磁电系仪表1课件

1、第二章电测量指示仪表第二节 磁电系仪表 本节重点：磁电系仪表的工作原理磁电系电流表的测量电路 磁电系仪表是指示仪表中应用最广泛的一类仪表，它用于测量直流电流和直流电压，还可测量其他电量、电路参数以及非电量。实验室中所用的电流表和电压表大都是磁电系仪表。 一、磁电系测量机构（一）、磁电系测量机构的一般结构 驱动装置：永久磁铁 载流导体永磁铁转动载流体转动 永久磁铁1两端各有一个半圆形极掌2，构成两个磁极。在两权掌间有圆柱形铁心3，极掌和圆柱形铁心间的空隙中形成均匀辐射状的强磁场。细导线线圈5绕在矩形铝框上(阻尼器)，轴6与线圈两端相连，轴尖支撑在轴承7里，使线圈可以自由转动。指针9与轴相连。游丝

2、8的内端固定在转轴上，外端固定在仪表内部的支架上。一个仪表中通常有两个游丝，它们的旋绕方向相反。当线圈中通电转动时，两个游丝被扭转，产生反作用力矩，两个游丝还兼作线圈中电流的引入线和引出线。 11是零点调节器。10是平衡锤，用来调节可动部分的机械平衡。(二)、磁电系测量机构的工作原理 磁电系测量机构可简化为下图，载流体受力F： F=BIWlB:磁场强度，I:电流，W:动圈匝数，l:线圈纵向边的有效长度。 (左手定则判断方向)动圈受到的力矩为M M=Fd=BIWldS=ld M=BIWS游丝产生的反作用力矩M: M=D指针平衡时有：M=M BIWS = D =(BSW/D)I=SI I （1）其

3、中SI=BWS/D为磁电系测量机构的灵敏度。 D:反作用力矩系数(与游丝材料几何尺寸有关)(1)式表明:电流I 与指针偏转角成正比，且表头刻度均匀。对于任一仪表，SI都是一个常数。 当动圈中通以一定频率的交流电时，指针的转动方向取决于一个周期内的平均转距 MCP BSWICP其中： 故可得： SI ICP （2） 公式(1)、(2)称为磁电系测量机构的静态特性方程。它们表明了磁电系仪表所测的基本量是直流电流或交流电流的平均值。 工作时，铝框切割磁力线产生感应电流ie（右手定则）， ie产生电磁力Fe，Fe产生电磁力矩Me，产生的方向和线圈的转动方向相反。并且Me正比于铝框的转速，因此电磁力矩为

4、阻尼力矩。 当动圈与外电路构成闭合回路时，由于动圈的转动也要产生感应电流，从而产生阻尼力矩。动圈中的感应电流远小于铝框中的电流，动圈转动产生的阻尼力矩也要远小于铝框产生的阻尼力矩二、磁电系电流表 微安表（A ）按量程分为 毫安表（mA） 安培表（A） 千安表（KA） 由于磁电系测量机构中的游丝和动圈只能通过较小的电流，（一般为几十A几十mA ）,所以针对大量程的电流表就要配上合适的测量电路。 测量电路就是和测量机构并联的分流机构，分流器的电阻为分流电阻。这样可以实现一个表头有多个量程。 250A分流器(一)、单量程电流表 单量程电流表的分流器是有一个分流电阻Rp组成由电路原理可得： RpIpR

5、gIg IxIpIg Ig: 通过表头的电流（满偏电流）；Rg: 表头的电阻；IgIpRpRgIx整理得：其中：n是分流系数，是电流量限扩大的倍数。 同理，当需要一定扩大倍数的时候可以通过公式求得分流电阻的大小： 对于同样量程，表头Ig越小，则n越大，Rp越小。注意：当被测电流很大时（50A），分流器会严重发热而影响测量效果。所以对于测量大电流的分流器都放在仪表之外，成为：外附分流器，同理在仪表内的分流器成为：内附分流器。 为了减小接触电阻的影响而采取了接线旋钮 ，同时也使接线更方便，分流器一般采用电阻率大，温度系数小的锰铜制作。游丝用磷铜或者铍青铜制成，线圈是铜线绕制，它们的特点是温度系数大

6、，所以需要温度补偿。补偿的方法是在表头中串连一个锰铜电阻RL，这样可以减小温度的影响。 一个表头要想在多个量程的电流表中使用，可以借助于多量限分流器。常见的分流器如图:图中分流电阻Rg、R1、R2、R3串连成环形，所以此分流器也称为：环形分流器。(二)、多量程电流表IgI1R1RgR2R3I2I3优点：1、无论量程如何变化，与表头相闭合的电阻 值是固定的，所以表的阻尼时间不变； 2、开关的接触电阻与被测量电路相串联，不 包括在分流电阻之内，对仪表的准确度没有影响； 3、开关接触不良不会造成表头过载。缺点：1、各分流电阻计算较为复杂； 2、调整阻值时，相互有牵连。环形分流器的计算： 1、2、3位

7、置的电流为I1、I2、I3，则最大量程是I1 ，最小量程是I3 ，各量限的分流系数为n1、n2、n3 ， R1(I1Ig)=(RgR2R3)Ig所以：其中：IgI1R1RgR2R3I2I3同理可得：从上列各式可以求得R1、R2、R3。注意：因为电流表是串连在电路中工作的，为了 不影响电路的工作，要求电流表的内阻越小越好。三、磁电系电压表 多量限的磁电系电压表的内部结构如图所示:Ug：表头的额定电压，一般为毫伏级Rf1、Rf2 、Rf3 ：分压电阻， 分别为各量限的扩大倍数。U1U2Rf1公共端U3Rf2Rf3Ug同理可得：从上面的公式可以求得各个附加电阻的阻值。四、磁电系欧姆表(一)、工作原理

8、 通过测量机构活动部分偏转大小来反映被测电阻值，故必须将被测电流转化为电阻，所以在测量线路中，既有被测电阻，还要有电源。I=U/(Rg+R+Rx) 当U、R一定时，Rx与I对应,只要表头标尺按阻值刻度，就可测出被测电阻(R起限流作用)说明: 当Rx为无穷大时，I=0,指针不偏转； 当Rx=0时， I=Ig，表头指针满偏； 即： Ig=U/(Rg+R)=U/R0 当Rx=R0时， I=Ig/2 中值电阻：R0=R+Rg(二)、欧姆表的倍率 多档欧姆表产生原因：测不同电阻时，共用一条标度尺，表笔短接时，Ig应相同，因此测量阻值不同大小的电阻，应当有不同中值电阻的多档欧姆表。 说明：为了读数方便，各

9、个档的电阻值都是十进制的，如图所示。 例如：下图所示的多档欧姆表的原理图，RRgR1R2R3x1x10 x100U 做成中值电阻（量程）为15,150,1.5K则R1, R2, R3可列如下方程: R1/(Rg+R)=R01= 15 R2/(Rg+R)=R02= 150 R3/(Rg+R)=R03= 1.5K联立方程组可以解得： R115; R2150.3 R31530.6Rg=1K,U=1.5V, Ig=200A ,满足Rx=0, 求得限流电阻R： RU/IgRg 1.5V/200A1K 74K(三)、欧姆表的调零 当电池的电压高于或小于1.5V时，此时指针达不到欧姆零点，因此欧姆表需要调零。 常用的方法是在表头接分流器，分流器结构如图所示。通过调节分流器使表头的串并联的电阻发生变化，使表头满偏。注意: 1.测量时，每换一档都要调零一次； 2.每次调零时，中值电阻变化一次，所以欧