2電測量指示儀表

第一節(jié)

儀表的概論第二節(jié)

磁電系儀表第三節(jié)電磁系儀表第四節(jié)

電動系儀表第五節(jié)

感應(yīng)系儀表第二章電測量指示儀表9/29/2023電子信息與電氣工程系學(xué)習(xí)時應(yīng)注意的問題?學(xué)習(xí)重點(diǎn):各種儀表的結(jié)構(gòu)及工作原理

?學(xué)習(xí)目的:通過對儀表的了解可以選擇,應(yīng)用儀表

?學(xué)習(xí)方法:理論聯(lián)系實際,講解與自學(xué)結(jié)合

9/29/2023電子信息與電氣工程系一.儀表的組成及原理（一）儀表的組成框圖第一節(jié)儀表的概論測量線路被測量中間量測量機(jī)構(gòu)偏轉(zhuǎn)角測量線路的作用:

由于測量結(jié)構(gòu)中允通過的電流較流較小,故必須通過一定電路將被測量轉(zhuǎn)化為測量機(jī)構(gòu)能接受的中間量9/29/2023電子信息與電氣工程系

測量機(jī)構(gòu)的作用:將與被測量呈一定函數(shù)關(guān)系的中間量轉(zhuǎn)化為角位移，并能指示被測量的大小.

它包括四部分:(二)測量機(jī)構(gòu)的工作原理1.驅(qū)動裝置作用:在測量機(jī)構(gòu)中接受中間量,并使活動部分產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩.(M表示）它由磁路系統(tǒng),可動線圈或鐵磁元件組成.2.控制裝置作用:在機(jī)構(gòu)中,對活動部分產(chǎn)生反作用力矩.

它由彈性元件—游絲或張絲組成.9/29/2023電子信息與電氣工程系反作用力矩公式:Mα=DαD為反作用力矩系數(shù),α為偏轉(zhuǎn)角.當(dāng)M=Mα?xí)r，軸受力平衡，指針穩(wěn)定.

3.阻尼裝置作用：產(chǎn)生阻尼力矩(Mp表示).使活動部分較快穩(wěn)定.只影響動態(tài)特性,對結(jié)果無影響.公式：Mp=-P(dα/dt)(P為阻尼力矩系數(shù)）通常阻尼裝置處于臨界狀態(tài)，使活動部件達(dá)到穩(wěn)定偏轉(zhuǎn)時間最短。

4.指示裝置組成：指示器與標(biāo)度盤作用：顯示處理后的結(jié)果。9/29/2023電子信息與電氣工程系二.指示儀表的主要技術(shù)特性(一)指示儀表的誤差和準(zhǔn)確度1.誤差:常用最大引用誤差γm表示.定義為:

γm=（Δm/Am）*100%K=γm*1002.準(zhǔn)確度:要注意選擇等級K合適的儀表,更要注意根據(jù)被測量Ax選量限合適的儀表,最好使Ax>=2Am/3.

(二)儀表的靈敏度和常數(shù)

1.靈敏度的定義

S=L/x=m（分格）/x2.常數(shù)

C=1/S

儀表常數(shù)愈小,對被測量分辨力愈強(qiáng)儀表指針的偏轉(zhuǎn)被測量的變化9/29/2023電子信息與電氣工程系三.指示儀表的分類(一)結(jié)構(gòu)和工作原理磁電系、電動系、鐵磁電動系、整流系、靜電系、熱電系、電子系等(二)被測量種類分電流表、電壓表、功率表、電度表（瓦時表）頻率表、相位表、歐姆表、兆歐表、萬用表等

(三)被測量變化規(guī)律直流表、交流表、交直流兩用表等

(四)使用方式安裝式、可攜式等9/29/2023電子信息與電氣工程系

第二節(jié)磁電系儀表

一.測量機(jī)構(gòu)一般結(jié)構(gòu)用途:測直流電壓,電流,電量與非電量9/29/2023電子信息與電氣工程系N應(yīng)用：磁場對載流線圈的作用力原理是制造各種直流電機(jī)、動圈式電壓電流表的基本原理SI磁懸浮列車9/29/2023電子信息與電氣工程系動圈每一縱向邊受到的力:F=BIWl

動圈受電磁力矩為:M=BIWS(S=ld)

游絲受反作用力矩：Mα=Dα

當(dāng)儀表的指針平衡時：M=Mα

可得：

α=BWSI/D

令BWS/D=SI，則α=SII

由于鋁框,動圈(在鋁框上)本身偏轉(zhuǎn)時，切割磁力線，產(chǎn)生感應(yīng)電流，進(jìn)而產(chǎn)生阻尼力矩.反作用力矩系數(shù)二.磁電系測量機(jī)構(gòu)的工作原理9/29/2023電子信息與電氣工程系由于測量機(jī)構(gòu)允許通過的電流小，為了測量較大的電流必須配上一定的測量線路--分流器。電流表是將一被測的較大電流轉(zhuǎn)化成一個較小的電流,流過表頭,再使電流表表頭標(biāo)尺按實際刻度.IgRg三.多量限磁電系電流表9/29/2023電子信息與電氣工程系結(jié)構(gòu)：環(huán)形分流器各量限的分流系數(shù)：IgRg9/29/2023電子信息與電氣工程系1.說明:

由于流過表頭的Ig(滿偏電流)很小，Rg(內(nèi)阻)也不大,所以Ug為毫伏級,故需配上一定的測量線路,達(dá)到擴(kuò)大量限的目的.m1=U1/Ug=(Rg+R1)/RgRf1=(m1-1)Rg

四.多量限磁電系電壓表9/29/2023電子信息與電氣工程系同理可求:R2,R3。可計算各附加電阻值2.總結(jié):

電壓表是將一被測的較大電壓轉(zhuǎn)化成一個毫伏級電壓經(jīng)過表頭,再使表頭標(biāo)尺按實際電壓刻度.9/29/2023電子信息與電氣工程系五.磁電系歐姆表

1.工作原理通過測量機(jī)構(gòu)活動部分偏轉(zhuǎn)大小來反映被測電阻值,故必須將被測電流轉(zhuǎn)化為電阻,所以在測量線路中,既有被測電阻,還要有輔助電源。

I=U/(Rg+R+Rx)

9/29/2023電子信息與電氣工程系

I=U/(Rg+R+Rx)

當(dāng)U,R一定時,Rx與I對應(yīng),只要表頭標(biāo)尺按阻值刻度,就可測出被測電阻(R起限流作用).

說明:當(dāng)Rx為無窮時,I=0.

當(dāng)Rx=0時,表頭指針滿偏滿流：Ig=U/(Rg+R)=U/R0

中值電阻：R0=R+Rg9/29/2023電子信息與電氣工程系

2.歐姆表倍率多檔歐姆表產(chǎn)生原因:測不同電阻時,共用一條標(biāo)度尺,表筆短接時,Ig應(yīng)相同.如書中例題.中值電阻：限流電阻：9/29/2023電子信息與電氣工程系

3.歐姆表的調(diào)零當(dāng)U高于或低于額定電壓時，需調(diào)零。最常用方法是在表頭上并接分流器.

注意:再測電阻時,每換一檔,都要調(diào)零.

其準(zhǔn)確度一般低于一般為2.5級。9/29/2023電子信息與電氣工程系六.帶整流器的磁電系儀表與前面儀表的區(qū)別:

測量機(jī)構(gòu)與整流元件配合,可以測交流量，但所測的交流量為有效值。1、半波整流式測量機(jī)構(gòu)（電流表）表頭中電流的平均值則如9/29/2023電子信息與電氣工程系2、全波整流式測量機(jī)構(gòu)（電流表）表頭中電流的平均值則如注：整流系儀表中誤差來源多，準(zhǔn)確度較低，一般只能達(dá)到1.5級。9/29/2023電子信息與電氣工程系七.兆歐表1.作用:

專門用來檢查和測量電氣設(shè)備或供電線路的絕緣電阻.2.組成:

限流電阻Rc和Rv、比率型磁電系測量機(jī)構(gòu)與手搖直流發(fā)電機(jī).

歐姆表：1Ω～0.1M

兆歐表：0.1M以上9/29/2023電子信息與電氣工程系3.工作原理：平衡時注：1.測量值與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速無關(guān)，但一般在120r/min以上；

2.不需調(diào)零。9/29/2023電子信息與電氣工程系八.磁電系檢流計1.作用:測微小電流,電壓與暫短的脈沖電壓2.與一般儀表在結(jié)構(gòu)上的區(qū)別(圖2-16P45):(1)采用懸絲或張絲懸掛動圈.(2)采用光指示讀數(shù)裝置兩種形式內(nèi)裝式：光系統(tǒng)和標(biāo)尺都在儀表內(nèi)部外裝式：光系統(tǒng)和標(biāo)尺為單獨(dú)部件，標(biāo)尺在儀表外部(3)動圈無框架基于以上結(jié)構(gòu),檢流計的靈敏度大大提高,可測微小量.9/29/2023電子信息與電氣工程系3.相關(guān)的特性參數(shù)（1）電流靈敏度和電流參數(shù)（2）外臨界電阻使活動部分處于臨界阻尼狀態(tài)的外電路等效電阻Rc（3）自然振蕩周期當(dāng)檢流計的指示器偏轉(zhuǎn)到最大位置時，斷開外電路，從此刻計算可動部分?jǐn)[動一周所需的時間。（4）阻尼時間檢流計在臨界阻尼狀態(tài)下工作時，由最大偏轉(zhuǎn)狀態(tài)切斷電源，指示器從此時到零位所需時間。9/29/2023電子信息與電氣工程系4.沖擊檢流計的特性和應(yīng)用（1）特性具有比一般磁電系檢流計大的自然振蕩周期（2）用來測量短暫的脈沖電量脈沖電路i通過檢流計，活動部分因慣性較大，在脈沖電流存在期間，活動部分來不及偏轉(zhuǎn)，當(dāng)脈沖過程結(jié)束是，活動部分才開始偏轉(zhuǎn)，在達(dá)到最大偏轉(zhuǎn)αm之后，經(jīng)過一段欠阻尼狀態(tài)運(yùn)動過程，最后恢復(fù)到原來位置。9/29/2023電子信息與電氣工程系第三節(jié)電磁系列儀表1.主要構(gòu)成

固定線圈，可動鐵片。作用:常用于測量交流電流和電壓

9/29/2023電子信息與電氣工程系2.工作原理以圓線圈排斥式為例分析：線圈通電，鐵片2和3同時被磁化成同一極性而相互排斥，可測量直流和交流。任一瞬間載流線圈磁場能量：

圓線圈排斥式:給線圈通電后,二鐵片被磁化,產(chǎn)生排斥力;

扁線圈吸入式:給線圈通電后,動鐵片被磁化,產(chǎn)生吸力。9/29/2023電子信息與電氣工程系能量變化，即對外做功，可動部分產(chǎn)生的瞬時轉(zhuǎn)動力矩m平均轉(zhuǎn)動力矩M9/29/2023電子信息與電氣工程系游絲的反作用力矩活動部分平衡時9/29/2023電子信息與電氣工程系3.應(yīng)用可直接測量較大的電流，最大電流為200A分類：

安裝式：多為單量限，測量交流，采用電流互感器擴(kuò)大量限測量200A以上電流；

可攜式：一般為多量限。（1）電磁式電流表9/29/2023電子信息與電氣工程系結(jié)構(gòu)：由電磁系測量機(jī)構(gòu)和附加電阻串聯(lián)組成。分類：

安裝式：多為單量限，測量交流，最大測量量限600V電壓，采用電壓互感器擴(kuò)大量限測量600V以上電壓；

可攜式：一般為多量限。（2）電磁式電壓表原理：電壓表內(nèi)阻抗線圈電流有效值偏轉(zhuǎn)角9/29/2023電子信息與電氣工程系第四節(jié)電動系儀表1.結(jié)構(gòu)有兩個線圈：固定線圈和可動線圈。可動線圈與指針及空氣阻尼器的活塞都固定在軸上。游絲固定線圈可動線圈空氣阻尼器產(chǎn)生阻尼力9/29/2023電子信息與電氣工程系2.工作原理FF可動線圈固定線圈固定線圈中的電流

I1

(i1)

磁場可動線圈中的電流

I2

(i2)與磁場相互作用

電磁力

F線圈受到轉(zhuǎn)矩

M

線圈和指針轉(zhuǎn)動，

儀表的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)矩通入直流時:

M=k/I1I2通入交流時:

Mα=k/I1I2cos

i1和i2的有效值i1和i2之間的相位差9/29/2023電子信息與電氣工程系思考：當(dāng)定圈和動圈中通入不同頻率的正弦交流電時，指針是否偏轉(zhuǎn)？平衡時，通入直流時：通入交流時:結(jié)論:

指針偏轉(zhuǎn)的角度與兩個電流(對交流為有效值)的乘積成正比。

（必須同頻率）9/29/2023電子信息與電氣工程系3.用途測量交直流電流、電壓及功率。（1）電流表根據(jù)量限的大小，定圈和動圈連接方式不同：量限?。捍?lián)量限大：并聯(lián)活動部分偏轉(zhuǎn)角：9/29/2023電子信息與電氣工程系（2）電壓表結(jié)構(gòu)：定圈和動圈串聯(lián)，配置一定的附加電阻

N1：定圈N2：動圈

R1、R2、R3：附加電阻

C：頻率補(bǔ)償器當(dāng)附加電阻時多量限測量線路9/29/2023電子信息與電氣工程系在動圈電感較小時，動圈中的電流為：（3）功率表作用：用于直流、交流電路的電功率測量。活動部分偏轉(zhuǎn)角：結(jié)構(gòu)：固定線圈，匝數(shù)少，導(dǎo)線粗，與負(fù)載串聯(lián)，作為電流線圈；可動線圈：匝數(shù)多，導(dǎo)線細(xì)，與負(fù)載并聯(lián)，作為電壓線圈。工作原理：9/29/2023電子信息與電氣工程系功率表接線端鈕：有四個接線端鈕（兩個電流端鈕、兩個電壓端鈕），用“＊”或“±”標(biāo)出電流線圈和電壓線圈的“同極性端”（或“發(fā)電機(jī)端”）功率表符號：在一個圓內(nèi)加一條表示電流線圈的水平粗實線，和一條表示電壓線圈的垂直細(xì)線。表上僅標(biāo)出電流量限和電壓量限PW**電流線圈電壓線圈同極性端功率表的接線圖電壓線圈電流線圈ui2i1=i+–**負(fù)載9/29/2023電子信息與電氣工程系注：

1.電流線圈、電壓線圈的同極性端必須接在電壓的同一極性上，否則，除指針方向偏外，還有可能損壞。

2.接線時，一般采用電壓線圈前接的接法。3.在測量功率前要根據(jù)負(fù)載的額定電壓和額定電流來選擇功率表的量程。對于多量程式表，在讀數(shù)時，先根據(jù)所選的電壓量程U、電流量程I以及標(biāo)度尺滿量程時的格數(shù)am，求出每格瓦數(shù)（又稱功率表常數(shù)）C，然后再乘上指針偏轉(zhuǎn)的格數(shù)a，就可得到所測功率P，即（見例題）9/29/2023電子信息與電氣工程系例：有一只電壓量程為250V，電流量程為3A，標(biāo)度尺分格數(shù)為75的功率表，現(xiàn)用它來測量負(fù)載的功率。當(dāng)指針偏轉(zhuǎn)n=50格時負(fù)載功率為多少？解：先計算功率表常數(shù)C

C＝UI/a，＝250V×3A/75格＝10W/格故被測功率為

P＝Cn＝10W/格×50格＝500W9/29/2023電子信息與電氣工程系結(jié)構(gòu)：其主要部分：電磁鐵和可動的導(dǎo)體特點(diǎn)：轉(zhuǎn)動力矩最大作用：測交流電路電能及功率第五節(jié)感應(yīng)系儀表9/29/2023電子信息與電氣工程系交變磁通→感應(yīng)流→轉(zhuǎn)動力矩i1→φ1→ie1（φ2）→T1（左→右）φ1’→ie1’（φ2）→T1’（左→右）i2→φ2→ie2（φ1、φ1’）→T2（右→左）磁場作用瞬時轉(zhuǎn)矩：二.工作原理一周期T內(nèi)的平均轉(zhuǎn)矩：設(shè)9/29/2023電子信息與電氣工程系結(jié)論：平均轉(zhuǎn)矩Tav與i1、i2的有效值及相關(guān)。i1，i2的相位差：ψ=90-（1）如ψ=0，則Tav為零（2）如ψ=90，則Tav為最大（3）如i1，i2為直流，則Tav為零故只可構(gòu)成測量交流量的儀表9/29/2023電子信息與電氣工程系結(jié)構(gòu)與原理：設(shè)負(fù)載電壓為電磁鐵A的線圈導(dǎo)線粗，匝數(shù)少，與負(fù)載串聯(lián)，故為負(fù)載電流電磁鐵B的線圈導(dǎo)線細(xì)，匝數(shù)多，與負(fù)載并聯(lián)，故電壓線圈中的電流為

1.轉(zhuǎn)動力矩

三.感應(yīng)系電度表電度表又稱為火表，以下以單相電度表為例介紹電能的測量。（）9/29/2023電子信息與電氣工程系2.制動力矩：永久磁鐵4的磁場、鋁盤中的感應(yīng)電流（與ω成正比），二者相互作用所產(chǎn)生制動力矩：MT=KTω（KT為永久磁鐵有關(guān)的力矩系數(shù)）3.鋁盤轉(zhuǎn)數(shù)n與被測電能的關(guān)系P：

當(dāng)MT=Tav時，鋁盤穩(wěn)定轉(zhuǎn)動故有：KPP=KTω

P=（KT/KP）ω=Sω在時間T內(nèi)所做的功：

P=（KT/KP）ω=Sω

PT=TSω

Tω表示在時間T內(nèi)轉(zhuǎn)過的圈數(shù)n

W

=Sn（鋁盤轉(zhuǎn)過的圈數(shù)n就是電能）

C=1/S=n/W（電度表常數(shù)：圈數(shù)