电工仪表及测量PPT优秀PPT.ppt
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1、电工仪表及测量电工仪表及测量PPT现在学习的是第1页,共94页第二章第二章 磁电系仪表磁电系仪表 用途:磁电系仪表在电工仪表中占有重要地位。它广泛地应用于直流电流和直流电压的测量。与整流元件配合,可以用于交流电流与电压的测量,与变换电路配合,还可以用于功率、频率、相位等其它电量的测量,还可以用来测量多种非电量,例如温度,压力等。当采用特殊结构时,可制成检流计。磁电系仪表问世最早,由于近年来磁性材料的发展使它的性能日益提高,成为最有发展前景的指示仪表之一。本章主要介绍磁电系仪表的类型、结构、工作原理、特性及其应用。现在学习的是第2页,共94页磁电系仪表磁电系仪表结构组成结构组成1结构:磁电系仪表
2、根据磁路形式的不同,分为外磁式,内磁式和内外磁结合式三种结构。外磁式测量机构如图,由于永外磁式测量机构如图,由于永久磁铁放在可动线圈之外,所以称久磁铁放在可动线圈之外,所以称为外磁式。为外磁式。整个结构为两大部分,即固定部整个结构为两大部分,即固定部 分和可动部分。固定部分由永久磁铁、极掌固定部分由永久磁铁、极掌和固定在支架上的圆柱形铁心和固定在支架上的圆柱形铁心构成。构成。现在学习的是第3页,共94页磁电系仪表磁电系仪表结构组成结构组成2磁铁由硬磁材料做成;而极掌与铁心则用导磁很高的软磁材磁铁由硬磁材料做成;而极掌与铁心则用导磁很高的软磁材料做成。铁心放在极掌之间,并与极掌形成一个磁场均匀的
3、料做成。铁心放在极掌之间,并与极掌形成一个磁场均匀的环形气隙。环形气隙。可动部分由绕在铝框架上的可动线圈、线圈两端的两个半可动部分由绕在铝框架上的可动线圈、线圈两端的两个半轴、与转轴相连的指针、平衡锤以及游丝所组成。轴、与转轴相连的指针、平衡锤以及游丝所组成。整个可动部分支承在轴承上,线圈位于环形气隙之中。整个可动部分支承在轴承上,线圈位于环形气隙之中。现在学习的是第4页,共94页磁电系仪表磁电系仪表工作原理(定工作原理(定性)性)当可动线圈通以电流以后,在永久磁铁的磁场作用下,产生转动力矩使线圈转动。反作用力矩通常由游丝产生,磁电系仪表的游丝一般有两个,而且两个游丝的绕向相反,游丝一端与可动
4、线圈相连,另一端固定在支架上,它的作用既产生反作用力矩,同时又是将电流引进可动线圈的引线。阻尼力矩由绕制线圈的铝架产生,其原理见图当铝架在磁场中运动时,闭合的铝架切磁力线产生感应电流e,这个涡流与磁场相互作用产生一个电磁阻尼力矩a,显然阻尼力矩的方向与铝框架运动方向相反,因此能使指针较快停在读数位置,当然铝架上的线圈与外电路也会构成闭合回路,同样也会产生阻尼力矩。现在学习的是第5页,共94页磁电系仪表磁电系仪表内磁式结构组内磁式结构组成成内磁式的测量机构如图,与外磁式相比最大区别在于永久磁铁做成圆柱形并放在动圈之内,它既是磁铁又是铁心。为了能形成工作气隙,并能在工作气隙中产生一个均匀的磁场,磁
5、场方向能处处与铁心的圆柱而垂直,在磁铁外面压嵌一个扇形断面的磁极,在线圈外面加一个导磁环。磁力线穿过气隙后经导磁环闭合,以形成工作气隙的磁场。现在学习的是第6页,共94页磁电系仪表磁电系仪表电磁阻尼、内电磁阻尼、内磁结构磁结构现在学习的是第7页,共94页磁电系仪表磁电系仪表产生转动力矩产生转动力矩示意图示意图现在学习的是第8页,共94页磁电系仪表磁电系仪表内磁式结构特内磁式结构特点点采用这种结构之后,由于磁极和导磁环都用导磁率很高的软磁材料,所以闭合磁路的漏磁小、磁感应强度大、仪表防御外磁场干扰的能力也得到增强、而且仪表对外界其他设备中的磁敏感元件的影响也减少了。加上内磁式整个结构比较紧凑,成
6、本较低,所以与外磁式相比,是一种比较先进的结构。内磁式可动部分的构造,则与外磁式基本相同,有时也采用张丝结构,例如36型的直流表。内外磁结合式这种形式除了在可动线圈外部装了永久磁铁之外,线圈内部的圆柱形铁心也改用永久磁铁,所以称它为内外磁结合式。这种形式的特点是工作气隙内的磁感应强度比较强,其他特点与外磁式相似。现在学习的是第9页,共94页磁电系仪表磁电系仪表工作原理(定量分析工作原理(定量分析)电磁驱动力 M=2IBLNr=IBSN B工作气隙中磁场的磁感应强度;工作气隙中磁场的磁感应强度;L线圈有效边长;线圈有效边长;I通过线圈的电流;通过线圈的电流;N线圈的匝数;线圈的匝数;S线圈有效面
7、积线圈有效面积=2Lr。游丝阻力矩=D D 游游丝反作用力矩系数,反作用力矩系数,线圈偏圈偏转角。角。现在学习的是第10页,共94页磁电系仪表磁电系仪表工作原理(定量分析)工作原理(定量分析)偏转角:SI 电流灵敏度电流灵敏度=灵敏度灵敏度SI由仪表结构参数所决定,对于某一仪表来讲,它是由仪表结构参数所决定,对于某一仪表来讲,它是一个常数。因此,其指针偏转角与通过可动线圈的电流成一个常数。因此,其指针偏转角与通过可动线圈的电流成正比。正比。图图现在学习的是第11页,共94页磁电系仪表磁电系仪表表头参数表头参数满偏电流(表头量程)Ig一般几十一般几十A几十几十mA表头内阻Rg(线圈+游丝直流电阻
8、)一般几十欧一般几十欧 几百欧几百欧注意:表头内阻不能直接用万用表欧姆档测量,否则会烧毁表头线圈。现在学习的是第12页,共94页磁电系仪表磁电系仪表技术特性技术特性准确度高准确度高灵敏度高灵敏度高刻度均匀刻度均匀功耗小功耗小过载能力小过载能力小只能测量直流:只能测量直流:现在学习的是第13页,共94页磁电系仪表磁电系仪表为何不能测交为何不能测交流流如果可动线圈通入交流电,转矩的方向也会随之变化。如果电流变化的频率小于可动部分的固有频率,指针将会随电流变化左右摇摆。如果电流变化的频率高于可动部分的固有频率,指针偏转角将与一个周期内的转矩平均值有关,对于正弦变化的交流电其平均转矩为零,也就是指针将
9、停在原处不动,所以磁电系仪表不能用于测量交流,只有配上整流器组成整流系仪表后才能用于交流测量。现在学习的是第14页,共94页磁电系电流表磁电系电流表磁电系测量机构的指针偏转角与流过动圈的电流成正比,所以它本身就是一个电流表。但线圈线径较细,不可能流过较大电流,只能制成毫安级的电流表。若进行较大电流的测量,必须在测量电路上采取措施,使被测量通过测量电路改变成测量机构所能接受的小电流。通常采用分流器达到此目的。现在学习的是第15页,共94页单量程扩程磁电系电流表单量程扩程磁电系电流表单量程电流表n=I/Ig;n=(Rg+Rs)/Rs Rs 分流电阻 Rg 表头内阻 n扩程倍数(分流系数)现在学习的
10、是第16页,共94页磁电系电流表磁电系电流表扩程扩程2【例 2-1】由一只磁电系表头,满偏电流为500A,内阻为500,现在要把它制成限量为1A的电流表,问应选阻值为多少的分流电阻?解:分流系数为由式(2-7)可以得出分流电阻为现在学习的是第17页,共94页多量程扩程磁电系电流表多量程扩程磁电系电流表开路式开路式多量限电流表的分流可以有两种连接方法,一种是开路连接方式,另一种是闭路连接方式,如图。开路连接方式:优点是各量限具有独立的分流电阻,互不干扰,调整方便。优点是各量限具有独立的分流电阻,互不干扰,调整方便。但它存在严重的缺点,因为开关接触电阻包含在分流电阻但它存在严重的缺点,因为开关接触
11、电阻包含在分流电阻支路,使仪表的误差增大,甚至会因开关接触不良引起电支路,使仪表的误差增大,甚至会因开关接触不良引起电流过大而损坏表头,所以开路连接方式实际上是不采用的。流过大而损坏表头,所以开路连接方式实际上是不采用的。现在学习的是第18页,共94页多量程扩程磁电系电流表多量程扩程磁电系电流表原理图原理图现在学习的是第19页,共94页多量程扩程磁电系电流表多量程扩程磁电系电流表闭路式闭路式闭路连接方式实用的多量限电流表的分流器都采用闭路连接方式,在这实用的多量限电流表的分流器都采用闭路连接方式,在这种电路中,对应每个量限在仪表外壳上有一个接线柱。在种电路中,对应每个量限在仪表外壳上有一个接线
12、柱。在一些多用仪表(如万用表)中也有用转换开关切换量限的。一些多用仪表(如万用表)中也有用转换开关切换量限的。它们的接触电阻对分流关系没有影响,即对电流表的误差它们的接触电阻对分流关系没有影响,即对电流表的误差没有影响,也不会使表头过载。没有影响,也不会使表头过载。但这种电路中,任何一个分流电阻的阻值发生变化时,都会但这种电路中,任何一个分流电阻的阻值发生变化时,都会影响其它量限,所以调整和修理比较麻烦。影响其它量限,所以调整和修理比较麻烦。现在学习的是第20页,共94页磁电系电流表磁电系电流表外附分流器外附分流器1附着分流器电流的增大,分流器的功率损耗也要加大,相应就要加大尺寸。一般电流不大
13、的可做成内附式,直接装在仪表内部。电流大的,做成单独装置,称为外附式,如图现在学习的是第21页,共94页磁电系电流表磁电系电流表外附分流器外附分流器2从图可以看出,分流器有两对接头,一对叫电流接头,与负载串联,另一对在内侧,叫做电位接头,与测量机构并联。这种连接方法可以使分流电阻中不包含接触电阻,减少接触电阻对测量误差的影响。外附分流器上一般不标明电阻值,而标明“额定电流”和“额定电压”。额定电流是指电流表量限扩大后的最大电流值;额定电压是指当分流器工作在额定电流下,分流器电位端钮两端的电压值。常用规格有mv和mv两种。特殊要求外附分流器60mV 50mV 100mV等各种规格。现在学习的是第
14、22页,共94页磁电系电流表磁电系电流表外附分流器外附分流器标准标准外附分流器.GB/T7676.1-1998直接作用模拟指示电测量仪表及其附件第一部分:定义和通用要求.JB/T9288-1999外附分流器.GB 4793.1-1995测量、控制和试验室用设备的安全要求 第一部分:通用要求 现在学习的是第23页,共94页磁电系仪表磁电系仪表温度补偿温度补偿1磁电系电流表受温度影响较大。为了保证准确度,设计时应在测量线路上采取补偿措施,以以减少温度引起的附加误差。()温度升高后游丝变软,弹性减弱,使偏转角增大。一般每升高时,仪表的指示值约增大.3.4。()温度升高使永久磁铁磁性减弱,转动力矩变小
15、,则偏转角变小。一般每升高,仪表指示约减小.2.3。()动圈电阻随温度变化。一般温度每升高,铜的电阻要增大,仪表指示减小。现在学习的是第24页,共94页磁电系仪表磁电系仪表温度补偿温度补偿2由上可见()和()所引起的误差符号相反,其结果为,温度每升高10只引起.1左右的温度负误差。()很大,所以必须采取补偿措施。对于没有分流器的磁电系电流表,即小量程电流表,流过测量机构的电流即为被测电流,与温度无关。但对有分流器的仪表则不然,温度变化引起的动圈电阻的变化将引起电流分配的变化,常采用以下几种补偿方法。现在学习的是第25页,共94页一些金属材料的电阻温度系一些金属材料的电阻温度系数数现在学习的是第
16、26页,共94页磁电系仪表磁电系仪表温度补偿(串联补偿)温度补偿(串联补偿)在线圈支路中串一个锰铜电阻如图所示。Rt为锰铜电阻,温度系数较小,且Rt的值比Rc大,故Rc的变化不会使这条支路总电阻产生大的变化,电流分配将因而基本不变,从而起到了补偿作用,这种方法称为串联补偿。经分析可得,Rc变化引起的相对误差 为:动圈铜电阻温度系数4%/10 现在学习的是第27页,共94页磁电系仪表磁电系仪表温度补偿(串温度补偿(串联补偿)联补偿)因此温度补偿电阻为:式中Rg测量机构的铜电阻(包括动圈和游丝的电阻)。测量机构的铜电阻的温度系数;t温度变化允许的温度误差。它按仪表使用条件的分类组别不同而不同。现在
17、学习的是第28页,共94页磁电系仪表磁电系仪表温度补偿(串温度补偿(串联补偿)联补偿)例如,要求温度变化时仪表的温度误差为(这实际是指,t 若包括符号,则应说是仪表的温度误差),根据这个要求,计算出从式中可以看到,若要求仪表准确度愈高,则Rt就愈大,而Rt太大又会使动圈支路的电流减小,因此要求表头灵敏度很高。所以,这种简单串联温度补偿的办法,不宜用于高精度仪表中.对于准确度高的仪表,可以采用如下图所示串并联补偿电路。现在学习的是第29页,共94页磁电系仪表磁电系仪表温度补偿(串温度补偿(串并联补偿)并联补偿)现在学习的是第30页,共94页磁电系仪表磁电系仪表温度补偿(串温度补偿(串并联补偿)并
18、联补偿)图中,Rg和R3为铜电阻;R1、R 2为锰铜电阻;Rs是分流器;也用锰铜制成。当温度升高时,R3和Rg均增大较多,导致Ig下降I2也下降,结点c、d之间的电压Ucd下降,而b、c点之间的电压Ubc上升,因此流过线圈的电流Ig又上升,从而补偿了刚才的下降。同时由于3是铜电阻,故这个支路电阻上升慢,I3和Ig的分配关系将变化,Ig会增加,于是又补偿了一部分Ig的下降。串并联温度补偿电路,在仪表中应用较普遍,缺点是消耗功率大。近年来开始用半导体热敏电阻进行温度补偿,功耗小,仪表内阻小,电路亦简单。现在学习的是第31页,共94页磁电系仪表磁电系仪表使用使用电流表应与负载串联电压表应与负载并联现
19、在学习的是第32页,共94页磁电系仪表磁电系仪表调整调整 仪表经过长期的使用后,会发生阻值名化、磁性减弱等元件参数的变化以及轴尖、轴承磨损,张丝(游丝)弹性疲劳等现象,都会给测量带来误差。当仪表通过核定发现超差时,应对其进行误差调整。在调整前应先对仪表产生误差的主要原因进行综合分析,然后确定调整方法。下面介绍几种经常采用的调整方法。平伤调整:在仪表使用巾,由于过载而受到冲击,指针变形期间距离太大,转动部分发生变形等都会造成转动部分重心与转轴不重合,从而产牛附加力矩,使仪表转动部分不再平衡,引起不平衡误差的增大。这时可进行平衡调整以减小不平衡误差。调整时,先调零位平乎衡,再调满度平衡。调整时,先
20、调零位平乎衡,再调满度平衡。现在学习的是第33页,共94页磁电系仪表磁电系仪表调整调整磁分路的调整:利用磁分路进行调整。采用此种方法,对各档的误差影响一致,并且不利用磁分路进行调整。采用此种方法,对各档的误差影响一致,并且不会影响线路的温度补偿,且调整方便。调整时,根据误差的大小,分别会影响线路的温度补偿,且调整方便。调整时,根据误差的大小,分别移动细调或粗调分磁片。但因粗调分磁片对仪表刺度的线性度有影响,移动细调或粗调分磁片。但因粗调分磁片对仪表刺度的线性度有影响,所以尽量调细调分磁片。所以尽量调细调分磁片。若仪表误差的线性度差,可能是由于铁芯安装不正或张丝扭曲等机械部若仪表误差的线性度差,
21、可能是由于铁芯安装不正或张丝扭曲等机械部分的原因造成的,因此、应消除故障后,再进行磁分路的调整。分的原因造成的,因此、应消除故障后,再进行磁分路的调整。当通过调整磁分路片后,仪表灵敏度仍然很低,且张丝力矩符合要求,当通过调整磁分路片后,仪表灵敏度仍然很低,且张丝力矩符合要求,则应对仪表磁铁进行充磁。则应对仪表磁铁进行充磁。现在学习的是第34页,共94页磁电系仪表磁电系仪表调整调整轴承与轴尖间的间隙调整:对于轴承轴尖式结构的仪表,轴承与轴尖间的间隙过小会使仪表产生变差,若间隙过大,会使指针上下抖动。张丝张力的调整:对于张丝结构的仪表,旋转空心螺丝,将张丝拉紧些或放松。可动部分位移调整:磁电系仪表
22、的可动部分固定在支架上,是不允许有活动余地的,可动部分的动圈与铁芯间的间隙应均匀。现在学习的是第35页,共94页磁电系仪表磁电系仪表调整调整 如可动部分的铁芯靠近N极时,可出现正误差,铁芯靠近永久磁铁的前面部分时,会出现负误差。当可动部分固定支架倾斜时,会改变空气间隙磁通分布,因而会改变刻度特性.电阻的调整:调整电阻阻值时,应对温度补偿线路中的电阻慎重分析.现在学习的是第36页,共94页磁电系仪表磁电系仪表检流计检流计磁电系检流计是一种高灵敏度仪表,用于测量极微小的电流或电压。检流计的标尺不注明电流或电压数值,所以一般只用来检测电流的有无,例如作为电桥或电位差计的指零仪。如需要读出被测量数值,
23、应在实验前测定它的仪表常数。磁电系检流计分为动圈式(磁铁固定、线圈可动)和动磁式(永久磁铁可动,线圈绕在固定的铁心上)两种。其结构如图,为磁铁。动圈由吊丝悬挂,吊丝既作为支撑,也产生反作用力矩和引导电流。金属丝仅起引导电流作用,不产生反作用力矩。现在学习的是第37页,共94页磁电系仪表磁电系仪表检流计结构原检流计结构原理示意图理示意图现在学习的是第38页,共94页磁电系仪表磁电系仪表检流计检流计磁电系检流计的重要特征是灵敏度高,在结构上与普通磁电系指示仪表的区别在于:采用无骨架动圈,以便尽量缩小磁路的工作气隙;采用无骨架动圈,以便尽量缩小磁路的工作气隙;用张丝或吊丝,以消除摩擦误差;用张丝或吊
24、丝,以消除摩擦误差;采用光反射的指示装置,进一步提高检流计的灵敏度和改善活动部分的采用光反射的指示装置,进一步提高检流计的灵敏度和改善活动部分的运动特性。动圈偏转角为运动特性。动圈偏转角为时,反射光束与人射光束之间夹角为时,反射光束与人射光束之间夹角为;检流计灵敏度检流计灵敏度现在学习的是第39页,共94页磁电系仪表磁电系仪表动态特性动态特性可动部分运动方程M=KI 称为阻尼系数 现在学习的是第40页,共94页磁电系仪表磁电系仪表动态特性分析动态特性分析从微分方程理论可知,动态特性可能有三种情况。若可动线圈所接的外电阻很大,阻尼力矩很小,则可动部分将做衰减的周期运动,若可动线圈所接的外电阻很大
25、,阻尼力矩很小,则可动部分将做衰减的周期运动,指针将在平衡位置来回摆动,需要经过一定时间指针将在平衡位置来回摆动,需要经过一定时间t0t0才能稳定下来。这种情况才能稳定下来。这种情况称称欠阻尼状态欠阻尼状态,其运动情况见下图曲线。,其运动情况见下图曲线。若可动线圈所接的外电阻很小,阻尼力矩很大,则可动部分不经振荡缓慢地若可动线圈所接的外电阻很小,阻尼力矩很大,则可动部分不经振荡缓慢地进入平衡位置,到达平衡位置的时间仍较长,这种情况称为进入平衡位置,到达平衡位置的时间仍较长,这种情况称为过阻尼状态过阻尼状态,其,其运动情况见曲线。运动情况见曲线。如可动线圈所接的外电阻适中,阻尼力矩不太大,则可动
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