电气测量第6版陈立周电子课件2章.ppt
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第二章第二章电流与电压的测量电流与电压的测量第一节第一节电流与电压的测量方法电流与电压的测量方法第二节第二节磁电系仪表磁电系仪表第三节第三节磁电系检流计磁电系检流计第四节第四节电磁系仪表电磁系仪表第五节第五节电动系仪表第五节电动系仪表第五节电动系仪表电动系仪表第六节第六节测量用互感器测量用互感器第七节第七节万用电表万用电表第八节第八节直流电位差计直流电位差计第九节第九节电子系电压表电子系电压表第十节第十节电流表与电压表的使用电流表与电压表的使用ElectricalMeasure本章本章要点要点本章主要介绍本章主要介绍磁电系磁电系、电磁系、电动系和电子系电磁系、电动系和电子系四四种仪表的结构,以及用它测量电压、电流的方法。
种仪表的结构,以及用它测量电压、电流的方法。
这这四四种仪表不仅可以用来测量电压、电流。
而且在种仪表不仅可以用来测量电压、电流。
而且在配置某些变换器之后,还可以测量其他电磁量或物配置某些变换器之后,还可以测量其他电磁量或物理量。
所以本章内容是从事电气技术工作的人员所理量。
所以本章内容是从事电气技术工作的人员所必须具备的基本知识。
必须具备的基本知识。
电压表和电流表的附属装置,包括分流器、附加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。
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,检流计和电位差计是现场工作最常用的工具之一,检流计和电位差计则是电压、电流校准和精密测量中常用的仪器。
其则是电压、电流校准和精密测量中常用的仪器。
其内容可根据教学时数和专业需要选择讲授或布置学内容可根据教学时数和专业需要选择讲授或布置学生自学。
生自学。
第一节第一节电流与电压的测量方法电流与电压的测量方法一、直接测量一、直接测量:
测量电流、电压一般都用直接测量,即用直测量电流、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。
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返回本章首页二、间接测量二、间接测量:
在特殊情况下,可以用间接法测量。
例如在特殊情况下,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出电阻两端的压降。
在不断开电路的状态下测量电流第一张幻灯片返回本章首页三、精密测量三、精密测量可以采用补偿法,例如第八节所述的电位差计。
可以采用补偿法,例如第八节所述的电位差计。
UJ36电位差计UJ31电位差计返回本章首页第二节第二节磁电系仪表磁电系仪表一、磁电系仪表结构一、磁电系仪表结构返回本章首页二、磁电系仪表工作原理二、磁电系仪表工作原理可动线圈通电后,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返回本章首页三、技术性能三、技术性能1.灵敏度灵敏度、准确度、准确度、表耗功率表耗功率由于永久磁铁与铁心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。
且磁感应强度较强时,驱动力矩大,可采用反作系仪表有比较高的灵敏度。
且磁感应强度较强时,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。
且表耗功率低,部磁场强度大,外磁场影响相对弱,可获得较高的准确度。
且表耗功率低,对被测电路的影响小。
所以磁电系仪表是一种应用广泛具有高对被测电路的影响小。
所以磁电系仪表是一种应用广泛具有高灵敏度、高灵敏度、高准准确度、低表耗功率的仪表。
确度、低表耗功率的仪表。
2.2.刻度特性刻度特性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,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。
易于标尺的制作。
3,3,使用范围使用范围只能用于测量直流,若在交流范围使用,必须配整流器。
只能用于测量直流,若在交流范围使用,必须配整流器。
返回本章首页四、扩程方法四、扩程方法磁电系仪表作为电流表使用时,可以通过分磁电系仪表作为电流表使用时,可以通过分流器扩大其量程,也可以并联若干个电阻,通流器扩大其量程,也可以并联若干个电阻,通过更换输入接头,可组成多量程的电过更换输入接头,可组成多量程的电流表。
流表。
多多量程分流器电路量程分流器电路分流器电分流器电路路分流器电路加温度补偿电阻分流器电路加温度补偿电阻返回本章首页分流器电阻的计算分流器电阻的计算按按分分流流器器的的电电路路结结构构,被被测测电电流流只只有有一一部部分分通通过过电电流流表表线线圈圈,其其余余则则通通过过分分流流器器,可可以以证证明明通通过过电电流流表表线线圈圈的的电电流流与与被被测测电电流流的关系为的关系为如如用用nn表表示示比比值值,它它的的数数值值代代表表电电流流表表并并联联分分流流器器之之后后的的量量程程扩扩大大倍倍数数。
将将上上式式移移项项,可可推推出出按按量量程程扩扩大大倍倍数数nn求求得得分流器电阻阻值的关系式。
即分流器电阻阻值的关系式。
即返回本章首页作为电压表使用时扩大量程方法作为电压表使用时扩大量程方法磁电系电压表,可以用附加电阻扩大量程。
设直接测量的量程为,测量机构内阻为,串联附加电阻后,可将电压量程扩大为,则与的关系可由下式求得用m表示比值,其值代表串联附加电阻后电压表量程扩大的倍数,可按m值求得串联的附加电阻值返回本章首页第三节第三节磁电系检流计磁电系检流计检流计的结构检流计的结构检流计是一种具有极高灵敏度的检流计是一种具有极高灵敏度的电流表,电流表,为为提高检流计的灵敏度,提高检流计的灵敏度,动圈采用无骨架结构,减少厚度,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作气隙。
使气隙中的磁感应强度增大。
大。
可动部分不用轴和轴承的支撑方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。
在很小的力矩下都能工作。
对非便携式的检流计,还可以用对非便携式的检流计,还可以用光标代替指针。
光标代替指针。
返回本章首页光标指示和指针指示的示意图光标指示和指针指示的示意图光标式指针式返回本章首页二、可动部分的运动方程二、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。
返回本章首页三、动圈从静止至稳定过程三、动圈从静止至稳定过程动圈从静止到稳定过程所需时间决定于阻尼,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、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停在平衡位置上,甚至会延续了几分钟或者几十分钟。
分钟。
但如果但如果动圈与外电阻所构成的回路电阻较动圈与外电阻所构成的回路电阻较小,能产生小,能产生足够大的阻尼,就能避免这种振荡发足够大的阻尼,就能避免这种振荡发生。
生。
根据阻尼大小,可动部分的运动状态可能出根据阻尼大小,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。
现过阻尼、欠阻尼和临界阻尼等三种形式。
返回第一张幻灯片本章首页可动线圈运动方程可动线圈运动方程及解的三种形式及解的三种形式1.欠阻尼状态欠阻尼状态2.临界阻尼状态临界阻尼状态3.过阻尼状态过阻尼状态返回本章首页可动线圈可动线圈三种运动形式所对应的运动曲线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:
临界阻尼状态返回本章首页稳定后动稳定后动圈的转角圈的转角第四节第四节电磁系仪表电磁系仪表一、电磁系仪表的结构一、电磁系仪表的结构1、吸引型电磁系仪表吸引型电磁系仪表2、推斥型电磁系仪表、推斥型电磁系仪表吸引型推斥型返回第一张幻灯片本章首页3、吸引推斥型吸引推斥型线圈内壁装有两个固定铁心、转轴装两个可动铁心。
两组铁心于两侧上下排列。
通电时两组铁心同时被磁化而相斥,随着偏转角增加斥力减弱。
但高端铁心与低端铁心靠近,两者因极性相异而相吸,而且吸力逐渐加强。
使得指针在因斥力和吸力共同作用下构成了转动力矩。
且不因偏转角增大而影响转动力矩返回本章首页二、二、电磁系仪表的工作原理电磁系仪表的工作原理驱动力矩:
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。
反作用力矩反作用力矩:
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,可推出,不同电流产生的驱动力矩与仪表偏转角关系为阻尼力矩:
阻尼力矩:
一般采用磁感应阻尼。
返回本章首页三、电磁系仪表技术性能三、电磁系仪表技术性能1使用范围使用范围电磁系仪表既能测量直流,也能测量交流。
由于可动铁心电磁系仪表既能测量直流,也能测量交流。
由于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,所以能保持受力方向不圈磁极性和铁心磁极性同时改变,所以能保持受力方向不变。
指针与被测电流的关系式也相同,变。
指针与被测电流的关系式也相同,只要将电流换成交流电流有效值即可,也就是说原来的直只要将电流换成交流电流有效值即可,也就是说原来的直流刻度,可以用于测量交流有效值。
流刻度,可以用于测量交流有效值。
2刻度特性刻度特性刻度是不均匀,于指针偏转角与被测电流的平方成正比,刻度是不均匀,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。
所以标尺呈平方律特性,前密后疏。
返回本章首页3、防干扰性能、防干扰性能电磁系仪表由于线圈磁场的工作气隙大,磁场相对电磁系仪表由于线圈磁场的工作气隙大,磁场相对比较弱,因此外磁场的影响比较明显,需要进行屏蔽比较弱,因此外磁场的影响比较明显,需要进行屏蔽或采用无定位结构。
或采用无定位结构。
磁屏蔽磁屏蔽无定位结构无定位结构返回本章首页四、电磁系电流表及电压表的扩程方法四、电磁系电流表及电压表的扩程方法改变电流量程,可改变线圈的安匝数。
改变电压量程,可改变线圈的附加电阻。
改变电压量程改变电流量程返回本章首页双量程电流表可通过外部接柱改变线圈的串并联连接返回本章首页第五节第五节电动系仪表电动系仪表一、电动系仪表的结构一、电动系仪表的结构返回本章首页二、电动系仪表的工作原理二、电动系仪表的工作原理由固定、可动两组线圈所构成的系统,通电后的磁场能量为可动线圈所受的驱动力矩为根据指针稳定时驱动力矩等于反
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- 电气 测量 版陈立周 电子 课件