電工儀表與測量培訓(xùn)教案

電工儀表與測量培訓(xùn)教案電工儀表與測量第一節(jié)電工儀表與測量的根本學問一、常用電工儀表的分類、組成與誤差定義：用來測量各種電量、磁量及電路參數(shù)的儀器、儀表統(tǒng)稱為電工儀表?！惨弧撤诸愲姽x表的分類：〔按構(gòu)造和用途分類〕指示儀表、比較儀表、數(shù)字儀表一〕指示儀表：1、定義：能將被測量轉(zhuǎn)換為儀表可動局部的機械偏轉(zhuǎn)角，并通過指示器直接顯示出被測量的大小，故又稱為直讀式儀表。2、分類：按工作原理分類：有電磁系儀表、磁電系儀表、電動系儀表、感應(yīng)系儀表等。按被測量分類：有電流表、電壓表、功率表、電能表、相位表等按使用方法分類：有安裝式、便攜式。安裝式儀表：固定安裝在開關(guān)板或電器設(shè)備面板上的儀表，又稱面板式儀表。準確度不高，廣泛用于發(fā)電廠、配電所的運行監(jiān)視和測量中。便攜式儀表：可以攜帶的儀表，準確度較高，廣泛用于電氣試驗、周密測量及儀表檢定中?！?〕按準確度等級分類：有0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0共7個等級。〔5〕按使用條件分類：有A、B、C三組類型。A組儀表適用于環(huán)境溫度為0~400C；B類儀表適用于—20~500C；C組儀表適用于—40~600C85%范圍內(nèi)?！?〕按被測電流種類分類：有直流儀表、溝通儀表以及交、直流兩用儀表。二〕比較儀表：在測量過程中，通過被測量與同類標準量進展比較，依據(jù)比較結(jié)果確定被測量的大小。分直流比較儀表和溝通比較儀表。例直流單臂電橋、雙臂電橋，溝通電橋。三〕數(shù)字儀表：承受數(shù)字測量技術(shù)，以數(shù)字的形式直接顯示出被測量的大小。有數(shù)字電壓表、數(shù)字萬用表、數(shù)字頻率表等?！捕畴姽ぶ甘緝x表的組成電工指示儀表的任務(wù)就是要把被測電量、磁量或電參數(shù)轉(zhuǎn)換為儀表可動局部的機械偏轉(zhuǎn)角，轉(zhuǎn)換過程中兩者保持肯定的函數(shù)關(guān)系，從而用指針偏轉(zhuǎn)角的大小測量對象x指針偏轉(zhuǎn)角αα＝F(y)=Φ(x)來反映被測量的數(shù)值。為實現(xiàn)上述轉(zhuǎn)換，電工指示儀表必需具有測量機構(gòu)和測量線路兩局部組成。1．測量機構(gòu)測量機構(gòu)的作用是將被測量x〔或過渡量y〕轉(zhuǎn)換成儀表可動局部的機械偏轉(zhuǎn)角。測量機構(gòu)是電工指示儀表的核心。測量線路測量線路的作用是把各種被測量按肯定的比例轉(zhuǎn)換為能被測量機構(gòu)所能承受的過渡量。測量線路通常由電阻器、電容器、電感器等電子元件組成。不同儀表的測量線路各不一樣，如電流表承受分流器。電工指示儀表的構(gòu)造方框圖：測量機構(gòu)的組成及各局部的作用測量機構(gòu)按各局部的動與不動來分的話，可分為固定局部和可動局部兩大塊。按各局部的作用來分可分為產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩裝置、產(chǎn)生反作用力矩裝置、產(chǎn)生阻尼力矩裝置、讀數(shù)裝置、支撐裝置五局部?！踩鐖D〕產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩裝置不同的測量機構(gòu)產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩的裝置不同，作用原理不同，但作用都一樣，就是能產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩，使可動局部產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)動力矩的特點：轉(zhuǎn)動力矩的大小M與被測量x以及指針偏轉(zhuǎn)角α成某種函數(shù)關(guān)系，即：M＝f(x,α)反作用力矩裝置假設(shè)測量機構(gòu)中只有轉(zhuǎn)動力矩M，則不管被測量有多大，可動局部都將在其作用下轉(zhuǎn)到終點。為此，要求可動局部偏轉(zhuǎn)時，測量機構(gòu)中能夠產(chǎn)生隨偏轉(zhuǎn)角增大而增大的反作用力矩Mf，使得當M=Mf時，可動局部平衡，從而穩(wěn)定在肯定的偏轉(zhuǎn)角α上。產(chǎn)生反作用力矩裝置一般承受的是游絲。反作用力矩的特點：作用:使可動局部偏轉(zhuǎn)與被測量相對應(yīng)的角度。在游絲的彈性范圍內(nèi)，大?。捍笮∨c可動局部的偏轉(zhuǎn)角α成正比，即Mf=Dα。式中D為游絲是反作用系數(shù)，是一個只與游絲的材料性質(zhì)及幾何尺寸有關(guān)的常數(shù)。方向:與轉(zhuǎn)動力矩方向相反。阻尼力矩裝置由于指示儀表的可動局部都有肯定的慣性，因此，當M=Mf可動局部不行能馬上停頓下來，而是在平衡位置四周來回搖擺，因而不能盡快讀取測量結(jié)果。為了縮短可動局部的搖擺時間以利于盡快讀數(shù)，儀表中還必需有阻尼力矩的裝置。常用阻尼裝置有空氣阻尼器見圖、磁感應(yīng)阻尼器見圖。空氣阻尼器原理：當可動局部運動時，帶動阻尼片2運動，而阻尼片2在密封的阻尼器盒1中運動時，必定受到空氣的阻力，從而產(chǎn)生阻尼力矩Mz。明顯，儀表可動局部的運動速度越快，阻尼力矩越大。磁感應(yīng)阻尼器原理：當可動局部搖擺時，帶動阻尼片3在永久磁鐵4的磁場內(nèi)運動，從而切割電磁線產(chǎn)生渦流，該渦流與永久磁鐵的磁場相互作用，產(chǎn)生了阻尼力矩Mz，阻礙了可動局部的搖擺。明顯，儀表可動局部的運動速度越快，產(chǎn)生渦流越大，阻尼力矩越大。阻尼力矩的特點：作用：縮短可動局部的搖擺時間以利于盡快讀數(shù)。方向；與可動局部的運動方向始終相反。大?。号c可動局部的運動速度的平方成正比關(guān)系。當可動局部靜止時，阻尼力矩等于零。4、讀數(shù)裝置讀數(shù)裝置由指示器和刻度盤組成。指示器分指針式和光標式兩種。指針分矛形和刀形。矛形指針多用于大、中型安裝式儀表中，以便遠距離讀數(shù)；刀形指針多用于小型安裝式儀表及便攜式儀表中以利于準確讀數(shù)。光標式指示器由燈泡1射出的光線經(jīng)過聚光裝置2照耀到固定在可動局部轉(zhuǎn)軸上的反射鏡3上，經(jīng)反射落到標度尺上，就能通過光標指示出被測量的數(shù)值。光標指示器可以完全消退視覺誤差，適用于一些高靈敏度和高準確度的儀表?？潭缺P又叫表盤，它是一個畫有標度尺和儀表標志符號的平面。為消退視覺誤差，有些便攜式周密儀表在標度尺下面還安裝一塊反射鏡，當看到指針和指針在鏡中影像重合時才能讀數(shù)。5、支撐裝置測量機構(gòu)中的可動局部要隨被測量大小而偏轉(zhuǎn)，就必需有支撐裝置。常見的支撐方式有軸尖軸承支撐方式和張絲彈片支撐方式。軸尖軸承支撐方式：軸尖在軸承中轉(zhuǎn)動時存在摩擦誤差。張絲彈片支撐方式：彈片對張絲起減振和保護作用，這種支撐方式?jīng)]有摩擦誤差存在，因而靈敏度很高，適用于周密度比較高的儀表，例檢流計。〔三〕儀表的誤差及分類儀表誤差：儀表的測量結(jié)果與被測量的實際值之間存在的差值叫誤差。一〕儀表誤差分類：依據(jù)產(chǎn)生誤差的緣由，儀表誤差分為兩類：根本誤差：儀表在正常的工作條件下〔指規(guī)定的溫度和放置方式、頻率，沒有外磁場和外電場的干擾等〕由于儀表的構(gòu)造、工藝等方面的不完善而產(chǎn)生的誤差叫根本誤差。它是儀表本身所固有的。如：儀表活動局部的摩擦、標度尺刻度不準、零件裝配不當?shù)染売稍斐傻恼`差，都是儀表的根本誤差。附加誤差：儀表偏離了規(guī)定的工作條件〔如溫度、頻率、波形的變化超出規(guī)定的條件，工作位置不當或存在外電場和外磁場的影響〕而產(chǎn)生的誤差叫附加誤差。它是一種因外界工作轉(zhuǎn)變而造成的額外誤差。儀表在非正常的工作條件工作時所產(chǎn)生的誤差包括根本誤差和附加誤差兩局部。二〕誤差的表示方法1、確定誤差△：儀表的指示值A(chǔ)x與被測量的實際值A(chǔ)o之間的差值，叫確定誤差，用△表示。即：△=Ax-Ao〔1—1〕例1－1用一只標準電壓表來校驗甲、乙兩只表，當標準表的指示220V甲、乙兩表的讀數(shù)分別為220.5V和219V，求甲、乙兩表確實定誤差。解：由式〔1－1〕得＝220.5-220＝+0.5V甲表確實定誤差△1＝Ax-A乙表確實定誤差△2＝Ax-A＝219-220＝－1V結(jié)果說明，確定誤差有正、負之分，并且單位與被測量全都。正誤差說明儀表指示值比實際值大，負誤差說明指示值比實際值小。甲表指示值偏離實際值有0.5V，乙表偏離指示值有1V，說明甲表的測量結(jié)果比乙表更準確。實際應(yīng)用中，對準確度較高的儀表，一般都給出該表的校正值，以便在測量過程中校正被測量的指示值，從而提高測量準確度。什么是校正值？由〔1－1〕可得：A0=Ax-△=Ax＋(-△)=Ax＋C式中C=－△稱為儀表的校正值。當用不同的儀表來測量同一被測量時，可通過確定誤差確實定值|△|來比較儀表測量結(jié)果的準確程度，但是用不同的儀表來測量不同的被測量時，就不能用確定誤差來比較了，而要用另外一種誤差相對誤差來比較了。200V1＝＋2V10V2＝＋1V,通過確定誤差的大小反映不出哪一個表的準確度更高一些。2γ：確定誤差與被測量的實際值的比值的百分數(shù)叫相對誤差。用γ表示。即：γ＝△/A×100%沒有單位例：用甲表測量100V的電壓，△甲＝2V；用乙表測量10V的電壓，△乙＝1V，求其相對誤差。解：甲表：γ甲＝2/100×100％＝2％乙表：γ乙＝1/10×100％＝10％由以上結(jié)果可見乙表的測量結(jié)果要比甲表的測量結(jié)果要準確。在實際測量中，相對誤差不僅常用來表示測量結(jié)果的準確程度，而且便于在測量不同大小的被測量時，對其測量結(jié)果的準確程度進展比較。3γm相對誤差可以表示測量結(jié)果的準確程度，但卻不能說明儀表本身的準確程度。對同一只儀表，在測量不同被測量時，由于摩擦等緣由造成確實定誤差雖然變化不大，但被測量卻可以在儀表的整個刻度范圍內(nèi)變化。明顯，對應(yīng)于不同大小的被測量，就有不同的相對誤差。因此，不能用相對誤差來全面衡量一只儀表的準確程度。工程上，一般承受引用誤差來反映儀表的準確程度。確定誤差與儀表量程比值的百分數(shù)，叫引用誤差，γm＝△/Am×100％由上式可看出，引用誤差實際上就是儀表在最大讀數(shù)時的相對誤Am也不變，故引用誤差γm可用來表示儀表的準確程度。三〕儀表的準確度由于指示儀表在測量不同被測量時，絕地誤差會多少有些變化，因而造成引用誤差也隨之有些變化。為使引用誤差能包括儀表全部的根本誤差，工程上規(guī)定以最大引用誤差來表示儀表的準確度。儀表的最大確定誤差△m與儀表量程Am比值的百分數(shù)，叫儀表的準確度K即：±K％＝△m/Am×100％式中K表示儀表的準確度等級，它的百分數(shù)表示儀表在規(guī)定條件下的最大引用誤差。明顯，最大引用誤差越小，儀表的根本誤差越小。儀表的準確度等級與儀表的根本誤差之間的關(guān)系如下：儀表的根本誤差假設(shè)儀表的量程、準確度等級，可求出該儀表所允許的最大確定誤差△m△m＝100AmK?±例1－31.5250V表的最大確定誤差。解：△m＝100AmK?±＝1002505.1?±＝±3.75V例1－4用準確度等級為 2.0級、量程為100A的電流表，分別測量5A和100A的電流，求其相對誤差各為多少？解：先求出該表的最大確定誤差△m＝100AmK?±＝1001000.2?±＝±2.0A測量5A電流時消滅的最大確定誤差為1γ＝1xmA?×100％=50.2±×100％=±40%測量100A電流時消滅的最大確定誤差為%0.2%1001000.2%10022±=?±=??=xAmγ由以上結(jié)果可看出，在一般狀況下，測量結(jié)果的準確度并不等于儀表的準確程度。只有當被測量正好等于儀表的量程時，兩者才會相等。被測量越接近于儀表的量限，測量誤差就越小。因此決不能把儀表的準確度與測量結(jié)果的準確度混為一談。為保證測量結(jié)果的準確性，不僅要考慮儀表的準確度，還要選擇適宜的量程，通常測量時要使儀表的指針能指在滿刻度的后三分之一段。二、常用電工測量方法及測量誤差電工測量：將被測電量、磁量或電參數(shù)與同類標準量進展比較，從而確定出被測量的大小的過程。度量器：測量單位的復(fù)制體〔通常所說的標準量〕。例標準電池、標準電阻、標準電感就分別是電動勢、電阻、電感的復(fù)制體。依據(jù)度量器是否參入到測量中，以及獵取測量結(jié)果的方式不同，電工測量方法可分為以下幾種：〔一〕直接測量法1、定義：通過儀表的指針指示直接指示出被測量數(shù)值，而無需度量器直接參與的測量方法，叫直接測量法。例：電流表測電流、電壓表測電壓等。2、優(yōu)點：方法簡便，讀數(shù)快速。3、缺點：由于儀表接入被測電路后，會使電路的工作狀態(tài)發(fā)生變化，因而這種測量方法準確度較低?！捕抽g接測量法1、定義：測量時先測出與被測量有關(guān)的電量，然后通過電工公式計算求得被測量數(shù)值的方法，叫間接測量法。例：用伏安法測量電阻，用電壓表測三級管集電級電流。2、優(yōu)點：適用于一些用直接測量法不便利、準確度要求不高的特別場合。3、缺點：測量誤差較大?！踩潮容^測量法1、定義：在測量過程中需要度量器的直接參與，并通過比較儀表來確定被測量數(shù)值的方法，叫比較測量法。例：直流單臂電橋測電阻。依據(jù)被測量與標準量比較方式的不同，比較測量法又分為以下三種：〔1〕零值法在測量過程中，通過轉(zhuǎn)變標準量，使其與被測量相等〔即兩者差值為零〕，從而確定被測量數(shù)值的方法叫零值法。如用平衡電橋測電阻就屬于這種方法。〔2〕差值法利用被測量與標準量的差值作用于測量儀表，從而確定出被測量數(shù)值的方法，叫差值法。例：不平衡電橋測電阻。〔3〕代替法在測量過程中，用標準量代替被測量，假設(shè)維持儀表原來的讀數(shù)不變，則被測量就等于標準量，叫代替法。2、優(yōu)點：準確度高。3、缺點：設(shè)備簡單，操作麻煩，通常適用于測量要求準確度較高的場合?！菜摹硿y量誤差及消退方法在測量過程中，由于受到測量儀表、測量方法、試驗條件、外界環(huán)境以及觀測閱歷等方面因素的影響，造成測量結(jié)果與被測量的實際值之間存在肯定的差異，這種差異稱為測量誤差。依據(jù)測量誤差產(chǎn)生的緣由不同，測量誤差可分為系統(tǒng)誤差、偶然誤差和疏失誤差三類。一〕系統(tǒng)誤差指在一樣條件下屢次測量同一被測量時，誤差的大小和符號均保持不變，而在條件轉(zhuǎn)變時遵循肯定規(guī)律變化的誤差。系統(tǒng)誤差包括：儀表誤差和方法的誤差。測量儀表〔設(shè)備〕的誤差：包括測量儀表本身不完善而造成的根本誤差以及由于儀表工作條件轉(zhuǎn)變而造成的附加誤差。測量方法的誤差：由于所用的測量方法不完善、儀表安裝或配線不當、外界條件變化以及測量人員操作技能和閱歷缺乏或承受了近似計算公式而引起的誤差。系統(tǒng)誤差的消退依據(jù)系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的緣由，可實行相應(yīng)的措施加以消退。消退方法有：重配置適宜的儀表或?qū)y量儀表進展校正。承受合理的測量方法承受特別的消退方法：1〕正負消去法：對同一量進展兩次測量，使測量結(jié)果中的一次誤差為正，一次為負，取其結(jié)果的平均值，就能消退這種系統(tǒng)誤差。例：為消退外磁場對電流表讀數(shù)的影響，可將電流表放置的位置調(diào)換1800后再測量一次，則在兩種位置下測量結(jié)果的誤差負號必是一正一負，取其平均值后，就能消退這種由外磁場影響而引起的系統(tǒng)誤差。2〕替代法：用量代替被測量，并使儀表的工作狀態(tài)保持不變，于是，由量的數(shù)值便可求得被測量。這樣，由儀表本身的不完善和外界因素的影響對測量結(jié)果不發(fā)生作用，從而消退了系統(tǒng)誤差。3〕引入校正值：〔書上沒有列出〕假設(shè)儀表的校正曲線，則可將相應(yīng)的校正值引入到測量結(jié)果中，即把測量值加上相應(yīng)的校正值，從而消退系統(tǒng)誤差。二〕偶然誤差偶然誤差是一種大小和符號都不固定的誤差，又稱“隨機誤差”。1.偶然誤差產(chǎn)生的緣由主要由外界環(huán)境的偶發(fā)性變化引起。如外磁場、外電場、溫度等變化使得在重復(fù)測量同一被測量時，其結(jié)果不完全一樣，從而產(chǎn)生偶然誤差。2.偶然誤差的消退通過屢次測量同一被測量，算出算術(shù)平均值的方法來消退偶然誤差對測量結(jié)果的影響。測量次數(shù)越多，其平均值就越接近實際值。三〕疏失誤差疏失誤差是一種嚴峻歪曲測量結(jié)果的誤差。1.產(chǎn)生疏失誤差的緣由：由于操作者馬虎和疏忽造成的，如測量中讀數(shù)錯誤、記錄錯誤、算錯數(shù)據(jù)等。2.疏失誤差的消退拋棄不用這個數(shù)據(jù)，加強操作者的責任心，提倡認真負責的工作態(tài)度。其次節(jié)常用測量機構(gòu)一、磁電系測量機構(gòu)〔一〕磁電系測量機構(gòu)的構(gòu)造組成及各局部的作用1、固定的磁路系統(tǒng)：永久磁鐵1、極掌2和圓柱形鐵心3。作用是在極掌和鐵心之間的空氣隙中產(chǎn)生較強的均勻磁場。2、可動局部：繞在鋁框架上的可動線圈4、線圈兩端裝的轉(zhuǎn)軸7、與轉(zhuǎn)軸相連的指針685。游絲的作用是：1、產(chǎn)生反作用力矩，2、把被測電流導(dǎo)入和導(dǎo)出可動線圈。鋁框架的作用是：產(chǎn)生阻尼力矩。3、磁電系測量機構(gòu)的分類：依據(jù)永久磁鐵和可動線圈之間的相對位置不同，我們可以把測量機構(gòu)分為如下幾類：外磁式：永久磁鐵在可動線圈的外部。內(nèi)磁式：永久磁鐵在可動線圈的內(nèi)部。內(nèi)外磁結(jié)合式：可動線圈內(nèi)、外部都有永久磁鐵。這種構(gòu)造磁性更強，構(gòu)造可以緊湊?！捕炒烹娤禍y量機構(gòu)的工作原理磁電系測量機構(gòu)是依據(jù)通電線圈在磁場中受到電磁力矩而發(fā)生偏轉(zhuǎn)的原理制成的，其原理示意圖見圖2—4。當可動線圈中通入電流時，載流線圈在永久磁鐵的磁場中將受到電磁力矩的作用而偏轉(zhuǎn)。通電線圈的電流越大，線圈受到的轉(zhuǎn)矩越大，儀表指針偏轉(zhuǎn)的角度也越大；同時，游絲扭的越緊，反作用力矩也越大。當線圈受到的轉(zhuǎn)動力矩與反作用力矩大小相等時，線圈就停留在某一平衡位置，此時，指針就指示出被測量的大小。下面表可動局部的偏轉(zhuǎn)角α與線圈中通入被測電流I之間的關(guān)系。如圖2—4其磁感應(yīng)強度為Ｂ，線圈匝數(shù)為N，垂直于磁場方向線圈的有效邊長為ｌ，則當線圈中通入電流為I時，每個有效邊的電磁力FF＝NBIｌ線圈受到的轉(zhuǎn)動力矩為M＝2Fｒ＝2NBIｌ式中ｒ為線圈有效邊到轉(zhuǎn)軸的距離。由于線圈所包圍的面積為S＝2ｒｌ故有M=NBIS〔2—1〕線圈在轉(zhuǎn)動力矩M的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)的同時，引起游絲變形，產(chǎn)生的反作用力矩為Mｆ＝Dα〔2—2〕式中Ｄ為游絲是反作用系數(shù)，α 為可動局部的偏轉(zhuǎn)角〔即指針偏轉(zhuǎn)角〕。由式〔2—2〕看出，反作用力矩隨偏轉(zhuǎn)角的增大而增大，當增大到M＝M時，ｆ可動局部處于平衡狀態(tài)，指針就停留在某一平衡位置上，指針偏α。將〔2—1〕和〔2—2〕M＝M得ｆNBSI＝Dα整理得α＝IDNBS〔2—3〕對于已制造好的儀表，N、B、S、D都是常數(shù)，所以DNBS也是一個常數(shù)，用SＩ表示，則式〔2—3〕可寫成α=SI·I〔2—4〕式中SI=Iα叫做磁電系測量機構(gòu)的靈敏度，表示單位被測量所對應(yīng)的偏轉(zhuǎn)角。式〔2—4〕說明，磁電系測量機構(gòu)可動局部的穩(wěn)定偏轉(zhuǎn)角α與通過線圈的電流I成正比。因此，可以用偏轉(zhuǎn)角的大小來衡量被測量的大小，并由指針在標度尺上直接顯示被測電流的數(shù)值?！踩炒烹娤祪x表的特點由以上分析的磁電系測量機構(gòu)的構(gòu)造和原理可以看出，磁電系儀表具有以下特點：準確度高、靈敏度高：由于永久磁鐵的磁性很強，能在很小的電流作用下產(chǎn)生很大的轉(zhuǎn)矩，所以，由于摩擦、溫度轉(zhuǎn)變及外磁場影響所造成的誤差相對較小，可以無視，因而準確度高。另外，由SI=NBS/D可知，當B很大時，靈敏度SI刻度尺均勻、便于讀數(shù)：由于磁電系測量機構(gòu)指針的偏轉(zhuǎn)角過載力量小：由于被測電流是通過游絲倒入和倒出可動線圈的，而且線圈的導(dǎo)線又很細，所以通入的電流假設(shè)太大的話，會使游絲的彈性遭到破壞，甚至燒毀線圈。因此磁電系測量機構(gòu)的過載力量小。功率消耗?。河捎诖烹娤禍y量機構(gòu)通入的電流很小，故儀表只能測量直流電量：由于永久磁鐵的極性是固定不變的，所以只有在線圈中通入直流電流，儀表的可動局部才能產(chǎn)生穩(wěn)定的偏轉(zhuǎn)。假設(shè)在線圈中通入溝通電流，則產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動力矩也是交變的，可動局部由于慣性的作用來不及轉(zhuǎn)過去又的轉(zhuǎn)回來，使得指針只能在零位左右搖擺而不能讀數(shù)，所以，磁電系測量機構(gòu)只能直接測量直流電量。要想測量溝通電流，就必需在測量機構(gòu)前加上整流器才能使用。磁電系測量機構(gòu)可動局部的穩(wěn)定偏轉(zhuǎn)角α與通過線圈的電流I成正比。二、電磁系測量機構(gòu)〔一〕電磁系測量機構(gòu)的構(gòu)造組成及各局部作用主要由固定線圈和可動的軟磁鐵片組成。電磁系測量機構(gòu)依據(jù)其構(gòu)造形式的不同，可分為吸引型和排斥型兩類。1、吸引型測量機構(gòu)組成：產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩的裝置——固定線圈、偏心地裝在轉(zhuǎn)軸上的可動鐵片。它們能產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩。產(chǎn)生反作用力矩的裝置——游絲。它只產(chǎn)生反作用力矩而不通過電流。產(chǎn)生阻尼力矩的裝置——阻尼片、永久磁鐵。組成磁感應(yīng)阻尼器，產(chǎn)生阻尼力矩。讀數(shù)裝置——指針支撐裝置——轉(zhuǎn)軸此外，為防止永久磁鐵的磁場對線圈磁場的影響，在永久磁鐵前加裝了用導(dǎo)磁性良好的材料制成的磁屏蔽。2、排斥型測量機構(gòu)組成：固定局部——固定線圈、固定在線圈內(nèi)壁上的固定鐵片可動局部——可動鐵片、游絲、指針及阻尼片等〔二〕電磁系測量機構(gòu)的工作原理1、吸引型電磁系測量機構(gòu)的工作原理當固定線圈通電后，線圈產(chǎn)生的磁場將可動鐵片磁化，對鐵片產(chǎn)生吸引力，使固定在同一轉(zhuǎn)軸上的指針隨之發(fā)生偏轉(zhuǎn)，同時游絲產(chǎn)生反作用力矩。線圈中電流越大，磁化作用越強，指針偏轉(zhuǎn)角就越大。當游絲產(chǎn)生的反作用力矩與轉(zhuǎn)動力矩相平衡時，指針就穩(wěn)定地留在某一平衡位置，指示出被測量的大小。明顯，當流過線圈的電流方向轉(zhuǎn)變而大小不變時，線圈產(chǎn)生的磁場極性及可動鐵片被磁化的極性也同時轉(zhuǎn)變，但它們之間的作用力仍是吸引力，轉(zhuǎn)動力矩的大小和方向不變，保證了指針偏轉(zhuǎn)角不會轉(zhuǎn)變。所以，吸引型測量機構(gòu)可用來組成交、直流兩用儀表。2、排斥型電磁系測量機構(gòu)的工作原理當電流通過固定線圈時產(chǎn)生磁場，使固定鐵片和可動鐵片同時磁化，且兩鐵片的同一側(cè)為一樣的極性。由于同性磁極相互排斥，轉(zhuǎn)動力矩使可動鐵片轉(zhuǎn)動，帶動指針偏轉(zhuǎn)。當游絲產(chǎn)生的反作用力矩與轉(zhuǎn)動力矩相平衡時，指針就停留在某一位置，指示出被測量的大小。假設(shè)線圈中電流方向轉(zhuǎn)變，線圈產(chǎn)生磁場的方向也隨著轉(zhuǎn)變，兩鐵片的磁化極性也同時改變，但其相互排斥力的方向不變。所以，排斥型的構(gòu)造同樣適用于交、直流測量中。綜上所述，電磁系測量機構(gòu)的工作原理是：利用通電流的固定線圈產(chǎn)生磁場，使鐵心磁化。然后利用線圈與鐵心或鐵心與鐵心相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩，帶動指針偏轉(zhuǎn)。3、指針偏轉(zhuǎn)角與線圈中電流的關(guān)系分析：對吸引型構(gòu)造來講，電磁系測量機構(gòu)的轉(zhuǎn)動力矩取決于固定線圈的磁場和可動鐵片被磁化后的磁場強弱，而它們磁場的強弱又都與被測電流有關(guān)?？梢?，轉(zhuǎn)動力矩的大小應(yīng)與線圈磁勢的平方成正比。對排斥型構(gòu)造來說，其轉(zhuǎn)動力矩取決于固定鐵片和可動鐵片被磁化后磁場的強弱，而它們的磁場也都與被測電流有關(guān)。所以，排斥型構(gòu)造轉(zhuǎn)動力矩的大小也應(yīng)與線圈產(chǎn)生的磁勢的平方成正比。明顯，電磁系測量機構(gòu)的轉(zhuǎn)動力矩與線圈磁勢的平方成正比，即M=K1〔NI〕2〔2—9〕K1是一個系數(shù)；它與線圈和鐵片的尺寸、外形、材料及它們相互Mf=DαD是游絲的反作用系數(shù)。當轉(zhuǎn)動力矩和反作用力矩相等時，可動局部停頓在某一平衡位置α。M=Mf有K1〔NI〕2=Dα得：α=21)(NIDK=K〔NI〕2〔2—10〕式中K=K1/D也是一個系數(shù)。式〔2—10〕說明，電磁系測量機構(gòu)指針的偏轉(zhuǎn)角α與被測電流的平方成正比，因此可用來測量被測電流的大小?！踩畴姶畔禍y量機構(gòu)的特點1、標度尺刻度不均勻。因α與I22、準確度和靈敏度都不高。因磁場是由通電的固定線圈產(chǎn)生，比較弱。3、過載力量強。由于被測電流是不經(jīng)過游絲直接進入線圈的，所以只要繞制固定線圈的導(dǎo)線粗一些，就可以測量較大的電流。4、既可測量直流又可測量溝通。由于測量直流時有磁滯誤差，故一般只用它作溝通儀表，要想將它制成交直流兩用表，需要里面的鐵片都承受優(yōu)質(zhì)的坡莫合金材料。5、易受外磁場的影響。因電磁系儀表的磁場是由固定線圈通入電流而產(chǎn)生的，比較弱，故很簡潔受外磁場的影響。所以必需設(shè)法削減其影響。常用的削減外磁場影響的方法有：磁屏蔽：將測量機構(gòu)裝在導(dǎo)磁性能良好的材料做成的屏蔽罩內(nèi)。這樣外磁場的磁感線將沿著屏蔽罩穿過，而不會影響罩內(nèi)的測量機構(gòu)。有時為進一步減弱外磁場的影響，可承受兩層甚至三層磁屏蔽。無定位構(gòu)造：將固定線圈分成完全一樣的兩局部且反方向串聯(lián)，如下圖。當線圈通電以后，兩線圈產(chǎn)生的磁場方向相反，但其總轉(zhuǎn)矩卻是相加的。一旦有外磁場存在，一線圈的磁場被減弱，另一線圈的磁場必將增加。因兩線圈的構(gòu)造完全對稱，所以外磁場對測量機構(gòu)的總作用相互抵消。不管儀表放在哪里，外磁場的作用總是抵消的，故得名“無定位構(gòu)造”。三、電動系測量機構(gòu)〔一〕電動系測量機構(gòu)的構(gòu)造組成：兩大局部1、固定局部：固定線圈1，固定線圈分成完全一樣的兩段，目的一是能使工作磁場比較均勻，二是可以轉(zhuǎn)變電流量程22、指針3、游絲、空氣阻尼器和轉(zhuǎn)軸，其中游絲的作用有二，一是產(chǎn)生反作用力矩，二是引導(dǎo)電流〔二〕電動系測量機構(gòu)的工作原理電動系測量機構(gòu)是利用兩個通電線圈之間產(chǎn)生電動力作用的原理制成的。如圖—所示當在固定線圈中通入電流I1時，將產(chǎn)生磁場B1，同時在可動線圈中通入電流I2，可動線圈中的電流就受到固定線圈磁場的作用力，產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩，從而推動可動局部發(fā)生偏轉(zhuǎn)，直到與游絲產(chǎn)生的反作用力矩相平衡為止，指針停在某一位置，指示出被測量的大小。明顯，轉(zhuǎn)動力矩MI1、I2的方向有關(guān)。假設(shè)I1、I2的方向同時轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)動力矩M的方向并不轉(zhuǎn)變。所以，電動系儀表既可以測量直流電，又可以測量溝通電。由于電動系測量機構(gòu)中無鐵磁物質(zhì)，固定線圈中磁場大小與通過其中的電流I1成正比。由于電動系測量機構(gòu)測量直流電時，可動線圈受到的轉(zhuǎn)動力矩M與通電兩線圈的電流I1、I2M=K1I1I2式中K1是一個與儀表構(gòu)造有關(guān)的系數(shù)。M=M1K1I1I2=Dαα=21IIDK=KI1I2K=DK1是一個系數(shù)；D是游絲的反作用系數(shù)。上式說明，電動系測量機構(gòu)測量直流時，可動局部的偏轉(zhuǎn)角α與兩線圈中電流的乘積成正比。當電動系測量機構(gòu)測量溝通電時，可以證明其轉(zhuǎn)動力矩的平均值為MP=K1I1I2cos?依據(jù)力矩平衡條件Mf=MP即Dα=K1I1I2cos?故α=21IIDKcos?=KI1I2cos?該式說明，電動系測量機構(gòu)測量溝通電時，可動局部的偏轉(zhuǎn)角α不僅與通過兩個線圈電流的有效值有關(guān)，而且還與兩電流相位差的余弦cos?有關(guān)?！踩畴妱酉禍y量機構(gòu)的特點1、準確度高。由于這種儀表內(nèi)沒有鐵磁物質(zhì)，不存在磁滯誤差，0.12、既可測直流也可測溝通，并且能測量非正弦電流的有效值。3、能夠多種儀表，刻度尺各不一樣。其中電動系功率表的刻度尺均勻，電動系電流表和電壓表刻度尺不均勻。4、過載力量小。因可動線圈的電流要經(jīng)過游絲，假設(shè)電流太大，游絲易失去彈性或燒斷。5、本身消耗功率大。6、易受外磁場的影響。因固定線圈所產(chǎn)生的工作磁場很弱。為消退外磁場的影響，線圈系統(tǒng)通常都承受磁屏蔽或無定位的構(gòu)造，也可直接承受鐵磁電動系測量機構(gòu)。四、感應(yīng)系測量機構(gòu)：功率表只能測量單位時間內(nèi)負載所消耗的電能，而負載在某一段時間內(nèi)所消耗的電能通過功率表是測量不出來的，因此電能的測量要用另外一種儀表去測量，即電能表。電能表是特地用來測量電能的儀表，由于電能的單位是度和千瓦·時，所以電能表又叫電度表或千瓦·時表。電能表之所以能用來測量電能是由于它的內(nèi)部有一個記度器也叫積算機構(gòu)，它能把負載在某一段時間內(nèi)消耗的電能自動的累計起來。目前，溝通電能的測量大多承受感應(yīng)系電能表，這種儀表的轉(zhuǎn)動力矩大，本錢低，是一種應(yīng)用廣泛的電工儀表?！惨弧掣袘?yīng)系電能表的構(gòu)造組成及各局部的作用1、驅(qū)動元件：組成：它是由電流元件和電壓元件組成。電流元件是由電流線圈和繞制電流線圈的U形鐵心組成，電流線圈與負載串聯(lián)，通過它的電流就是負載電流，因此，它的線粗，匝數(shù)少。電壓元件是由電壓線圈和繞制它的E字形鐵心組成，電壓線圈與負載并聯(lián)，通過它的電流很少，故其線很細而匝數(shù)多。作用：產(chǎn)生一交變的工作磁場。2、轉(zhuǎn)動元件組成：鋁盤和固定鋁盤的轉(zhuǎn)軸作用：與驅(qū)動元件相互作用能產(chǎn)生一個轉(zhuǎn)動力矩使鋁盤轉(zhuǎn)動。3、制動元件組成：永久磁鐵。作用：與鋁盤相互作用能產(chǎn)生一個制動力矩，使鋁盤的轉(zhuǎn)速與被測功率成正比。4、記度器〔也叫積算機構(gòu)〕組成：與轉(zhuǎn)軸連在一起的蝸桿、渦輪、齒輪和滾輪。作用：通過記度器能直接顯示出被測電能的多少?！捕掣袘?yīng)系電能表的工作原理1、電能表的電路和磁路一般感應(yīng)系電能表的鐵心構(gòu)造如下圖。電流元件和電壓元件的鐵心之間留有間隙，以便使鋁盤能在間隙中自由的轉(zhuǎn)動。電壓元件的鐵心上裝有用鋼板沖制成的回磁板?；卮虐宓南露松烊脘X盤下部，隔著鋁盤與電壓元件的鐵心柱相對應(yīng)，構(gòu)成電壓線圈工作磁通的回路。電能表的電路和磁路如下圖。電能表工作時，通過電壓線圈的電流產(chǎn)生的磁通分為兩局部，一局部是穿過鋁盤并經(jīng)回磁板構(gòu)成回路的工作磁通；另一局部是不經(jīng)過鋁盤而經(jīng)左右鐵軛構(gòu)成回路的非工作磁通。通過電流線圈的電流產(chǎn)生的磁通兩次穿過鋁盤，并通過電流元件的鐵心構(gòu)成回路。2、鋁盤轉(zhuǎn)動力矩的產(chǎn)生單相