《電工儀表及應(yīng)用》PPT課件.ppt

1、第13章 電工測量,13.4 電壓的測量,13.1 電工測量儀表的分類,13.2 電工測量儀表的型式,13.3 電流的測量,13.6 功率的測量,13.7 兆歐表,13.5 萬用表,13.8 用電橋測量電阻、電容與電感,13.9 非電量的電測法,本章要求： 1. 了解常用電工測量儀表的結(jié)構(gòu)和工作原理。 2. 掌握常用電工測量儀表的使用方法。 3. 了解電橋測量電阻、電容和電感的方法。 4. 了解常用非電量的電測法。,第13章 電工測量,電路中的各個物理量（如電壓、電流、功率、電能及電路參數(shù)等）的大小，除用分析與計算的方法外，常用電工測量儀表去測量。,電工測量技術(shù)的應(yīng)用主要有以下優(yōu)點：,第13章

2、 電工測量,1.電工測量儀表的結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，并有足夠的精確度。,2.電工測量儀表可以靈活地安裝在需要進行測量的地方，并可實現(xiàn)自動記錄。,3.電工測量儀表可實現(xiàn)遠距離的測量問題。,4.能利用電工測量的方法對非電量進行測量。,13.1 電工測量儀表的分類,1.按照被測量的種類分類,2.按照工作原理分類,3. 按照電流的種類分類（見上表）,4.按照準確度分類,最大基本誤差,儀表的最大量程（滿標值）,目前我國直讀式電工測量儀表按照準確度分為0.1, 0.2, 0.5, 1.0, 1.5, 2.5, 5.0七級。,準確度是電工測量儀表的主要特性之一。,準確度較高（0.1， 0.2， 0.5）的儀表

3、常用來進行精密測量或校正其他儀表。,相對額定誤差,準確度是電工測量儀表的主要特性之一。儀表的準確度是根據(jù)儀表的相對額定誤差來分級的。,例：一準確度為2.5級的電壓表，其最大量程為50V，,正常情況下, 可認為最大基本誤差是不變的, 所以被測量值比滿標值愈小，則相對測量誤差就愈大。,如用上述電壓表來測量實際值為10V的電壓時，相對誤差為,測量實際值為40V的電壓時，相對誤差為,在選用儀表 的量程時，一 般應(yīng)使被測量 的值超過儀表 滿標值的一半 以上。,則可能產(chǎn)生的最大基本誤差為,電工測量儀表上的幾種符號,134.2 電工測量儀表的型式,直讀式儀表測量各種電量的基本原理 利用儀表中通入電流后產(chǎn)生電

4、磁作用，使可動部分受到轉(zhuǎn)矩而發(fā)生轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)矩與通入的電流之間有,T = f ( I ),1）產(chǎn)生轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)矩 T 的部分 使儀表可動部分受到轉(zhuǎn)矩而發(fā)生轉(zhuǎn)動。,3）阻尼器 能產(chǎn)生制動力（阻尼力）的裝置，使儀表可動部分能迅速靜止在平衡位置。,直讀式儀表的基本組成部分,2）產(chǎn)生阻轉(zhuǎn)矩TC 的部分 當(dāng)阻轉(zhuǎn)矩TC等于轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)矩T 時，儀表可動部分平衡在一定的位置。,13.2 電工測量儀表的型式,13.2.1 磁電式儀表,1. 結(jié)構(gòu),螺旋彈簧,(1) 固定部分 馬蹄形永久磁鐵、極掌NS及圓柱形鐵心等。,(2) 可動部分 鋁框及線圈，兩根半軸O和O，螺旋彈簧及指針。,極掌與鐵心之間的空氣隙的長度是均勻的，其中產(chǎn)

5、生均勻的輻射方向的磁場。,2. 工作原理,(1) 轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)矩T 的產(chǎn)生,(2) 阻轉(zhuǎn)矩TC的產(chǎn)生,在線圈和指針轉(zhuǎn)動時，螺旋彈簧被扭緊而產(chǎn)生阻轉(zhuǎn)矩TC。,線圈通入電流 I 電磁力 F,線圈受到的轉(zhuǎn)矩 T = k1I,線圈通入電流 I 電磁力 F 線圈受到轉(zhuǎn)矩 T 線圈和指針轉(zhuǎn)動，,彈簧的TC與指針的偏轉(zhuǎn)角成正比， 即 TC= k2,當(dāng)彈簧的阻轉(zhuǎn)矩T與線圈受到的轉(zhuǎn)矩TC達到平衡時，可動部分停止轉(zhuǎn)動，此時有,T = TC,當(dāng)彈簧阻轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)矩達到平衡即TC= T 時，可轉(zhuǎn)動部分便停止轉(zhuǎn)動， T = k1I ， TC= k2 。,儀表的標度尺上作均勻刻度。,3. 阻尼作用的產(chǎn)生,當(dāng)線圈通入電流而發(fā)生偏

6、轉(zhuǎn)時，鋁框切割磁通，在框內(nèi)感應(yīng)出電流，其電流再與磁場作用，產(chǎn)生與轉(zhuǎn)動方向相反的制動力，于是可轉(zhuǎn)動部分受到阻尼作用，快速停止在平衡位置。,即指針的偏轉(zhuǎn)角,結(jié)論: 指針偏轉(zhuǎn)的角度與流經(jīng)線圈的電流成正比。,4.用途,5.優(yōu)點： 刻度均勻；靈敏度和準確度高；阻尼強；消耗 電能量??；受外界磁場影響小。 缺點： 只能測量直流；價格較高；不能承受較大過載。,測量直流電壓、直流電流及電阻。,13.2.2 電磁式儀表,1. 結(jié)構(gòu),主要部分是固定的圓形線圈、線圈內(nèi)部有固定的鐵片、固定在轉(zhuǎn)軸上的可動鐵片。,2. 工作原理,儀表的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)矩 T = k I ,彈簧的阻轉(zhuǎn)矩 TC = k2,彈簧的阻轉(zhuǎn)矩TC與指針的偏轉(zhuǎn)角

7、 成正比，即,當(dāng) T = TC 時，可動部分停止轉(zhuǎn)動，,即指針的偏轉(zhuǎn)角,結(jié)論: 指針偏轉(zhuǎn)的角度與直流電流或交流電流 有效值的平方成正比。,線圈通入電流 I 磁場,線圈通入電流 I 磁場 固定和可動鐵片均被磁化(同一端的極性是相同的),可動片因受斥力而帶動指針轉(zhuǎn)動，,交流為有效值,因指針的偏轉(zhuǎn)角度與直流電流或交流有效值平方成正比，所以儀表標度尺上的刻度是不均勻的。,與軸相聯(lián)的活塞在小室中移動產(chǎn)生阻尼力 空氣阻尼器。,3. 用途,4. 優(yōu)點： 構(gòu)造簡單；價格低廉；可用于交直流；能測量較大的電流；允許較大的過載。 缺點： 刻度不均勻；易受外界磁場及鐵片中磁滯和渦流（測量交流時）的影響，因此準確度不高

8、。,測量交流電壓、交流電流。,13.2.3 電動式儀表,1. 結(jié)構(gòu),有兩個線圈：固定線圈和可動線圈?？蓜泳€圈與指針及空氣阻尼器的活塞都固定在軸上。,2. 工作原理,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 T 線圈和指針轉(zhuǎn)動，,儀表的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)矩 通入直流時，T=k1I1I2,通入交流時， T=k1I1I2cos,i1和i2的有效值,i1和i2之間 的相位差,彈簧的阻轉(zhuǎn)矩 TC = k2,彈簧的阻轉(zhuǎn)矩TC與指針的偏轉(zhuǎn)角 成正比，即,當(dāng) T = TC 時，可動部分停止轉(zhuǎn)動，,即指針的偏轉(zhuǎn)角,結(jié)論: 指針偏轉(zhuǎn)的角度與兩個電流

9、(對交流為有效值)的乘積成正比。,儀表的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)矩 通入直流時，T=k1I1I2,通入交流時，T=k1I1I2cos, = kI1I2 （直流）, = kI1I2 cos （交流）,i1和i2之間 的相位差,4. 優(yōu)點：可用于交直流；準確度較高。 缺點：受外界磁場影響大；不能承受較大過載。,3. 用途 測量交直流電壓、電流及功率。,13.3 電流的測量,電流表的內(nèi)阻要很小。,測量直流電流通常用磁電式電流表，,若要擴大電流表的量程，可在測量機構(gòu)上并聯(lián)一個分流電阻 RA 。,電流表應(yīng)串聯(lián)在電路中，,式中：R0 測量機構(gòu)的電阻 RA 分流器的電阻,測量直流電流通常用磁電式電流表，測量交流電流通常用電磁

10、式電流表。,由,可得，分流電阻,可知，需擴大的量程愈大，則分流電阻應(yīng)愈小。,例: 有一磁電式電流表，當(dāng)無分流器時，表頭的滿標值電流為5mA，表頭電阻為20 。今欲使其量程（滿標值）為1A，問分流器的電阻應(yīng)為多大？,13.4 電壓的測量,表的內(nèi)阻要很高。,測量直流電壓通常用磁電式電壓表，,若要擴大電壓表的量程，可在測量機構(gòu)上串聯(lián)一個倍壓電阻 RV 。,電壓表應(yīng)并聯(lián)在被測電路兩端，,式中：R0 測量機構(gòu)的電阻 RV 倍壓器的電阻,測量直流電壓通常用磁電式電壓表，測量交流電流通常用電磁式電壓表。,由,可得，串聯(lián)電阻,可知，需擴大的量程愈大，則串聯(lián)電阻應(yīng)愈大。,例: 有一電壓表，其量程為50V，內(nèi)阻為

11、2000 。今欲使其量程擴大到300V，問還需串聯(lián)多大電阻的倍壓器？,13.5.1 磁電式萬用表,用來測量直流電流、直流電壓、交流電壓和電阻等,1.直流電流的測量,RA1 RA5是分流器電阻，改變轉(zhuǎn)換開關(guān)的位置，就改變了分流器的電阻，從而改變了電流的量程。量程愈大，分流器電阻愈小。,13.5 萬用表,直流調(diào)整電位器,13.5 萬用表,13.5.1磁電式萬用表,用來測量直流電流、直流電壓、交流電壓和電阻等,2. 直流電壓的測量,RV1 RV3構(gòu)成倍壓器電阻，改變轉(zhuǎn)換開關(guān)的位置，就改變了倍壓器的電阻，從而改變了電壓的量程。量程愈大，倍壓器電阻愈大。,3.交流電壓的測量,磁電式儀表只能測量直流，如果

12、要測量交流，需加整流元件，如圖中D1和D2。,正半周時，電流流經(jīng)D1和部分電流流經(jīng)微安表流出。,負半周時，電流直接流經(jīng)D2從“+”端流出。,可見，通過微安表的是半波電流，讀數(shù)應(yīng)為該電流的平均值。,可見，通過微安表的是半波電流，讀數(shù)應(yīng)為該電流的平均值。為此，加一交流調(diào)整電位器（圖中600），用來改變表盤刻度；指示讀數(shù)被折換為正弦電壓有效值。,可見，通過微安表的是半波電流，讀數(shù)應(yīng)為該電流的平均值。為此，加一交流調(diào)整電位器（圖中600），用來改變表盤刻度；指示讀數(shù)被折換為正弦電壓有效值。普通萬用表只適合測量頻率為451000Hz的電壓。,4. 電阻的測量,測量電阻時，需接入電池，被測電阻愈小，電流愈

13、大，則指針偏轉(zhuǎn)的角度愈大。,注意： (1) 測量前應(yīng)先將“+”、“-”兩端短接，看指針是否指在零，否則應(yīng)調(diào)節(jié)調(diào)零電位器（圖中 1.7k電阻）進行校正。,(2) 絕對不能在帶電線路上測量電阻。用畢應(yīng)將轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)到高電壓檔。,MF-30型萬用表的面板圖,13.5 萬用表,零歐姆調(diào)整,機械零位調(diào)整,轉(zhuǎn)換開關(guān),14.5.2數(shù)字式萬用表,今以DT-830型數(shù)字萬用表為例來說明它的測量范圍和使用方法。,1. 測量范圍,（1）直流電壓分為五檔: 200mV,2V,20V,200V,1000V。,（2）交流電壓分為五檔: 200mV,2V,20V,200V,750V。,（3）直流電流分為五檔: 200V,2

14、mA,20mA,200mA,10A。,（4）交流電流分為五檔: 200V,2 mA,20mA,200mA,10A。,（5）電阻分為六檔: 200,2k ,20k ,200k,2M ,20M ,13.5.2數(shù)字式萬用表,DT-830型萬用表的面板圖,2.面板說明,(2)電源開關(guān)：使用時將開關(guān)置于“ON”位置；使用完畢置于“OFF”位置。,(3)轉(zhuǎn)換開關(guān)：用以選擇功能和量程。根據(jù)被測的電量(電壓、電流、電阻等)選擇相應(yīng)的功能位；按被測量程的大小性選擇合適的量程。,(4)輸入插座：將黑色測試筆插入“COM”的插座。紅色測試筆有如下三種插法，測量電壓和電阻時插入“V”插座；測量小于200mA的電流時插

15、入“mA”插座；測量大于200mA的電流時插入“10A”插座。,(1) 顯示器：顯示四位數(shù)字，最高位只能顯示1或不顯 示數(shù)字，算半位，故稱三位半（ ）。最大指示為 1999或-1999。當(dāng)被測量超過最大指示值時，顯示“1” 或“-1”。,13.6 功率的測量,13.6.1 單相交流和直流功率的測量,通常用電動式儀表來測量功率,功率表的接線圖,負載,固定線圈：匝數(shù)少，導(dǎo)線粗， 與負載串聯(lián)，作為電流線圈。,可動線圈：匝數(shù)多，導(dǎo)線細， 與負載并聯(lián)，作為電壓線圈。,工作原理：,I2正比U，且可認為i2與u同相,所以：,13.6 功率的測量,13.6.2 三相功率的測量,在三相三線制中，廣泛采用兩功率表

16、來測量三相功率。,兩功率表測量三相功率,工作原理：,三相瞬時功率：,所以， p = uA iA + uB iB + uC(iA iB) iC = (uA uC ) iA + ( uB uC ) iB = uAC iA + uBC iB = p1+ p2,p = pA+ pB+ pC = uA iA + uB iB + uC iC,因為，iA+ iB+ iC= 0,可見，三相功率可用兩個功率表來測量。,式中 為uAC和iA之間的相位差。,式中 為uBC和iB之間的相位差。,兩功率表讀數(shù)之和為 P = P1+ P2 = UAC IA cos + UBC IB cos ,當(dāng)負載對稱時，,P1 = U

17、AC IA cos,= Ul Il cos (30 ),P2 = UBC IB cos ,= Ul Il cos (30+ ),由相量圖可知，兩功率表的讀數(shù)為,兩功率表讀數(shù)之和為 P = P1+ P2 = Ul Il cos (30 )+ Ul Il cos (30+ ),可見，采用兩表法可測量三相功率。,當(dāng) 60時，P1和P2 均為正值，P = P1+P2,當(dāng) 60時，P1為正值，P2為負值，P = P1 P2,三相功率應(yīng)是兩個功率表讀數(shù)的代數(shù)和，其中任意一個功率表的讀數(shù)是無意義的。,實用中，常用一個三相功率表（二元功率表）代替兩個單相功率表來測量功率，,13.7 兆歐表,兆歐表：用于檢查電

18、機、電器及線路的絕緣情況和測量高值電阻。,1. 結(jié)構(gòu),兆歐表構(gòu)造示意圖,兩個線圈固定在同一軸上且相互垂直。一個線圈與電阻R串聯(lián)，另一個線圈與被測電阻Rx串聯(lián)，兩者并聯(lián)接于直流電源。,永久磁鐵,線圈,手搖直流發(fā)電機,磁場是不均勻的,2. 工作原理,在測量時，通過線圈的電流,線圈受到磁場的作用，產(chǎn)生兩個方向相反的轉(zhuǎn)矩，,f1 ()和 f2 ()分別為兩個線圈所在處的磁感應(yīng)強度與偏轉(zhuǎn)角之間的函數(shù)關(guān)系。,T1 = k1 I1 f1 (),T2 = k2 I2 f2 (),儀表的可動部分在轉(zhuǎn)矩的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，直到兩個線圈產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩平衡。,2. 工作原理,當(dāng)兩個線圈產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩平衡時，有 T1 = T2,

19、即 k1 I1 f1 () = k2 I2 f2 (),上式表明，偏轉(zhuǎn)角 與兩線圈中電流之比有關(guān)， 故稱為流比計。,因,所以,結(jié)論：1. 偏轉(zhuǎn)角與被測電阻Rx有一定的函數(shù)關(guān)系，所以角可以反映出被測電阻的大小。,2. 儀表的偏轉(zhuǎn)角與電源電壓U無關(guān)，所以手搖發(fā)電機轉(zhuǎn)動的快慢不影響讀數(shù)。,13.8 用電橋測量電阻、電容和電感,13.8.1直流電橋,2. 工作原理,1. 電路,最常用的單臂直流電橋( 惠斯登電橋）用來測量約 1 到0.1M電阻。,當(dāng)檢流計G中無電流流過時，電橋達到平衡。,電橋平衡的條件為,R1 R4 =R2 R3,設(shè)R1= Rx 為被測電阻，則,測量時，先將比臂調(diào)到一定比值，然后再調(diào)節(jié)

20、較臂直到電橋平衡為止。,13.8.2 交流電橋,1. 電路,交流電橋用來測量電容和電感。,交流電橋平衡的條件為,2. 工作原理,Z1 Z4 =Z2 Z3,即 |Z1| | Z4 | = |Z2 | | Z3 |,1+ 4= 2+ 3,為使平衡容易調(diào)節(jié)，常將兩個橋臂設(shè)計為純電阻。,（1）當(dāng)選Z2和Z4為純電阻時，則Z1和Z3必須同為電感性或電容性。,（2）當(dāng)選Z2和Z3為純電阻時，則Z1和Z4必須一個為電感性，而另一個為電容性。,13.8.2 交流電橋,(1) 電容的測量,測量電容的電橋電路,電橋平衡時，有,可得,被測電容器,無損耗的標準電容器和標準電阻,13.8.2 交流電橋,(2) 電感的測

21、量,電橋平衡時，有,可得,被測電感元件,無損耗的標準電容器和標準電阻,測量電感的電橋電路,13.9 非電量的電測法,非電量的電測法就是將各種非電量（如溫度、壓力、速度、位移、應(yīng)變、流量、液位等）變換為電量，而后進行測量的方法。,非電量的電測儀器，主要由下列幾個主要部分組成,(1) 傳感器：將被測非電量變換為與其成一定比例關(guān)系的電量。,(2) 測量電路：將傳感器輸出的電信號進行處理，使之適合于顯示、記錄及和微型計算機的聯(lián)接。,(3) 測錄裝置：各種電工測量儀表、示波器、自動記錄儀、數(shù)據(jù)處理器及控制電機等。,13.9.1 應(yīng)變電阻傳感器,1. 金屬電阻絲應(yīng)變片,電阻絲由直徑為0.020.04mm

22、的康銅或鎳鉻合金繞成。,2. 工作原理,試件發(fā)生的應(yīng)變通過膠層和紙片傳給電阻絲，將電阻絲拉長或縮短，從而改變了它的電阻。就將機械應(yīng)變變換為電阻的變化。,k為電阻絲應(yīng)片的靈敏系數(shù)，其值約為2。,交流電橋測量電路,輸出電壓,設(shè)測量前電橋平衡，即 R1 R4 =R2 R3,應(yīng)變電阻,測量時應(yīng)變電阻變化了R1，則,如選R1= R2，R3= R4，并忽略分母中的R1，則有,常用電橋電路（大多采用不平衡電橋），把電阻的相對變化轉(zhuǎn)換為電壓或電流變化。,13.9.2 電感傳感器,電感傳感器能將非電量的變化變換為線圈電感的變化，再由測量電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流信號。,1. 差動電感傳感器,兩只線圈完全相同，且上下對

23、稱排列。,當(dāng)銜鐵在中間位置時，兩線圈的電感相同，,當(dāng)銜鐵在中間位置時，兩線圈的電感相同，當(dāng)銜鐵受非電量的作用上下移動時，兩個線圈的電感一增一減，發(fā)生變化，此即為差動。,銜鐵處于中間位置，電橋平衡，輸出電壓,電感傳感器常用來測量壓力、位移、液位、表面光潔度等。,2. 工作原理,當(dāng)銜鐵偏離中間位置上下移動時，電橋不平衡，輸出電壓的大小與銜鐵位移的大小成正比，其相位與銜鐵移動的方向有關(guān)。,交流電橋測量電路,線圈,標準電阻,13.9.3 電容傳感器,電容傳感器能將非電量的變化變換為電容器電容的變化。,可見，只要改變，S，d 三者之一，都可使電容改變。,將上極板固定，下極板與被測物體相接觸，當(dāng)運動物體上、下位移（改變d）或左、右位移（改變S）時，將引起電容的改變。,1. 平板電容傳感器,初始時C1= C2，電橋平衡，輸出電壓,交流電橋測量電路,當(dāng)C1變化時，電橋不平衡，輸出電壓的大小與電容的變化成正比。,可