d第3章-直讀儀表的測(cè)量機(jī)構(gòu)解析課件

1、第3章 模擬式直讀儀表機(jī)電式直讀儀表的一般結(jié)構(gòu)原理磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)電磁系測(cè)量機(jī)構(gòu)電動(dòng)系測(cè)量機(jī)構(gòu)流比計(jì)式測(cè)量機(jī)構(gòu)模擬式直讀儀表概述第1頁(yè)，共25頁(yè)。 模擬式直讀儀表是指利用電磁裝置將電磁能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的表計(jì)，并且在轉(zhuǎn)換的過(guò)程中保持被測(cè)量與機(jī)械指示有確定的函數(shù)關(guān)系。第一節(jié) 模擬式直讀儀表概述一、對(duì)指示儀表的一般技術(shù)要求1. 基本量測(cè)量能確切反映被測(cè)量；2.保證足夠的準(zhǔn)確度；3.指示受外界影響要??；4.有足夠的靈敏度對(duì)被測(cè)電路影響??；5.標(biāo)尺刻度盡可能均勻減少讀數(shù)誤差；6.足夠好的頻率特性；7.絕緣及過(guò)載能力強(qiáng)；8.運(yùn)行可靠；9.價(jià)格便宜。第2頁(yè)，共25頁(yè)。二、指示儀表的誤差與準(zhǔn)確度級(jí)1. 指示“誤差

2、”的原因摩擦、刻度不準(zhǔn)、安裝不當(dāng)；溫度、濕度、外電磁場(chǎng)、頻率變化2. 標(biāo)準(zhǔn)條件 規(guī)定位置放置( )； 環(huán)境溫度(205C)； 濕度正常； 除地磁場(chǎng)外無(wú)其他外電磁場(chǎng)； 交流電為正弦波規(guī)定的頻率范圍。 儀表在標(biāo)準(zhǔn)條件下的誤差。它是由儀表本身的不完善造成的。3. 基本誤差第3頁(yè)，共25頁(yè)。準(zhǔn)確度級(jí)a：引用誤差：儀表示值的絕對(duì)誤差與其測(cè)量上限之比。 工作條件不滿足標(biāo)準(zhǔn)條件所造成的誤差。4. 附加誤差5. 引用誤差和準(zhǔn)確度級(jí)儀表的引用誤差用來(lái)評(píng)價(jià)儀表的準(zhǔn)確程度。儀表最大引用誤差不能超過(guò)該儀表準(zhǔn)確度級(jí)的百分?jǐn)?shù)。第4頁(yè)，共25頁(yè)。 當(dāng)儀表示值大到儀表上限時(shí)，測(cè)量結(jié)果的相對(duì)誤差限才等于儀表準(zhǔn)確度等級(jí)的百分?jǐn)?shù)，

3、否則就要大于它。即被測(cè)量越小，測(cè)量結(jié)果的相對(duì)誤差越大。因此，要求被測(cè)量的值應(yīng)大于其測(cè)量上限的2/3。由前式所以儀表在示值x處的相對(duì)誤差限為指示儀表的準(zhǔn)確度等級(jí)有：0.05，0.1, 0.2, 0.5, 1.0, 1.5, 2.5, 5.0第5頁(yè)，共25頁(yè)。第2節(jié) 機(jī)電式指示儀表的一般結(jié)構(gòu)原理一、結(jié)構(gòu)方框圖測(cè)量線路測(cè)量機(jī)構(gòu)xy被測(cè)量基本量測(cè)量偏轉(zhuǎn)角測(cè)量線路：其作用是把被測(cè)量 x 轉(zhuǎn)換成測(cè)量機(jī)構(gòu)可以 接受的中間電量 y（稱為基本量測(cè)量）測(cè)量機(jī)構(gòu)：由電磁作用將基本量測(cè)量轉(zhuǎn)換成機(jī)械偏轉(zhuǎn)固定部分：電磁元件（線圈、永久磁鐵等)、軸支架、 游絲、讀數(shù)裝置、調(diào)零裝置等。二、測(cè)量機(jī)構(gòu)的組成可動(dòng)部分：動(dòng)圈、軸、指

4、針、平衡錘等?？蓜?dòng)部分 用軸尖軸承或張絲支撐。第6頁(yè)，共25頁(yè)。1. 驅(qū)動(dòng)力矩 電磁元件吸收被測(cè)電路的電磁能量，產(chǎn)生電磁力矩，該驅(qū)動(dòng)力矩作用于轉(zhuǎn)軸，進(jìn)而產(chǎn)生機(jī)械偏轉(zhuǎn)。 設(shè)電磁機(jī)構(gòu)中由基本量測(cè)量y產(chǎn)生的電磁能量為A，使可動(dòng)部分偏轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)力矩為 Ma ，則由虛位移作功原理，得到三、測(cè)量機(jī)構(gòu)的力矩機(jī)電式儀表按產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力矩的不同分類磁電系 電壓表 電流表電磁系 電壓表 電流表電動(dòng)系 電壓表 電流表 功率表感應(yīng)系 電度表 靜電系 電壓表第7頁(yè)，共25頁(yè)。2. 反抗力矩 由反抗力矩Mf來(lái)平衡驅(qū)動(dòng)力矩。 一般來(lái)說(shuō)，反抗力矩Mf 的大小與偏轉(zhuǎn)角成正比(比例系數(shù)為W)，方向與偏轉(zhuǎn)方向相反 Mf =W 當(dāng)驅(qū)動(dòng)力矩

5、和反抗力矩達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，有即偏轉(zhuǎn)角 能反映被測(cè)量的大小。反抗力矩Mf的產(chǎn)生彈性元件(游絲、張絲、吊絲)電磁機(jī)構(gòu)(流比計(jì)式儀表)彈簧游絲產(chǎn)生反抗力矩第8頁(yè)，共25頁(yè)。偏轉(zhuǎn)角隨時(shí)間變化曲線（a）空氣阻尼 （b）電磁阻尼作用：改善轉(zhuǎn)動(dòng)部分的動(dòng)態(tài)特性，2. 阻尼力矩種類：電磁阻尼 空氣阻尼 大小與可動(dòng)部分運(yùn)動(dòng)速度成正比； 方向與可動(dòng)部分運(yùn)動(dòng)方向相反。特性：t0第9頁(yè)，共25頁(yè)。四、儀表表盤(pán)上部分符號(hào)及其含義第10頁(yè)，共25頁(yè)。磁電系儀表第11頁(yè)，共25頁(yè)。第2節(jié) 磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)一、結(jié)構(gòu)外磁式磁電系儀表的結(jié)構(gòu)1.永久磁鐵 2.極掌 3.軸 4.可動(dòng)線圈 5.圓柱形鐵心6.平衡錘 7.游絲 8.指針?lè)譃?/p>

6、外磁式和內(nèi)磁式 內(nèi)磁式磁電系儀表的結(jié)構(gòu)1.磁鐵 2.磁軛 3.極掌 4.氣隙第12頁(yè)，共25頁(yè)。二、工作原理由安培環(huán)路定律，電流在磁場(chǎng)中要受到力的作用當(dāng) Ma=Mf 時(shí)，線圈處于平衡狀態(tài)，此時(shí)有 N I=W , 即其中r軸到線圈邊的距離；N線圈匝數(shù)；B氣隙的磁感應(yīng)強(qiáng)度；l線圈的有效邊長(zhǎng)；S線圈的有效面積；通過(guò)線圈的磁通；I流過(guò)線圈的電流；式中，SI 稱為儀表的電流靈敏度。NS鐵心NSlrN 磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)磁場(chǎng)分布第13頁(yè)，共25頁(yè)。結(jié)論：磁電系儀表的指針偏轉(zhuǎn)角正比于通過(guò)線圈的電流。儀表線圈繞在一個(gè)鋁框架上。鋁框架相當(dāng)于一個(gè)短路環(huán)。鋁框架中的感應(yīng)電勢(shì)鋁框架中的電流此電流在磁場(chǎng)中所受力距三、磁電系

7、儀表的阻尼方式除鋁框架要受到阻尼外，線圈本身也要受到阻尼力矩R0 和 R 分別為線圈電阻和外電路電阻。第14頁(yè)，共25頁(yè)。1.基本量測(cè)量 直流電流2.靈敏度 高 電流計(jì)可達(dá)10-7 A，檢流計(jì)下限可達(dá)10-11 A 3.準(zhǔn)確度 高4.頻率范圍 直流5.功耗 小 6.刻度特性 均勻刻度7.抗外磁場(chǎng)能力 強(qiáng)四、技術(shù)性能第15頁(yè)，共25頁(yè)。第3節(jié) 電磁系測(cè)量機(jī)構(gòu)一、結(jié)構(gòu)分為吸引式、排斥式和吸引-排斥式。吸引式電磁系儀表的結(jié)構(gòu)1.指針 2.阻尼翼片 3.動(dòng)鐵心4.固定線圈 5.游絲排斥式電磁系儀表的結(jié)構(gòu)1.游絲 2.阻尼翼片 3.動(dòng)鐵心4.靜鐵心 5.固定線圈 電磁系測(cè)量機(jī)構(gòu)的磁場(chǎng)是由電流產(chǎn)生的，磁場(chǎng)

8、較弱。結(jié)構(gòu)上應(yīng)有良好的磁屏蔽。第16頁(yè)，共25頁(yè)。二、工作原理電磁系測(cè)量機(jī)構(gòu)中系統(tǒng)的能量為系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)力矩Ma為當(dāng)驅(qū)動(dòng)力矩和反抗力矩平衡時(shí)， Ma=W，即若 i 為交流電流，則偏轉(zhuǎn)角的平均值為第17頁(yè)，共25頁(yè)。三、技術(shù)性能1.基本量測(cè)量 電流有效值2.靈敏度 低 3.準(zhǔn)確度 低4.功耗 大5.刻度特性 不均勻6.頻率范圍 直流、工頻幾百赫茲7.抗外磁場(chǎng)能力 弱 與被測(cè)電流的平方成正比 與自感隨偏轉(zhuǎn)角的變化率成正比電磁系測(cè)量機(jī)構(gòu) 的偏轉(zhuǎn)角 為了改善刻度的非線性，在結(jié)構(gòu)上采用特殊形狀的鐵心，使dL/d的變化呈某種非線性，用以補(bǔ)償標(biāo)尺刻度的平方關(guān)系，使標(biāo)尺在10%100%之間基本均勻。電流的平方關(guān)系

9、 dL/d的關(guān)系；由刻度特性實(shí)現(xiàn) 刻度特性的非線性第18頁(yè)，共25頁(yè)。第3節(jié) 電動(dòng)系測(cè)量機(jī)構(gòu)一、結(jié)構(gòu) 電動(dòng)系測(cè)量機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)1.固定線圈 2.可動(dòng)線圈 3.阻尼翼片 4.空氣阻尼箱 5.軸 6.游絲 7.指針固定線圈用來(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng)。 固定線圈分為兩部分， 目的是獲得較均勻的磁場(chǎng)?？蓜?dòng)線圈在磁場(chǎng)中受力。 （與磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)的動(dòng)圈作用相同） 若將固定線圈繞在鐵心上，構(gòu)成鐵磁電動(dòng)系儀表。 鐵磁電動(dòng)系儀表磁場(chǎng)強(qiáng)，轉(zhuǎn)矩大。但磁滯和渦流損耗造成準(zhǔn)確度不高，多用于安裝式儀表。第19頁(yè)，共25頁(yè)。二、工作原理系統(tǒng)的電磁能量L1、L2為常數(shù)，M12為 的函數(shù)，所以測(cè)量機(jī)構(gòu)用游絲產(chǎn)生反抗力矩。平衡時(shí)，W =Ma ，得到

10、驅(qū)動(dòng)力矩FFI1I2B電動(dòng)系測(cè)量機(jī)構(gòu)的可動(dòng)部分的偏轉(zhuǎn)角與兩電流的乘積成正比。第20頁(yè)，共25頁(yè)。當(dāng)兩電流為正弦時(shí)，設(shè)則 對(duì)于正弦交流，偏轉(zhuǎn)角與兩電流的有效值及它們相位余弦的乘積成正比。三、技術(shù)特性1.基本量測(cè)量 兩電流有效值及它們之間余弦的乘積。由 此可構(gòu)成電壓表、電流表、功率表、相位表。1.靈敏度 較高 2.準(zhǔn)確度 較高 可達(dá)0.1級(jí)第21頁(yè)，共25頁(yè)。3.頻率范圍 直流、工頻幾千赫茲4.功耗 大 5.刻度特性 對(duì)于功率測(cè)量，刻度均勻； 對(duì)于電壓、電流測(cè)量，刻度不均勻。6.抗外磁場(chǎng)能力 弱靜電系測(cè)量機(jī)構(gòu)感應(yīng)系測(cè)量機(jī)構(gòu)(略)。(電能的測(cè)量一章里討論)。第22頁(yè)，共25頁(yè)。第4節(jié) 比率型儀表的測(cè)量機(jī)構(gòu) 有一些量，與電壓、電流的大小無(wú)關(guān)，而僅與其比例有關(guān)（如電阻），或是一無(wú)量綱的純數(shù)字（如功率因數(shù))。但其測(cè)量機(jī)構(gòu)要利用電壓、電流方可產(chǎn)生電磁力矩。這類儀表稱為比率型儀表，或稱為流比計(jì)。一、磁電系流比計(jì)結(jié)構(gòu)基本同磁電系。氣隙間的磁場(chǎng)不均勻；無(wú)游絲；兩個(gè)可動(dòng)線圈，產(chǎn)生的力矩相反。 與電壓或電流之比有關(guān) 與電壓電流的大小無(wú)關(guān)比率型儀表的基本量測(cè)量第23頁(yè)，共25頁(yè)。當(dāng) 12 時(shí)，若線圈1、2流