电学基本量的测量

R0
R fj
V
U α = SI R0 + Rfj SI U = R0 + Rfj
21
第3章 电学基本量的测量
2.附加电阻的确定
设：扩大量限的倍数为m
U = mU0 Rfj + R0 U = =m U0 R0
R0
R fj
V
Rfj = ( m − 1 )R0
结论
要使电压量程扩大m倍，需串联的附加电阻应为原仪表内 阻的m-1倍。
U′ − U −1 = γ= RV RV U 1+ + R Ri
只有当电压表内阻远大于待测电阻时，可忽略电压 表的接入误差。 4） 准确度的选择
原则为准确性与经济性综合考虑，一般按下式选择：
±K
0
0
≤
γAx
Am
28
第3章 电学基本量的测量
3.1.4 磁电式检流计
磁电式检流计结构
磁电式检流计与一般磁电式测量机构在基本结构上 的改进措施：
9
第3章 电学基本量的测量
机电式仪表可动部分作用力矩三要素：转动力矩、 转动力矩、 转动力矩 反作用力矩、阻尼力矩 反作用力矩、阻尼力矩。
10
第3章 电学基本量的测量
4. 机电式仪表的准确度等级
正向、线性刻度的仪表的准确度等级在数值上 等于用最大引用误差(满度相对误差)百分数表示 的基本误差。 例如，一块电压表的量限为Um=100v Um=100v， 例如，一块电压表的量限为Um=100v，已知该 表在使用过程中可能出现的最大绝对误差为 U=1V，则该表的最大引用误差为： ∆U=1V，则该表的最大引用误差为：
2
第3章 电学基本量的测量
重点 1.磁电系测量机构的结构和原理
2.磁电系电流表、 2.磁电系电流表、电压表和检流计的结 磁电系电流表 构和原理 3.直流电位差计的结构和原理 3.直流电位差计的结构和原理
3
第3章 电学基本量的测量
3.1.1 机电仪表的一般原理
机电结构式的原理：电磁作用原理 特点：把不能为人们直接观察的电量转变成仪表活动部分在空间 的角位移（偏转角），根据偏转角与被测量间的函数关系确定被 测量的大小。 工作原理：在每个测量机构中包含有固定部分和可动部分。当被 测量引入测量机构后，由于固定部分和可动部分之间相互的电磁 作用而产生电磁力。该力对可动部分作用形成转动力矩，在此力 矩的作用下，活动部分产生角位移。从而将被测量转变成角位移
17
Rf
第3章 电学基本量的测量
结论
1.欲扩大量程为原量程的n倍，需与表头并联一阻值为表 头电阻的1/(n-1)倍的分流电阻。 2.与表头并联不同阻值的分流电阻，就可构成不同的电 流量程，从而构成多量程电流表。
R0
闭路式分流器的多 量程电流表原理
R1
I1
R2 I2
R3
I3
*
18
第3章 电学基本量的测量
32
第3章 电学基本量的测量
使用注意事项
1.检流计灵敏度高、结构脆弱、 易损坏、不能过载或振动。使用 时应轻拿轻放。用完或搬动时， 须将灵敏度开关打到短路位置， 以增大阻力，减少振动。 2. 根据测量任务选择检流计灵 敏度。流过检流计的电流大小未 知时，应在外电路中串入保护电 阻，测量时逐步提高灵敏度，到 满足测量任务为止。
4
第3章 电学基本量的测量
1.组成：
通常由固定部分、活动部分两部分组成。 固定部分：固定线圈、磁路系统、标尺等 活动部分：可动线圈、可动铁芯、游丝、指针等。
2.测量机构的基本结构
1）产生转动力矩的装置 常用电工测量指示仪表转动力矩产生的方式有： i）磁电式仪表的转动力矩：由永久磁铁与通有直流电的可动线 圈相互作用而产生。 ii）.电磁式仪表的转动力矩：由通电固定线圈产生的磁场与可 动铁片相互作用产生。
4. 表征仪表指标及性能的符号
符号 含义 直流响应 符号 含义 电磁式仪表
交流响应
电动式仪表
未经受电压 实验 电屏蔽
感应式仪表
静电式仪表
13
第3章 电学基本量的测量
3.1.2磁电系测量机构 1.组成：主要由固定的磁路系统和可动铝框组成 磁路系统包括：永久磁铁、弧形极掌、铁芯 原理：主要利用永久磁铁产生的磁场和载流线圈相互作用的原 理产生转动力矩。
∆U γn = ± 100% = ±1% Um
11
第3章 电学基本量的测量
我国国家标准规定常用机电式仪表的准 确度等级有7级：
0.1 0.2 0.5 1.0 1.5 2.5 5.0
准确度等级K ±0.1 ±0.2 ±0.5 ±1.0 ±1.5 ±2.5 ±5.0 基本误差（%）
12
第3章 电学基本量的测量
E
R0 R0 x
K
R
Rn
I
Ex
I I
En
36
第3章 电学基本量的测量
2.测量步骤及工作原理
1）校准工作电流I：将开关K投向位置I，使检流计与校 准回路接通。调节R，使检流计指示为零。
U Rn = En
En I= Rn
E − En E I= = R + R0 R + R0 + Rn
E
R0
R
Rn
I
En
1）用张丝或悬丝悬吊动圈来代 替轴与轴承支承动圈的结构 悬丝：用很细的黄金或紫铜作成，
N
铁 芯
S
D很小。 电流引线：用无弹性的金或银丝 构成
BNS SI = D
29
第3章 电学基本量的测量
2）用光标指示装置代替指针 原理：动圈带动小镜偏转某一角度时，反射光线偏转了2倍 d 的角度，在标尺上偏转了位移d.
2）.产生反作用力矩的装置
指示仪表中产生反作用力矩的方法： （1）机械力 （2）电磁力 （3）利用铝盘在磁场中运动所感应的涡流
Mα = F2 (α ) 或：Mα = Dα
7
第3章 电学基本量的测量
3.产生阻尼力矩的装置
（1）原理 （2）指示仪表常用的阻尼力矩装置 空气型阻尼器 磁感应型阻尼器
8
第3章 电学基本量的测量
tg2α =
L
很小时： α很小时： tg2α ≈ 2α d = 2αL
L
d
′ d = 2SI IL = SI I
α = SI I
′ SI = 2SI L
30
第3章 电学基本量的测量
“光点式检流计”，原理示意图
1—反射镜；2—可动小镜；3—反射镜；4—光源； 5—标尺；6—外壳。
31
第3章 电学基本量的测量
37
I
第3章 电学基本量的测量
2）测量Ux
将开关K投向位置II，检流计与测量回路接通，调节Rox，使检 流计指零。
E
R0 R0 x
R I
Rn
U Rox = Ex
Ex I= R0 x
Ex
II
38
第3章 电学基本量的测量
E − Ex E I= = R + Rn + R0 − R0 x R + R0 + Rn
第3章 电学基本量的测量
第3章电学基本量的测量
直流电流和直流电压的测量 电阻的测量 交流电流、电压的测量 电学基本 量的测量 功率的测量 交流电路元件参数的测量 电子电压表
1
第3章 电学基本量的测量
第3.1节 直流电流和直流电压的测量 3.1节
机电式仪表的工作原理 磁电系测量机构 磁电式电流表 直流电流和直 流电压的测量 磁电式电压表 磁电系检流计 直流电位差计
14
第3章 电学基本量的测量
思考：为什么上下游丝绕向相反？ 思考：为什么上下游丝绕向相反？
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第3章 电学基本量的测量
偏转角与动圈电流的关系
1) 转动力矩：
F 1
N S
r
F = BNIL 1 M = 2rF1 = BNIA
2) 反作用力矩
Mα = Dα
M = Mα
B
3) 灵敏度
BNA SI = D
E
R0 R0 x
R I
Rn
Ex En I= = R0 x Rn
Ex
II
En Ex = R0 x Rn
39
第3章 电学基本量的测量
3. 电位差计的使用 1. 调节测量电阻Ro时不能改变电位差计回路的总电阻，以保 证工作电流I恒定不变。 2. 用直流电位差计测量电压源的电压时，其测量的是电压源 的电动势，而不是端电压。 3.国家标准规定的直流电位差计的准确度等级有：0.0005， 0.001，0.002，0.005，0.01，0.02，0.05和0.1。
34
ห้องสมุดไป่ตู้
第3章 电学基本量的测量
直流电位差计的工作原理
E
R0 R0 x
K
R
Rn
I
Ex
II
En
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第3章 电学基本量的测量
1.构成
由三个回路构成： 工作电流回路：工作电源E，调 节电阻R，标准电阻Rn，可调电 阻Ro； 校准工作电流回路：标准电阻 Rn，标准电池En，指零仪表检 流计G； 测量回路：可调电阻Rox，被测 电压Ex，检流计G
22
第3章 电学基本量的测量
3. 多量程电压表
R1
R0
R2
R3
U1
U2
U3
Rv3
4 实际多量程电压表
Rv1 Rv2
*
Rf
U1
U2
U3
23
第3章 电学基本量的测量
24
第3章 电学基本量的测量
小结：.电流、电压测量应注意事项
1.正确的接线 电流表串联于电路中，电压表并联于被测点 电流表的正极性端应接在电流流入的一端，电压表的正极性 端应接在高电位端。 2.仪表的选择 1) 类型选择：根据被测电流的种类进行。 直流：用直流电流、电压表 交流：正弦量：用电磁式或电动式等交流电流、电压表 测其有效值 非正弦量：有效值：电磁式或电动式仪表 平均值：整流式、磁电式 峰值： 峰值表、示波器
接I1接头时: Rf = R1 + R2 + R3
对应量限: R0 I1 = R + R + R + 1 I0 2 3 1
R0
R1
I1
R2 I2
R3
I3
*
R0
接I 2接头时: Rf = R2 + R3
对应量限: R1 + R0 I2 = + 1 I0 R +R 3 2
26
A
第3章 电学基本量的测量
RI ∆I γ = =− 100% I R + RI
1 R时， 忽略电流表内阻对测量 当RI ≤ 100 结果的影响。
（2)电压表的接入误差及内阻的选择:
Ri
E
V RV
R
R U= E R + Ri
R // RV U′ = E Ri + R // RV
27
第3章 电学基本量的测量
25
第3章 电学基本量的测量
2) 量限的选择：
仪表的量限大于被测量 为减小测量误差，使仪表工作在后半段；
1 Am ≤ Ax ≤ Am 2
U （1)电流表的接入误差及内阻选择: 接入前: I = R
3)内阻的选择
R
U
RI
U 接入后: I ′ = R + RI
RIU ∆I = I ′ − I = − R( R + RI )
3.不能用万用表或电桥去测量检流计内阻，以防烧坏检流计动圈 4.按规定放置工作位置，具有水平指示装置的，用前应调好水平。
33
第3章 电学基本量的测量
3.1.5 直流电位差计
直流电位差计：是一种用比较法进行测量的仪器。其原理是 根据被测电动势与仪器中电阻上已知电压降相互平衡这一原 理而做成，又称补偿器，可用来测电动势、电压、电流、电 阻等。 直流电位差计在测量中用了标准电池和标准电阻做比较 量具，所以测量的准确度较高，可达0.001%，而用直读 式仪表测电流、电压的最高准确度只能达到0.1%。
40
第3章 电学基本量的测量
4. 由于标准电池的电动势受环境温度的影响，只有在 20°C条件下工作时，其电动势才与铭牌上标出的相符。为了 在不同的温度下得到同一工作电流，Rn必作相应变化： Rn是 由一个固定标准电阻和一个小的调节电阻串联而成，这个小 的调节电阻叫做温度补偿电阻。
E
R1
R2
R3
19
第3章 电学基本量的测量
扩大量限后灵敏度的改变
′ ′ α = SI I0 = SI I1 = SI nI0 SI 可见：提高电流量限是 ′ SI = 以牺牲灵敏度为代价的 n
3.微小直流电流的检测
——磁电式检流计
20
第3章 电学基本量的测量
3.1.3.磁电式直流电压表
1.直读式直流电压表： 凡能测量直流电流的仪器均能测量直流电压。只是直流 电流表的内阻小，不能承受较高的直流电压。必须与直 流毫安表或微安表串联分压电阻（附加电阻），使大部 分电压承受在附加电阻上。
5
第3章 电学基本量的测量
iii）.电动式仪表的转动力矩：由通电固定线圈产生的磁场 与通电可动线圈相互作用产生。 iv）.感应式仪表的转动力矩：由通电固定线圈产生的磁场与 可动铝盘所感应的涡流相互作用产生。
M = F ( x,α ) 1
M : 转动力矩 x : 被测量
α : 指针偏转角位移
6
第3章 电学基本量的测量
BNIA = Dα
BNA α= I D
16
α = SI I
第3章 电学基本量的测量
3.1.2.磁电式直流电流表
1.直接用磁电式测量结构测量直流电流
I0
R0
设电流表量程扩大n倍:
2.较大直流电流的测量
I0
I = nI0
I
IR
R0
I R = ( n − 1 )I0
I R Rf = I0 R0 R0 Rf = n−1