电子测量 第3章电学基本.ppt

第3章 电学基本量的测量 第第 3 3章章电电 学学 基基 本本 量量 的的 测测 量量电学基本量的测量直流电流和直流电压的测量交流电流、电压的测量功率的测量电阻的测量交流电路元件参数的测量电子电压表1第3章 电学基本量的测量 第第3.13.1节节 直流电流和直流电压的测量直流电流和直流电压的测量磁电系测量机构磁电式电流表磁电式电压表磁电系检流计机电式仪表的工作原理直流电位差计2第3章 电学基本量的测量 l重点重点 1.1.磁电系测量机构的结构和原理磁电系测量机构的结构和原理 2.2.磁电系电流表、电压表和检流计的结磁电系电流表、电压表和检流计的结构和原理构和原理 3.3.直流电位差计的结构和原理直流电位差计的结构和原理3第3章 电学基本量的测量 3.1.1 机电仪表的一般原理机电结构式的原理：电磁作用原理特点：把不能为人们直接观察的电量转变成仪表活动部分在空间的角位移（偏转角），根据偏转角与被测量间的函数关系确定被测量的大小。工作原理：在每个测量机构中包含有固定部分和可动部分。当被测量引入测量机构后，由于固定部分和可动部分之间相互的电磁作用而产生电磁力。该力对可动部分作用形成转动力矩，在此力矩的作用下，活动部分产生角位移。从而将被测量转变成角位移4第3章 电学基本量的测量 1.组成：通常由固定部分、活动部分两部分组成。固定部分：固定线圈、磁路系统、标尺等活动部分：可动线圈、可动铁芯、游丝、指针等。2.测量机构的基本结构1）产生转动力矩的装置常用电工测量指示仪表转动力矩产生的方式有：i）磁电式仪表的转动力矩：由永久磁铁与通有直流电的可动线圈相互作用而产生。ii）.电磁式仪表的转动力矩：由通电固定线圈产生的磁场与可动铁片相互作用产生。5第3章 电学基本量的测量 iii）.电动式仪表的转动力矩：由通电固定线圈产生的磁场与通电可动线圈相互作用产生。iv）.感应式仪表的转动力矩：由通电固定线圈产生的磁场与可动铝盘所感应的涡流相互作用产生。6第3章 电学基本量的测量 2）.产生反作用力矩的装置（1）机械力（2）电磁力（3）利用铝盘在磁场中运动所感应的涡流指示仪表中产生反作用力矩的方法：7第3章 电学基本量的测量 3.产生阻尼力矩的装置（1）原理（2）指示仪表常用的阻尼力矩装置空气型阻尼器磁感应型阻尼器8第3章 电学基本量的测量 9第3章 电学基本量的测量 机电式仪表可动部分作用力矩三要素：转动力矩、转动力矩、反作用力矩、阻尼力矩反作用力矩、阻尼力矩。10第3章 电学基本量的测量 4.4.机电式仪表的准确度等级机电式仪表的准确度等级正向、线性刻度的仪表的准确度等级在数值上等于用最大引用误差(满度相对误差)百分数表示的基本误差。例如，一块电压表的量限为例如，一块电压表的量限为Um=100vUm=100v，已知该表，已知该表在使用过程中可能出现的最大绝对误差为在使用过程中可能出现的最大绝对误差为 U=1VU=1V，则该表的最大引用误差为：，则该表的最大引用误差为：11第3章 电学基本量的测量 我国国家标准规定常用机电式仪表的准确度等级有7级：准确度等级K0.10.20.51.01.52.55.0基本误差（%）0.1 0.2 0.5 1.0 1.5 2.5 5.012第3章 电学基本量的测量 4.4.表征仪表指标及性能的符号表征仪表指标及性能的符号符号含义符号含义直流响应电磁式仪表交流响应电动式仪表未经受电压实验感应式仪表电屏蔽静电式仪表13第3章 电学基本量的测量 1.组成：主要由固定的磁路系统和可动铝框组成磁路系统包括：永久磁铁、弧形极掌、铁芯原理：主要利用永久磁铁产生的磁场和载流线圈相互作用的原理产生转动力矩。3.1.2磁电系测量机构14第3章 电学基本量的测量 思考：为什么上下游丝绕向相反？思考：为什么上下游丝绕向相反？15第3章 电学基本量的测量 偏转角与动圈电流的关系1)转动力矩：NSB2)反作用力矩3)灵敏度r16第3章 电学基本量的测量 3.1.2.磁电式直流电流表2.较大直流电流的测量1.直接用磁电式测量结构测量直流电流设电流表量程扩大n倍:17第3章 电学基本量的测量 结论1.欲扩大量程为原量程的n倍，需与表头并联一阻值为表头电阻的1/(n-1)倍的分流电阻。2.与表头并联不同阻值的分流电阻，就可构成不同的电流量程，从而构成多量程电流表。闭路式分流器的多量程电流表原理*18第3章 电学基本量的测量*19第3章 电学基本量的测量 扩大量限后灵敏度的改变磁电式检流计可见：提高电流量限是以牺牲灵敏度为代价的 3.微小直流电流的检测20第3章 电学基本量的测量 3.1.3.磁电式直流电压表1.直读式直流电压表：凡能测量直流电流的仪器均能测量直流电压。只是直流电流表的内阻小，不能承受较高的直流电压。必须与直流毫安表或微安表串联分压电阻（附加电阻），使大部分电压承受在附加电阻上。V21第3章 电学基本量的测量 2.附加电阻的确定 设：扩大量限的倍数为mV结论要使电压量程扩大m倍，需串联的附加电阻应为原仪表内阻的m-1倍。22第3章 电学基本量的测量 3.多量程电压表Rv1Rv2Rv3U1U2U3*Rf4 实际多量程电压表23第3章 电学基本量的测量 24第3章 电学基本量的测量 小结：.电流、电压测量应注意事项1.正确的接线电流表串联于电路中，电压表并联于被测点电流表的正极性端应接在电流流入的一端，电压表的正极性端应接在高电位端。2.仪表的选择1)类型选择：根据被测电流的种类进行。直流：用直流电流、电压表交流：正弦量：用电磁式或电动式等交流电流、电压表测其有效值 非正弦量：有效值：电磁式或电动式仪表 平均值：整流式、磁电式 峰值：峰值表、示波器25第3章 电学基本量的测量 3)内阻的选择2)量限的选择：仪表的量限大于被测量为减小测量误差，使仪表工作在后半段；（1)电流表的接入误差及内阻选择:A26第3章 电学基本量的测量 忽略电流表内阻对测量结果的影响。（2)电压表的接入误差及内阻的选择:V27第3章 电学基本量的测量 只有当电压表内阻远大于待测电阻时，可忽略电压表的接入误差。4）准确度的选择原则为准确性与经济性综合考虑，一般按下式选择：28第3章 电学基本量的测量 3.1.4磁电式检流计磁电式检流计结构NS铁芯磁电式检流计与一般磁电式测量机构在基本结构上的改进措施：1）用张丝或悬丝悬吊动圈来代替轴与轴承支承动圈的结构悬丝：用很细的黄金或紫铜作成，D很小。电流引线：用无弹性的金或银丝构成29第3章 电学基本量的测量 2）用光标指示装置代替指针原理：动圈带动小镜偏转某一角度时，反射光线偏转了2倍的角度，在标尺上偏转了位移d.Ld30第3章 电学基本量的测量 1反射镜；2可动小镜；3反射镜；4光源；5标尺；6外壳。“光点式检流计”，原理示意图 31第3章 电学基本量的测量 32第3章 电学基本量的测量 使用注意事项1.检流计灵敏度高、结构脆弱、易损坏、不能过载或振动。使用时应轻拿轻放。用完或搬动时，须将灵敏度开关打到短路位置，以增大阻力，减少振动。2.根据测量任务选择检流计灵敏度。流过检流计的电流大小未知时，应在外电路中串入保护电阻，测量时逐步提高灵敏度，到满足测量任务为止。3.不能用万用表或电桥去测量检流计内阻，以防烧坏检流计动圈4.按规定放置工作位置，具有水平指示装置的，用前应调好水平。33第3章 电学基本量的测量 直流电位差计：是一种用比较法进行测量的仪器。其原理是根据被测电动势与仪器中电阻上已知电压降相互平衡这一原理而做成，又称补偿器，可用来测电动势、电压、电流、电阻等。3.1.5直流电位差计直流电位差计在测量中用了标准电池和标准电阻做比较量具，所以测量的准确度较高，可达0.001%，而用直读式仪表测电流、电压的最高准确度只能达到0.1%。34第3章 电学基本量的测量 直流电位差计的工作原理IIIK35第3章 电学基本量的测量 1.构成由三个回路构成：工作电流回路：工作电源E，调节电阻R，标准电阻Rn，可调电阻Ro；校准工作电流回路：标准电阻Rn，标准电池En，指零仪表检流计G；测量回路：可调电阻Rox，被测电压Ex，检流计GIIIK36第3章 电学基本量的测量 2.测量步骤及工作原理1）校准工作电流I：将开关K投向位置I，使检流计与校准回路接通。调节R，使检流计指示为零。I37第3章 电学基本量的测量 2）测量Ux将开关K投向位置II，检流计与测量回路接通，调节Rox，使检流计指零。II38第3章 电学基本量的测量 II39第3章 电学基本量的测量 3.电位差计的使用1.调节测量电阻Ro时不能改变电位差计回路的总电阻，以保证工作电流I恒定不变。2.用直流电位差计测量电压源的电压时，其测量的是电压源的电动势，而不是端电压。3.国家标准规定的直流电位差计的准确度等级有：0.0005，0.001，0.002，0.005，0.01，0.02，0.05和0.1。40第3章 电学基本量的测量 4.由于标准电池的电动势受环境温度的影响，只有在20C条件下工作时，其电动势才与铭牌上标出的相符。为了在不同的温度下得到同一工作电流，Rn必作相应变化：Rn是由一个固定标准电阻和一个小的调节电阻串联而成，这个小的调节电阻叫做温度补偿电阻。IIIK41第3章 电学基本量的测量 5.直流电位差计除了可以测量电动势、电压外，还可测量电流、电阻和直流功率。直流电位差计测量直流电流的电路 直流电位差计42第3章 电学基本量的测量 直流电位差计测量直流功率的电路 分 压箱电位差计III43第3章 电学基本量的测量 6.量限范围不超过2V，若被测电压大于电位差计的测量范围，需用分压器扩大其量限。接被测电压1234*接电位差计44第3章 电学基本量的测量 01234504.使用直流电位差计应注意以下几点：直流电位差计灵敏度高，量限范围一般不大。选择量限时，应使被测值的第一位读数出现在第一位读数盘上，以保证精度。当待测电压大于电位差计的量限时，需外接分压器扩大量限。45第3章 电学基本量的测量 直流电位差计输入阻抗高，平衡时，不从待测电路取电流。接线时，应注意工作电源、标准电池和待测电压的极性。校准工作电流过程应尽量短，避免标准电池长时间充放电，影响测量的准确性。IIIK46第3章 电学基本量的测量 47第3章 电学基本量的测量 3 3.2 2 电电阻阻的的测测量量电阻的测量大电阻的测量中电阻的测量小电阻的测量分类:小电阻(1兆欧)48第3章 电学基本量的测量 一.中电阻的测量1.直读测量1)直接测量法：用欧姆表或万用表欧姆档直接测量2).伏安法测电阻要求要求：掌握两种接线方法的误差估算：掌握两种接线方法的误差估算VAVA49第3章 电学基本量的测量 为了减小方法误差，当RxRi时,采用电压表前接；当RuRx时，采用电压表后接。若不能满足上述条件，可采用引入更正值的方法。优缺点：准确度低，可测非线性元件的工作状态电阻。0ui线性电阻线性电阻非线性电阻非线性电阻50第3章 电学基本量的测量 3.1.4磁电系欧姆表欧姆表构成：由磁电式测量机构配合适当的测量电路构成。原理：RRoRxU51第3章 电学基本量的测量 0Ri零欧姆调节器：为了减小由于电源电压的下降而引起的测量误差，常在测量电路中接一与表头并联的可调电阻，该电阻就叫做欧姆表的零欧姆调节器。52第3章 电学基本量的测量 欧姆中心值当待测电阻与欧姆表内阻相等时，指针指到标尺的中心。这时，对应的待测电阻值，叫欧姆中心值。一般欧姆表的设计都是以欧姆中心值为准，测量值越接近欧姆中心值，准确度越高。欧姆表的有效测量范围：（0.1-10）R中多量程欧姆表扩大欧姆表的量程：a 增加欧姆中心值;b 改变与表头并联的分流电阻或提高电源电压;53第3章 电学基本量的测量 54第3章 电学基本量的测量 欧姆表的使用应注意以下几点：选择合适的档限。在欧姆表测量电阻时，应选适当的档限，使指针指示在中值附近，提高测量精度。使用前要调零。不能带电测量。被测电阻不能有并联支路。测量晶体管、电解电容等有极性元件的等效电阻时，必须注意两支笔的极性。用欧姆表不同量程测量非线性元件的等效电阻时，测出电阻值是不相同的。这是由于各档位的中值电阻和满度电流各不相同所造成的。55第3章 电学基本量的测量(二）中值电阻的比较测量1.直流单臂电桥法（惠斯登电桥）GR1/R2：称为单电桥的比例臂R：称为比较臂（读数臂）Rx：被测臂56第3章 电学基本量的测量 0120.010.111034500.1345.057第3章 电学基本量的测量 比例臂比值的选择原则：使比较臂的每位电阻都能用上。比例臂的比值*比较臂的最高位=被测电阻的数量级。2）电桥的准确度及误差估算国家规定：直流电桥的准确度：0.01，0.02，0.05，0.1，0.2，0.5，1.0，2.0八个等级。58第3章 电学基本量的测量 2 直流电位差计法电位差计III59第3章 电学基本量的测量 3 替代法原理：（以直流电桥为例）G60第3章 电学基本量的测量 二 小电阻的测量（一）直读测量1.安培表、毫伏表法AmVC1C2P1P261第3章 电学基本量的测量 2 微欧表法C1C2P1P2放大器Is62第3章 电学基本量的测量（二）比较测量法1.直流双电桥法（凯尔文电桥）Cx2GURnRxCn1Cn2Pn1Pn2Cx1Px1Px2R1RR2Rr63第3章 电学基本量的测量 原理：调节电阻R1，R2，R，R，使电桥平衡。根据基尔荷夫电压定律，可得：GURxCx1Px1Px2R1RR2RrInI2I164第3章 电学基本量的测量 只要保证：1）2）Rn和Rx的电流接头和电压接头正确连接；3）R1、R2、R、R均大于10欧；4）Cn1，Cx1间用电阻极小的粗导线连接。就能最大限度消除接触电阻、连线电阻对测量结果的影响。65第3章 电学基本量的测量 2.直流电位差计法同中值电阻的电位差计法的区别：1）标准电阻和待测电阻均为四端电阻2）热电势可能引起测量误差，应使电源电势不同方向进行两次测量，后取平均值作为测量结果。66第3章 电学基本量的测量 三 大电阻的测量（一）兆欧表法结构：由磁电式比率表和适当测量电路、直流电源构成。磁电式比率表测量机构：与 一般测量机构相比，有如下结构特点：1）有两个可动线圈，无游丝；2）铁芯开有缺口，极掌与铁芯之间的气隙不均匀。67第3章 电学基本量的测量 2）原理动圈1、2分别通入电流I1，I2，则其分别受到的力矩：力矩平衡时：68第3章 电学基本量的测量 力矩平衡时69第3章 电学基本量的测量 2 兆欧表原理F21R1R2Rj两动圈的电流分别为：70第3章 电学基本量的测量 3 兆欧表的使用注意事项1）兆欧表的选择）兆欧表的选择2）使用前检查兆欧表是否完好）使用前检查兆欧表是否完好3）注意人身和仪表安全。）注意人身和仪表安全。4）接线方法）接线方法（二）电压表、微安表法（三）冲击检流计法71