電壓和電流的測量電磁系磁電系電動系儀表

1、第二章 電流與電壓的測量第一節(jié) 電流與電壓的測量方法第二節(jié) 磁電系儀表第三節(jié) 磁電系檢流計第四節(jié) 電磁系儀表第五節(jié) 電動系儀表第六節(jié) 測量用互感器第七節(jié) 萬用電表第八節(jié) 直流電位差計第九節(jié) 電流表與電壓表的使用第十節(jié) 電工儀表識圖Electrical Measure1本章要點 本章主要介紹磁電系、電磁系和電動系三種儀表，以及用它測量電壓、電流的方法。這三種儀表不僅可以用來測量電壓、電流。而且在配置某些變換電路之后，還可以用于測量其他電磁量或作為指示器件。是從事電氣技術(shù)的人員應(yīng)具備有關(guān)儀表知識的最基本內(nèi)容。 電壓表和電流表的附屬裝置，包括分流器、附加電阻和互感器的結(jié)構(gòu)原理及其計算方法。也是測量電

2、壓和電流必須掌握的技術(shù)。 本章還介紹萬用表、檢流計和電位差計。萬用表是現(xiàn)場工作最常用的工具之一，檢流計和電位差計則是校準(zhǔn)和精密測量中常用的儀器。其內(nèi)容可根據(jù)教學(xué)時數(shù)和專業(yè)需要選擇講授或布置學(xué)生自學(xué)。2第一節(jié)電流與電壓的測量方法一、直接測量： 測量電流、電壓一般都用直接測量，即用直讀式模擬或數(shù)字的電流、電壓表。測電流時與被測電路串聯(lián)，測電壓時與被測電路并聯(lián)，但應(yīng)注意連接在電路中的位置，如圖所示。電流表線圈應(yīng)接在低電位端電壓表接地標(biāo)志應(yīng)接在低電位端3二、間接測量： 在特殊情況下，可以用間接法測量。例如在已焊好元件的印制板上，通過測量某電阻兩端電壓求得電流，或測量通過電阻的電流，求出電阻兩端的壓降。

3、在不斷開電路的狀態(tài)下測量電流返回本章首頁4 第二節(jié) 磁電系儀表一、磁電系儀表結(jié)構(gòu)56 二、磁電系儀表工作原理 可動線圈通電后，由于線圈在磁場中受到電磁力矩的作用使指針產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，當(dāng)可動線圈穩(wěn)定后，可認(rèn)為驅(qū)動力矩等于反作用力矩，并推出儀表偏轉(zhuǎn)角與電流關(guān)系為 若與被測電壓并聯(lián)，儀表的內(nèi)阻為 R ，則儀表偏轉(zhuǎn)角與電壓關(guān)系為FSNF7三、電流表分流器 磁電系儀表可以通過分流器擴(kuò)大其量程，也可以并聯(lián)若干個電阻，通過更換輸入接頭，可組成多量程的電流表。多量程分流器電路分流器電路分流器電路加溫度補(bǔ)償電阻1-電流端鈕；2-電位端鈕 8 分流器電阻的計算 按分流器的電路結(jié)構(gòu)，被測電流只有一部分通過 電流表線圈，其

4、余則通過分流器，可以證明通過電流表線圈的電流與被測電流的關(guān)系為 如用 n 表示比值 ，它的數(shù)值代表電流表并聯(lián)分流器之后的量程擴(kuò)大倍數(shù)。將上式移項，可推出按量程擴(kuò)大倍數(shù) n 求得分流器電阻阻值的關(guān)系式。即9四、電壓表的附加電阻 擴(kuò)大電壓表量程可以串聯(lián)附加電阻，設(shè)直接測量的量程為 ，測量機(jī)構(gòu)內(nèi)阻為 ，串聯(lián)附加電阻 后，可將電壓量程擴(kuò)大為 ，則 與 的關(guān)系可由下式求得 用 m 表示比值 ，其值代表串聯(lián)附加電阻后電壓表量程擴(kuò)大的倍數(shù)，可按m 值求得串聯(lián)的附加電阻值返回本章首頁10 五、技術(shù)性能 1.靈敏度高、準(zhǔn)確度高、表耗功率低 由于永久磁鐵與鐵心間的氣隙小，氣隙間的磁感應(yīng)強(qiáng)度比較強(qiáng)，所以磁電系儀表有

5、比較高的靈敏度。且磁感應(yīng)強(qiáng)度較強(qiáng)時，驅(qū)動力矩大，可采用反作用力矩系數(shù)比較大的游絲。有較大的定位力矩，使摩擦力矩的影響減小。內(nèi)部磁場強(qiáng)度大，外磁場影響相對弱，可獲得較高的準(zhǔn)確度。且表耗功率低，對被測電路的影響小。所以磁電系儀表是一種應(yīng)用廣泛具有高靈敏度、高準(zhǔn)確度、低表耗功率的儀表。 2.具有均勻等分的刻度 磁電系儀表的指針偏轉(zhuǎn)角與可動線圈的電流成正比，標(biāo)尺的刻度均勻等分，易于標(biāo)尺的制作。 3,只能用于直流電路 若在交流范圍使用，必須配整流器。11有一磁電系毫伏表，量程為150mv，滿偏時的電流為5mA,若將其量程擴(kuò)大為150v，另若將其改裝成3A的電流表，分別該如何做？12第三節(jié) 檢流計 （1）

6、磁電系檢流計是一種高靈敏度儀表，用于測量極微小的電流或電壓。 （2）磁電系檢流計分為動圈式（磁鐵固定、線圈可動）和動磁式（永久磁鐵可動，線圈繞在固定的鐵心上）兩種。 檢流計的標(biāo)尺不注明電流或電壓數(shù)值，所以一般只用來檢測電流的有無，例如作為電橋或電位差計的指零儀。如需要讀出被測量數(shù)值，應(yīng)在實驗前測定它的儀表常數(shù)。132.4.1 檢流計結(jié)構(gòu)原理示意圖 （3）檢流計結(jié)構(gòu)如圖： 檢流計用吊絲代替游絲，動圈3由吊絲1懸掛，吊絲既作為支撐，也產(chǎn)生反作用力矩和引導(dǎo)電流。 1 吊絲或張絲，2反射鏡，3可動線圈， 4磁鐵，5鐵心。14第四節(jié) 電磁系儀表 一、電磁系儀表的結(jié)構(gòu) 電磁系儀表結(jié)構(gòu)有吸引型和推斥型兩種形

7、式吸引型推斥型15 二、電磁系儀表的工作原理 驅(qū)動力矩：吸引型的驅(qū)動力矩是利用線圈通電后，對可動鐵心產(chǎn)生吸引力，使指針偏轉(zhuǎn)。推斥型則靠線圈同時對固定、可動鐵心進(jìn)行磁化，由于磁化的極性相同，產(chǎn)生互斥而形成驅(qū)動力矩。 反作用力矩：采用游絲，設(shè)其反作用力矩系數(shù)為D。 當(dāng)驅(qū)動力矩與反作用力矩相等時，指針停止轉(zhuǎn)動，可推出，不同電流產(chǎn)生的驅(qū)動力矩與儀表偏轉(zhuǎn)角關(guān)系為 阻尼力矩：一般采用磁感應(yīng)阻尼。 16 三、電磁系儀表技術(shù)性能 1.由于指針偏轉(zhuǎn)角與被測電流的平方成正比，所以標(biāo)尺呈平方律特性，前密后疏。 2.如果通以交流電，則指針偏轉(zhuǎn)角與被測電流瞬時值平方成正比，當(dāng)瞬時值變化很快時，由于可動部分慣性，指針偏轉(zhuǎn)

8、角將決定于瞬時力矩在一個周期內(nèi)的平均值， 即指針偏轉(zhuǎn)角與交流有效值平方成正比，所以電磁系儀表可用于測量交流，并可與直流共用同一標(biāo)尺。 返回本章首頁17 電磁系儀表技術(shù)性能改變電壓量程改變電流量程3.改變電流量程，可改變線圈的安匝數(shù)。改變電壓量程，可改變線圈的附加電阻。184.多量程電磁系電壓表舉例19第五節(jié)電動系儀表一、電動系儀表的結(jié)構(gòu)2021二、電動系儀表的工作原理 兩組線圈所構(gòu)成的系統(tǒng)，通電后的磁場能量為可動線圈所受的驅(qū)動力矩為M=Ma 作為電流或電壓表使用時，如果兩線圈通以同一電流，或被測電流的一部分，且互感變化率為常數(shù)，則指針偏轉(zhuǎn)角與被測電流平方或被測電壓平方成正比，或與交流電流或電壓

9、有效值平方成正比。 如作為功率表使用，指針偏轉(zhuǎn)角正比于被測功率。22三、電動系儀表的技術(shù)性能 1.和電磁系一樣刻度呈平方律特性，可用于測量直流也可以測量交流，或交直流兩用。準(zhǔn)確度高于電磁系。 2.作為小量程電流表使用時，固定線圈與可動線圈串聯(lián)，但作為大量程使用時，由于可動線圈不允許通過大電流，故可動線圈只能與固定線圈并聯(lián)。 3.作為電壓表使用時，可以根據(jù)量程大小，串聯(lián)不同的附加電阻。小量程電流表，固定線圈可與可動線圈串聯(lián)大量程電流表，固定線圈可與可動線圈并聯(lián)電壓表根據(jù)量程串聯(lián)不同的附加電阻返回本章首頁23第六節(jié)測量用互感器一、互感器的用途互感器主要用于擴(kuò)大交流電 流表、電壓表、功率表和電能表的

10、量程，而且具有如下特點1.隔離高壓。2.降低表耗。3.節(jié)省設(shè)備投資。4.可統(tǒng)一使用5A、100V的標(biāo)準(zhǔn)表芯，配上不同的互感器，可組成各種不同量程的電壓、電流表。高壓部分低壓部分24 二、工作原理 電壓互感器相當(dāng)于空載變壓器，與電壓表聯(lián)用。被測電壓等于接在二次繞組的電壓表讀數(shù)乘以電壓互感器的電壓變比。注意！電壓互感器二次繞組不許短路。 電流互感器相當(dāng)于短路的變壓器，與電流表聯(lián)用被測電流等于接在二次繞組的電流表讀數(shù)乘以電流互感器電流變比。注意！電流互感器二次繞組不許開路。25 三、互感器的誤差 1.變比誤差：由于負(fù)載過大，互感器內(nèi)壓降加大，引起輸出電壓下降，使得電壓比不等于匝數(shù)比?；螂娏骰ジ衅鞫?/p>

11、繞組磁化電流過大，使得電流比不等于匝數(shù)比所造成的變比誤差。 2.相角誤差： 由于繞組內(nèi)阻抗過大，或鐵心材料和氣隙的影響，使得磁化電流過大，電壓互感器的一、二次繞組的電壓相位差，或電流互感器的一、二次繞組的電流相位差不等于180，造成相角誤差。26四、互感器的連接電壓互感器在供電系統(tǒng)中的連接電流互感器在供電系統(tǒng)中的連接27 五、鉗式電流表 鉗式電流表是電流互感器和電流表的組合，可以在不斷開交流電路，并在設(shè)備仍運(yùn)行的條件下，測量交流電流。外型內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意返回本章首頁28第七節(jié)萬用電表一、萬用電表的結(jié)構(gòu) 萬用表是利用多刀多投轉(zhuǎn)換開關(guān)，改變電路連接方式，測量不同量程的電壓、電流電阻，或電平，三極管放大

12、倍數(shù)等是電氣維修中常用的工具。29二、數(shù)字萬用表的工作原理數(shù)字萬用表是建立在直流電壓的測量基礎(chǔ)之上的。圖 直流數(shù)字電壓表的基本方框圖輸入模擬部分?jǐn)?shù)字部分電源輸入電路轉(zhuǎn)換器A-D計數(shù)器顯示器輯電路控制邏30功能量程選擇輸入被測量LCD顯示器HV A/D轉(zhuǎn)換 LCD驅(qū)動 V/V轉(zhuǎn)換I/V轉(zhuǎn)換R/V轉(zhuǎn)換參數(shù)轉(zhuǎn)換電路UINUIN200mV數(shù)字萬用表的工作原理31電壓電流電阻200mV)ICL7106被測參數(shù)2）參數(shù)轉(zhuǎn)換電路32數(shù)字電壓表r1rU0Ui0（1）直流電壓轉(zhuǎn)換電路33數(shù)字電壓表r1rU0Ui0（1）直流電壓轉(zhuǎn)換電路34數(shù)字電壓表r1rU0Ui0（1）直流電壓轉(zhuǎn)換電路35（2）交流電壓轉(zhuǎn)換電路

13、（以200V檔為例）UdUIN= 452K1KUIN=Ud452K 100mV=0.45UX452K=1000.45452KACuxUIN+UIN-Ud=0.45UXCOMUREF+UREF-C4UINUd36數(shù)字電壓表IN+INR UiIi（3）直流電流轉(zhuǎn)換電路（I200mV電壓）37（4）電阻轉(zhuǎn)換電路(以20k擋為例)IRXIRREF若RX= RREF則N2=1000，把小數(shù)點點在百位即可UREF+UREF-IUin+Uin-C4COMR13+R12+R11R02R03R20RXVUINN2UREF= 1000=RXRREFN21000RREF= R13+R12+R11= 10kRX=0.

14、01N238（5）二極管正負(fù)極測量電路=1mAI= 3-0.52.5kV+COM之間電壓U = 3VUREF=1K1mA=1VUINUREF= N2N1V+UREF+UREF-Uin+Uin-COMR12+R11R02R03R20I39電壓測量的電平表示大家習(xí)慣用功率比較的常用對數(shù)式，它的電平單位叫做貝爾(Bel)和分貝(dB)，定義如下：在電阻相等的條件下，代入P = V2 / R ，可得分貝定義的電壓電平公式：40由于早期電信用600特性阻抗的架空明線，歷史規(guī)定“600電阻消耗1 mW功率”作為0功率電平參考點。 功率電平 電壓電平 41電平表實際就是讀數(shù)標(biāo)尺刻寫有dBm電壓電平的電壓表。

15、用電壓表的電平檔進(jìn)行測量，刻度為非均勻刻度， （模擬表） 0dB對應(yīng)0.775v42第八節(jié)直流電位差計一、直流電位差計工作原理 直流電位差計由三個回路組成。其中 回路稱為校準(zhǔn)回路 回路稱為測量回路 回路稱為工作電流回路。43 校準(zhǔn)回路：利用回路中的標(biāo)準(zhǔn)電池用來校準(zhǔn)工作電流，當(dāng)開關(guān) S 合向回路時，調(diào)節(jié)R改變工作電流，若檢流計指零，則說明標(biāo)準(zhǔn)電池的電動勢與工作電流在電阻 上的壓降 相互補(bǔ)償，使 。 工作電流回路：包括輔助電源，調(diào)節(jié)工作電流用的可變電阻、測量電阻和工作調(diào)定電阻。工作回路主要任務(wù)是提供一個穩(wěn)定的工作電流，使電阻 和 能得到一個穩(wěn)定的壓降。 測量回路：當(dāng)開關(guān)S合向回路時，調(diào)節(jié)測量電阻，

16、以改變左端ab二點間的壓降（注意：此時不能再調(diào)節(jié)R，否則工作電流將發(fā)生變化），若檢流計指零，則表明 為已知從 可求出被測電壓值。44 二、電位差計特點 1.利用補(bǔ)償原理:電位差計的平衡是利用電動勢互相補(bǔ)償?shù)脑恚虼似胶鈺r不從測量回路的被測電源取用電流，從而消除被測電源的內(nèi)阻、導(dǎo)線電阻、接觸電阻對測量的影響。校準(zhǔn)回路也一樣，不從標(biāo)準(zhǔn)電池取用電流，保持了標(biāo)準(zhǔn)電池電動勢的穩(wěn)定。 2.采用高準(zhǔn)確度的元件：在式 中，由于標(biāo)準(zhǔn)電池的電動勢比較穩(wěn)定，調(diào)定電阻和測量電阻的左端ab部分選用高準(zhǔn)確度和高穩(wěn)定度的電阻，所以測量準(zhǔn)確度可以達(dá)到 0.001%。45 三、實用電位差計的結(jié)構(gòu) 1.要考慮標(biāo)準(zhǔn)電池的電動勢受

17、溫度的影響:實用電位差計的工作調(diào)定電阻通常由兩部分電阻構(gòu)成，一部分為固定，一部分為可調(diào)，可調(diào)部分作為溫度補(bǔ)償電阻，以補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)電池因溫度而發(fā)生的變化。 2.要根據(jù)測量結(jié)果所需要的準(zhǔn)確度，選擇合適的測量線路和有足夠靈敏度的檢流計。以保證電路未完全補(bǔ)償時，能為觀察者所覺察。 3.測量電阻應(yīng)在很寬的范圍內(nèi)變化，而且能夠準(zhǔn)確讀數(shù)，例如要讀出五位數(shù)或六位數(shù)，一般可采用十進(jìn)電阻盤，以便能讀出多位讀數(shù)，但也有用滑線電阻盤的。 返回本章首頁46第九節(jié) 電流表與電壓表的使用與選擇 一、選擇儀表類型 要根據(jù)被測電流、電壓的性質(zhì)，是交流還是直流，是否正弦波、波形是否對稱選擇合適的儀表。若測量對象是非正弦波，而使用按正弦波刻度的電流、電