2015电气测量技术(2-指针式仪表)

第二章电工仪表及其应用2电气工程学院本章要求●掌握常用电工仪表在电气测量中的应用；（应用场合、注意事项）●通过对典型电工仪表工作原理和结构的分析，了解测量仪表的设计过程和设计中考虑的因素，基本掌握分析仪表误差的思路和方法；●掌握表征电工仪表的主要性能指标、性能符号；●初步建立测量仪表（电路）的输入阻抗、负载效应、时间响应等概念，理解它们对测量的影响。3电气工程学院指针式电工仪表磁电系仪表电磁系仪表电动系仪表静电系仪表感应系仪表电工仪表及其应用热电系仪表4电气工程学院电工仪表的基本知识（1）电工仪表？在电工测量中，测量各种电量、磁量及电路参数的仪器仪表统称为电工仪表。电量指电流、电压、功率、电能、频率、电阻、电感、电容以及时间常数和介质损耗角等。磁量主要指磁场以及物质在磁场磁化下的各种磁特性，例如磁场强度、磁通、磁感应强度、磁势、磁导率、磁滞和涡流损耗等的测量。5电气工程学院电工仪表的基本知识（2）电工仪表的分类电工仪表根据其在进行测量时得到被测量数值的方式不同分为：指示仪表、比较仪表和数字仪表三大类。①指示仪表指示仪表是先将被测量转换为可动部分的角位移，从而使指针发生偏转，通过指针偏转角度大小来确定待测量的大小，如各种指针式电流表、电压表等。6电气工程学院电工仪表的基本知识②比较式仪表比较式仪表是指在进行测量时，通过被测量与同类标准量进行比较，然后根据比较结果确定被测量的大小。③数字式仪表数字式仪表，是指在显示器上能用数字直接显示被测量值的仪表。它采用大规模集成电路,把模拟信号转换为数字信号，并通过液晶屏显示测量结果。7电气工程学院a.按测量对象分：电流表、电压表、功率表、电能表、功率因数表、频率表、相位表、欧姆表、绝缘电阻表(兆欧表或摇表)及万用表等。b.按工作电流性质分：直流表、交流表及交直流两用表。c.按使用方式分:安装式(配电盘式)、便携式等。d.按工作原理分:磁电系、电磁系、电动系、感应系、静电系、整流系等。指示式仪表的分类——1.指针式电工仪表概述8电气工程学院1.指针式电工仪表概述图2-11.1基本结构4-表针5-阻尼叶片6-游丝7-线圈固定部分:1-表盘2-轴承支架3-磁铁可动部分:NS123456789电气工程学院1.指针式电工仪表概述1.2工作原理图2-2①电磁力矩—驱动力矩②机械力矩—制动力矩③机械力矩=电磁力矩NS1234567810电气工程学院1.指针式电工仪表概述1.3主要性能指标1.4分类灵敏度、准确度、刻度单位、功率损耗（输入阻抗）、阻尼时间、过载能力.①磁电系；②电磁系；③电动系；④静电系；⑤感应系；⑥热电系.11电气工程学院1.指针式电工仪表概述1.5性能符号12电气工程学院1.指针式电工仪表概述13电气工程学院1.指针式电工仪表概述14电气工程学院2.磁电系仪表2.1基本结构和工作原理NSI1I2F1F2+-图2-3磁电系仪表结构M=DM=INBSM—电磁驱动力矩D—机械制动力矩α—游丝偏转角W—游丝力矩系数D=WαI—电流的平均值NBSWI15电气工程学院2.磁电系仪表2.2特点(1)灵敏度高、准确度高、功耗小、刻度均匀；(2)过载能力小；(3)结构比较复杂、成本较高；(4)直接测量直流电流信号；(5)指针偏转的角度与电流的平均值成正比.16电气工程学院2.磁电系仪表2.3应用①微弱直流电压和电流的测量;②与各种变换器配合，在交流及高频测量中也得到较广泛的应用.图2-4磁电系仪表应用变换电路磁电式仪表被测参量（R、V、f）R/I、V/I、f/I、CT、I整流系仪表17电气工程学院2.磁电系仪表2.3应用18电气工程学院2.磁电系仪表2.4系统误差分析思路:从分析仪表结构和测量原理入手图2-519电气工程学院2.磁电系仪表①转轴与轴承支架之间的摩擦力；②磁场分布的影响（是否磁场径向均匀分布）；③游丝的力矩系数W受扭转角度α影响；④刻度的影响；⑤温度影响。。。影响磁电系仪表系统误差的因素：20电气工程学院2.磁电系仪表磁电式仪表的时间特性R0RLC图2-6磁电式仪表测量机构的等效电路电子系统：衰减系数JWT2201机械系统：特征角频率TteTtTIWSNB/1LCRRD2021电气工程学院3.电磁系仪表3.1基本结构和工作原理152346dd212LIMWDdd212LIWL—固定线圈和铁芯构成的系统电感I—电流的有效值图2-6(b)图2-6(a)22电气工程学院3.电磁系仪表3.2特点（1）灵敏度低、功耗大、非线性刻度；（2）过载能力强；（3）构造简单、成本低廉；（4）非常适合于有效值的测量，可以测交流和直流；（5）刻度用有效值直接标度.23电气工程学院3.电磁系仪表3.3应用非常适合于有效值的测量，可以测交流和直流.测量精度较低2.5级24电气工程学院3.电磁系仪表3.4系统误差分析dd212LIW（1）转轴与轴承支架之间的摩擦力;（2）游丝的力矩系数W受扭转角度α影响;（3）刻度误差（非线性）;（4）温度误差；（5）磁场误差（外磁场影响）；（6）磁滞误差；（7）频率误差（线圈的阻抗Z随被测信号频率的变化）.25电气工程学院3.电磁系仪表减小频率对励磁线圈阻抗影响？u~RSLCRi~图2-726电气工程学院3.电磁系仪表3.5电磁系仪表与磁电系仪表区别（2）性能上:A灵敏度低，B灵敏度高；A过流能力强，B过流能力弱；A功耗大，B功耗小；A刻度不均匀，B刻度均匀；A可测交流和直流，B直接测量量是直流.（1）结构上:电磁系仪表（A）是动铁式,磁电系仪表（B）是动圈式；A的磁场是由被测量电流通过固定线圈产生的，B的磁场是由永久磁铁产生的；A的游丝中不流电流，B的游丝中流过电流.27电气工程学院4.电动系仪表电动式仪表结构简图4.1基本结构和工作原理ddMIIddLIddLIddAM1221222121212121122222112121IIMILILAWddMIIM1221dd11221MIIWcosdd11221MIIWI1、I2—电流的有效值图2-828电气工程学院4.电动系仪表4.2特点ddMIIM1221cos（1）功耗较大、过载能力小；（2）刻度不均匀；（3）工作磁场弱，灵敏度较低;（4）准确较高（0.1-0.5）；（5）平均转矩是交流有效值的函数.4.3应用（1）交直流电压电流表；（2）相位表、功率因数表、功率表29电气工程学院4.电动系仪表4.3应用（1）小电流测量图2-9N11N12N2R2R11R12IXI1I2方法：动、定线圈串联21IIIXddMIIW12211ddMIWX122130电气工程学院4.电动系仪表（2）大电流测量XIRRRRRRI2121121XIRRRRRRI2121112112ddMKIWddMIIWX122122111方法：动线圈与电阻串联后，再与定线圈并联图2-10N11N12N2R2R11R12IXI1I2R31电气工程学院4.电动系仪表（3）电压测量图2-11ddMIW122X1R+=R11+R12+R2+RddMRUW1222X1RUIIIXX21N11N12N2R2R11R12UXI1I2R32电气工程学院4.电动系仪表（4）功率测量N11N12N2R2R11R12**IURLRVILI2U图2-12电动系功率表接线图ILRLU接入电动式仪表，使其具有测量功率的功能？cosUIPLddMIIW1221cos1？33电气工程学院4.电动系仪表N11N12N2R2R11R12**IURLRVILI2U图2-12电动系功率表接线图RUIIIL21,cos21IIRPddMWRpddMIIW1212211cos1cosUIPL34电气工程学院5.静电系仪表2-13低压静电电压表结构图5.1结构与工作原理35电气工程学院5.静电系仪表图2-14dd212CUWU—被测电压有效值C—系统电容221CuAddCuddAMt221ddCUdtuTddCdtMTMTTt2020211211电场能：瞬时力矩：平均作用力矩：Wα=M5.1结构与工作原理36电气工程学院5.静电系仪表5.2特点与应用①基本测量量是电压有效值的平方，所以刻度不均匀；②灵敏度低，适合于测量高压；③频率范围宽，可用于直流～几MHZ的交流电压；④准确度一般为0.5%~5%；⑤读数与外磁场无关，但易受外电场干扰.37电气工程学院6.感应系仪表6.1基本结构和工作原理38电气工程学院6.感应系仪表●利用交流电流产生的磁通，作用在一个可转动的铝盘使之产生涡流，并与之相互作用来得到偏转力矩；●永久磁铁和它的磁轭构成动态平衡阻尼器，产生制动力矩，用来稳定铝盘转动速度，制动力矩=偏转力矩；●铝盘的转速正比于电功率的大小。6.1基本结构和工作原理39电气工程学院6.感应系仪表6.2应用—电能表电能表规格：DD—28型，220V，5（10A），50HZ，3000r/kW·h,②型号准确度等级额定电压额定电流最大电流额定频率转数/度40电气工程学院6.感应系仪表电子式三费率电度表原理框图▲三费率电度表41电气工程学院7.热电系仪表电流I→焦尔热I2R→热电动势e→动圈式仪表热电系仪表的结构7.1基本结构和工作原理42电气工程学院7.热电系仪表7.2特点与应用①是一种真有效值仪表；②可测量电流、电压、功率等；③被测信号的频率在100MHz以下；④当被测信号的频率较高时，测量将受“集肤效应”和“谐振”影响.43电气工程学院本章小结（1）指针式电工仪表主要按其工作原理，分为磁电系、电磁系、电动系、静电系、感应系、热电系；（2）磁电系仪表也称动圈式仪表，其测量原理是—NBSWI它直接测量量是直流电流，指针偏转角度与电流的平均值成正比，刻度均匀并用有效值标度，测量准确度受被测量波形影响.（3）电磁系仪表也称动铁式仪表，刻度非线性，用有效值标度，是交直流两用表，非常适合于有效值的测量；（4）电动系仪表可用做交直流电压电流表、相位表、功率因数表等；44电气工程学院本章小结（7）分析电工仪表系统误差的出发点主要从电、磁及构造三方面入手.（5）静电系仪表常用做高压电压表，交直流均可；（6）感应系仪表常用做电能表，热电系仪表利用焦耳热效应原理工作的仪表；（8）你是如何理解真有效值电压表？45电气工程学院本章思考题（1）如何提高磁电系仪表的灵敏度？（2）从结构和性能上比较磁电系仪表和电磁系仪表；（3）磁电系仪表的结构、工作原理？（4）（）仪表存在磁滞误差，（）仪表不存在磁滞误差；（5）（）可以测量交流和直流，（）的直接测量量是直流电流，电度表属于（）；a-磁电系仪表，b-电磁系仪表，c-感应系仪表（6）（）仪表，可制成电压表、电流表、功率因数表、功率表等；（7）（）仪表的指示值与波形无关.