第三章 常用电测量仪表

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 线圈中的电流 铁片磁性强弱 线圈内磁场强弱
A 2lr
M 2 Fr 2nBlIr nBAI
工作原理
线圈的偏转使游丝产生反作用力矩Mf:
转动方向
F N
F S
M f Da Mf F 平衡条件:
即:
r
Da nBAI
游丝反作用 力矩系数
偏转角度
所以:
a
nBA D
I I KI
k D
结论:指针偏角正比与被测电流的大小
解：
1 1000000 n 2000 Ig 500
200 Rs 0.1 Ω n - 1 200 1
Rg
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 I2 I3 － (a)开路式 R1 R2 R3 + R1 I1 － R2 Rg Ig R3
3、磁电系电流表
扩大量程：并联分流电阻Rs
I
Ig
Rs
Rg
问题： 把量程扩大n倍，Rs如何计算？ RgRs R g Ig I 由Rs并联后 Rg Rs 因 I nIg R R
R g Ig
g
s
Rg Rs
nIg
Rs
Rg n -1
例
有一磁电系表头，满刻偏转时，通过线圈 的电流为Ig=500μA，内阻Rg＝200Ω。若 把它制成量程1A的电流表，应并联一个多 大的分流电阻？
I 负 载 电流 线圈 W
R
U
2可动线圈
电压 线圈
直流电路
有： I1 = I
I1 I2
W
I
仪表偏转角度：
U I2 R2
k k I1I 2 UI R2
偏转角度与负载吸收功率UI＝P成正比
交流电路
有： I1 = I（有效值）
I1
W
I2
I
仪表偏转角度：
U I2 Z2
（U和I2是同相）
M kI
反作用力矩
Ma D
当处于平衡时：
M M a kI2 D k 2 I k 0I2 D
说明：
k 2 2 I k 0I D
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
维护：
1、接线：注意级性和量程。
2、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
U 问题： 把量程扩大为m倍，附加电阻R如何计算？
由R串联后
2 由上可推导出： M ki 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：
1 T 1 T 2 k T 2 M Mdt ki dt i dt T 0 T 0 T 0 2 M kI
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 2
k k I1I 2cos UIcos Z2
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，电压线圈不过载 2、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。
第三章 常用电测量仪表
第三章
主要学习内容
常用电测量仪表
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
直流量 磁电系仪表 变换器 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 平衡锤 轴 游丝
铁心
产生反作用 力矩，及引 入电流
表头的量程：
U R g R Ig mRg Ig
R g I g Ug
R m -1R g
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 Ig Rg 50010 200 0.1V
U m 300 Ug
反作用力矩
Ma D
当处于平衡时：
M av M a kI1I 2cos D k I1I 2 cos k 0 I1I 2 cos D
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。
6
R m -1R g 3001 200 59800 Ω
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
U3
R2
U1
R3
U2 U3
－
U1
(a)共用式
U2
－
(b)单用式
说明： 1、共用式 不论R1、R2、R3的大小，总有U1<U2<U3 2、单用式 只有R1<R2<R3的大小，才有U1<U2<U3 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
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 可动线圈的导线一般很细 2、功率消耗大 磁场由电流足够大的固定线圈产生 3、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图 1固定线圈
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 固定电阻R的确定
R
a Rx Ig Rg b
U
R为Rx=0(ab短接)使表头指针满刻 度偏转时的电阻。
U U Im R - Rg Rg R Im
接入Rx后的电流：
U I Rg R Rx
说明：
U I Rg R Rx
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（固定线圈分段）
R1
R2 R3
公共端
150V
300V
600V
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 ki1i 2
设i1、i2按正弦规律变化 i1 I1msin t
m kI1m I 2 msin t sin t 平均转矩：
i 2 I 2 msin t
T 1 T k M av mdt I1m I 2 m sin t sin t 0 T 0 T M av kI1 I 2 cos
Rx
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 c
R R0 ’ R0 d U b I
U 调零后： I ' Rg R Rx
a
Rx
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。
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
每一有效边产生的电磁力F:
转动方向
F N
F S
F nBlI
转动力矩M:
r
M 2 Fr 2nBlIr
有效边的 线圈中流 线圈匝数 磁感应强度 有效长度 过的电流 由于线圈平面的面积A为:
转轴中心 故转动力矩M: 到有效边 的距离
欧姆表标 度尺中心 欧姆值就 是欧姆表 的总内阻 值。
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：
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：阻尼力矩阻碍线圈运动， 3、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。
RA 1 5r R
3、使用前注意调零
相对误差
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。
I2
I3
+
(b)闭路式
说明： 1、“-”端为不同量程的公共端 2、开路式
若R1>R2>R3，才有I1<I2<I3
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I1<I2<I3
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：
3、接法
＊ 电 源 ＊ W 负 载 电 源 ＊ 负 载
＊ W
前接法
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
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，且零电阻刻度线在右边 3、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 提出： 电源电压不是常数，而是变化的
c R a
Rg R0 ’ R0 d U b I
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：
R 1 5r RV
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：
R 1 5r 根据规定： RV 5R 5 2 k 1M 有： RV r 10 %
故应选用内阻大于1MΩ（或每伏电阻大 于15kΩ）的电压表
3、电磁系电流表
原理： 1、加粗导线，允许通过大电流。 2、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路图
I
1 2 4 3 I I I
Hale Waihona Puke Baidu
2I 1 4
2 3
I
线圈串联
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 3、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
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圈 损坏。 2、只能测直流 转动力矩是交变的
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；接线顺序：先负后正。 3、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