Chapter3-1模拟指示电测仪表--140304.

§3.1直接作用模拟指示仪表原理§3.2磁电系仪表的工作原理§3.3磁电系电流表、电压表、欧姆表及兆欧表§3.4万用表§3.5磁电系检流计§3.6冲击检流计§3.7电磁系测量机构及其测量仪表§3.8电动系测量机构及其测量仪表§3.9直流电位差计§3.10直流电桥Chapter3模拟指示电测仪表一.基本概念指示仪表：能随时显示被测量但不记录其值的仪表。§2.1直接作用模拟指示仪表的工作原理§2.1直接作用模拟指示仪表的工作原理二.结构框图测量线路测量机构被测量过渡电量指针偏转角xY=f(x)α=F(y)=φ(x)直接作用指示仪表：指示器与可动部分机械连接，且由被测量驱动可动部分的指示仪表。三.测量机构组成与作用*测量机构的基本组成：固定部分、活动部分可动部分：转轴、指针、游丝、线圈、阻尼器等以外磁式磁电系表为例：固定部分：固定在表壳上的磁铁、支架、表读盘等三.测量机构组成与作用*测量机构的基本组成：固定部分、活动部分可动部分：转轴、指针、游丝、线圈、阻尼器等以外磁式磁电系表为例：固定部分：固定在表壳上的磁铁、支架、表读盘等*偏转机构有三种作用力矩：转动力矩、反作用力矩、阻尼力矩1.转动力矩：驱动可动部分偏转的是电磁力矩。其由固定部分的磁(电)场与可动部分的电流(磁场)相互作用产生。使可动部分受到转矩而发生转动。转动力矩与通入的电流之间存在一定的函数关系。M=f(X)2.反作用力矩：产生正比于偏转角的反向偏转力矩。D=Wα当D(α)=M=f(X)时，合力矩为0，表针最终会停在这个偏转角位置。反作用力矩可由机械、电气两种方式产生。NS机械方式：主要由游丝、张丝、吊丝等产生。电气方式：产生反作用力的仪表称作“比率表”、“流比计”3.阻尼力矩：作用：产生与偏转角速度成正比的反向偏转力。使摆动迅速停止。（a）空气阻尼器(b)电磁阻尼tαpMpdd-=四.常用模拟指示仪表类型根据产生转动力矩的原理不同，模拟指示式仪表又可分为磁电式、电磁式、电动式、感应式、振动式、静电式等。型式符号被测量的种类磁电式整流式电磁式电动式电流的种类与频率电流、电压、电阻电流、电压电流、电压电流、电压、电功率、功率因数、电能量直流工频和较高频率交流直流和工频交流直流及工频与较高频率的交流常用模拟指示仪表符号及应用五.仪表上常见符号§3.2磁电系仪表的工作原理一.基本结构同时请参看教材P28~30的图3-3、图3-4、图3-5、图3-6、图3-7二.转矩公式载流导线在磁场中产生的电磁力：IBlF=其中：I—通过导线的电流；B—磁场磁感应强度；l—导线有效长度N匝载流导线在磁场中产生的电磁力：INBlF=FFN匝载流线圈在磁场中产生的电磁力矩：FrM2=INBSM=S—线圈有效面积=2lrψ—可看作穿过线圈的磁链INBlr2=ΨI=1.转动力矩：D=WW—反作用力矩系数α—线圈偏转角。ψIMD==IWΨWMα0==WΨIαSi0==0==ΨWαICiSi－电流偏转灵敏度Ci－仪表常数磁电系仪表的指针偏转与流过可动线圈的电流成正比。2.反转力矩：磁电式仪表阻尼力矩由两部分组成：可动部分铝框架产生、线圈与外电路闭合时产生3.磁电式仪表阻尼方式铝架相当一短路匝。当铝架在磁场中运动时，闭合的铝架切割磁力线产生感应电流ie，该涡流与磁场相互作用产生一个电磁阻尼力矩Ｍa，使指针较快停在读数位置。铝架阻尼力矩：由线圈和外电路闭合产生的阻尼力矩三.磁电系仪表特点2）准确度高：游丝可选W较大，尖端半轴摩擦力可忽略；永久磁铁的B强，受外磁干扰小。3）灵敏度高：SI∝ψ，永久磁铁产生的B较强，且气隙小。4）刻度均匀：α∝I0，可得到线性刻度。5）功耗小：流过仪表的电流较小。6）过载能力小：电流经过游丝，游丝过载易发热，改变W。7）只能测量直流：转动力矩方向与I0流向有关，交流M＝0。1）磁电系仪表的指针偏转与流过可动线圈的电流成正比。§3.3磁电系电流表、电压表、欧姆表及兆欧表一.磁电系电流表磁电系仪表的指针偏转与流过可动线圈的电流成正比。∴该类仪表只能以电流做中间变量。测电压、电阻时，需用相应电路将这些量转换成电流量。电流表的测量范围从uA~kA不等。其电路结构不同。图3-10uA表与mA表的电路结构Rw/2是一个游丝的电阻，R'o是可动线圈的电阻，A、B两端是电流表的两个接线端钮。指针的偏转角：xIWΨIWΨα000==uA、mA电流表结构：大量程电流表的电路结构§3.3磁电系电流表、电压表、欧姆表及兆欧表一.磁电系电流表磁电系仪表的指针偏转与流过可动线圈的电流成正比。∴该类仪表只能以电流做中间变量。测电压、电阻时，需用相应电路将这些量转换成电流量。电流表的测量范围从uA~kA不等。其电路结构不同。∵游丝只能通过几十mA的电流，∴要引入分流电路。图3-11大量程电流表电路结构Rf是与测量机构相并联的分流器电阻，R0是测量机构等效电阻。xfofIRRRWΨIWΨα+•==000xfofIRRRI+=0当电流量程30A时，分流器放置在表壳内，称其为内附分流器；当电流量程30A时，分流器放置在表壳外，称其为外附分流器。图3-11大量程电流表电路结构阶梯分流器----多量程电流表内附分流器一种典型结构xifiIKWΨα1•=0111321032101=+++++=XfXIKIRRRRRRRI22232103201=++++=XfXIKIRRRRRRI3333210301=+++=XfXIKIRRRRRI阶梯分流器特点：参书P34R0分流器的四端钮结构（凯尔文接法）参书P35R0分流器两对接头分别叫电流端(与负载串联)、电位端(与测量机构并联)。这种连接方法可以使分流电阻中不包含接触电阻，减少接触电阻对测量误差的影响。外附分流器上一般不标明电阻值，而标明“额定电流”和“额定电压”。额定电流是指电流表量限扩大后的最大电流值；额定电压是指当分流器工作在额定电流下，分流器电位端钮两端的电压值。常用规格有30mv、45mv、75mv、100mv等。求分流器端电压：∴应选100mV,100A的分流器。fffxRRRRRII000+=≈解：求分流器阻值：由图可得mRIIRoxof11.01001U=RfIfm≈RfIxm=100mV【例】若有一个原量限为1A，内阻为0.1的电流表,要扩大量限到100A,应选什么规格的分流器？三.磁电系电压表磁电系测量机构的偏转角α与流过它的电流Ｉ成正比。因此，必须把被测电压变换成与其成正比的电流才能用磁电系测量机构测量，常用的方法是串联附加电阻。00=IWΨα式中：Rv为附加电阻；Ux为被测电压。通常附加电阻值远大于仪表内阻。量限越大RV越大。∴流过仪表的电流I0主要取决于RV的大小。测量机构＋串接电阻1、磁电系电压表组成结构000•=RUWΨVxRRUWΨ+•=00三.磁电系电压表2、磁电系多量限电压表电路3、电压表附加电阻附加电阻也有内附和外附之分。量限低于600V的电压表采用内附附加电阻，用开关切换量限。在我国的国家标准中规定，通用附加电阻的额定电流值有：0.05、0.1、0.2、0.5、1.0、5.0、7.5、15、30和60mA，共10种。外附附加电阻是单独制造，可与仪表配套使用。VxRRUI+=00解：①工作电路如图【例】有一个微安表，量限为100uA、内阻为500。问用它组成量限分别为10V、100V的电压表时将如何组成电路？其附加电阻值分别为多少？)(kΩ9500-1010=-=4-001159≈∴.RIURxV）（MΩ9=01-10100=--=54-10022VxVRRIUR∴②求附加电阻值三.磁电系电压表4、磁电系电压表参数（1）电压表内阻越大，对被测电路的影响越小，测量误差越小（电流表呢？）。（2）电压表各量程内阻与相应电压量程的比值是一个常数（也称为电压灵敏度），单位为“Ω/V”，此值常标注于刻度盘上。是电压表的重要参数，其值越大越好。（3）满偏电流是“Ω∕V”的倒数：I0m=V∕Ω四.磁电系欧姆表00=IWΨα1.串联电路欧姆表②欧姆表的标度当Rx=∞时，α=0；当Rx=0时，α=αmax；当Rx=R0=Rd时，α为αmax的一半Rd称为“中值电阻”①测量值计算xRRUWΨ+=00四.磁电系欧姆表00=IWΨα1.串联电路欧姆表②欧姆表的标度当Rx=∞时，α=0；当Rx=0时，α=αmax；当Rx=R0=Rd时，α为αmax的一半Rd称为“中值电阻”①测量值计算xRRUWΨ+=00③其它欧姆表测量电路四.磁电系欧姆表XXXxRRRRRRRRRRRUI++•++)+(+=101010202.并联电路欧姆表②欧姆表的标度①测量值计算[]XRRRRRRRRRRU)++()+(+1)++(=210210210)′+)(1++(=210XRRRRRUmax2100=)++(==ααRRRUIRx，时，当∞；，时，当0=0==0αIRx0；时，当maxdxααRRRRRRRR21=)++()+(==210210五.磁电系兆欧表（自修）习题与思考1.磁电系仪表为何不能测交流？如果可动线圈通入交流电，转矩Ｍ的方向也会随之变化。指针偏转角将与一个周期内的转矩平均值有关，对于正弦变化的交流电其平均转矩为零，也就是指针将停在原处不动。所以磁电系仪表不能用于测量交流，只有配上整流电路后才能用于交流测量。TTmtdtBNAITmdtTmM000sin112.模拟指示仪表的测量机构组成必须具有哪三种力矩的装置？习题1.有一只磁电系表头，满偏电流为500μA，内阻为500Ω，现在要把它制成限量为1A的电流表，问应选阻值为多少的分流电阻？2.有一磁电系测量机构，其满偏电流为200μA，内阻为300Ω，欲改成60Ｖ量程的电压表，应接多大附加电阻。