电工仪表与测量第二章

第一节第二节第三节第四节第五节第二章电流与电压的测量第一节直流电流表与电压表在磁电系测量机构的基础上配上不同的测量线路，就能组成各种不同用途的直流电流表和直流电压表。演示电表只有一个测量机构（俗称表头），配合不同的测量板时，就能组成各种不同量程的电流表、电压表或检流计。一、磁电系测量机构测量机构转换开关分流电阻演示用电表磁电系测量机构的结构固定部分—磁路系统磁电系测量机构可动部分—线圈游丝的作用：1.产生反作用力矩2.引导电流出入线圈永久磁铁标度尺机械调零旋钮游丝铁心引出线指针磁电系测量机构的结构极掌平衡锤在动圈中加装短路线圈，利用短路线圈中产生的感生电流与磁场相互作用产生阻尼力矩。根据磁路系统的结构不同，又可分为：•外磁式：永久磁铁在可动线圈的外部。•内磁式：永久磁铁在可动线圈的内部。可节约磁性材料，而且体积小、成本低、对外磁泄漏少，近年来被广泛使用。•内外磁式：可动线圈的内、外部都有永久磁铁，故磁性更强，结构可以更紧凑。磁电系测量机构中的磁路系统外磁式内磁式内外磁式磁电系测量机构的磁路系统磁电系测量机构的工作原理磁电系测量机构是根据通电线圈在磁场中受到电磁力矩而发生偏转的原理制成的。•当可动线圈中通入电流时，载流线圈在永久磁铁的磁场中受到电磁力矩的作用而发生偏转。由于M∝I，即通过线圈的电流越大，线圈受到的转矩越大，仪表指针偏转的角度α也越大；同时，游丝扭得越紧，由于Mf∝α，故反作用力矩也越大。当线圈受到的转动力矩与反作用力矩大小相等时，M＝Mf，线圈就停留在某一平衡位置，此时，指针就指示出被测量的大小。磁电系测量机构的工作原理磁电系仪表的特点•优点：准确度高、灵敏度高。功率消耗小。刻度均匀。•缺点：过载能力小。只能测量直流。直流电流表的组成二、直流电流表设磁电系测量机构的内阻为RC，满刻度电流为IC，被测电流为IX，则分流电阻RA的大小可以按下述步骤进行计算。第一步，先计算电流量程扩大倍数CXIIn第二步，计算分流电阻1CAnRR分流电阻的计算［例］现有一只内阻为200Ω、满刻度电流为500μA的磁电系测量机构，由于生产需要，要将其改制成量程为1A的直流电流表，问应并联多大的分流电阻?解：先求电流量程扩大倍数20001050016CXIIn应并联的分流电阻为1.0120002001CAnRR答：若要将其改制成量程为1A的直流电流表，应并联一只0.1Ω的分流电阻。•分流电阻一般采用电阻率较大、电阻温度系数很小的锰铜制成。•当被测电流小于30A时，可采用内附分流器。•当被测电流大于30A时，可采用外附分流器。外附分流器及其接线电流端钮电位端钮开路式分流器闭路式分流器多量程直流电流表三、直流电压表直流电压表的组成第一步：先计算磁电系测量机构的额定电压UC=Ic·Rc第二步：计算电压量程扩大倍数CUUm第三步：计算所需串联的分压电阻CV)1(RmR分压电阻的计算［例］现有一只内阻为500Ω、满刻度电流为100μA的磁电系测量机构，根据实际需要，要将其改制成50V量程的直流电压表，问应串联多大的分压电阻？该电压表的总内阻是多少？解：先求出测量机构的额定电压UC=IcRc=100×10－6×500=0.05V再求出电压量程扩大倍数100005.050CUUm应串联的分压电阻为Rv=（m－1)Rc＝（1000－1）×500=499500Ω该电压表的总电阻为R＝Rc+Rv＝500＋499500＝500000Ω＝500kΩ多量程直流电压表电压灵敏度电压灵敏度的作用：（1）表示电压表指针偏转到满刻度时取自被测电流的电流值。（2）能方便地计算出该电压表各量程的内阻。电压灵敏度的意义：电压灵敏度越高，相同量程下电压表的内阻越大，取自被测电路的电流越小，对被测电路的影响越小，测量准确度越高。电压灵敏度为20kΩ／V，表示测量直流电压，当指针偏转到满刻度时，取自被测电路的电流是1V／20kΩ＝50μA，在10V挡时电压表内阻是10×20kΩ＝200kΩ四、直流磁电系检流计磁电系检流计是一种专门用来测量微小电流或电压的高灵敏度仪表，主要用于以直流电工作的电测仪器中作指零仪使用。磁电系检流计的结构•为提高检流计的灵敏度，结构上要采用以下措施：采用张丝或悬丝支撑代替轴尖轴承结构用光标指示装置代替指针张丝支撑结构悬丝支撑结构光标指示原理复射式光点检流计使用检流计的注意事项•搬动时必须轻拿轻放。•使用时要按正常工作位置放置。有水准仪者，使用前要先调整好水平；没有水准仪者也应安放在水平位置使用。•搬动或使用完毕，应将止动器锁上。无止动器的，要合上短接动圈的开关，或用导线将两接线端子短路。•禁止用万用表或电桥直接测量检流计的内阻。•检流计应放置在于燥、无尘、无振动的场所使用或保存。思考与练习•简述磁电系测量机构的工作原理。•磁电系测量机构中游丝的作用是什么？•磁电系仪表的优点和缺点有哪些？•计算分流电阻的步骤有哪些？•如何连接分流电阻？•为什么多量程直流电流表多采用闭路式分流电路？•检流计的特点是什么？主要用途是什么？返回章目录第二节交流电流表与电压表配电柜上的交流仪表一、电磁系测量机构•电磁系测量机构主要由固定线圈和可动软磁铁片组成。这里，游丝的作用只是产生反作用力矩，而不通过电流。•根据其结构形式的不同，可分为吸引型和排斥型两类。吸引型测量机构排斥型测量机构磁感应阻尼器原理示意图吸引型测量机构工作原理电流正向电流反向排斥型测量机构工作原理电流正向电流反向电磁系测量机构的工作原理利用通电流的固定线圈产生磁场，使铁心磁化。然后利用线圈与铁心（吸引型）或铁心与铁心（排斥型）相互作用产生转动力矩，带动指针偏转。指针偏转角与线圈中电流的关系•吸引型测量机构：转动力矩取决于固定线圈的磁场和可动铁片被磁化后的磁场强弱，而它们磁场的强弱又都与被测电流有关。转动力矩的大小应与线圈磁势的平方成正比。•排斥型测量机构：转动力矩取决于固定铁片和可动铁片被磁化后磁场的强弱，而它们的磁场也都与被测电流有关。排斥型测量机构转动力矩的大小也应与线圈产生磁势的平方成正比。显然，电磁系测量机构的转动力矩与线圈磁势的平方成正比，即M＝K1（NI）2上式说明，电磁系测量机构指针的偏转角α与被测电流的平方成正比，因此可用来测量被测电流的大小。电磁系仪表的特点优点•既可测量直流，又可测量交流。•过载能力强，制造成本低。缺点：•标度尺刻度不均匀。•易受外磁场影响。电磁系电流表的刻度不均匀磁屏蔽的原理无定位结构二、交流电流表•电磁系交流电流表通常由电磁系测量机构组成。由于电磁系电流表的固定线圈直接串联在被测电路中，所以，要制造不同量程的电流表时，只要改变线圈的线径和匝数即可。电磁系电流表•安装式电磁系电流表：一般制成单量程，但最大量程不得超过200A。在测量较大的交流电流时，仪表须与电流互感器配合使用。•便携式电磁系电流表：一般都制成多量程的。但它不能采用并联分流电阻的方法扩大量程。而是采用将固定线圈分段，然后利用分段线圈的串、并联来实现。双量程电磁系电流表原理线圈串联线圈并联三、交流电压表•电磁系交流电压表由电磁系测量机构与分压电阻串联组成。•安装式交流电压表:一般都做成单量程的，且最大量程不超过600V。要测量更高的交流电压时，仪表要与电压互感器配合使用。•便携式交流电压表:一般都做成多量程的，并采用了共用式分压电路。双量程电磁系电压表四、整流系交流电压表整流系电流表和电压表整流系交流电压表的组成•磁电系测量机构和整流装置组成的仪表称为整流系仪表。•整流系交流电压表是在整流系仪表的基础上串联分压电阻而成的。其中，整流系测量机构是整个仪表的核心。整流系交流电压表中的整流电路半波整流电路全波整流电路•交流电的大小习惯上是指交流电的有效值。为此，我们可根据交流电有效值与平均值之间的关系来刻度标度尺。•对于半波整流I有效＝1.11I平均•对于全波整流I有效＝2.22I平均这样一来，交流电压表的标度尺就可以直接按交流电的有效值来进行刻度，即整流系交流电压表的读数是正弦交流电压的有效值。思考与练习•简述电磁系仪表的结构。•为什么电磁系仪表可以交直流两用？•磁电系仪表和电磁系仪表的标度尺有什么不同？为什么？•电磁系仪表的过载能力为什么比较强？•如何减小外磁场对电磁系仪表的影响？•便携式电磁系电流表是如何扩大量程的？•整流系交流电压表有哪些优缺点？返回章目录第三节仪用互感器仪用互感器是用来按比例变换交流电压或交流电流的仪器，它包括变换交流电压的电压互感器和变换交流电流的电流互感器。一、仪用互感器的用途•扩大交流仪表的量程。•测量高电压时保证工作人员和仪表的安全。•有利于仪表生产的标准化，降低生产成本。二、电流互感器•电流互感器实际上是一个降流变压器，能把一次侧的大电流变换成二次侧的小电流。一般电流互感器二次侧的额定电流为5A。•电流互感器的一次侧额定电流I1N与二次侧额定电流I2N之比，叫做电流互感器的额定变流比，用KTA表示，即1NTA2NIKI＝电流互感器的符号电流互感器的接线图LDZJ1-10型常用电流互感器LDZJ1-10型LQG-0.5型LAZBJ-10型LMZ1-0.5系列电流互感器的正确使用•要正确接线。将电流互感器的一次侧与被测电路串联，二次侧与电流表串联。•电流互感器的二次侧在运行中绝对不允许开路。因此，在电流互感器的二次侧回路中严禁加装熔断器。运行中需拆除或更换仪表时，应先将电流互感器的二次侧短路后再进行操作。•电流互感器的铁心和二次侧的一端必须可靠接地。•接在同一互感器上的仪表不能太多。二、电压互感器•电压互感器实际上就是一个降压变压器，它能将一次侧的高电压变换成二次侧的低电压。•电压互感器二次侧的额定电压一般为100V。•电压互感器一次侧额定电压U1N与二次侧额定电压U2N之比，称为电压互感器的额定变压比，用KTV表示，即2N1NTVUUK＝电压互感器的符号电压互感器接线图常用电压互感器JDJ-6、10型JDZ-3、6、10Q型JDG4-0.5型电压互感器的正确使用•要正确接线。将电压互感器的一次侧与被测电路并联，二次侧与电压表并联。•电压互感器的一次侧、二次侧在运行中绝对不允许短路。因此，一次侧、二次侧都要加装熔断器。•电压互感器的铁心和二次侧的一端必须可靠接地。思考与练习•仪用互感器的用途有哪些？•为什么不能用并联分流电阻的方法扩大交流电流表的量程？•如何正确使用电流互感器和电压互感器？•为什么电流互感器的二次侧在运行中绝对不允许开路？而电压互感器的二次侧在运行中绝对不允许短路？•能用电压互感器扩大直流电压表的量程吗？为什么？返回章目录第四节钳形电流表•钳形电流表的最大优点是可以在不切断电路的情况下测量运行中的交流电动机的工作电流，从而很方便地了解电动机的工作状态。•实际使用的钳形电流表分为指针式和数字式两大类。一、钳形电流表的构造及原理互感器式钳形电流表•互感器式钳形电流表只能测量交流电流。如T301、T302、MG24等型号的钳形电流表就属于此类仪表。电磁系钳形电流表由于电磁系仪表可动部分的偏转方向与电流极性无关，因此它可以交、直流两用。在测量运行中的绕线式异步电动机的转子电流时，因为转子电流的频率很低，若用互感器式钳形电流表则无法测量其准确数值，这时只能采用电磁系钳形电流表。MG20、MG21型钳形电流表属于交、直流两用的电磁系钳形电流表。测量时将被测导线置于钳口中央二、钳形电流表的使用钳口要结合紧密，有污物要及时清洗测量5A以下较小电流时，可将被测导线多绕几圈再放入钳口测量。被测的实际电流等于仪表读数除以放进钳口中导线的圈数测量完毕，一定要将仪表的量程开关置于最大位置上思考与练习•钳形电流表的最大优点是什么？•简述互感器式钳形电流表的结构和用途。•简述电磁系钳形电流表的结构和用途。•如何正确使用钳形电流表测量电路中的电流？返回章目录第五节电流表与电压表的选择和使用一、电流表和电压表的选择•根据电工测量的目的和要求，合理选择电流表和电压表。在选择时应按照仪表类型、准确度、仪表内阻、量程、工作条件以及绝缘强度等方面，既全面又有