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第三章 常用电测量仪表讲解

发布时间:2021-09-24 02:08:38 来源:乐鱼体育官网

  第三章 常用电测量仪表 第三章 常用电测量仪表 主要学习内容 ? 仪表的结构和工作原理 ? 仪表的性能分析 ? 典型仪表的介绍 第一节 磁电系仪表 介绍 磁电系仪表 变换器 直流量 交流或非电量 磁电系仪表的结构和工作原理 结构 固定部分 可动部分 1、结构与工作原理 永久磁铁 指针 铁心 平衡锤 轴 游丝 产生反作用 力矩,及引 入电流 铝框(可动线圈) 极掌 磁电系测量机构的磁路结构 外磁式 内磁式 内外磁式 工作原理 转动方向 F 每一有效边产生的电磁力F: N S F ? nBlI 转动力矩M: rF M ? 2Fr ? 2nBlIr 线圈匝数 磁感有应线效强圈边度中的流 有过效的长电度流 由于线圈平面的面积A为: 转轴中心 A ? 2lr 故转动力矩M: 到有效边 的距离 M ? 2Fr ? 2nBlIr ? nBAI 工作原理 转动方向 F 线圈的偏转使游丝产生反作用力矩Mf: N M f ? Da 平衡条件: M f ? F 即: 游丝反作用 偏转角度 D力a矩?系数nBAI S rF 所以: a ? nBA D I ? k D I ? KI 结论:指针偏角正比与被测电流的大小 说明: ? ? k I ? KI D 平衡时偏转角与线圈中的电流成正比。 偏转角大小可表示成电流的大小,刻度均匀。 电磁阻尼: 1、阻尼装置:铝框 2、原理:阻尼力矩阻碍线、阻尼力矩不影响测量结果。 磁电系仪表有极性 指针偏转方向与电流方向有关 电流从“+”端流入,从“-”流出,指针正向偏 转 磁电系仪表不能测交流电 原因:可动部分的机械惯性很大,跟不上变化很快 的交流电的变化,线圈虽有电流,实际上仍然静止。 2、技术特性 优点: 1、准确度高 可达0.5-0.1级 2、灵敏度高 小电流产生大力矩 适用低量限的仪表,如微安表、检流表等 3、功耗小 动圈线径小,允许通过的电流小 4、刻度均匀 缺点: 1、过载能力小 游丝和动圈的导线很细,电流过载, 导致游丝过热而弹性系数变化或线、只能测直流 转动力矩是交变的 3、磁电系电流表 扩大量程: 并联分流电阻Rs 问题: Ig Rg I Rs 把量程扩大n倍,Rs如何计算? 由Rs并联后 因 I ? nIg RgIg ? R g Ig ? RgRs Rg ? Rs RgRs Rg ? Rs nIg I ? Rs ? Rg n -1 例 有一磁电系表头,满刻偏转时,通过线A的电流表,应并联一个多 大的分流电阻? 解: 1 1000000 n? ? ? 2000 Ig 500 Rs ? Rg n -1 ? 200 200 ?1 ? 0.1Ω 磁电系表头设计成多量程的电流表 原理:并联多个不同电阻值的分流器 连接方式: Rg Ig I1 R1 I2 R2 I3 R3 - + (a)开路式 Rg Ig R1 R2 R3 I1 I2 I3 - + (b)闭路式 说明: 1、“-”端为不同量程的公共端 2、开路式 若R1R2R3,才有I1I2I3 缺点:因接触不良易使表头过载损坏 3、实用电路为闭路式 不论R1、R2、R3的大小,总有I1I2I3 使用: 1、串联使用 2、避免误差过大,选用电流表时应考虑其内阻 RV,要求满足: RA R ? 1 5 r 相对误差 3、使用前注意调零 4、接线:串联在低电位测;“+”入“-”出,或“+” 入“*”出。 5、正确读数:指针稳定,视线垂直 电流表的选择: 1、根据被测对象准确度要求,合理选择电流表 的准确度。 2、根据被测电流大小选择相应量程的电流表。 3、根据使用环境选择相应的电流表。 4、合理选择电流表内阻。 维护: 1、接线、测量中发现反转或满偏,立即断电停止测量。 3、测量完毕先断电,在拆卸电流表。 4、存放:干燥、通风、阴凉。 5、灵敏度高 、准确度高的仪表存放时要短接。 4、磁电系电压表 扩大量程: 串联附加电阻R Ig R Rg 问题: U 把量程扩大为m倍,附加电阻R如何计算? ? ? 由R串联后 U ? R g ? R Ig ? mR gIg 表头的量程: RgIg ? Ug ? R ? ?m -1?Rg 例 表头的内阻Rg=200Ω, Ig=500μA。若把 它制成30V的电压表,问需串联多大的附 加电阻R? 解: Ug ? IgRg ? 500?10?6 ? 200 ? 0.1V m ? U ? 300 Ug R ? ?m -1?Rg ? ?300 ?1?? 200 ? 59800Ω 磁电系表头设计成多量程的电压表 原理:串联多个不同电阻值的附加电阻 连接方式: Ig R1 R2 R3 Ig R1 R2 R3 - U1 U2 U3 (a)共用式 - U1 U2 U3 (b)单用式 说明: 1、共用式 不论R1、R2、R3的大小,总有U1U2U3 2、单用式 只有R1R2R3的大小,才有U1U2U3 3、重要参数-灵敏度 灵敏度= 电压表内阻(表头内阻+附加电阻) 相应量程 4、欧姆表 磁电系表头可做成欧姆表,测量电阻 欧姆表测量电阻的原理 Ig R Rg U 固定电阻R的确定 ab R为Rx=0(ab短接)使表头指针满刻 Rx 度偏转时的电阻。 U U Im ? Rg ? R ? R ? Im - Rg 接入Rx后的电流: I? U Rg ? R ? Rx 说明: U I? Rg ? R ? Rx 1、当U保持不变,Rx与I有一对应关系,指 针每一偏转角与确定的Rx相对应。 2、刻度不均匀,且零电阻刻度线、电阻标度尺一般与电压电流标度尺方向不同 零欧姆调整器 Rg 提出: 电源电压不是常数,而是变化的 c R 问题: 电源使用一段时间后,即使Rx=0(ab 短接),表头指针不再满刻度偏转。 解决: R0’ a Rx R0 d U bI 当电压变化时,令Rx=0,调整电位器R0,使 指针满偏转,然后再测Rx。 零欧姆电位器 (调零电位计) 中值电阻的意义 Rg 调零后: I ? R g ? U R ? R x c R Rx=0时,表头指针满 偏转,电流为I0。 Rx=R’g+R时,表头指 针指在刻度线中间位置 上。电流为I0/2。 欧姆表标 度尺中心 欧姆值就 是欧姆表 的总内阻 值。 R0’ a Rx R0 d U bI 中 值 电 阻 的 意 义 说明: 1、标度尺不均匀,有效测量范围局限于标度尺 中间部分。 一般取中值电阻的0.1-10倍 2、扩大测量范围 一只表内使用同一条标度尺,却有中值不 同的多档,各挡中值电阻之间十进制计算。 使用: 1、并联使用 2、避免误差过大,选用电压表时应考虑其内阻 RV,要求满足: R RV ? 1 5 r 相对误差 例 用量程100V的电压表去测2kΩ负载上的电 压(80V),要求由于内阻而产生的测量 结果的误差不大于±10%,应选用内阻为 多大的电压表? 解: 根据规定: R RV ? 1 5 r 有: 5R 5? 2 RV ? r ? k? ? 1M? 10% 故应选用内阻大于1MΩ(或每伏电阻大 于15kΩ)的电压表 维护: 1、正确选择磁电系电压表:准确度、量程、内 阻、使用条件等。 2、测量方法:并联;接线、改变量程:先断开电路,再改变量程。 4、存放:短接正负级。 第二节 电磁系仪表 应用 工程上测量交流电流和电压 测量机构 排斥式 吸引式 1、结构示意图 吸引型测量机构 1、结构示意图 吸引原理 1、结构示意图 排斥型测量机构 1、结构示意图 排斥型测量机构 2、工作原理 利用磁化后的铁片被吸引或排斥作用而 产生转动力矩 现象: 改变固定线圈电流方向,两铁片的磁化方 向也同时改变,两铁片仍处排斥或吸引。 结论:转动方向与固定线圈中电流方向无关 电磁系仪表没有“+”、“-”极性,可测交流或直 流 原理(排斥式): 斥力大小 铁片磁性强弱 线圈中的电流 线圈内磁场强弱 由上可推导出: M ? ki2 瞬时转动力矩与线圈内电流的平方成正比 在一个周期内的平均值为: ? ? ? M ? 1 T 1 Mdt ? T ki2dt ? k T i2dt T0 T0 T0 ? M ? kI2 交流电流有效值 转动力矩的平均值与交流电流的有效值成正 比 M ? kI2 反作用力矩 Ma ? D ?? 当处于平衡时: M ? Ma ? kI 2 ? D ?? ?? ? k D I2 ? k0I2 说明: ? ? k D I2 ? k0I2 1、平衡时偏转角与线圈中的电流平方成正比。 2、刻度不均匀。 3、阻尼装置:空气阻尼器 4、K0与仪表结构有关的常数 5、吸引式仪表结构与排斥式相似 3、主要特点 优点: 1、可测交流或直流,测量结果为交变量的有效值 2、过载能力强 固定线圈通电流,可选用较粗导线、结构简单,成本低。 缺点: 1、采用磁屏蔽 内部磁场弱,受外磁场影响大 2、准确度低 直流测量时,有磁滞、涡流现象 交流测量时,受频率影响 3、刻度不均匀 3、电磁系电流表 原理: 1、加粗导线、改变固定线圈匝数,改变电流量程。 分类: 1、安装式-单量程 2、可携式-双量程或三量程 问题: 如何扩大量程? 扩大量程: 将固定线圈分段,改变分段线圈的连接方式 双量程电流表原理线 I I 线圈串联 线圈并联 不采用分流器扩大量程 3、电磁系电压表 原理 固定线圈用细导线绕较多匝数。 扩大量程方法:串联附加电阻(固定线V 第三节 电动系仪表 1、 结 构 示 意 图 2、工作原理 利用可动线圈通过电流与磁场作用形成转矩 瞬时转矩: m ? ki1i2 设i1、i2按正弦规律变化 i1 ? I1msin??t? i2 ? I2msin??t ? ? ? ? m ? kI1mI2msin??t?sin??t ? ? ? 平均转矩: ? ? Mav ? 1 T T mdt 0 ? k T I1m I 2 m T sin??t?sin??t ? ? ? 0 ? M av ? kI1I2 cos? 反作用力矩 Ma ? D ?? 当处于平衡时: Mav ? Ma ? kI1I2cos? ? D ?? ? ? ? k D I1I2cos? ? k 0 I1I 2cos? 结论: 偏转角不仅与通过固定线圈和可动线圈中 的电流有关,而且与两电流间相位差的余 弦成正比。 3、主要特点 优点: 1、准确度高。 不含铁磁性物质,没有磁滞现象。 2、交直流两用 3、做成功率表,刻度均匀 缺点: 1、过载能力差 可动线、功率消耗大 磁场由电流足够大的固定线、电流和电压表的标尺刻度不均匀 4、测交流时,引起频率误差 4、电动系功率表 原理: 电动式功率表(瓦计)测负载功率时的接线固定线圈 I W 电流 R U 负 载 线可动线圈 电压 线圈 直流电路 有: I1 = I I1 W I I2 ? 仪表偏转角度: U R2 I2 ? ? k I1I2 ? k R2 UI 偏转角度与负载吸收功率UI=P成正比 交流电路 I1 W I 有: I1 = I(有效值) U I2 I2 ? 仪表偏转角度: Z2 (U和I2是同相) ? ? k I1I2cos? ? k Z2 UIcos? 偏转角度与负载吸收功率P=UIcosφ成正比 功率表的量程 功率表一般是多量程的 两个电流量程:两个固定线圈串联或并联实现 不同电压量程:串以不同的附加电阻 电流量程和电压量程决定功率量程 功率表的选择和正确使用 1、功率表量程选择: 电流线圈不过载,电压线、瓦计“发电机端”接线规则 电流支路和电压支路的一端标有特殊标记 “±”“*” 接线原则:对于电流线圈,有*号的一端必须 接在电源一端,另一端接至负载;对于电压线 圈,有*号一端可以接在电流线圈的任一端, 电压线圈的另端应跨接到负载的另一端。 3、接法 * 电 *W 负 源 载 前接法 * 电 W* 负 源 载 后接法 前接法:瓦计读数包括电流线圈损耗在内 后接法:瓦计读数包括电压线圈损耗在内 选择: 1、电流变电压不变,采用后接法 原因:电压线圈引起的误差可以计算 ?Pu ? U2 R 负载功率=功率表读数-固定误差△PU 2、电流电压都变,选用误差引起小的 注意:瓦计反转时,φ >90°,功率本身为负值, 是输出功率; 解决:电流线圈两个端子调换或使用倒向 开关,但读数应记为负值。 4、瓦计的正确读数: 瓦计的标度尺只标分格数,不标瓦数 原因:选用不同的电流量程和电压量程时每格 代表的瓦数不同。 瓦计分格常数:每格代表的瓦数 确定瓦数: A、查阅分格常数表 电压线圈量程 B、计算 C ? UmIm 分格常数 am 电流线圈量程 表盘总格数 5、低功率瓦计 问题:测交流电路的功率P=UIcosφ Cosφ 很小,P也很小,普通瓦计不便测量, 测量误差很大。 解决: 使用低功率因数瓦计,简称低功率瓦计 特点:采取特殊的消除误差的措施 第四节 万用表 介绍 万用表:又称为繁用表、多用表 适用:测量直流交流电量,或其它电路参数 分类:指针式、数字式 特点:多种用途、多种量限、携带方便 500型万用表 DT890D型数字式万用表 1、结构 表头(测量机构)、测量线路、转换开关 表头: 采用磁电系测量机构 满刻度偏转电流一般为几微安,灵敏度高 内阻非常大,达20-100kΩ /v 测量线路: 提供多种变换,测量线路复杂 转换开关: 采用多刀多掷波段开关或专用转换开关 2、电路原理 直流电流的测量 采用多量限分流器扩大量限 多量程分流器有开路式和闭路式两种 500型 万用表 (闭路 式) 开路式分流器 直流电压的测量 采用多量限附加电阻扩大量限 附加电阻接法:单独配用式和共用式 500型 万用表 (共用 式) 单独配用式附加电阻串联方式 交流电压的测量 表头设计 磁电系表头 + 整流器 整流系仪表 原理: 万用表采用两只整流元件的半波整流电路 平均转矩与整流电流平均值有关 I ? 2.22Icp a D2 D1 b 万用表的标尺均按正弦交流 电的有效值进行刻度 500型 万用 表交 流电 压测 量电 路 直流电阻的测量 采用多量限欧姆表 500 型万 用表 直流 电阻 测量 电路 直流电阻测量电路简化电路 a、b端开路时 指针不偏转,刻度指向“∞” R Ig Rg U ba a、b端短路时 Rx 适当选择Ri(内阻),使其电流 正好等于表头的满偏电流,刻度指向“0” 零欧姆调整电路 分压式零欧姆调整器 Rg c R0’ R0 d R U b aI Rx 改变电阻挡的量程,可采用以下两种方法 保持电源电动势不变,改变分流电阻值。 改变分流电阻的同时,提高电源电动势。 注意: 置“电阻”挡位时,其“正”表笔与内部电池 负极相接,其“负”表笔与内部电池正极相接。 3、万用表使用方法及注意事项 A、量程转换开关必须正确选择被测量电量的挡 位,不能放错;禁止带电转换量程开关;切忌 用电流或电阻挡测量电压。 B、在测量电流或电压时,如果对于被测量电流、 电压的大小心中无数,则应先选最大量程,然后 再换到合适的量程上测量。 C、测量直流电压或电流时,必须注意极性。 D、测量电流时,应特别注意必须把电路断 开,将表串接于电路中。 E、测量电阻时不可带测量,必须将被测量电阻 与电路断开;使用欧姆挡时换挡后要重新调零。 F、每次使用完后,应将转换开关拨到空挡或交 流电压最高挡,以免造成仪表损坏;长期不使用 时,应将万用表中的电池取出。 转动调零电位器,使指针指零 读取最上面的电阻刻度,再乘以10倍 (a)电压电流挡刻度线 (b) 欧姆挡刻度线 本章结束


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