电压和电流的测量(电磁系,磁电系,电动系仪表)

表有比较高的灵敏度。且磁感应强度较强时，驱动力矩大，可采用反作用力矩
系数比较大的游丝。有较大的定位力矩，使摩擦力矩的影响减小。内部磁场强 度大，外磁场影响相对弱，可获得较高的准确度。且表耗功率低，对被测电路 的影响小。所以磁电系仪表是一种应用广泛具有高灵敏度、高准确度、低表耗 功率的仪表。
2.具有均匀等分的刻度
(200m V ) 200 μ A
IN+ R
数字电压表
I x
Ii
Ui
900 Ω 90 Ω
IN－
(200m V ) 2m A (200m V ) 20m A (200m V ) 200m A (200m V ) 2A
9Ω
0. 9Ω 0. 1Ω
（4）电阻转换电路(以20k挡为例)
V UREF+ I· RX I· RREF

V dBm 20 lg 0.775
电平表实际就是读数标尺刻写有dBm电压电
平的电压表。
用电压表的电平档进行测量，刻度为非均
§2.4.1 检流计结构原理示意图
（3）检流计结构如图：
1 －吊丝或张丝，2－反 射镜，3－可动线圈， 4－磁 铁，5－铁心。 检流计用吊丝代替游 丝，动圈3由吊丝1悬挂， 吊丝既作为支撑，也产生 反作用力矩和引导电流。
第四节 电磁系仪表
一、电磁系仪表的结构
电磁系仪表结构有吸引型和推斥型两种形式
二、数字万用表的工作原理

数字万用表是建立在直流电压的测量基础之 上的。
模拟部分 输入 电路 A-D 转换器 数字部分
输入
计数器
显示器 电源
辑电路 控制逻
图 直流数字电压表的基本方框图
数字万用表的工作原理
参数转换电路
输入 功 能 量 程 选 择 R/V转换 I/V转换 V/V转换
UIN
LCD显示器
数字电压表
（2）交流电压转换电路（以200V档为例）
AC
Ud=0.45UX UREF+
Ud
UIN Ud
ux UIN C4 UINCOM
=
452K 1K Ud 452K 0.45UX 452K 100×0.45 452K
UREFUIN+
UIN = =
=
100mV ≈
（3）直流电流转换电路（I→〈200mV电压）
磁电系仪表的指针偏转角与可动线圈的电流成正比，标尺的刻度均匀等分，易 于标尺的制作。
3,只能用于直流电路
若在交流范围使用，必须配整流器。

有一磁电系毫伏表，量程为150mv，满 偏时的电流为5mA,若将其量程扩大为 150v，另若将其改装成3A的电流表， 分别该如何做？
第三节
检流计
（1）磁电系检流计是一种高灵敏度仪表，用于测量 极微小的电流或电压。 检流计的标尺不注明电流或电压数值，所以一般只 用来检测电流的有无，例如作为电桥或电位差计的指零 仪。如需要读出被测量数值，应在实验前测定它的仪表 常数。 （2）磁电系检流计分为动圈式（磁铁固定、线圈可 动）和动磁式（永久磁铁可动，线圈绕在固定的铁心上） 两种。
I
R20 R12+R11 R02 R03
UREF+ UREF-
V+——COM之间电压 U = 3V I = 3-0.5 2.5k =1mA
Uin+
UREF=1K·1mA=1V UIN = N2 N1
UinCOM
UREF
电压测量的电平表示

大家习惯用功率比较的常用对数式，它 的电平单位叫做贝尔 (Bel) 和分贝 (dB) ， 定义如下：
R13+R12+R11
UIN
I
R20
UREFR02 R03
UREF RX
RREF
= =
N2 1000 N2 1000
Uin+
RX
C4
RREF= R13+R12+R11 Uin-
COM
= 10k RX=0.01N2
若RX= RREF则N2=1000，把小数点点在百位即可
（5）二极管正负极测量电路
V+
B lg( P dB 10 lg( P 1/P 2) 1/P 2) 在电阻相等的条件下，代入 P = V2 / R ， 可得分贝定义的电压电平公式：
V12 V1 dB 10 lg 2 20 lg V2 V2
由于早期电信用600Ω 特性阻抗的架空 明线，历史规定“600Ω 电阻消耗1 mW 功率”作为0功率电平参考点。 P 功率电平 dBm 10 lg 1(mw) 电压电平

I dL 2 I 2 D d
阻尼力矩：一般采用磁感应阻尼。
三、电磁系仪表技术性能
1.由于指针偏转角与被测电流的平方成正比，所以 标尺呈平方律特性，前密后疏。 2.如果通以交流电，则指针偏转角与被测电流瞬时 值平方成正比，当瞬时值变化很快时，由于可动部分 惯性，指针偏转角将决定于瞬时力矩在一个周期内的 平均值，
Electrical Measure
第二章

电流与电压的测量
电流与电压的测量方法 磁电系仪表 磁电系检流计 电磁系仪表 电动系仪表 测量用互感器 万用电表 直流电位差计 电流表与电压表的使用 电工仪表识图
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节 第十节
HV
A/D 转 换
LCD 驱 动
被测量
Leabharlann Baidu
UIN<200mV
2）参数转换电路
电压 电流 电阻 〈200mV) ICL7106
被测参数
（1）直流电压转换电路
０～Ui0
r1
０～U0
r２
数字电压表
（1）直流电压转换电路
０～Ui0
r1
０～U0
r２
数字电压表
（1）直流电压转换电路
０～Ui0
r1
０～U0
r２
小量程电流表，固定线圈可与可动线圈串联 大量程电流表，固定线圈可 与可动线圈并联 电压表根据量程串联 不同的附加电阻
返回本章首页
第六节
测量用互感器
一、互感器的用途
互感器主要用于扩大交流电 高压部分 流表、电压表、功率表和电能表的 量程，而且具有如下特点 1.隔离高压。 低压部分 2.降低表耗。 3.节省设备投资。 4.可统一使用5A、100V的标 准表芯，配上不同的互感器，可组 成各种不同量程的电压、电流表。
吸引型
推斥型
二、电磁系仪表的工作原理
驱动力矩：吸引型的驱动力矩是利用线圈通电后，对可动
铁心产生吸引力，使指针偏转。推斥型则靠线圈同时对固定、可 动铁心进行磁化，由于磁化的极性相同，产生互斥而形成驱动力 矩。 1 2 dL M I 2 d
反作用力矩：采用游丝，设其反作用力矩系数为D。 M a D 当驱动力矩与反作用力矩相等时，指针停止转动，可推 出，不同电流产生的驱动力矩与仪表偏转角关系为
四、互感器的连接
电压互感器在供电系统中的连接
电流互感器在供电系统中的连接
五、钳式电流表
钳式电流表是电流互感器和电流表的 组合，可以在不断开交流电路，并在设备 仍运行的条件下，测量交流电流。
外型
返回本章首页
内部结构示意
第七节
万用电表
一、万用电表的结构
万用表是利用多刀多投转换开关，改变电 路连接方式，测量不同量程的电压、电流电 阻，或电平，三极管放大倍数等是电气维修 中常用的工具。
I1 N 2 KI I 2 N1
三、互感器的误差
1.变比误差：由于负载过大，互感器内压降加大，引起输出电压
下降，使得电压比不等于匝数比。或电流互感器二次绕组磁化电流过 大，使得电流比不等于匝数比所造成的变比误差。 2.相角误差： 由于绕组内阻抗过大，或铁心材料和气隙的影响， 使得磁化电流过大，电压互感器的一、二次绕组的电压相位差，或电 流互感器的一、二次绕组的电流相位差不等于180°，造成相角误差。
在不断开电路的状 态下测量电流
返回本章首页
第二节 磁电系仪表
一、磁电系仪表结构
二、磁电系仪表工作原理
可动线圈通电后，由于线圈在磁场中受到电磁力矩的作用 使指针产生偏转，当可动线圈稳定后，可认为驱动力矩等于 反作用力矩，并推出仪表偏转角与电流关系为
F
M Ma 2 BlINr D BNs I SI I D F 若与被测电压并联，仪表的内阻为 R ，则仪表 偏转角与电压关系为
二、工作原理
电压互感器相当于空载变压器，与电压表联用。被测电压 等于接在二次绕组的电压表读数乘以电压互感器的电压变比。 注意！电压互感器二次绕组不许短路。
U1 E1 N1 KU U 2 E2 N 2
电流互感器相当于短路的变压器，与电流表联用被测电流等于接 在二次绕组的电流表读数乘以电流互感器电流变比。注意！电 流互感器二次绕组不许开路。
R sh Rc I c Rc I Rsh Rc
如用 n 表示比值 I / I C ，它的数值代表电 流表并联分流器之后的量程扩大倍数。将 上式移项，可推出按量程扩大倍数 n 求得 分流器电阻阻值的关系式。即 Rc Rsh n 1
四、电压表的附加电阻
扩大电压表量程可以串联附加电阻，设直接测量的量程 为 ，测量机构内阻为 ，串联附加电阻 Rad Rc Uc 后，可将电压量程扩大为 ，则 与 的关系可由下式求 Uc U U 得
改变电流量程
4.多量程电磁系 电压表举例
第五节
电动系仪表
一、电动系仪表的结构
二、电动系仪表的工作原理
两组线圈所构成的系统，通电后的磁场能量为
dW dM 12 可动线圈所受的驱动力矩为 M I1I 2 d d 1 dM 12 M=Ma I 1 I 2 cos Ψ D d
作为电流或电压表使用时，如果两线圈通以同一 电流，或被测电流的一部分，且互感变化率为常数，
Uc U Ic Rc Rad Rc
返回本章首页
用 m 表示比值U ，其值 c 代表串联附加电阻后电压表量 程扩大的倍数，可按m 值求得 串联的附加电阻值 Rad (m 1) Rc
U
五、技术性能
1.灵敏度高、准确度高、表耗功率低
由于永久磁铁与铁心间的气隙小，气隙间的磁感应强度比较强，所以磁电系仪
1 2 1 2 W L1 I1 L2 I 2 M 12 I1 I 2 2 2
则指针偏转角与被测电流平方或被测电压平方成正 比，或与交流电流或电压有效值平方成正比。 如作为功率表使用，指针偏转角正比于被测功 率。
三、电动系仪表的技术性能
1.和电磁系一样刻度呈平方律特性，可用于测量直流也可以 测量交流，或交直流两用。准确度高于电磁系。 2.作为小量程电流表使用时，固定线圈与可动线圈串联，但 作为大量程使用时，由于可动线圈不允许通过大电流，故可动 线圈只能与固定线圈并联。 3.作为电压表使用时，可以根据量程大小，串联不同的附加 电阻。
本章要点



本章主要介绍磁电系、电磁系和电动系三种仪表，以及 用它测量电压、电流的方法。这三种仪表不仅可以用来测 量电压、电流。而且在配置某些变换电路之后，还可以用 于测量其他电磁量或作为指示器件。是从事电气技术的人 员应具备有关仪表知识的最基本内容。 电压表和电流表的附属装置，包括分流器、附加电阻和 互感器的结构原理及其计算方法。也是测量电压和电流必 须掌握的技术。 本章还介绍万用表、检流计和电位差计。万用表是现场 工作最常用的工具之一，检流计和电位差计则是校准和精 密测量中常用的仪器。其内容可根据教学时数和专业需要 选择讲授或布置学生自学。
第一节
电流与电压的测量方法
一、直接测量：
测量电流、电压一般都用直接测量，即用直读 式模拟或数字的电流、电压表。测电流时与被测 电路串联，测电压时与被测电路并联，但应注意 连接在电路中的位置，如图所示。
电流表线圈应接 在低电位端
电压表接地标志应 接在低电位端
二、间接测量：
在特殊情况下，可以用间接法测量。例如在已 焊好元件的印制板上，通过测量某电阻两端电压 求得电流，或测量通过电阻的电流，求出电阻两 端的压降。
M cp 1 1 ( 2 T
即指针偏转角与交流有效值平方成正比，所以电 磁系仪表可用于测量交流，并可与直流共用同一标尺。

T
0
i 2dt)
dL 1 dL I2 d 2 d
返回本章首页
电磁系仪表技术性能
3.改变电流量程，可改变线圈的安匝数。 改变电压量程，可改变线圈的附加电阻。
改变电压量程
N
S

BNs BNs U C I SU U C D D R
三、电流表分流器
磁电系仪表可以通过分流器扩大其量程，也可以 并联若干个电阻，通过更换输入接头，可组成多 量程的电流表。
分流器电路
多量程分流器电路
分流器电路加温度补偿电阻 R1
1-电流端钮；2-电位端钮
分流器电阻的计算
按分流器的电路结构，被测电流只有一部分 通过 电流表线圈，其余则通过分流器，可以证 明通过电流表线圈的电流与被测电流的关系为