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第二章电测量指示仪表第一节电测量指示仪表的一般知识第二节磁电系仪表第三节电磁系仪表第四节电动系仪表第五节感应系仪表第六节电测量指示仪表第一节电测量指示仪表的一般知识一、电测量指示仪表的组成及其基本原理（一）组成中间量Y与被测X之间应有一定的函数关系，即：Y=ƒ（X）（二）测量机构的工作原理测量机构是电测量指示仪表的核心，它的任务是将与被测量呈一定函数关系的中间量Y变换为活动部分的角位移α，并能准确而迅速地指示出被测量的大小。测量机构包括四个基本部分：1．驱动装置2．控制装置测量机构中，对活动部分产生反作用力矩的装置称之为控制装置。反作用力矩一般由弹性元件——游丝或张丝产生。游丝实际上是一盘形弹簧，将它的一端固定在支架上，另一端与活动部分的转轴相连接。3．阻尼装置4．指示装置二、指示仪表的误差和准确度误差可以用绝对误差和相对误差来表示，但它们都难以表示某一只指示仪表的准确度。仪表的准确度等级只表示仪表本身的基本误差，因此，仪表的基本误差就是仪表的最大引用误差。仪表的准确度等级只是从整体上反映仪表的误差情况，在使用仪表进行测量时，其测量准确度往往低于仪表的准确度，而且如果被测量的值离仪表的量限愈远，其测量的准确度愈低。三、指示仪表的主要技术特性应有足够的绝缘电阻及耐压能力；有良好的读数装置等。（一）仪表的灵敏度和仪表常数（三）仪表本身所消耗的功率（五）过载能力（七）其它（二）仪表的误差和准确度（四）仪表的阻尼时间（六）抗外界干扰能力四、指示仪表的分类（一）按仪表的结构和工作原理分主要有：磁电系、电动系、铁磁电动系、整流系、感应系等，此外还有静电系、热电系、电子系等。（二）按被测量的种类分电流表、电压表、功率表、电度表、频率表、相位表、欧姆表、兆欧表，以及多种用途的仪表，如万用表等。（三）按被测量变化规律分有直流表、交流表、交直流两用表。（四）按使用方式分有安装式和可携式仪表。此外，还可按仪表的准确度等级、对外电场、外磁场防御能力和显示是否是数字式以及使用条件等分类。一、磁电系测量机构（一）磁电系测量机构的一般结构磁电系测量机构中的驱动装置主要是由永久磁铁和载流线圈构成的。在磁电系机构中外磁式动圈结构应用居多。第二节磁电系仪表（二）磁电系测量机构的工作原理磁电系测量机构中的驱动装置可简化为：二、磁电系电流表磁电系电流表按其量限可分为微安表（μA）、毫安表（mA）、安培表（A）和千安表（kA）。（一）单量限电流表单量限电流表的分流器由一个分流电阻Rp构成。（二）多量限电流表用由多个分流电阻构成的多量限分流器，利用同一表头可制成多量限电流表。目前最常用的是分流器。环形分流器的计算方法如下：若开关在1、2、3三个位置时电流表的量限分别为I1、I2、I3，显然，最大量限为I1，最小量限为I3，各量限的分流系数分别为n1、n2、n3。则有：三、磁电系电压表只要配上一定的测量线路，就可以构成单量限和多量限的磁电系电压表。各量限共用附加电阻的测量线路：如果用m1、m2、m3表示各电压量限被扩大的倍数，则有：由上面各式，可以计算出各附加电阻值四、磁电系欧姆表（一)欧姆表的工作原理欧姆表的原理电路图（二）欧姆表的倍率多档欧姆表原理图（三）欧姆表的调零欧姆表的调零线路五、带整流器的磁电系仪表磁电系测量机构如果与半导体整流元件相配合，同样可以测量正弦电流。由整流系测量机构构成的仪表称为整流系仪表。（一）半波整流式测量机构（二）全波整流式测量机构（三）整流系电压表整流系测量机构加上附加电阻器后可以做成整流系电压表，改变附加电阻值，可以改变电压表的量限。半波整流式三量限电压表的测量线路六、兆欧表（一）兆欧表的结构兆欧表的结构主要由两部分组成：一、比率型磁电系测量机构二、手摇发电机比率型磁电测量机构结构示意图1－永久磁铁２、３－动圈４－极掌５－铁心（二）兆欧表的工作原理兆欧表的原理电路图。由手摇直流发电机G、比率型磁电系测量机构、限流电阻Rc、Rv组成。兆欧表的原理电路１、２－动圈Ｇ－手摇发电机ＲＣ、ＲＶ－附加电阻七、磁电系检流计和冲击检流计(一)检流计的结构特点1．采用悬丝或张丝悬挂动圈检流计结构示意图a）悬丝结构b）张丝结构１－动圈２－镜子３－悬丝４－金属丝2．采用光指示读数装置3．动圈无铝框架（二）检流计的特性参数1．电流灵敏度和电流常数2．外临界电阻3．自然振荡周期和阻尼时间（三）冲击检流计的特性和应用冲击检流计也有悬丝和张丝结构两种，其结构示意图所示。它与一般的磁电系检流计相比，具有很大的自然振荡周期。可用来测量暂短的脉冲电量。a)悬丝结构１－悬丝２－动镜３－负荷件４－导流丝５－动圈６－永b)张丝结构１－张丝２－动镜３－动圈４－永久磁铁５－铁心电磁系仪表是测量交流电流和电压最常用的一种电测量指示仪表。第三节电磁系仪表一、电磁系测量机构(一)电磁系测量机构的结构电磁系测量机构主要是由固定线圈和可动铁片组成，按其工作原理可以分为圆线圈排斥式和扁线圈吸入式两种。图中固定线圈1和固定在线圈内壁的铁片2及其连接在转轴上的可动铁片3构成了产生转矩的驱动装置；游丝7是产生反作用力矩的控制装置；图中与转轴相连接的翼片6为磁感应阻尼器的阻尼片；其读数装置由指针4和标尺组成；在转轴上还固定有平衡锤5。吸入式结构示意图：二、电磁系电流表电磁系电流表通常分为安装式和可携式两种。安装式仪表多做成单量限的，安装在开关板上，用于交流电流测量，如需测量200A以上的电流，一般采用电流互感器扩大量限。可携式仪表一般做成多量限的。三、电磁系电压表电磁系电压表由电磁系测量机构和附加电阻组成，只要把两者相串联就构成了电磁系电压表。电动系仪表是一种交、直流两用的仪表，在电测量指示仪表中占有重要地位。第四节电动系仪表一、电动系测量机构利用载流导线间电动力作用而产生转动力矩的测量机构，叫做电动系测量机构。（一）电动系测量机构的结构（二）电动系测量机构的工作原理电动系测量机构产生转动力矩的原理１－定圈２－动圈二、电动系电流表将电动系测量机构中的定圈和动圈串联或并联，并且配置一定的分流电阻，便构成了电动系电流表。对于量限小于0.5A的电流表，可以采用定圈和动圈相串联，此时电流相同，i1=i2=i3则活动部分偏转角为：三、电动系电压表将电动系测量机构中的动圈和定圈串联，并配置一定的附加电阻，便构成了电动系电压表。四、电动系功率表能够用来直接测量电功率的仪表叫做功率表。（一）功率表的结构和工作原理（二）功率表的正确使用1．正确接线接线方式的选择。在图的四种接线方式中，a和c为“电压支路前接”，而b和d为“电压支路后接”。它们的区别是产生方法误差不同。2．正确选择量限3．正确读数第五节感应系仪表感应系仪表是交流仪表中转动力矩最大的一种仪表，主要用来测量交流电路中负载消耗的电能及电功率。一、感应系测量机构利用活动部分的导体在交变磁场中产生的感应电流所受到的磁场作用力而形成转动力矩的测量机构，叫做感应系测量机构。（一）感应系测量机构的结构感应系测量机构可分为单磁通型及多磁通型两类。应用较普遍的是三磁通型结构。（二）感应系测量机构的工作原理1．磁通和涡流的分布2．作用在铝盘上的转动力矩由图可知作用在铝盘上的瞬时转矩为：由于铁心中的磁通与产生磁通的电流同相，因此有（2－59）则一个周期T内的平均转矩为：由上式可知，作用在铝盘上的平均转矩不仅与电流i1和i2的有效值有关，还与有关。由式(2—59)两个电流可知，电流i1、i2间的相位差为：二、感应系电度表电度表俗称火表，它是用来测量电能的仪表。（一）单相电度表的结构单相电度表的结构包括四个部分：1．驱动元件2．转动元件（二）单相电度表的工作原理3．制动元件4．积算机构1．转动力矩2．制动力矩第六节电测量指示仪表一、常用电测量指示仪表的性能比较二、电测量指示仪表的选择（一）仪表种类的选择仪表种类的选择主要根据被测量变化规律和频率范围。（二）仪表准确度的选择从提高测量准确度的角度出发，测量仪表的准确度愈高愈好。但准确度愈高，仪表的造价愈高。（三）仪表量限的选择为了允分利用仪表的准确度。应根据被测量的大小合理地选择仪表的量限Am，尽量使被测量Ax≥2Am／3。（四）仪表的内阻选择对于电流表或功率表电流线圈的内阻，应尽量小；对于电压表或功率表的电压支路的内阻，应尽量大。（五）仪表工作条件的选择在选用仪表时，一定要符合仪表本身所规定的工作条件，否则将造成很大的附加误差。