止，而稳定在某一位置。4.摩擦力矩：摩擦力矩主要产生在活动部分的转轴与轴承之间。它使仪表产生测量误差。,阻尼力矩,由铝框中的感应电流与磁场相互作用而产生的阻尼力矩，如图所示。,B,图2-3产生阻尼力矩的示意图,阻尼力矩的特点：,(1)阻尼力矩只有在指针偏转过程中存在；(2)阻尼力矩不影响转动力矩和反作用力矩的平衡；(3)阻尼力矩过大或过小使指针达到稳定的时间都比较长，只有在临界阻尼使指针达到稳定的时间最短，但临界阻尼点不易确定，因此，一般将阻尼力矩设计在微欠阻尼状态。,指针偏转角与线圈电流的关系,当反作用力矩与转动力矩平衡时，指针会停留在某一角处。因此有,D=K1I,M=M,所以指针偏转角,结论：磁电系测量机构的指针偏转角与通过可动线圈的电流成正比。SI电流灵敏度,1.灵敏度高、准确度高、表耗功率低。由于永久磁铁与铁心间的气隙小，气隙间的磁感应强度比较强，所以磁电系仪表有比较高的灵敏度。磁感应强度较强时，驱动力矩大，可采用反作用力矩系数比较大的游丝。有较大的定位力矩，使摩擦力矩的影响减小。内部磁场强度大，外磁场影响相对弱，可获得较高的准确度。表耗功率低，对被测电路的影响小。所以磁电系仪表应用广泛,三、特点,2.具有均匀等分的刻度。磁电系仪表的指针偏转角与可动线圈的电流成正比，标尺的刻度均匀等分，易于标尺的制作。3、只能用于直流电路。因为内部永久磁铁产生的磁场方向恒定，所以只有通入直流电流才能产生稳定的偏转。如果线圈中通入的是交流电量，则由于电流方向不断改变，转动力矩也是在交变，可动的机械部分来不及反应，指针只能在零位附近摆动而得不到正确读数。若在交流范围使用，必须配整流器。,4.过载能力弱被测电流是通过游丝导入和导出的，又加上动圈的导线很细，所以过载时很容易引起游丝的弹性发生变化和烧毁可动线圈。,磁电系仪表的应用,1.磁电系直流电流表由于磁电系直流电流表测量机构的灵敏度高，用它可以制成测量微弱信号的微安表和毫安表，配上合适的分流电阻(测量电路)，它也可以制成大到测量几十安培电流的安培表。2.磁电系直流电压表磁电系仪表测量机构串联上适当的附加电阻就将被测的电压量转换成与之成比例的小电流，这个电流通过测量机构的可动线圈就能指示被测的电压量。由于磁电系仪表测量机构有比较高的灵敏度，所以用它组装成的电压表也有比较高的内阻。3.磁电系直流微安表或指零仪表磁电系仪表测量机构构成的直流微安表及指零仪表常用于电位差计和电桥的检流计。4.作为其他常用仪表的测量机构磁电系仪表测量机构可作为其他常用仪表的测量机构，如电阻表、绝缘电阻表、热偶系仪表，尤其在万用表、整流系仪表等中被广泛采用。,四、磁电系电流表及其扩程方法,磁电系电流表的构成,量限的扩大和分流器的计算,1、磁电系电流表的构成,直接用磁电式测量机构测量电流的最简单电路如所示。,（1）用电磁系测量机构测电流的简单电路,Rc表头的内阻,它包括线圈和游丝（引线）的电阻；,Ic是满刻度电流，即量程，也称灵敏度。量程越小，其灵敏度越高。这就是我们通常所说的表头。,表头只能作微安表或毫安表，因为线圈的导线很细，电流又要流过游丝，过大的电流会因发热而烧坏线圈的绝缘或使游丝过热而变质、失去弹性。所以，要测量毫安以上电流时，需采用分流电阻扩大量程。,（2）单量程磁电系电流表,如图所示，在表头上并联一个分流电阻Rsh，测量时，被测电流大部分都通过分流电阻，只有小部分通过表头。它们的关系是：,或,当电流扩大为I=nIc时，,其中被称为量程扩大倍数。可见欲将表头量程扩大到n倍,分流电阻应为表头内阻的。量程I越大,分流电阻Rsh要越小。,例：一磁电系测量机构，满刻度电流为200A，可动线圈内阻为300，若要把满刻度电流扩大到0.5A，应并联多大的分流电阻？解：,2、量限的扩大和分流电阻的计算多量程磁电系电流表的分流电阻计算,磁电系仪表可以通过分流器扩大其量程，也可以并联若干个电阻，通过更换输入接头，可组成多量程的电流表。,分流器电路,多量程分流器电路,分流器电路加温度补偿电阻R1,(1)开、闭路式分流电路,开路式分流电路的优点是各量程间相互独立、互不影响，分流电阻计算方便，调整也方便。缺点是其转换开关的接触电阻包含在分流电阻中，可能引起较大的测量误差。特别是当转换开关触头接触不良，导致分流电路断开时，被测电流将全部流过测量机构使之烧毁。,开路式分流电路的优缺点,(1)开、闭路式分流电路,闭路式分流电路的缺点是各个量程之间相互影响，计算分流电阻较复杂。但其转换开关的接触电阻处在被测电路中，而不在测量机构与分流电阻的电路里，因此对分流准确度没有影响。特别是当转换开关触头接触不良而导致被测电路断开时，保证不会烧坏测量机构。目前绝大多数模拟式万用表的直流电流档都采用了这种分流电路。,闭路式分流电路的优缺点,图（b）中的电阻r1、r2、r3与表头串联接成闭合回路，最大量程为I1，最小量程为I3，并用R1、R2、R3分别表示不同量程时的分流电阻，则最低量程的总分流电阻为,式中，Ic是表头灵敏度，是最低量程的分流系数。,(2)分流电阻的计算,量程为I1时有：R1（I1-Ic）=（R3-R1+Rc）Ic整理得：R1I1=（R3+Rc）Ic量程为I2时有：R2（I2-Ic）=（R3R2+Rc）Ic整理得：R2I2=（R3+Rc）Ic量程为I3时有：R3（I3-Ic）=RcIc整理得：R3I3=（R3+Rc）Ic可见：各量程电流与该量程的分流电阻乘积相等。,(3)外附分流器外附分流器：它有两对接线端钮，粗的一对（在外边）叫“电流接头”,串接于被测的大电流电路中；细的一对（靠里边）叫“电位接头”与表头并联。,使用电流表应注意的事项,（1）电流表必须串入电路；（2）注意电流表的极性，要求电流从电流表的“+”端流入，从“-”端流出；（3）正确选择仪表的量程，测量时尽量使指针在半偏以上，以减小测量误差；（4）选择内阻合适的仪表，希望电流表内阻越小越好。,磁电系仪表偏转角与被测电压的关系：根据欧姆定律可知，一只内阻为Rc、满刻度电流为Ic的磁电系测量机构，本身就是一只量程为UcIcRc的直流电压表，只是其电压量程太小。如果需要测量更高的电压，就必须扩大其电压量程。根据串联电阻具有分压作用的原理.磁电系直流电压表是由磁电系测量机构与分压电阻串联组成的。,五、磁电系电压表,直接测量上限：Uc=IcRc，一般只有毫伏级；扩程改装，如图所示，Rad叫附加电阻，也叫扩程电阻。,多量限电压表：串联不同的附加电阻即可构成多量限电压表。,上式说明，要使电压表量程扩大m倍，需要串联的分压电阻应是测量机构内阻Rc的（m1）倍。,例：一磁电系测量机构，满刻度电流为200A，可动线圈内阻为300，若要改装成60V量程的电压表，应并联多大的附加电阻？解：,电压表各量限的内阻与相应电压量限的比值为一常数，通常称为电压灵敏度SU，单位为“/V”，其实，它就是表头满偏电流的倒数，即,它是电压表的一个重要参数，常常在电压表的刻度盘上标明。由电压灵敏度可以计算出仪表某一量程下的内阻及表头灵敏度Ic。如量程为5伏的电压表，内阻为100,000，则该电压表的电压灵敏度为20,000/V，这个参数大，说明该电压表并到被测电路上对电路的分流作用小。可见，电压灵敏度的意义是：电压灵敏度越高，相同量程下电压表的内阻越大，取用被测电路的电流越小，对被测电路的影响越小，测量准确度也越高。,电压灵敏度：,分压电阻,分压电阻一般应采用电阻率大、电阻温度系数小的锰铜丝绕制而成。分压电阻也分为内附式和外附式两种。通常量程低于600V时可采用内附式的，以便安装在表壳内部；量程高于600V时，应采用外附式的。外附式分压电阻是单独制造的，并且要与仪表配套使用。,第三节磁电系检流计,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。,一、结构,光标指示和指针指示的示意图,光标式,指针式,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：该方程表明：一旦施加驱动力距，动圈所处位置角将增大，稳定后值（即平衡点）由方程前两项为零时确定。即：,二、可动部分的运动方程,动圈从静止到稳定过程所需时间决定于阻尼，动圈无铝制框架，全靠动圈与外电阻所构成的回路产生阻尼。加上可动部分的重量轻、阻力小、没有轴承磨擦力，一旦施加驱动力矩，因惯性冲力会越过平衡点。超过后又会在弹簧游丝定位力矩作用下返回，使动圈左右摇摆不停，不能快速停在平衡位置上，甚至会延续了几分钟或者几十分钟。但如果动圈与外电阻所构成的回路电阻较小，能产生足够大的阻尼，就能避免这种振荡发生。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。,三、动圈从静止至稳定过程,可动线圈运动方程及解的三种形式1.欠阻尼状态2.临界阻尼状态3.过阻尼状态,可动线圈三种运动形式所对应的运动曲线曲线1：欠阻尼状态曲线2：过阻尼状态曲线3：临界阻尼状态,稳定后动圈的转角,电磁系仪表是测量交流电压和交流电流的最常用的一种仪表。它具有结构简单、过载能力强、价格便宜、可以交直流两用等一系列优点，在实验室、工业测量中应用十分广泛。,第四节电磁系仪表,电磁系测量机构用被测电流通过一固定线圈，线圈产生的磁场磁化铁心，铁心与线圈或者铁心与铁心相互作用而产生转矩。它和磁电系测量机构的区别在于它的磁场由被测电流通过固定线圈产生，而磁电系测量机构的磁场由永久磁铁产生。,电磁系仪表结构有吸引型、推斥型和吸引推斥型三种形式。,吸引型,推斥型,一、电磁系仪表的结构,驱动力矩：吸引型的驱动力矩是利用线圈通电后，对可动铁心产生吸引力，使指针偏转。推斥型则靠线圈同时对固定、可动铁心进行磁化，由于磁化的极性相同，产生互斥而形成驱动力矩。线圈中的磁场能量为线圈对铁心的吸引力造成的力矩为：,二、电磁系仪表的工作原理,反作用力矩：采用游丝，设其反作用力矩系数为D。当驱动力矩与反作用力矩相等时，指针停止转动，此时：可推出不同电流产生的驱动力矩与仪表偏转角关系阻尼力矩：一般采用磁感应阻尼。利用阻尼翼片切割永久磁铁的磁场，使翼片中形成涡流，此电流与磁场相互作用产生阻尼力矩因为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。,二、电磁系仪表的工作原理,由于指针偏转角与被测电流的平方成正比，所以标尺呈平方律特性，前密后疏。如果通以交流电，由于两铁片的极性同时改变，所以仍然产生推斥力。指针偏转角与被测电流瞬时值平方成正比，当瞬时值变化很快时，由于可动部分惯性，指针偏转角将决定于瞬时力矩在一个周期内的平均值，即指针偏转角与交流有效值平方成正比，所以电磁系仪表可用于测量交流，并可与直流共用同一标尺。,三、电磁系仪表技术性能,由于电磁系测量机构的可动铁心在交流和直流下的磁化不同，使得按交流有效值刻度的仪表不宜用于测量直流，所以电磁系仪表通常不做成交直流两用，分电磁系交流表和直流表两种。但有些电磁系仪表采用坡莫合金作可动铁心，则这种影响会大为减小，准确度有所提高，使电磁系仪表可以交直流两用。另外，电磁系仪表的固定线圈有感抗，铁片有涡流，这些都随频率而改变，使读数产生误差。所以电磁系仪表一般只适用于工频测量。,特性总结：1结构简单，价格低廉；2由于存在磁滞现象，准确度低，最高为0.5级；3灵敏度低，因为线圈需要足够的电流来产生磁场；4交直流两用；5刻度不均匀；6频率误差大，主要用于工频测量；7由于本身磁场较弱，抗干扰能力差；8内部功耗较大；9过载能力强。,返回,三、电磁系电流表,电磁系测量机构本身就是电流表，只要将被测电流接入固定线圈中即可。被测电流通过固定线圈，不通过可动部分，固定线圈的线径较粗，可以流入大电流，因而一般不需分流器，可以直接用这种测量机构去测量较大的电流。量限小于30A时，线圈用绝缘导线，量限大时可用粗铜条绕制。一般测量机构本身可测量的最大电流为200A，大于200A以上的电流表采用电流互感器扩大量限。电磁系仪表的磁场靠线圈产生，磁路大部分以空气为介质，磁路大部分以空气为介质，线圈的磁势必须足够大(一般约为200安匝)。电流量限大，线圈匝数就少，线径要粗；反之，线圈匝数就多，而线径小。如国产19T1A型安装式电流表，量限为200A的，其固定线圈只有一匝，用3.53mml6.8mm的扁铜线绕制而成。,由于电磁系仪表指针的偏转角与通过线圈电流有效值的平方成正比，因此，刻度不均匀。改变量程：一般是将固定线圈分段，利用各段线圈的串联或并联来改变电流量程。量限的改变用开关来完成。当构成多量程电流表时，不宜采用分流器。因为线圈内阻较大，对一定的电流分配关系，分流器电阻也大，它的尺寸和功耗也要增大，这样做不合理。为构成多量限电流表，通常是将固定线圈分段绕制，采用线圈串并联结合的方法改变量程。如图为双量限电流表；,单量程电流表：多为开关板式（安装式）。直接接入电路的电磁系电流表，其最大量限不超过200A。测量200A以上的交流电流时，应与电流互感器配合使用，相应电流表的量限均为5A。,双量限表：是将固定线圈分成两段绕制，用金属连接片使其改变两段线圈的连接方式，以达到改变量限的目的。串联，量程为I；并联量程为2I；测量机构的总安匝数为2NI。量程扩大一倍。,三量程电流表改变量程的原理电路,四段串联两两并联再串联四段并联,量程为I量程为2I量程为4I,电磁系仪表与被测电路并联即可作为电压表测量电压，若要扩大量程，可采用由固定线圈串联附加电阻。,四、电磁系电压表,改变电压量程，可改变线圈的附加电阻。但是附加电阻不宜过大，否则通过固定线圈的电流很小，需要增加固定线圈的匝数，使误差增大。,改变电压量程,1、磁电系仪表的主要用途是什么？2、电磁系仪表的主要用途是什么？3、磁电系电流表和电压表如何进行量程的扩展？,电磁系电流表,磁电系电流表,电磁系电压表。,磁电系电压表。,第五节电动系仪表,电动系仪表用于交流精密测量交流标准表,与电磁系仪表的区别：由可动线圈代替可动铁心。可以消除磁滞和涡流的影响，使准确度提高电动系测仪表具有固定和可动两套线圈可以测量功率、电能,一、电动系仪表的结构,电动系仪表的结构如图所示。、固定线圈分为二段，目的是为了获得较均匀的磁场分布，也便于改换电流量程。可动部分包括、可动线圈、指针、阻尼翼片等。它们均固定在5、转轴上。游丝既作为产生反作用力矩又作为引导电流的元件。阻尼力矩由空气阻尼装置产生，图中为阻尼箱。,电动系仪表的结构,若把固定线圈绕在铁心上，就构成铁磁电动系仪表。这种仪表优点是：磁场强、转矩大。但由于铁磁材料的磁滞和涡流损耗，会造成误差。铁磁材料因为存在非线性影响故对铁心材料要求较高，多用于安装式仪表。,二、电动系仪表的工作原理,固定线圈通入直流电I1，产生磁场，磁感应强度为B可动线圈通入直流电I2，可动线圈在磁场中受到电磁力F，并产生偏转。由固定、可动两组线圈所构成的系统，通电后的磁场能量为：,二、电动系仪表的工作原理,1、可动线圈受到的转动力矩：,磁场能量对可动线圈偏转角度的导数。即：可动线圈在该力的作用下偏转角度所做的功等于磁场的能量,由于电动系仪表在结构上进行了处理，可动线圈偏转时L1和L2保持不变。,二、电动系仪表的工作原理,2、反作用力矩：由游丝等产生，设其反作用力矩系数为D,考虑交流情况：,作为电流或电压表使用时，如果两线圈通以同一电流，或被测电流的一部分，且互感变化率为常数，则指针偏转角与被测电流平方或被测电压平方成正比，或与交流电流或电压有效值平方成正比。如作为功率表使用，指针偏转角正比于被测功率。,三、技术性能,1、交直流两用2、刻度特性电流表、电压表平方律的刻度。准确度高于电磁系。功率表均匀刻度3、准确度和坚固性无铁磁物质，不存在磁滞和涡流，准确度可以达到0.5级，最大0.1级气隙大，磁场弱，可动部分要轻，结构较脆弱，过载能力差4、抗干扰能力易受外界磁场影响，需屏蔽,1、作为小量程电流表使用时，可将固定线圈与可动线圈串联,四、电动系电流表,1固定线圈2可动线圈,固定线圈与可动线圈流过的电流相同,2、作为大量程使用时，由于可动线圈不允许通过大电流，故可动线圈只能与固定线圈并联。,四、电动系电流表,1固定线圈2可动线圈,3、扩大量程直流：改变线圈匝数如：把固定线圈分成两段，改变它们的串并联组合交流：使用互感器,五、电动系电压表可动线圈、固定线圈相互串联，与附加电阻形成测量电路，改变附加电阻可以改变电压量限。,电动系电压表,电动系电压表可动部分的偏转角与被测电压的平方有关，其标尺同样具有平方特性，为不均匀刻度。多量限的电动系电压表，主要是利用附加电阻的改变来实现的。电动系电压表和电磁系电压表一样，既要保证线圈能产生足够的磁化力，又要尽量减少匝数，以免产生频率误差和温度误差。所以电动系电压表具有较大表耗电流，或者说它的内阻比较小。有些电压表为了适应较宽频率范围的测量，可采用并联电容的办法。,第六节测量用互感器,互感器按用途可分为两类：一是测量电流、功率和电能用的测量用互感器；二是继电保护和自动控制用的保护控制用互感器。主要作用有：（1）将高电压变为低电压（100V），大电流变为小电流（5A）。（2）使测量二次回路与一次回路高电压和大电流实施电气隔离，以保证测量工作人员和仪表设备的安全。（3）采用互感器后可使仪表制造标准化，而不用按被测量电压高低和电流大小来设计仪表。（4）取出零序电流、电压分量供反应接地故障的继电保护装置使用。,一、互感器的用途,互感器可以扩大交流电流表、电压表、功率表和电能表的量程。,高压部分,低压部分,电压互感器是一种小型的降压变压器，由铁芯、一次绕组、二次绕组、接线端子和绝缘支持物等构成，一次绕组并接于电力系统一次回路中，其二次绕组并接了测量仪表、继电保护装置或自动装置的电压线圈(即负载为多个元件时，负载并联后接入二次绕组，且额定电压为100V)。由于电压互感器是将高电压变成低电压，所以它的一次绕组的匝数较多，而二次绕组的匝数较少。,二、互感器的工作原理,电压互感器相当于空载变压器，与电压表联用。被测电压等于接在二次绕组的电压表读数乘以电压互感器的电压变比。注意！电压互感器二次绕组不许短路。,使用电压互感器应注意的问题：,（1）所选电压互感器一次侧线圈额定电压应大于被测压。（2）与电压互感器配套使用的测量仪表一般选择量程为的交流电压表。测量时，将电压表的读数乘以电压互感器的变比，就得到被测电压。（3）电压互感器的一、二次侧绝对不能接反，A、X应接被测电压，a、x应接电压表。（4）电压互感器的二次侧不允许短路。因二次侧短路时将产生很大的短路电流，导致互感器的损坏。所以，为防止二次侧短路，必须在二次侧安装熔断器。事实上，为防止电压互感器一次侧的过电压，一般也安装熔断器。（5）为防止故障时二次侧电压升高，电压互感器的二次侧线圈、外壳和铁芯要可靠接地，以确保人身和设备的安全。,电流互感器相当于短路的变压器（升压变压器），与电流表联用被测电流等于接在二次绕组的电流表读数乘以电流互感器电流变比。注意！电流互感器二次绕组不许开路。,使用电流互感器应注意的问题：,（1）所选电流互感器一次侧绕组额定电流应大于被测电流，同时要求电流互感器的额定电压与被测电路的电压等级相符。（2）与电流互感器配套使用的测量仪表一般选择量程为的交流电流表。测量时，将电流表的读数乘以电流互感器的变比，就得到被测电流。（3）电流互感器的一、二次侧也不能接反，、串入被测电路，、接电流表。（4）电流互感器的二次侧不允许开路。否则，二次侧将产生很高的电压，可能将互感器的绝缘击穿。（5）电流互感器的二次侧不允许接熔断器，需要更换测量仪表时，用开关先将二次侧短路，更换仪表后再将开关打开。（6）为了人身和设备的安全，电流互感器的二次侧线圈、铁芯和外壳也要可靠接地。,1.变比误差：由于负载过大，互感器内压降加大，引起输出电压下降，使得电压比不等于匝数比。或电流互感器二次绕组磁化电流过大，使得电流比不等于匝数比所造成的变比误差。2.相角误差：由于绕组内阻抗过大，或铁心材料和气隙的影响，使得磁化电流过大，电压互感器的一、二次绕组的电压相位差，或电流互感器的一、二次绕组的电流相位差不等于180，造成相角误差。,三、互感器的误差,四、互感器的连接,电压互感器在供电系统中的连接,电流互感器在供电系统中的连接,钳式电流表是电流互感器和电流表的组合，可以在不断开交流电路，并在设备仍运行的条件下，测量交流电流。,五、钳式电流表,外型,内部结构示意,钳式电流表的工作原理,电流互感器的铁心在捏紧扳手时可以张开；被测电流所通过的导线可以不必切断就可穿过铁心张开的缺口，当放开扳手后铁心闭合。穿过铁心的被测电路导线就成为电流互感器的一次线圈，其中通过电流便在二次线圈中感应出电流。从而使二次线圈相连接的电流表便有指示测出被测线路的电流。,思考与练习,4、测量用互感器的主要用途是什么？6、测量用互感器的主要类型有哪些？6、电流与电压互感器的使用要求是什么？,第七节万用电表,万用表是一种可以测量多种电量，具有多种量程的便携式仪表。一般情况下，万用表主要用来测量直流电流、交直流电压和电阻。有的万用表还能够测量交流电流、电感、电容、晶体三极管的hFE值等。常用的万用表有模拟式和数字式两种。本节以生产实际中应用较广泛的500型万用表为例，介绍模拟式万用表的结构、原理、使用与维修知识等。,一、模拟式万用表的结构,外观组成：外壳、表头、表盘、机械调零旋钮、电阻挡调零电位器、转换开关、专用插座、表笔及其插孔。内部组成：电池及电阻、电容、二极管、三极管、集成电路等元器件。,模拟式万用表的型号很多，线路也各不相同，但是它们一般都由测量机构、测量线路和转换开关3部分组成。,1、测量机构,万用表测量机构的作用是把过渡电量转换为仪表指针的机械偏转角。万用表的测量机构通常采用磁电系直流微安表，其满偏电流为几微安到几百微安。满偏电流越小的测量机构灵敏度越高，万用表的灵敏度通常用电压灵敏度（V）来表示。,2、测量线路,测量线路的作用是把各种不同的被测电量转换为磁电系测量机构所能接受的微小直流电流。万用表的测量线路实质上是由多量程直流电流表、多量程直流电压表、多量程整流系交流电压表以及多量程欧姆表等几种线路有机地组合而成。测量线路中使用的元器件主要包括分流电阻、分压电阻、整流元件等。,3、转换开关,转换开关的作用是把测量线路转换为所需要的测量种类和量程。万用表上的转换开关通常都采用多层多刀多掷开关。（二层三刀十二掷）,转换开关结构示意图,二、模拟式万用表的工作原理,模拟式万用表的基本工作原理主要是建立在欧姆定律及电阻串并联规律的基础之上。,万用表的直流电流测量电路实质上就是一个多量程的直流电流表，目前绝大多数万用表均采用闭路式分流电路，,1、直流电流档,2、直流电压档,万用表的直流电压测量电路实质上就是一只多量程直流电压表。它通常采用共用式分压线路。,3、交流电压档,把由磁电系测量机构和整流装置组成的仪表称为整流系仪表。万用表的交流电压测量电路就是在整流系仪表的基础上串联分压电阻而成的。,交流电压挡的原理电路,500型万用表的面板设两个多刀多投转换开关，分别为S1-1,S1-2，改变开关位置可以选择测量对象和量程，包括交直流电流和电压、电阻和信号电平。,三、500型万用表电路,1熟悉万用表各元件的符号、作用及在实物中的位置，明确转换开关触点的位置。2由于直流电流档是万用表的基础档，所以，阅读万用表电路时一般先阅读直流电流测量电路。3阅读电流、电压测量电路图时，应从正表笔出发，经测量电路到达负表笔；阅读电阻测量电路时，应从表内电池的正极出发，经测量电路、被测电阻Rx，最后回到电池的负极。,阅读万用表电路图的方法,四、500型万用表的电路分析,1、直流电流档的电路分析2、直流电压档的电路分析3、交流电压档的电路分析4、直流电阻档的电路分析,测量直流电流左边多投开关置于A档，右边置于50A档，作为直流电流测量电路的基本量程，改变右边开关位置，选用不同分流器，可改变量程为10、100、500mA，分流器采用闭路式，不因开关接触不良而损坏仪表。,1、直流电流测量电路,使用红线所示电路,图500型万用表直流电流测量电路,直流电流档采用的是闭路式分流电路。图中1k电阻与可调电阻1.4k始终与测量机构串联，起温度补偿作用。当量程为50A时，除温度补偿电阻外，其余电阻全部作为分流电阻。而在其余量程，都是将分流电阻的一部分串接在测量机构的支路中，而将实际的分流电阻减少。所以当转换开关置于不同量程时，就能改变电流量程的大小。,测量直流电压右边多投开关置于V档，左边置于2.5V档，作为直流电压的最小量程，改变左边开关位置，选用不同附加电阻，可改变量程为10、50、250、500V，附加电阻采用共用式，可减少线绕电阻数量。,2、直流电压测量电路,使用红线所示电路,图500型万用表的直流电压测量电路,万用表的直流电压测量电路实质上就是一只多量程直流电压表。它采用了共用式分压线路，其电路也是在50A直流电流挡的基础上组成的。测量2500V高压时，量程开关可放在除2.5V挡以外的任意直流电压挡上，其分压电阻采用一只专用的10M，使用时将红表笔插在2500V专用插孔里，黑表笔插在*插孔里。,500型万用表的交流电压测量电路,3、交流电压档的电路分析,交流电压测量电路仍是在直流电流50A档的基础上扩展而成的，也采用共用式分压电路。另外又与测量机构串联了一只2.25k的隔离电阻，并且用一只3.9k的电阻分流，使测量机构的灵敏度比直流电压档的灵敏度低。与测量机构并联的10F电容起滤波作用，使万用表在测量低于10Hz的交流电时，指针不会发生抖动现象。,500型万用表的交流电压测量电路采用半波整流电路。为降低成本，它的分压电阻与直流电压档的分压电阻共用，只是交流250V档所用的的分压电阻恰好为直流电压50V档的分压电阻，两者相差5倍。可见，交流电压档的电压灵敏度只有直流电压档的五分之一。这就是用降低分压电阻的方法，补偿由于整流效率低而使测量机构电流下降的影响，从而达到节省材料和交、直流电压档共用一条标度尺的目的。,由于整流二极管非线性的影响，在交流10V档标度尺的起始段，很明显分度是不均匀的。因此交流10V档要专用一根标度尺，不能与其他标度尺混用。测量2500V交流高压时，串联一只专用的10M分压电阻。使用时，两表笔分别与“2500V”和“*”两插孔相接，量程开关可置于10500V中的任意一挡。,通过测量机构的电流实际上是经过整流后的单向脉动电流，而其指针的偏转角是与脉动电流的平均值成正比的，所以，整流系仪表所指示的值应该是交流电的平均值。但是，交流电的大小习惯上是指交流电的有效值。为此，我们可根据交流电有效值与平均值之间的关系来刻度标度尺。对于半波整流I有效2.22I平均,万用表交流电压的标度尺就可以直接按交流电的有效值来进行刻度，即万用表交流挡的读数是正弦交流电压的有效值。整流系仪表的主要缺点是，如果被测电流不是正弦波，将会产生波形误差，造成准确度下降。,测量直流电阻右边多投开关置于乘1至乘10k档，左边置于档，其中乘1至乘1k档使用1.5V电池为电源，乘10k档用10.5V积层电池作电源。,4、直流电阻测量电路,直流电阻测量电路原理从简化图可推出通过表头电流:其中E为测电阻用的电池电压，Rc为等效表头内阻，Rx为被测电阻，从式子看出Rx=0时Ic最大Rx=时，Ic为零，所以标尺的位于机械零点。,欧姆表测量电阻的实质是测量电流。欧姆表的标度尺是不均匀的，而且是反向的。,欧姆表量程的扩大,理论上讲，上述欧姆表可以测量0之间任意阻值的电阻。但实际上由于欧姆刻度很不均匀，所以它的有效使用范围一般只在0.110倍欧姆中心值的刻度范围内，超出该范围测量将会引起很大的误差。为了使欧姆表能在较大范围内对被测电阻进行较准确的测量，万用表欧姆挡都做成多量程的。同时为了能共用一条标度尺，以便于读数，一般都以Rl档为基础，按10的倍数来扩大量程。,扩大欧姆表量程的两种措施,（1）保持电池电压不变，改变分流电阻值。,低阻挡（如R1）用小的分流电阻，高阻挡（如Rl000）用大的分流电阻。这样虽然在高阻挡时的总电流减小了，但通过测量机构的电流仍可保持不变。图中各挡的总内阻应等于该挡的欧姆中心值。一般万用表中R1R1k挡都采用这种方法扩大量程。,（2）提高电池电压,当被测电阻和欧姆表总内阻增大后，仍可保持其电流值不变。通常万用表中R10k挡都采用这种方法来扩大量程。,500型万用表的电阻档共设有5档倍率。110k各挡的欧姆中心值分别为10、100、1k、10k和100k。在11k各电阻档，电池电压约为1.5V，采用改变分流电阻的方法扩大量程。,500型万用表的主要技术特性,五、万用表使用注意事项：,使用之前要调零.要正确接线要正确选择测量档位要正确读数要注意操作安全,1、使用之前要调零,为了减小测量误差，在使用万用表之前要先进行机械调零。在测量电阻之前，还要进行欧姆调零。使用欧姆档时换档后要重新调零。,使用时将红表笔与“+”极性孔相连，黑表笔与“-”或“*”极性孔相连。测量直流量时，要注意正、负极性，保证电流从“+”端流进，从“-”端流出，以免指针反转。测量电流时，仪表应串联在被测电路中；测量电压时，仪表要并联在被测电路两端。在用万用表测量晶体管时，应牢记万用表的红表笔与内部电池的负极相接，黑表笔与内部电池的正极相接。,2、要正确接线,3、要正确选择测量档位,测量档位包括测量对象和量程。,测量电压时应将转换开关放在相应的电压挡，测量电流时应放在相应的电流档等。如误用电流档去测量电压，会造成短路事故使线路跳闸和万用表损坏；而误用电压档测量电路的电流，会造成万用表指针不动，从而形成很大的事故隐患。禁止带电转换量程开关,选择电流或电压量程时，最好使指针处在标度尺三分之二以上的位置；选择电阻量程时，最好使指针处在标度尺的中间位置。这样做的目的是为了尽量减小测量误差。测量时，如不能事先估计被测电流、电压的数值范围时，应先将转换开关转至对应的最大量程，然后根据指针的偏转程度逐步减小至合适量程。,特别强调：严禁在被测电阻带电的情况下用欧姆档去测量电阻。否则，外加电压极易造成万用表损坏。,4、要正确读数,在万用表的表盘上有许多条标度尺，分别用于不同的测量对象。所以测量时要在对应的标度尺上读数，同时应注意标度尺读数和量程的配合，以获得正确的测量结果。,5、要注意操作安全！,在进行高电压测量或测量点附近有高电压时，仪表和人体应与高电压之间保持足够的安全距离，确保人身和仪表的安全。在作高电压及大电流测量时，严禁带电切换量程开关，否则有可能产生电火花而损坏万用表。,最后应切记，万用表用完之后，应将转换开关置于空档或交流电压最高档，以防下次测量时由于疏忽而损坏万用表。长期不使用时，应将万用表中的电池取出。,思考与练习,7.万用表一般由哪几部分组成?各部分的作用是什么?8.万用表交流电压测量电路采用半波整流电路时，为什么要用两只二极管?9.如何阅读万用表电路图？10.在用万用表测量较大电阻时，为什么不能用两手将表笔和被测电阻握在一起？11.若误用万用表的电流档测量电压，会出现什么后果?若误用万用表的电压档测量电流，会出现什么后果?为什么?,比较式电测仪表补偿测量仪表和电桥测量仪表,第八节直流电位差计,直流电位差计的补偿原理,按获得可变标准电压的方法不同，直流电位差计分定阻变流式和定流变阻式两种。,定阻变流式电位差计原理电路,定流变阻式电位差计原理电路,或,直流电位差计的补偿原理,直流电位差计由三个回路组成。其中：回路称为校准回路回路称为测量回路回路称为工作电流回路。,一、直流电位差计工作原理,校准回路：利用回路中的标准电池用来校准工作电流，当开关S合向回路时，调节R改变工作电流，若检流计指零，则说明标准电池的电动势与工作电流在电阻Rs上的压降IRS相互补偿，使Es=IRS。测量回路：当开关S合向回路时，调节测量电阻，以改变左端ab二点间的压降（注意：此时不能再调节R，否则工作电流将发生变化），若检流计指零，则表明:工作电流回路：包括辅助电源，调节工作电流用的可变电阻、测量电阻和工作调定电阻。工作回路主要任务是提供一个稳定的工作电流，使电阻Ra和Rs能得到一个稳定的压降。,1.利用补偿原理:电位差计的平衡是利用电动势互相补偿的原理，因此平衡时不从测量回路的被测电源取用电流，从而消除被测电源的内阻、导线电阻、接触电阻对测量的影响。校准回路也一样，不从标准电池取用电流，保持了标准电池电动势的稳定。2.采用高准确度的元件：在式中，由于标准电池的电动势比较稳定，调定电阻和测量电阻的左端ab部分选用高准确度和高稳定度的电阻，所以测量准确度可以达到0.001%。,二、电位差计特点,要考虑标准电池的电动势受温度的影响:实用电位差计的工作调定电阻通常由两部分电阻构成，一部分为固定，一部分为可调，可调部分作为温度补偿电阻，以补偿标准电池因温度而发生的变化。要根据测量结果所需要的准确度，选择合适的测量线路和有足够灵敏度的检流计。以保证电路未完全补偿时，能为观察者所觉察。测量电阻应在很宽的范围内变化，而且能够准确读数，例如要读出五位数或六位数，一般可采用十进电阻盘，以便能读出多位读数，但也有用滑线电阻盘的。,三、实用电位差计的结构,UJ36型携带式直流电位差计,UJ31型箱式直流电位差计,四、直流电位差计的技术特性和分类1.测量范围：接在电位差计“被测”端钮之间的电位差所允许的范围。1）高电位差计：“V”级到“V”级，最高量限为2V；2）低电位差计：“0.1V”级到“mV”级；最高量限为20mV；2.准确度：直流电位差计的准确度等级有0.005、0.01、0.02、0.05、0.1和0.2六个等级。在保证准确度的环境条件下，允许基本误差：|K%Ux+bU式中K准确度等级；Ux电位差计的读数值；U最小步进值或分度值；b附加误差系数，不同的电位差计取0.20.5之间的数值；3.稳定性工作电流的稳定性影响测量准确度，电池、电源要求性能好,五、电位差计的应用1.测量电压直流电位差计主要用于测量标准电池的电动势，其测量范围一般不超过2V。用直流电位差计还可以鉴定高准确度（0.5级及以上）的电压表。当被检电压表的量程大于电位差计的量程上限时，也要用精密分压器（R1、R2）将电压表两端的电压U分压，经分压后减小到电位差计的量程范围之内，再进行测量。,FJ10型分压箱,用电位差计测量电压,2.测量电流测量电流是通过测量已知电阻Rn上的电压降，再间接计算出被测电流选用标准电阻时要注意下两点：1）标准电阻的额定电流应大于被测电流；2）标准电阻上的压降不能超过电位差计的测量上限。,用电位差计测量电流,3.测量电阻电阻Rx和标准电阻Rn串联。当开关S倒向Rn一边时，测得Rn上的电压为Un，保持电流I不变，将开关S倒向Rx一边时，用电位差计测量出Rx上的电压为Ux，则被测电阻Rx为：测量时，尽量使标准电阻Rn接近被测电阻Rx，这样能使调试容易些，并且测量时更准确。,用电位差计测量电阻,六、使用直流电位差计注意事项,1.选择灵敏度合适的检流计，以满足