第三章 电学基本量的测量

U α = SI R 0 + R fj SI U = R 0 + R fj
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 = mU 0 R fj + R0 U = =m U0 R0
R fj = ( 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。
第3章 电学基本量的测量
3. 多量程电压表
4 实际多量程电压表
第3章 电学基本量的测量
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
4. 表征仪表指标及性能的符号
符号
含义 直流响应 交流响应 未经受电压 实验 电屏蔽
符号
含义 电磁式仪 表 电动式仪 表 感应式仪 表 静电式仪 表
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。
第3章 电学基本量的测量
2．机电式仪表可动部分作用力矩三要素 ① 转动力矩 ② 反作用力矩 ③ 阻尼力矩
第3章 电学基本量的测量
3. 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，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：
一.中值电阻的测量
1.直读测量 1) 直接测量法：用欧姆表或万用表欧姆档直接测量
磁电系欧姆表
欧姆表构成：由磁电式测量机构配合适当的测量电路构成。 原理：
U U I= = Rx + R0 + R Rx + Ri
第3章 电学基本量的测量
U α = SI I = SI Rx + Ri
第3章 电学基本量的测量
第3章 电学基本量的测量 4.使用直流电位差计应注意以下几点： ①直流电位差计灵敏度高，量限范围一般不大。选择量限 时，应使被测值的第一位读数出现在第一位读数盘上，以保 证精度。当待测电压大于电位差计的量限时，需外接分压器 扩大量限。
3
4
5
0
0 1 2
第3章 电学基本量的测量
②直流电位差计输入阻抗高，平衡时，不从待测电路取 电流。 ③接线时，应注意工作电源、标准电池和待测电压的极 性。 ④校准工作电流过程应尽量短，避免标准电池长时间充 放电，影响测量的准确性。
零欧姆调节器：为了减小由 于电源电压的下降而引起的 测量误差，常在测量电路中 接一与表头并联的可调电 阻，该电阻就叫做欧姆表的 零欧姆调节器。
U α = SI I = SI Rx + Ri
U Rox = E x
Ex I = R0 x
第3章 电学基本量的测量
E − Ex E I= = R + Rn + R0 − R0 x R + R0 + Rn
Ex En I = = R0 x Rn
En Ex = R0 x Rn
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。
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 = E n
E
R0
R
En I = Rn
E − En E I= = R + R0 R + R0 + Rn
I
Rn
I
En
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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。
第3章 电学基本量的测量
（2)电压表的接入误差及内阻的选择:
γ =
∆I
I
RI = − R + RI
1 当 RI ≤ R 时， 100
忽略电流表内阻对测量 结果的影响。
R U= E R + Ri
R // RV U′ = E Ri + R // RV
第3章 电学基本量的测量
U′ − U −1 γ = = RV RV U 1+ + R Ri
L
d = 2α L
′ d = 2 S I IL = S I I
α = SII
d
′ SI = 2SI L
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。
第3章 电学基本量的测量
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.按铭牌上给出的外临界电阻值 选外接电路电阻，根据测量任务 选择检流计灵敏度。
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
1 Am ≤ A x ≤ Am 2
为减小测量误差，使仪表工作在后半段；
3)内阻的选择
（1)电流表的接入误差及内阻选择:
U 接入前: I = R
U 接入后 = : I R + RI
∆I = I ′ − I = −
RI U R( R + RI )
第3章 电学基本量的测量
第3章电学基本量的测量
本章重点
3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6
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 功率的测量 交流电路元件参数的测量
电子电压表
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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
3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.1.4 3.1.5 3.1.6 机电式仪表的工作原理 磁电系测量机构 磁电式电流表 磁电系电压表 磁电系检流计 直流电位差计
第3章 电学基本量的测量
第3章 电学基本量的测量
3.2
3.3.2
电阻的测量
分类: 小电阻(<1欧) 中电阻(1欧--1兆欧) 大电阻(>1兆欧)
3.2.1 中电阻的测量 小电阻的测量
3.2.3 大电阻的测量
第3章 电学基本量的测量
重点
中电阻的测量方法、原理 以及误差估算
第3章 电学基本量的测量
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。 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。
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%。
直流电位差计测量 直流电流的电路
Rn
RL
直流电位差计
第3章 电学基本量的测量 直流电位差计测量直流功率的电路
分
Ux
Rn
RL
压 箱
I
电 位 差 计
II
Un P = UxIx = K f Ux Rn
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6.量限范围不超过2V，若被测电压大于电位差计的测 量范围，需用分压器扩大其量限。
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。
第3章 电学基本量的测量 5.直流电位差计除了可以测量电动势、电压外，还可测量电 流、电阻和直流功率。
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、电压表和检流计的结 构和原理 3.直流电位差计的结构和原理
返 回
第3章 电学基本量的测量
3.1.1 机电式仪表的工作原理 机电式仪表在结构上由测量线路和测量机构两 大部分组成。 测量机构是仪表的核心，在此将电量转换成仪 表指针的角位移。 测量机构由可动和固定两大部分组成。固定部 分是由固定在仪表外壳上的线圈、磁铁(电磁 铁或永久磁铁)、轴承、支架和标度盘(读数装 置)等组成；可动部分由转轴及固定在转铀上 的指针、游丝、线圈和阻尼器等组成。固定部 分的结构因仪表的类型不同而异
N
铁 芯
悬丝：用很细的黄金或紫铜作
S
成，D很小。 电流引线：用无弹性的金或银丝 构成 BNS
SI =
D
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.
tg 2α =
α 很小时： tg 2 α ≈ 2 α
L
BN A α = I D
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2.较大直流电流的测量
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:
I = nI 0
I R = ( n − 1 )I0
I R R f = I 0 R0 R0 Rf = n−1
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。
∆U γn = ± 100% = ±1% Um
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 准确度等级K 基本误差（%） ±0.1 0.2 0.5 1.0 1.5 2.5 5.0
±0.2 ±0.5 ±1.0 ±1.5 ±2.5 ±5. 0
第3章 电学基本量的测量
第3章 电学基本量的测量
思考：为什么上下游丝绕向相反？
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：
F1
N B
3) 灵敏度
r
F 1 = BNIL M = 2 rF1 = BNI A
S
2) 反作用力矩
Mα = Dα
M = Mα
S
I
BNA = D
BNI A = D α
α = SI I
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
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：
替轴与轴承支承动圈的结构
1）用张丝或悬丝悬吊动圈来代
闭路式分流器的多量程 电流表原理
第3章 电学基本量的测量
接 I 1 接头时
对应量限 :
:
R f = R1 + R 2 + R 3
⎛ ⎞ R0 I1 = ⎜ ⎜ R + R + R + 1⎟ I0 ⎟ 2 3 ⎝ 1 ⎠
接 I 2 接头时
对应量限 :
:
R f = R2 + R3
⎞ ⎛ R1 + R0 I2 = ⎜ ⎟ ⎜ R + R + 1⎟ I0 3 ⎠ ⎝ 2
第3章 电学基本量的测量
扩大量限后灵敏度的改变
α = SI I 0 = SI′ I1 = SI′ nI 0 SI 可见：提高电流量限是 ′ SI = n 以牺牲灵敏度为代价的
3.微小直流电流的检测
——磁电式检流计
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。
第3章 电学基本量的测量
直流电位差计的工作原理
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
第3章 电学基本量的测量