长江大学感测技术PPT第一章 电流、电压和功率的

1、2020/7/7,1,第一章 电流、电压和功率的测量,电子信息学院 杨 友 平,2020/7/7,2,1.1 电流的测量 1.1.1 电流表直接测量法 一、直流电流表 1）动圈式磁电系测量机构（“表头”）的工作原理图1-1-1 “动圈”（即可以转动的线圈）由弹性支承悬挂在永久磁铁产生的磁场中，当动圈中流过电流i时，动圈在磁场中受到的电磁力矩为：,动圈转动时受到弹性支承作用的弹性力矩为：,动圈转动时受到与转动角速度成正比的阻尼力矩,驱使动圈转动，而、则阻止线圈转动，因此根据转动定律有：,2020/7/7,3,1.1.1 电流表直接测量法,图 1-1-1 动圈式磁电系测量机构,2020/7/7,4

2、,将、 、 代入上式得到动圈式磁电系测量机构的动态方程：,若信号电流为直流I，在达到稳定之后，上式左边前两项均为零，于是得到动圈式磁电系测量机构的静态方程：,式中S0=C/k称为动圈测量机构的静态灵敏度,、以动圈式磁电系测量机构为“表头”的非电量测量仪表图0-2(a) 图0-2(a)中传感器的灵敏度（输出电量与输入非电量之比）为S1,测量电路把传感器输出的电量转换成直流电流，其灵敏度（输出直流电流与输入电量之比）为S2,则表头指针偏转角与被测非电量成线性正比关系。,式中 为图0-2(a)所示非电量的电测仪表的总灵敏度。,2020/7/7,5,图1-1-2 单量程电流表原理图,单量程直流电流表原

3、理图,2020/7/7,6,3、多量程电流表原理图(b) 单量程交流电流表配接分流电阻即构成多量程交流电流表 若电流表有三挡量程：I1、I2、I3，则量程分流电阻R1、R2、R3满足如下关系式：,即(量程满偏电流)(量程分流电阻)(表头满偏电流)(环路总阻) 使用多量程的电流表时，首先应使用最大的电流量程；然后减小量程，直到得到明显的偏转。为了提高观察的准确度，应使用给出的读数尽可能接近满刻度的量程。,2020/7/7,7,图1-1-3 多量程电流表原理图,2020/7/7,8,图1-1-4 整流式交流电流表电路,二、交流电流表图 直流电流表配接半波整流电路或全波整流电路即构成交流电流表 单量

4、程交流电流表配接分流电阻即构成多量程交流电流表,2020/7/7,9,图1-1-5 用电流表测量电流,三、测量误差图1-1-5,实际值：,读数值：,误差：,结论：电流表内阻越小越好,2020/7/7,10,1.1.2 电流-电压转换法,图1-1-6 取样电阻法,一、取样电阻法在被测电流回路中串入很小的标准电阻r,比较：图1-1-6（c）的误差大些， 图中r并联了差动放大器输入阻抗2R1，对Ix有分流作用。图1-1-6（a）（b）运放输入电流为零，对r上电流无分流作用。,2020/7/7,11,图1-1-7 反馈电阻法,二、反馈电阻法被测电流回路中串入电压并联负反馈电路,比较：取样电阻法比较适合

5、测量较大电流；反馈电阻法比较适合测量较小电流,2020/7/7,12,1.1.3 电流-频率转换法,图1-1-8 简单的电流-频率转换器,2020/7/7,13,1.1.3电流/磁场转换法 在不允许切断电路或被测电流太大的情况下，采用通过测量电流所产生的磁场的方法来间接测得该电流的值。例如霍尔式钳形电流表。,1）磁位计法。使被测电流的变化在磁位计里产生感应电势，再由积分、放大、存储等环节组成电子测量设备，可测稳态及暂态大电流，测量范围几百安培至几千安培，准确度可达0。5%。 2）磁光效应法。线性偏振光穿过在磁场作用下的介质时，其偏振方向会旋转，旋转角正比于磁场沿光线路径的线积分，利用这一原理可

6、确定被测电流。 3）核磁共振法。把被测直流转换成磁感应强度再转换为核磁共振频率，测量装置可直接用数字频率表读数。,2020/7/7,14,1.1.5 电流互感器法,图1-1-9 电流互感器,2020/7/7,15,图1-1-10 电流互感器的电流-电压转换电路,使用注意点：付边绝对不允许开路，付边一端必须可靠地接地(安全接地)。,2020/7/7,16,1.2 电压的测量,1.2.1 直流电压的测量,一、普通直流电压表,2020/7/7,17,图1-2-2 用普通电压表测量高输出电阻电路的直流电压,消除误差办法：1使 2二量程测量法：,2020/7/7,18,图1-2-3 电子电压表框图,二、

7、直流电子电压表,2020/7/7,19,图1-2-4 集成运放电压表原理,实例MF-65型电子电压表 图1-2-4,2020/7/7,20,三、直流数字电压表 图1-2-5,图1-2-5 直流数字电压表框图,1、构成将直流电子电压表的模拟表头用A/D转换器及与之相连的数字显示器代替，即构成直流数字电压表。 2、功能扩展： 1）通过切换开关，更换不同的测量电路，就可利用这种数字表头构成数字式万用电表。 2）通过切换开关，更换不同的传感器和测量电路，将被测参数转换成直流电压，就可利用这种数字表头构成非电量的数字测量仪表。,2020/7/7,21,1.2.2 交流电压的测量,一、交流电压的表征 图1

8、-2-6,2020/7/7,22,1峰值 2平均值： 1）“信号平均值”是“信号的直流分量” 2）“交流电压平均值”常指其“全波整流平均值” 3有效值（均方根值） 4波形因数 波峰因数,二、交流电压的测量方法 所有电压表几乎都按正弦波有效值定度 1检波类型 平均值检波输出直流电压等于输入交流电压平均值 有效值检波输出直流电压等于输入交流电压有效值 峰值检波输出直流电压等于输入交流电压峰值 2模拟交流电压表组成方式 检波放大式 图1-2-7（a） （超高频电压表）频带度，灵敏度低。,2020/7/7,23,图1-2-7 交流电压表类型,2020/7/7,24,图1-2-8 外差式电压表,放大检波

9、式 图1-2-7（b） 视频毫伏表，频带窄灵敏度高 外差式 图1-2-8 高频微伏表，选频电平表，频带宽，灵敏度高,2020/7/7,25,三、低频交流电压的测量多采用均值电压表或有效值电压表测量 1、均值电压表的特点 1放大检波式组成结构 2采用平均值检波两电压表的读数相同，即两电压的平均值相同 3按正弦电压有效值刻度（有效值为U的正弦电压的读数也为U） 2、测量数据换算波形换算（从读数值求平均值和有效值U）,2020/7/7,26,四、 高频交流电压的测量采用峰值电压表 1、峰值电压表特点 1）检波放大式组成结构 2）采用峰值检波（两电压读数相同即两者峰值相同） 3）采用正弦有效值刻度（有

10、效值为U的正弦电压的读数也为U） 2、测量数据换算从读数值求有效值U和峰值Up,2020/7/7,27,1.3.1 用电动系功率表测量功率 一、电动系测量机构的工作原理 1、固定线圈产生的磁场： B1=K1i1 2、活动线圈所受的力矩： 1）转动力矩 ， 平均值 时 2）弹性力矩 平衡不动时， 3、活动线圈产生的偏转：,1.3 功率的测量,2020/7/7,28,二、电动系功率表工作原理 图-3-1,C分格常数（每格代表的瓦特数） Nx指针偏转格数,负载有功功率 功率表电流线圈电流 功率表电压线圈电流 功率表指针偏角 令 所以,2020/7/7,29,三、电动系功率表使用注意点 1正确选择量程电压、电流、功率三者均不应超过量限 2正确接线 图1-3-2 1电流线圈与负载串联，电压线圈与负载并联 2两线圈端同接高电位端（或同接低电位端） 3两线圈端同接电流引入端（或同接电流引出端） （a）（b）适于吸收功率测量正转表示Z吸收功率 （c）（d）适于发出功率测量反转表示Z发出功率 4（a