电气测量2电流与电压的测量.pptx
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1、第一节直流电流表与电压表 在磁电系测量机构的基础上配上不同的测量线路,就能组成各种不同用途的直流电流表和直流电压表。演示电表只有一个测量机构(俗称表头),配合不同的测量板时,就能组成各种不同量程的电流表、电压表或检流计。一、磁电系测量机构一、磁电系测量机构测量机构转换开关分流电阻演示用电表永久磁铁标度尺机械调零旋钮游丝铁 心引出线指 针磁电系测量机构的结构极掌平衡锤磁电系测量机构的结构磁电系测量机构的结构 固定部分磁路系统磁电系测量机构 可动部分线圈游丝的作用:1.产生反作用力矩2.引导电流出入线圈 根据磁路系统的结构不同,又可分为:o外磁式:永久磁铁在可动线圈的外部。o内磁式:永久磁铁在可动
2、线圈的内部。可节约磁性材料,而且体积小、成本低、对外磁泄漏少,近年来被广泛使用。o内外磁式:可动线圈的内、外部都有永久磁铁,故磁性更强,结构可以更紧凑。磁电系测量机构中的磁路系统磁电系测量机构中的磁路系统外磁式内磁式内外磁式磁电系测量机构的磁路系统磁电系测量机构的工作原理磁电系测量机构的工作原理 磁电系测量机构是根据通电线圈在磁场中受到电磁力矩而发生偏转的原理制成的。o当可动线圈中通入电流时,载流线圈在永久磁铁的磁场中受到电磁力矩的作用而发生偏转。由于MI,即通过线圈的电流越大,线圈受到的转矩越大,仪表指针偏转的角度也越大;同时,游丝扭得越紧,由于Mf,故反作用力矩也越大。当线圈受到的转动力矩
3、与反作用力矩大小相等时,MMf,线圈就停留在某一平衡位置,此时,指针就指示出被测量的大小。二、磁电系测量机构的工作原理二、磁电系测量机构的工作原理M =MfM=NBSIMf=DNBSI=D线圈匝数线圈匝数磁感应强度磁感应强度线圈所包围面积线圈所包围面积线圈中通入电流线圈中通入电流可动部分偏转角(指针偏转角)可动部分偏转角(指针偏转角)游丝的反作用系数游丝的反作用系数磁电系测量机构的灵敏度,表示单位被测量(电流)所对应的偏转角。磁电系测量机构的灵敏度,表示单位被测量(电流)所对应的偏转角。结论:磁电系测量机构可动部分的稳定偏转角与通过线圈的电结论:磁电系测量机构可动部分的稳定偏转角与通过线圈的电
4、流成正比。因此,可以用偏转角的大小来衡量被测电流的大小,流成正比。因此,可以用偏转角的大小来衡量被测电流的大小,并由指针在标度尺上直接显示被测电流的数值。并由指针在标度尺上直接显示被测电流的数值。三、磁电系仪表的特点三、磁电系仪表的特点1、准确度高、灵敏度高;、准确度高、灵敏度高;2、功率消耗小;、功率消耗小;3、刻度均匀;、刻度均匀;4、过载能力小;、过载能力小;5、只能测量直流。、只能测量直流。原因:由于永久磁铁的极性是固定不变的,所以只有在线圈中原因:由于永久磁铁的极性是固定不变的,所以只有在线圈中通入直流电流时,仪表的可动部分才能产生稳定的偏转。如果通入直流电流时,仪表的可动部分才能产
5、生稳定的偏转。如果在线圈中通入交流电流,则产生的转动力矩也是交变的,可动在线圈中通入交流电流,则产生的转动力矩也是交变的,可动部分由于惯性作用而来不及偏转,仪表指针只能在零位附近抖部分由于惯性作用而来不及偏转,仪表指针只能在零位附近抖动或不动。所以,磁电系仪表只能直接测量直流。要想测量交动或不动。所以,磁电系仪表只能直接测量直流。要想测量交流电流,只有配用整流器后才能使用。流电流,只有配用整流器后才能使用。第第2节节 磁电系直流电流表磁电系直流电流表 目前使用的直流电流表和直流电压表目前使用的直流电流表和直流电压表,大部分都大部分都是采用磁电系测量机构配合适当的测量线路组成的是采用磁电系测量机
6、构配合适当的测量线路组成的.一、磁电系电流表一、磁电系电流表1、磁电系电流表的组成、磁电系电流表的组成 在磁电系测量机构中,由于可动线在磁电系测量机构中,由于可动线圈的导线很细,而且电流还有经过游丝,圈的导线很细,而且电流还有经过游丝,所以允许通过的电流很小,约几微安到所以允许通过的电流很小,约几微安到几百微安。要测量较大的电流,必须加几百微安。要测量较大的电流,必须加接分流电阻。因此,磁电系电流表实际接分流电阻。因此,磁电系电流表实际上是由磁电系测量机构与分流电阻并联上是由磁电系测量机构与分流电阻并联组成的。组成的。流过测量机构的电流为流过测量机构的电流为整理上式得整理上式得设设为电流量程扩
7、大倍数(为电流量程扩大倍数(n),则),则由上式可得由上式可得 要使电流表量程扩大要使电流表量程扩大n倍,所并联的分流电阻倍,所并联的分流电阻RA应为测量机构内阻应为测量机构内阻RC的的1/(n-1)。可见,对于同一测量机构,只要配上不同的分流电阻,就。可见,对于同一测量机构,只要配上不同的分流电阻,就能制成不同量程的电流表。一般情况下,能制成不同量程的电流表。一般情况下,RA比比RC小得多,故被测电流小得多,故被测电流IX的绝大部分要经分流电阻分流,实际通过测量机构的电流的绝大部分要经分流电阻分流,实际通过测量机构的电流IC只是只是IX的很小的很小一部分。同时,当一部分。同时,当RC与与RA
8、数值一定时,数值一定时,IX与与IC之比也是一定的。因此,只之比也是一定的。因此,只要将电流表标度尺的刻度放大要将电流表标度尺的刻度放大IX/IC倍,就能用仪表指针的偏转角来直接反倍,就能用仪表指针的偏转角来直接反映被测电流的数值。映被测电流的数值。例例1 有一只内阻为有一只内阻为200、满刻度电流为、满刻度电流为500500A A的磁电系测的磁电系测量机构,现要将其改制成量程为量机构,现要将其改制成量程为1A1A的直流电流表,求应并联的直流电流表,求应并联多大的分流电阻?多大的分流电阻?若需利用该测量机构测量若需利用该测量机构测量100A100A的电流,应选用何种规格的电流,应选用何种规格的
9、外附分流器?的外附分流器?解:先求电流量程扩大倍数解:先求电流量程扩大倍数再求应并联的分流电阻为再求应并联的分流电阻为若用此表测量若用此表测量100A的电流,选用分流器时,应考虑测量的电流,选用分流器时,应考虑测量机构满偏时的电压,即机构满偏时的电压,即所以应选用所以应选用“100A,100mV”的外附分流器。的外附分流器。2、分流电阻、分流电阻 分流电阻一般采用电阻率较大、电阻温度系数很小的分流电阻一般采用电阻率较大、电阻温度系数很小的锰铜制成。考虑到分流电阻的散热和安装尺寸,当被测电锰铜制成。考虑到分流电阻的散热和安装尺寸,当被测电流小于流小于30A时,分流电阻可以安装在电流表的内部,称为
10、时,分流电阻可以安装在电流表的内部,称为内内附分流器附分流器;当被测电流超过;当被测电流超过30A时,分流电阻一般安装在电时,分流电阻一般安装在电流表的外部,称为流表的外部,称为外附分流器外附分流器。外附分流器上一般不标明。外附分流器上一般不标明电阻值,而是标明额定电压(指分流器工作在额定电流时电阻值,而是标明额定电压(指分流器工作在额定电流时两个电位端钮间的电压)和额定电流值(指电流表量程扩两个电位端钮间的电压)和额定电流值(指电流表量程扩大后的最大电流值)。目前,国家标准规定外附分流器在大后的最大电流值)。目前,国家标准规定外附分流器在通入额定电流时,对应的额定电压为通入额定电流时,对应的
11、额定电压为30mV,45mV,75mV,100mV,150mV和和300mV共六种规格。共六种规格。若测量机构与分流器相连,当测量机构的电流量程与内阻若测量机构与分流器相连,当测量机构的电流量程与内阻RC的乘积与分流器的额定电压相等时,测量机构与外附分的乘积与分流器的额定电压相等时,测量机构与外附分流器连接后,其量程就等于分流器的额定电流。流器连接后,其量程就等于分流器的额定电流。二、多量程直流电流表二、多量程直流电流表 多量程直流电流表一般采用并联不同阻值分流电阻的方法来扩大电流量多量程直流电流表一般采用并联不同阻值分流电阻的方法来扩大电流量程。按照分流电阻与测量机构连接方式不同分为开路式和
12、闭路式两种形式。程。按照分流电阻与测量机构连接方式不同分为开路式和闭路式两种形式。-开路式分流电路开路式分流电路闭路式分流电路闭路式分流电路优点:各量程间相互独立、互不影响。优点:各量程间相互独立、互不影响。缺点:转换开关的接触电阻包含在分流电缺点:转换开关的接触电阻包含在分流电路中,可能引起较大的测量误差。特别是路中,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断开时,被测电流将全部流过测量机构使之烧毁。之烧毁。缺点:各个量程之间相互影响,计算分缺点:各个量程之间相互影响,计算分流电阻较复杂。流电阻
13、较复杂。优点:转换开关的接触电阻处在被测电优点:转换开关的接触电阻处在被测电路中,对分流准确度没有影响。尤其当路中,对分流准确度没有影响。尤其当触头接触不良时,保证不会烧毁测量机触头接触不良时,保证不会烧毁测量机构。构。例例2:如图所示两个量程的电流表中,已知表头满偏电流为:如图所示两个量程的电流表中,已知表头满偏电流为500A,内阻为,内阻为300,量程,量程I I1 1=10mA=10mA,量程,量程I I2 2=1mA=1mA,求分流电阻,求分流电阻R R1 1和和R R2 2的阻值。的阻值。解:对量程解:对量程I1挡的电流量程扩大倍数为挡的电流量程扩大倍数为再求应并联的分流电阻为再求应
14、并联的分流电阻为同理对量程同理对量程I2挡的电流量程扩大倍数为挡的电流量程扩大倍数为再求应并联的分流电阻为再求应并联的分流电阻为解(解(1)、()、(2)所组)所组成的方程组可得成的方程组可得一、磁电系电压表一、磁电系电压表问题引出问题引出:根据欧姆定律可知,一只内阻为:根据欧姆定律可知,一只内阻为RC、满刻度电流为、满刻度电流为IC的磁电系测的磁电系测量机构,本身就是一只量程为量机构,本身就是一只量程为UC=ICRC的电压表,只是其电压量程很小。如的电压表,只是其电压量程很小。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果需要测量更高的电压,就必须扩大其电压量程。根据
15、串联电阻具有分压作用的原理,扩大电压量程的方法就是给测量机构串联一只分压电阻用的原理,扩大电压量程的方法就是给测量机构串联一只分压电阻RV,可,可见,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。见,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。-+-第第3节节 磁电系直流电压表磁电系直流电压表-+-设磁电系测量机构的额定电压为设磁电系测量机构的额定电压为串联适当分压电阻串联适当分压电阻RV后,可使电压量后,可使电压量程扩大为程扩大为U。此时,通过测量机构的电。此时,通过测量机构的电流仍为流仍为IC,且,且IC与被测电压与被测电压U成正比。成正比。所以,可以用仪表指针偏转角
16、的大小来所以,可以用仪表指针偏转角的大小来反映被测电压的数值。反映被测电压的数值。若令若令m=U/UC为电压量程扩大倍数,则为电压量程扩大倍数,则整理得整理得结论:要使电压表量结论:要使电压表量程扩大程扩大m倍,需要串倍,需要串连的分压电阻是测量连的分压电阻是测量机构内阻机构内阻RC的(的(m-1)倍。倍。例例3:一只内阻为一只内阻为500、满刻度电流为、满刻度电流为100100A A的磁电系测量机构,的磁电系测量机构,要改制成要改制成50V50V量程的直流电压表,应串联多大的分压电阻?该电量程的直流电压表,应串联多大的分压电阻?该电压表的总内阻是多少?压表的总内阻是多少?解:解:先求出测量机
17、构的额定电压为先求出测量机构的额定电压为再求出电压量程扩大倍数为再求出电压量程扩大倍数为应串联的分压电阻为应串联的分压电阻为该电压表的总电阻为该电压表的总电阻为 分压电阻一般应采用电阻率大、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饶制而成。分压电阻温度系数小的锰铜丝饶制而成。分压电阻也分为内附式和外附式两种。通常量程低也分为内附式和外附式两种。通常量程低于于600V时可采用内附式的,以便安装在表时可采用内附式的,以便安装在表壳内部;量程高于壳内部;量程高于600V时,应采用外附式时,应采用外附式的。外附式分压电阻是单独制造的,并且的。外附式分压电阻是单独制造的,并且要与仪表配套使
18、用。要与仪表配套使用。二、多量程直流电压表二、多量程直流电压表共用式分压电路共用式分压电路优点:高量程分压电阻共用了低量程分压电阻,节约了材料。优点:高量程分压电阻共用了低量程分压电阻,节约了材料。缺点:一旦低量程分压电阻损坏,则高量程电压档就不能使用。缺点:一旦低量程分压电阻损坏,则高量程电压档就不能使用。电压灵敏度的概念电压灵敏度的概念电压表各量程内阻与相应电压量程的比值为一常数,单位为电压表各量程内阻与相应电压量程的比值为一常数,单位为“/V”/V”。电压灵敏度的作用电压灵敏度的作用1、表示电压表指针偏转至满刻度时取自被测电路的电流值;、表示电压表指针偏转至满刻度时取自被测电路的电流值;
19、2、能方便地计算出该电压表各量程的内阻。、能方便地计算出该电压表各量程的内阻。例如:例如:500型万用表直流电压的电压灵敏度为型万用表直流电压的电压灵敏度为20K/V/V。它表示测量。它表示测量直流电压,当指针偏转至满刻度时,取自被测电路的电流为直流电压,当指针偏转至满刻度时,取自被测电路的电流为1V/200001V/20000=50=50A A,在,在10V10V档时电压表内阻为档时电压表内阻为101020000=200K。电压灵敏度的意义电压灵敏度的意义 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
20、越小,测量准确度也越高。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。电压灵敏度为20kV,表示测量直流电压,当指针偏转到满刻度时,取自被测电路的电流是1V20k50A,在10V挡时电压表内阻是1020k200k3 3使用电压表应注意的事项使用电压表应注意的事项 (1)电压表必须并入电路中;)电压表必须并入电路中;(2)注意电压表的极性,要求电压表)注意电压表的极性,要求电压表“+”端接端接高电位,高电位,“-”端接低电位;端接低电位;(3)正确选择仪表的量程,测量时尽量使指针)正确选择仪表的量程,测量时尽量使指针在半偏以在半偏以上,以减小测量误差;上,以减小测量误差;(4)选择内阻
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- 电气 测量 电流 电压
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