电工仪表与测量第二章

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一节,第二节,第三节,第四节,第五节,第二章,电流与电压的测量,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,测量机构,转换开关,分流电阻,演示用电表,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,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,磁感应阻尼器,在动圈中加装短路线圈，利用短路线圈中产生的感生电流与磁场相互作用产生阻尼力矩。,根据磁路系统的结构不同，又可分为：,外磁式：永久磁铁在可动线圈的外部。,内磁式：永久磁铁在可动线圈的内部。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。,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,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。,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,M,I,，,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,M,f,，,故反作用力矩也越大。当线圈受到的转动力矩与反作用力矩大小相等时，,M,M,f,，,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。,磁电系测量机构的工作原理,磁电系仪表的特点,优点：,准确度高、灵敏度高。,功率消耗小。,刻度均匀。,缺点：,过载能力小。,只能测量直流。,直流电流表的组成,二、直流电流表,设磁电系测量机构的内阻为,R,C,，,满刻度电流为,I,C,，,被测电流为,I,X,，,则分流电阻,R,A,的大小可以按下述步骤进行计算。,第一步，先计算电流量程扩大倍数,第二步，计算分流电阻,分流电阻的计算,例,现有一只内阻为,200,、,满刻度电流为,500,A,的磁电系测量机构，由于生产需要，要将其改制成量程为,1A,的直流电流表，问应并联多大的分流电阻,?,解：先求电流量程扩大倍数,应并联的分流电阻为,答：若要将其改制成量程为,1A,的直流电流表，,应并联一只,0.1,的分流电阻。,分流电阻一般采用电阻率较大、电阻温度系数很小的锰铜制成。,当被测电流小于,30A,时，可采用内附分流器。,当被测电流大于,30A,时，可采用外附分流器。,外附分流器及其接线,电流端钮,电位端钮,开路式分流器,闭路式分流器,多量程直流电流表,三、直流电压表,直流电压表的组成,第一步：先计算磁电系测量机构的额定电压,U,C,=,I,c,R,c,第二步：计算电压量程扩大倍数,第三步：计算所需串联的分压电阻,分压电阻的计算,例,现有一只内阻为,500,、,满刻度电流为,100,A,的磁电系测量机构，根据实际需要，要将其改制成,50V,量程的直流电压表，问应串联多大的分压电阻？该电压表的总内阻是多少？,解：先求出测量机构的额定电压,U,C,=,I,c,R,c,=100,10,6,500=0.05 V,再求出电压量程扩大倍数,应串联的分压电阻为,R,v,=,（,m,1),R,c,（,1 000,1,）,500=499 500,该电压表的总电阻为,R,R,c,+,R,v,500,499 500,500 000,500 k,多量程直流电压表,电压灵敏度,电压灵敏度的作用,：,（,1,）表示电压表指针偏转到满刻度时取自被测电流的电流值。,（,2,）能方便地计算出该电压表各量程的内阻。,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，取自被测电路的电流越小，对被测电路的影响越小，测量准确度越高。,电压灵敏度为,20k,V,，,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,1V,20k,50A,，,在,10V,挡时电压表内阻是,10 20k,200k,四、直流磁电系检流计,磁电系检流计是一种专门用来测量微小电流或电压的高灵敏度仪表，主要用于以直流电工作的电测仪器中作指零仪使用。,磁电系检流计的结构,为提高检流计的灵敏度，结构上要采用以下措施：,采用张丝或悬丝支撑代替轴尖轴承结构,用光标指示装置代替指针,张丝支撑结构,悬丝支撑结构,光标指示原理,复射式光点检流计,使用检流计的注意事项,搬动时必须轻拿轻放。,使用时要按正常工作位置放置。有水准仪者，使用前要先调整好水平；没有水准仪者也应安放在水平位置使用。,搬动或使用完毕，应将止动器锁上。无止动器的，要合上短接动圈的开关，或用导线将两接线端子短路。,禁止用万用表或电桥直接测量检流计的内阻。,检流计应放置在于燥、无尘、无振动的场所使用或保存。,思考与练习,简述磁电系测量机构的工作原理。,磁电系测量机构中游丝的作用是什么？,磁电系仪表的优点和缺点有哪些？,计算分流电阻的步骤有哪些？,如何连接分流电阻？,为什么多量程直流电流表多采用闭路式分流电路？,检流计的特点是什么？主要用途是什么？,返回章目录,第二节,交流电流表与电压表,配,电,柜,上,的,交,流,仪,表,1T1-A,型,电,磁,系,电,流,表,一、电磁系测量机构,电磁系测量机构主要由固定线圈和可动软磁铁片组成。这里，游丝的作用只是产生反作用力矩，而不通过电流。,根据其结构形式的不同，可分为吸引型和排斥型两类。,吸引型测量机构,排斥型测量机构,磁感应阻尼器原理示意图,吸引型测量机构工作原理,电流正向,电流反向,排斥型测量机构工作原理,电流正向,电流反向,电磁系测量机构的工作原理,利用通电流的固定线圈产生磁场，使铁心磁化。然后利用线圈与铁心（吸引型）或铁心与铁心（排斥型）相互作用产生转动力矩，带动指针偏转。,指针偏转角与线圈中电流的关系,吸引型测量机构：转动力矩取决于固定线圈的磁场和可动铁片被磁化后的磁场强弱，而它们磁场的强弱又都与被测电流有关。转动力矩的大小应与线圈磁势的平方成正比。,排斥型测量机构：转动力矩取决于固定铁片和可动铁片被磁化后磁场的强弱，而它们的磁场也都与被测电流有关。排斥型测量机构转动力矩的大小也应与线圈产生磁势的平方成正比。,显然，电磁系测量机构的转动力矩与线圈磁势的平方成正比，即,M,K,1,（,N I,）,2,上式说明，电磁系测量机构指针的偏转角,与被测电流的平方成正比，因此可用来测量被测电流的大小。,电磁系仪表的特点,优点,既可测量直流，又可测量交流。,过载能力强，制造成本低。,缺点：,标度尺刻度不均匀。,易受外磁场影响,。,电磁系电流表的刻度不均匀,磁屏蔽的原理,无定位结构,二、交流电流表,电磁系交流电流表通常由电磁系测量机构组成。,由于电磁系电流表的固定线圈直接串联在被测电路中，所以，要制造不同量程的电流表时，只要改变线圈的线径和匝数即可。,电磁系电流表,安装式电磁系电流表,：,一般制成单量程，但最大量程不得超过,200A,。,在测量较大的交流电流时，仪表须与电流互感器配合使用。,便携式电磁系电流表：,一般都制成多量程的。但它不能采用并联分流电阻的方法扩大量程。而是采用将固定线圈分段，然后利用分段线圈的串、并联来实现。,双量程电磁系电流表原理,线圈串联,线圈并联,三、交流电压表,电磁系交流电压表由电磁系测量机构与分压电阻串联组成。,安装式交流电压表,:,一般都做成单量程的，且最大量程不超过,600V,。,要测量更高的交流电压时，仪表要与电压互感器配合使用。,便携式交流电压表,:,一般都做成多量程 的，并采用了共用式分压电路。,双量程电磁系电压表,四、整流系交流电压表,整流系电流表和电压表,整流系交流电压表的组成,磁电系测量机构和整流装置组成的仪表称为整流系仪表。,整流系交流电压表是在整流系仪表的基础上串联分压电阻而成的。其中，整流系测量机构是整个仪表的核心。,整流系交流电压表中的整流电路,半波整流电路,全波整流电路,交流电的大小习惯上是指交流电的有效值。为此，我们可根据交流电有效值与平均值之间的关系来刻度标度尺。,对于半波整流,I,有效,1.11,I,平均,对于全波整流,I,有效,2.22,I,平均,这样一来，交流电压表的标度尺就可以直接按交流电的有效值来进行刻度，即整流系交流电压表的读数是正弦交流电压的有效值。,思考与练习,简述电磁系仪表的结构。,为什么电磁系仪表可以交直流两用？,磁电系仪表和电磁系仪表的标度尺有什么不同？为什么？,电磁系仪表的过载能力为什么比较强？,如何减小外磁场对电磁系仪表的影响？,便携式电磁系电流表是如何扩大量程的？,整流系交流电压表有哪些优缺点？,返回章目录,第三节,仪用互感器,仪用互感器是用来按比例变换交流电压或交流电流的仪器，它包括变换交流电压的,电压互感器,和变换交流电流的,电流互感器,。,一、仪用互感器的用途,扩大交流仪表的量程。,测量高电压时保证工作人员和 仪表的安全。,有利于仪表生产的标准化，降低生产成本。,二、电流互感器,电流互感器实际上是一个降流变压器，能把一次侧的大电流变换成二次侧的小电流。一般电流互感器二次侧的额定电流为,5A,。,电流互感器的一次侧额定电流,I,1N,与二次侧额定电流,I,2N,之比，叫做电流互感器的额定变流比，用,K,TA,表示，即,电流互感器的符号,电流互感器的接线图,与电流互感器配合使用的交流电流表,LDZJ1-10,型,常用电流互感器,LDZJ1-10,型,LQG-0.5,型,LAZBJ-10,型,LMZ1-0.5,系列,电流互感器的正确使用,要正确接线。将电流互感器的一次侧与被测电路串联，二次侧与电流表串联。,电流互感器的二次侧在运行中绝对不允许开路。因此，在电流互感器的二次侧回路中严禁加装熔断器。运行中需拆除或更换仪表时，应先将电流互感器的二次侧短路后再进行操作。,电流互感器的铁心和二次侧的一端必须可靠接地。,接在同一互感器上的仪表不能太多。,二、电压互感器,电压互感器实际上就是一个降压变压器，它能将一次侧的高电压变换成二次侧的低电压。,电压互感器二次侧的额定电压一般为,100V,。,电压互感器一次侧额定电压,U,1N,与二次侧额定电压,U,2N,之比，称为电压互感器的额定变压比，用,K,TV,表示，即,电压互感器的符号,电压互感器接线图,常用电压互感器,JDJ-6,、,10,型,JDZ-3,、,6,、,10Q,型,JDG4-0.5,型,电压互感器的正确使用,要正确接线。将电压互感器的一次侧与被测电路并联，二次侧与电压表并联。,电压互感器的一次侧、二次侧在运行中绝对不允许短路。因此，一次侧、二次侧都要加装熔断器。,电压互感器的铁心和二次侧的一端必须可靠接地。,思考与练习,仪用互感器的用途有哪些？,为什么不能用并联分流电阻的方法扩大交流电流表的量程？,如何正确使用电流互感器和电压互感器？,为什么电流互感器的二次侧在运行中绝对不允许开路？而电压互感器的二次侧在运行中绝对不允许短路？,能用电压互感器扩大直流电压表的量程吗？为什么？,返回章目录,第四节,钳形电流表,钳形电流表的最大优点是可以在不切断电路的情况下测量运行中的交流电动机的工作电流，从而很方便地了解电动机的工作状态。,实际使用的钳形电流表分为指针式和数字式两大类。,一、钳形电流表的构造及原理,互感器式钳形电流表,互感器式钳形电流表只能测量交流电流。如,T301,、,T302,、,MG24,等型号的钳形电流表就属于此类仪表。,电磁系钳形电流表,由于电磁系仪表可动部分的偏转方向与电流极性无关，因此它可以交、直流两用。,在测量运行中的绕线式异步电动机的转子电流时，因为转子电流的频率很低，若用互感器式钳形电流表则无法测量其准确数值，这时只能采用电磁系钳形电流表。,MG20,、,MG21,型钳形电流表属于交、直流两用的电磁系钳形电流表。,数,字,式,钳,形,电,流,表,测量时将被测导线置于钳口中央,二、钳形电流表的使用,钳口要结合紧密，有污物要及时清洗,测量,5A,以下较小,电流时，可将被测,导线多绕几圈再放,入钳口测量。被测,的实际电流等于,仪表读数除以放进,钳口中导线的圈数,测量完毕，一定要将仪表的量程开关置于最大位置上,思考与练习,钳形电流表的最大优点是什么？,简述互感器式钳形电流表的结构和用途。,简述电磁系钳形电流表的结构和用途。,如何正确使用钳形电流表测量电路中的电流？,返回章目录,第五节,电流表与电压表的选择和使用,一、电流表和电压表的选择,根据电工测量的目的和要求，合理选择电流表和电压表。在选择时应按照仪表类型、准确度、仪表内阻、量程、工作条件以及绝缘强度等方面，既全面又有所侧重地进行选择。,选择仪表类型,测量直流电流、电压,选择磁电系仪表。,测量交流电流、电压,选择电磁系或整流系仪表，当要求准确度较高时，可选择电动系仪表。,交、直流两用,选择交、直流两用的电磁系仪表，在要求准确度较高的场合可选择电动系仪表。,选择仪表准确度,作为标准表或精密测量：选用,0.1,级或,0.2,级的仪表；,实验室：选用,0.5,级或,1.0,级的仪表；,一般的工程测量：选用,1.5,级以下的仪表。,与仪表配合使用的附加装置，如分流电阻、分压电阻、仪用互感器等，其准确度等级应比仪表本身的准确度等级高,2,3,挡。,选择仪表内阻,选择仪表内阻时要满足：,电压表内阻应尽量大些；,电流表内阻应尽量小些。,选择仪表量程,根据以下原则选择电流表和电压表的量程：,所选量程要大于被测量；,把被测量范围选择在仪表标度尺满刻度的三分之二以上范围内；,在无法估计被测量大小时，应先选用仪表最大量程试测后，再逐步换成合适的量程。,选择仪表的工作条件,凡是实验室使用的仪表一般选择便携式仪表，开关板或电气设备面板上的仪表应选择安装式仪表。,对于环境温度、湿度、外界电磁场等条件有特定要求时，应按其要求进行选择，以尽量减小仪表的附加误差。,选择仪表的绝缘强度,选择仪表时，还要根据被测电路电压的高低，来确定仪表的绝缘强度，以免发生危害人身安全及损坏仪表的事故。,仪表的绝缘强度要高于被测电路的电压。,直流电流表的接线,带有分流器的直流电流表,二、电流表的使用,交流电流表的接线,交流电流表通过互感器接线,在测量较高电压电路的电流时，电流表应串联在被测电路中的低电位端，以保证操作人员的安全。,电流表如果错接成并联会造成电路短路，并烧毁电流表，因此应严格禁止！,三、电压表的使用,电压表接线,交流电压表通过互感器接线,如果将电压表错接成串联，则会因其内阻太大，使测量电路呈开路状态，电压表也无法正常工作。,思考与练习,为什么要求与仪表配合使用的附加装置的准确度比仪表本身的准确度更高？,如何选择电流表和电压表的量程？,如果将电流表错接成并联，会出现什么情况？,如何正确使用电流表？,如何正确使用电压表？,返回章目录,