電子測(cè)量技術(shù)電測(cè)試指示儀表

2.1概述2.1.1電丈量指示儀表的分類(lèi)按電丈量指示儀表丈量機(jī)構(gòu)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩原理的不同分，有磁電系、電磁系、電動(dòng)系、感應(yīng)系和靜電系等儀表。按被丈量的稱號(hào)〔或量綱〕分，有電流表、電壓表、功率表、歐姆表、電度表、相位表、頻率表等。按電丈量指示儀表的準(zhǔn)確度等級(jí)分，有0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0等七個(gè)等級(jí)。第2章電測(cè)試指示儀表2.1.2電測(cè)試指示儀表的組成從圖可以看出，整個(gè)指示儀表由丈量線路和丈量機(jī)構(gòu)兩部分組成。2.1.3丈量機(jī)構(gòu)的組成與原理⒈組成由驅(qū)動(dòng)安裝、控制安裝、阻尼安裝三大部分組成。⒉原理無(wú)論哪種丈量機(jī)構(gòu)，其原理可歸結(jié)為下面四句話：(1).被丈量經(jīng)丈量線路轉(zhuǎn)換后作用于驅(qū)動(dòng)安裝，驅(qū)動(dòng)安裝產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)，從而指針偏轉(zhuǎn)；(2).轉(zhuǎn)動(dòng)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)使控制安裝產(chǎn)生一個(gè)反轉(zhuǎn)矩，阻止轉(zhuǎn)動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)；(3).當(dāng)轉(zhuǎn)矩與反轉(zhuǎn)矩平衡時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)部分停頓轉(zhuǎn)動(dòng)，指針平衡在一定的偏轉(zhuǎn)角上，在刻度盤(pán)上指示出確定值；(4).轉(zhuǎn)動(dòng)部分的作用是使指針較快地穩(wěn)定在平衡位置處，便于讀數(shù)，縮短丈量時(shí)間。2.1.4電丈量指示儀表的主要技術(shù)性能靈敏度:儀表指針〔即可動(dòng)部分〕偏轉(zhuǎn)角的變化量與被丈量變化量的比。準(zhǔn)確度:儀表的等級(jí)。儀表的功耗丈量時(shí)，儀表要耗費(fèi)一定的電能量。儀表的阻尼時(shí)間被丈量開(kāi)場(chǎng)變化到使指針間隔平衡位置小于標(biāo)尺全長(zhǎng)的1%時(shí)所需的時(shí)間。為了讀數(shù)迅速，阻尼時(shí)間越短越好。

2.2磁電系儀表2.2.1磁電系丈量機(jī)構(gòu)磁電系丈量機(jī)構(gòu)是磁電系儀表的中心。根據(jù)構(gòu)造的不同分動(dòng)磁式和動(dòng)圈式，而動(dòng)圈式又分外磁式、內(nèi)磁式﹑內(nèi)外磁結(jié)合式三種構(gòu)造。為便于引見(jiàn)原理，我們以外磁式構(gòu)造來(lái)分析。整個(gè)構(gòu)造分為兩大部分，即固定部分和可動(dòng)部分。固定部分由永久磁鐵1﹑極掌2﹑和固定在支架上的圓柱形鐵芯3組成，構(gòu)成固定的磁路。磁鐵由矯頑力和剩磁都很大的硬磁資料制成，而極掌和鐵芯那么用導(dǎo)磁率高的軟磁資料制成，且鐵芯在極掌間構(gòu)成磁場(chǎng)均勻的環(huán)形氣隙。2.2.1磁電系丈量機(jī)構(gòu)〔續(xù)〕可動(dòng)部分有繞在鋁框架4上的可動(dòng)線圈5﹑線圈兩端的半軸8﹑與轉(zhuǎn)軸相連的指針7﹑游絲6和與半軸相連的對(duì)指針進(jìn)展機(jī)械調(diào)整的調(diào)零器等組成。外磁式磁電系丈量機(jī)構(gòu)

2.2.1磁電系丈量機(jī)構(gòu)〔續(xù)〕任務(wù)原理磁電系丈量機(jī)構(gòu)的任務(wù)原理，是通電動(dòng)圈在永磁場(chǎng)中遭到電磁力的作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)動(dòng)體轉(zhuǎn)動(dòng)，而轉(zhuǎn)動(dòng)使游絲變形產(chǎn)生反轉(zhuǎn)矩，當(dāng)二轉(zhuǎn)矩平衡時(shí)指針指示一定的值。技術(shù)性能電流靈敏度高準(zhǔn)確度高刻度線性運(yùn)用范圍只能測(cè)直流2.2.2磁電系電流表磁電系電流表的組成磁電系電流表由丈量機(jī)構(gòu)與分流器并聯(lián)而成R為機(jī)構(gòu)的等效電阻R為分流電阻n為分流系數(shù)2.2.3磁電系電壓表磁電系電壓表的組成R為與機(jī)構(gòu)串聯(lián)的分壓電阻Ug為機(jī)構(gòu)兩端的電壓2.2.3磁電系電壓表〔續(xù)〕丈量機(jī)構(gòu)經(jīng)過(guò)串分壓電阻構(gòu)成電壓表2.2.4磁電系歐姆表歐姆表原理電路電源為干電池，端電壓為U，電源與丈量機(jī)構(gòu)以及可變電阻R相串聯(lián)，在a﹑b兩個(gè)端鈕上接入被測(cè)電阻R。2.2.4磁電系歐姆表續(xù)〕a﹑b間短路〔即R=0〕：丈量機(jī)構(gòu)指針按=SII偏轉(zhuǎn)。調(diào)理R，電流達(dá)最大值Ig，使指針滿偏轉(zhuǎn)處，對(duì)應(yīng)刻度電阻“0〞。a﹑b間開(kāi)路〔即R=∞〕:I=0這時(shí)，指針不偏轉(zhuǎn)，=SII=0，對(duì)應(yīng)刻度電阻“∞〞。2.2.4磁電系歐姆表續(xù)〕a﹑b間接中心值電阻〔即R=R+Rg〕,有電流：

這時(shí)的指針偏轉(zhuǎn)角2.2.4磁電系歐姆表續(xù)〕這時(shí)的指針偏轉(zhuǎn)角所以，在指針半偏轉(zhuǎn)角處刻度中值電阻R,并且由此處的刻度值便可知?dú)W姆表的內(nèi)阻值。a﹑b間接恣意電阻R,電流為：

2.2.5萬(wàn)用表一種可以丈量多種電參量的多量限便攜式儀表。主要由轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)﹑丈量線路和丈量機(jī)構(gòu)三部分組成。轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)是一個(gè)多刀多擲的機(jī)械聯(lián)動(dòng)開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同丈量線路的選擇。丈量機(jī)構(gòu)亦稱表頭，普通采用磁電系丈量機(jī)構(gòu)，其靈敏度通常用偏轉(zhuǎn)電流來(lái)衡量，滿偏轉(zhuǎn)電流越小，表頭的靈敏度就越高，丈量電壓時(shí)的內(nèi)阻就越大。2.2.5萬(wàn)用表〔續(xù)〕MF9型萬(wàn)用表原理電路2.2.6檢流計(jì)用途：檢流計(jì)是用來(lái)檢測(cè)電路中的微小電流，檢流計(jì)構(gòu)造表示圖圖中“1〞是動(dòng)圈、“2〞是懸絲〔并引入電流〕、“3〞是電流引線〔導(dǎo)流絲〕、“4〞是反射小鏡。2.2.6檢流計(jì)〔續(xù)〕檢流計(jì)的主要技術(shù)目的：(1).內(nèi)阻Ro，它包括了動(dòng)圈﹑懸絲﹑導(dǎo)流絲的電阻。(2).外臨界電阻R，它是檢流計(jì)任務(wù)于臨界阻尼時(shí)外電路的電阻。(3).電流靈敏度SI〔但檢流計(jì)銘牌上標(biāo)的是電流常數(shù)CI〕，它是CI的倒數(shù)，即：(4).自然振蕩周期和阻尼時(shí)間自然振蕩周期指欠阻尼形狀下活動(dòng)部分在穩(wěn)定位置附近的振蕩周期。這種欠阻尼是阻尼極小或檢流計(jì)處于開(kāi)路形狀。阻尼時(shí)間指檢流計(jì)在臨界阻尼形狀下，由最大偏轉(zhuǎn)形狀切斷電源開(kāi)場(chǎng)，到指示器回到零位時(shí)所需求的時(shí)間。自然振蕩周和阻尼時(shí)間是衡量檢流計(jì)的主要技術(shù)參數(shù)。2.2.7兆歐表絕緣資料的好壞對(duì)電器設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和平安用電有艱苦影響，而絕緣資料性能的重要目的就是絕緣電阻。對(duì)絕緣電阻的丈量，用歐姆表因電池電壓太低而不可行，須用“兆歐表〞進(jìn)展丈量。兆歐表主要由一臺(tái)手搖發(fā)電機(jī)和磁電系比率表組成。兆歐表構(gòu)造表示圖2.2.7兆歐表〔續(xù)〕運(yùn)用兆歐表丈量時(shí)，假設(shè)操作不當(dāng)或接線錯(cuò)誤，不但影響丈量結(jié)果，還會(huì)危及人身平安，因此必需留意：(1).正確選擇兆歐表的電壓及丈量范圍。選擇兆歐表的電壓不能高于被測(cè)絕緣所能接受的電壓，量程范圍應(yīng)滿足被測(cè)阻值的需求以不至于產(chǎn)生較大的讀數(shù)誤差。(2).被測(cè)須斷開(kāi)電源，并在接地或短路放電后再進(jìn)展測(cè)，以防人身和設(shè)備平安。(3).丈量時(shí)兆歐表應(yīng)放在平穩(wěn)地方，并遠(yuǎn)離大電流導(dǎo)體和外磁場(chǎng)；丈量前應(yīng)將被測(cè)外表擦干凈，以免外表絕緣隨各種外界影響而變動(dòng)。(4).丈量前兆歐表的檢查：兆歐表表筆開(kāi)路，搖動(dòng)發(fā)電機(jī)至額定轉(zhuǎn)速，指針應(yīng)指在“∞〞處；再將表筆短路，緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電機(jī)手柄，指針應(yīng)指在“0〞處。(5).丈量時(shí)，應(yīng)將手搖發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速堅(jiān)持在規(guī)定范圍內(nèi)。2．3電動(dòng)系儀表電動(dòng)系儀表在交流儀表中準(zhǔn)確度最高〔可達(dá)0.05級(jí)〕，廣泛用于交流精細(xì)丈量及作為交流規(guī)范表。電動(dòng)系儀表交直流兩用，不但可做成交直流兩用的電流表﹑電壓表和功率表，還可以做勝利率因數(shù)表﹑相位表和頻率表，其上限頻率可達(dá)10KHz。因此電動(dòng)系儀表在電工儀表中占有重要位置。2．3．1電動(dòng)系丈量機(jī)構(gòu)電動(dòng)系構(gòu)造表示圖由圖可見(jiàn)，固定線圈1由兩段線圈構(gòu)成，空間上并排〔同軸線〕，以便使兩部分之間獲得較均勻的磁場(chǎng)，而電路上可串﹑并聯(lián)獲得兩個(gè)量限。動(dòng)圈2與軸固定在一同，位于兩定圈之間。游絲3產(chǎn)生反作用力矩，也是動(dòng)圈的導(dǎo)流線。阻尼葉片5和阻尼箱6，是產(chǎn)生空氣阻尼的。2．3．1電動(dòng)系丈量機(jī)構(gòu)〔續(xù)〕電動(dòng)系丈量機(jī)構(gòu)具有以下主要特性：(1).可測(cè)交流和直流量。(2).刻度非線性，偏轉(zhuǎn)角正比于定、動(dòng)圈中電流之積〔交流為有效值，并與cosφ有關(guān)〕。(3).準(zhǔn)確度高，可達(dá)0.1級(jí)，甚至0.05級(jí)，由于不存在鐵磁資料的磁滯和渦流損耗。(4).頻率范圍在十幾赫茲至數(shù)千赫茲，工頻時(shí)誤差最小，頻率較高時(shí)(如1000Hz)須進(jìn)展補(bǔ)償。此外，電動(dòng)系丈量機(jī)構(gòu)過(guò)載才干較差，且氣隙大而磁場(chǎng)弱，需采用屏蔽措施或無(wú)定向式構(gòu)造以防外磁場(chǎng)干擾產(chǎn)生誤差。2．3．2電動(dòng)系電流表電動(dòng)系電流表電動(dòng)系丈量機(jī)構(gòu)的定﹑動(dòng)圈串聯(lián)，就構(gòu)成了電動(dòng)系電流表，如圖2-19所示。直流時(shí)I1=I2=I，那么有：2．3．2電動(dòng)系電流表〔續(xù)〕交流時(shí)，i1=i2=i，有效值I1=I2=I,相位差φ=0。那么有：

可見(jiàn)，電動(dòng)系電流表測(cè)交﹑直流時(shí)具有一樣結(jié)果，即偏轉(zhuǎn)角正比于電流的平方(交流時(shí)為有效值)，刻度非線性，成平方律關(guān)系。2．3．2電動(dòng)系電壓表電動(dòng)系丈量機(jī)構(gòu)的定﹑動(dòng)圈串聯(lián)后與一附加電阻R串聯(lián)，便構(gòu)成了電動(dòng)系電壓表。電動(dòng)系電壓表2．3．2電動(dòng)系電壓表〔續(xù)〕

直流時(shí)，定﹑動(dòng)圈中為同一電流，在忽略線圈等效電阻情況下，電流,那么偏轉(zhuǎn)角為：式中。2．3．2電動(dòng)系電壓表〔續(xù)〕交流時(shí)，定、動(dòng)圈中也為同一電流，且定動(dòng)圈中電流相位差為零，在忽略線圈等效電阻及等效電感的情況下，電流,那么偏轉(zhuǎn)角為：

可見(jiàn)，電動(dòng)系電壓表測(cè)交直流時(shí)結(jié)果一樣，即偏轉(zhuǎn)角正比于電壓的平方，刻度非線性。2．3．3電動(dòng)系功率表

用來(lái)直接丈量功率的儀表叫功率表?！瞐〕〔b〕功率表原理電路2．3．3電動(dòng)系功率表〔續(xù)〕

電動(dòng)系丈量機(jī)構(gòu)有兩個(gè)線圈，只需使機(jī)構(gòu)中的一線圈通入負(fù)載電流、另一線圈通入與負(fù)載電壓有關(guān)的電流，就可對(duì)功率進(jìn)展丈量。在功率表里，固定線圈用較粗的導(dǎo)線繞成，讓負(fù)載電流經(jīng)過(guò)，所以叫電流線圈；活動(dòng)線圈用細(xì)線繞制，讓與負(fù)載電壓成正比的電流經(jīng)過(guò)，所以叫電壓線圈。電流線圈與負(fù)載串聯(lián)，電壓線圈串一附加電阻后與負(fù)載并聯(lián)。可動(dòng)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與二電流方向有關(guān)，使其正轉(zhuǎn)〔順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)〕的兩端定為同名端，用“*〞表示。原理電路如圖上圖所示，其中〔b〕圖為GB312-64規(guī)定的符號(hào)。2．4電磁系儀表電磁系儀表是丈量交流電壓與交流電流的最常用的一種儀表。它具有構(gòu)造簡(jiǎn)單﹑過(guò)載才干強(qiáng)﹑造價(jià)低廉及交直流兩用等一系列優(yōu)點(diǎn)。2.4.1電磁系丈量機(jī)構(gòu)電磁系丈量機(jī)構(gòu)有吸入式和排斥式兩種。我們以排斥式丈量機(jī)構(gòu)來(lái)闡明。電磁系丈量機(jī)構(gòu)2.4.1電磁系丈量機(jī)構(gòu)(續(xù))固定部分有固定線圈1和固定鐵片2組成，可動(dòng)部分由可動(dòng)鐵片3﹑指針4﹑平衡塊5﹑阻尼片6和游絲7組成。2.任務(wù)原理丈量時(shí)，被測(cè)電流通入線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，使定﹑動(dòng)鐵片被同時(shí)磁化，且同一側(cè)的磁化極性一樣。于是定、動(dòng)鐵片相互排斥，使可動(dòng)部分發(fā)生偏轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的大小，在直流時(shí)為：

交流時(shí)，磁場(chǎng)的方向隨電流方向的改動(dòng)而改動(dòng)，但兩鐵片同側(cè)的磁化極性同時(shí)改動(dòng)，同樣產(chǎn)生排斥力，即轉(zhuǎn)動(dòng)力矩方向不變。這時(shí)的瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩為：2.4.1電磁系丈量機(jī)構(gòu)(續(xù))因轉(zhuǎn)動(dòng)部分的慣性，轉(zhuǎn)動(dòng)部分隨平均轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)動(dòng)。其平均轉(zhuǎn)矩為：

在M轉(zhuǎn)矩作用下轉(zhuǎn)動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)，游絲變形產(chǎn)生反轉(zhuǎn)矩：

當(dāng)M=M時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)部分停頓轉(zhuǎn)動(dòng)。阻尼片產(chǎn)生空氣阻尼使指針在平衡位置處不擺動(dòng)。2.4.2電磁系電流表電磁系丈量機(jī)構(gòu)的線圈固定，可用粗導(dǎo)線繞制，允許電流較大。低量限用的導(dǎo)線細(xì)，匝數(shù)多；高量限用的導(dǎo)線粗，匝數(shù)少。普通利用丈量機(jī)構(gòu)本身可丈量的最大電流約200安，所以在工程中運(yùn)用較多。電磁系電流表可分為安裝式和便攜式兩種。安裝式多做成單量限，便攜式多做成多量限的。多量限的獲得，是采用將固定的線圈分段成多段繞組，然后經(jīng)過(guò)它們的串﹑并聯(lián)來(lái)改動(dòng)電流的量限。對(duì)于兩個(gè)線圈并聯(lián)比串聯(lián)擴(kuò)展擴(kuò)程一倍，這時(shí)安匝不變，即磁場(chǎng)不變，刻度也不變，只需乘以兩倍關(guān)系即可。只測(cè)交流的電流表，擴(kuò)程可采用電流互感器。2.4.2電磁系電壓表電磁系電壓表是由固定線圈和附加電阻串聯(lián)組成。它同樣有安裝式和便攜式兩種。安裝式普通只需一個(gè)量程。為保證運(yùn)用平安和體積不至于過(guò)大，最高量限為600伏。便攜式多用于實(shí)驗(yàn)室，制成多量程的。多量程電壓表，由多個(gè)附加電阻串聯(lián)經(jīng)過(guò)抽頭來(lái)實(shí)現(xiàn)。2.5感應(yīng)系儀表感應(yīng)系儀表是利用導(dǎo)體在交流磁場(chǎng)中產(chǎn)生感應(yīng)電流并遭到作用力的原理制成的。主要用途是計(jì)量負(fù)載所耗費(fèi)的電能，即作電度表。它只能在交流電路中運(yùn)用，準(zhǔn)確度較低。2.5.1感應(yīng)系儀表的構(gòu)造與任務(wù)原理

三磁通構(gòu)造感應(yīng)系儀表的構(gòu)造2.5.1感應(yīng)系儀表的構(gòu)造與任務(wù)原理〔續(xù)〕1.構(gòu)造適用于電度表的是三磁通型構(gòu)造。上圖為三磁通式感應(yīng)系儀表的簡(jiǎn)圖。鋁盤(pán)上方為電壓磁鐵，其繞組并在負(fù)載兩端，叫電壓繞組；鋁盤(pán)下方是電流磁鐵，其繞組與負(fù)載串聯(lián)，叫電流繞組。只需鋁盤(pán)是可動(dòng)的，其他均為固定的。圖中1為電流線圈，2為電壓線圈，3是鋁盤(pán)，4是磁極。2.原理(1).三磁通的產(chǎn)生當(dāng)繞組中通有交流電流時(shí)，在鐵芯中產(chǎn)生交變磁通，磁通途徑見(jiàn)圖2-30。電流繞組產(chǎn)生的磁通從兩個(gè)不同的地方穿過(guò)鋁盤(pán)，一次穿進(jìn)，一