电气测量的资料

电气测量的资料第1页/共46页掌握磁电系、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。第2页/共46页六、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：分析各自特点第3页/共46页例有一磁电系测量机构，满偏电流为200μA，可动线圈内阻为300Ω，求若要把，满刻度电流扩大到0.5A，应并联多大分流器电阻？0.12Ω第4页/共46页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0.1Ω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。第5页/共46页七、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：第6页/共46页例有一磁电系测量机构，满偏电流为200μA，可动线圈内阻为300Ω，要改装成60V量程的电压表，应接多大的附加电阻？299.7kΩ第7页/共46页电压表内阻指测量机构内阻加上附加电阻值，所以电压表内阻与量程有关。为了简化表示，常用表示电压表内阻，又称电压灵敏度，单位Ω/V。在相同的电压量程下，Ω/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。第8页/共46页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4Ω，15mA档时表头支路的总电阻为5960Ω。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：第9页/共46页2、有一满偏电流，内阻磁电系表头，欲制成多量程电流电压表，电路如图所示，求各电阻值。练习：第10页/共46页八、磁电系欧姆表随电池输出电压下降，逐渐增大调零电阻。第11页/共46页分压式调零第12页/共46页中心值电阻。当，指示值在标尺中心，其值称为中心值电阻，即欧姆表内阻。“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。第13页/共46页第14页/共46页补充：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。第15页/共46页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16页/共46页第三节 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。第17页/共46页光标指示和指针指示的示意图光标式指针式第18页/共46页二、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。第19页/共46页

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：临界阻尼状态第20页/共46页四、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。第21页/共46页（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：整流系仪表第22页/共46页全波整流：半波整流：整流系仪表，按有效值刻度。第23页/共46页第四节电磁系仪表第24页/共46页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。第25页/共46页一、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第26页/共46页2、排斥型电磁系测量机构固定铁片和可动铁片展开图NSNNNSSS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。第27页/共46页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。第28页/共46页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。第29页/共46页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）：第30页/共46页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α，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α还与成比例。反作用力矩：平衡时：第31页/共46页磁感应阻尼。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：第32页/共46页二、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：第33页/共46页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。第34页/共46页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：双层屏蔽第35页/共46页无定位结构。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。第36页/共46页三、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。第37页/共46页低量限的电流表，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。第38页/共46页高量限的电流表，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。第39页/共46页多量限的电流表。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互感器扩大量程。？为什么不能并联并联电阻改变量程。第40页/共46页第41页/共46页第42页/