第12章---电工测量.ppt
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1、本章要求:本章要求:1.1.了解常用电工测量仪表的结构和工作原理了解常用电工测量仪表的结构和工作原理了解常用电工测量仪表的结构和工作原理了解常用电工测量仪表的结构和工作原理;2.2.掌握常用电工测量仪表的掌握常用电工测量仪表的掌握常用电工测量仪表的掌握常用电工测量仪表的使用方法使用方法使用方法使用方法;3.3.了解电桥测量电阻、电容和电感的方法了解电桥测量电阻、电容和电感的方法了解电桥测量电阻、电容和电感的方法了解电桥测量电阻、电容和电感的方法;4.4.了解常用非电量的电测法。了解常用非电量的电测法。了解常用非电量的电测法。了解常用非电量的电测法。第第12章章 电工测量电工测量 电路中的各个物
2、理量(如电压、电流、功率、电路中的各个物理量(如电压、电流、功率、电路中的各个物理量(如电压、电流、功率、电路中的各个物理量(如电压、电流、功率、电能及电路参数等)的大小,除用分析与计算的方电能及电路参数等)的大小,除用分析与计算的方电能及电路参数等)的大小,除用分析与计算的方电能及电路参数等)的大小,除用分析与计算的方法外,常用电工测量仪表去测量。法外,常用电工测量仪表去测量。法外,常用电工测量仪表去测量。法外,常用电工测量仪表去测量。电工测量技术的应用主要有以下优点:电工测量技术的应用主要有以下优点:电工测量技术的应用主要有以下优点:电工测量技术的应用主要有以下优点:第第12章章 电工测量
3、电工测量 1.1.电工测量仪表的结构简单,使用方便,并有电工测量仪表的结构简单,使用方便,并有电工测量仪表的结构简单,使用方便,并有电工测量仪表的结构简单,使用方便,并有足够的精确度。足够的精确度。足够的精确度。足够的精确度。2.2.电工测量仪表可以灵活地安装在需要进行测电工测量仪表可以灵活地安装在需要进行测电工测量仪表可以灵活地安装在需要进行测电工测量仪表可以灵活地安装在需要进行测量的地方,并可实现自动记录。量的地方,并可实现自动记录。量的地方,并可实现自动记录。量的地方,并可实现自动记录。3.3.电工测量仪表可实现远距离的测量问题。电工测量仪表可实现远距离的测量问题。电工测量仪表可实现远距
4、离的测量问题。电工测量仪表可实现远距离的测量问题。4.4.能利用电工测量的方法对非电量进行测量。能利用电工测量的方法对非电量进行测量。能利用电工测量的方法对非电量进行测量。能利用电工测量的方法对非电量进行测量。12.1 电工测量仪表的分类电工测量仪表的分类1.1.按照被测量的种类分类按照被测量的种类分类按照被测量的种类分类按照被测量的种类分类 次次 序序被测量的种类被测量的种类 仪表名称仪表名称 符符 号号 电流表电流表 毫安表毫安表 电压表电压表 千伏表千伏表 功率表功率表 千瓦表千瓦表 电度表电度表 相位表相位表 频率表频率表 欧姆表欧姆表 兆欧表兆欧表1 电电 流流2 电电 压压3 电功
5、率电功率4 电电 能能5 相位差相位差 6 频频 率率7 电电 阻阻Am mAVkVkVWkWkWf M M kWhkWh2.2.按照工作原理分类按照工作原理分类按照工作原理分类按照工作原理分类型型 式式符符 号号被测量的种类被测量的种类磁电式磁电式整流式整流式电磁式电磁式电动式电动式电流的种类与频率电流的种类与频率电流、电压、电流、电压、电阻电阻电流、电压电流、电压电流、电压电流、电压电流、电压、电电流、电压、电功率、功率因数、功率、功率因数、电能量电能量直直 流流工频和较高频率的交工频和较高频率的交流流直流和工频交流直流和工频交流直流及工频与较高频直流及工频与较高频率的交流率的交流3.3.
6、按照电流的种类分类(见上表)按照电流的种类分类(见上表)按照电流的种类分类(见上表)按照电流的种类分类(见上表)4.4.按照准确度分类按照准确度分类按照准确度分类按照准确度分类最大基本误差最大基本误差仪表的最大量程(仪表的最大量程(满标值满标值满标值满标值)目前我国直读式电工测量仪表目前我国直读式电工测量仪表目前我国直读式电工测量仪表目前我国直读式电工测量仪表按照准确度按照准确度按照准确度按照准确度分为分为分为分为0.1,0.2,0.5,1.0,1.5,2.5,5.00.1,0.2,0.5,1.0,1.5,2.5,5.0七级七级七级七级。准确度是电工测量仪表的主要特性之一。准确度是电工测量仪表
7、的主要特性之一。准确度是电工测量仪表的主要特性之一。准确度是电工测量仪表的主要特性之一。准确度较高准确度较高准确度较高准确度较高(0.10.1,0.2 0.2,0.5 0.5)的仪表常用来进行的仪表常用来进行的仪表常用来进行的仪表常用来进行精密测量或校正其他仪表。精密测量或校正其他仪表。精密测量或校正其他仪表。精密测量或校正其他仪表。相对额定误差相对额定误差相对额定误差相对额定误差 准确度是电工测量仪表的主要特性之一。准确度是电工测量仪表的主要特性之一。准确度是电工测量仪表的主要特性之一。准确度是电工测量仪表的主要特性之一。仪表的仪表的仪表的仪表的准确度是根据仪表的相对额定误差来分级的。准确度
8、是根据仪表的相对额定误差来分级的。准确度是根据仪表的相对额定误差来分级的。准确度是根据仪表的相对额定误差来分级的。例:一准确度为例:一准确度为例:一准确度为例:一准确度为2.52.5级的电压表,其最大量程为级的电压表,其最大量程为级的电压表,其最大量程为级的电压表,其最大量程为5050V V,正常情况下正常情况下正常情况下正常情况下,可认为最大基本误差是不变的可认为最大基本误差是不变的可认为最大基本误差是不变的可认为最大基本误差是不变的,所所所所以被测量值比满标值愈小,则相对测量误差就愈大。以被测量值比满标值愈小,则相对测量误差就愈大。以被测量值比满标值愈小,则相对测量误差就愈大。以被测量值比
9、满标值愈小,则相对测量误差就愈大。如用上述电压表来测量实际值为如用上述电压表来测量实际值为如用上述电压表来测量实际值为如用上述电压表来测量实际值为1010V V的电压时,的电压时,的电压时,的电压时,相对误差为相对误差为相对误差为相对误差为 测量实际值为测量实际值为测量实际值为测量实际值为4040V V的电压时,相对误差为的电压时,相对误差为的电压时,相对误差为的电压时,相对误差为 在选用仪表在选用仪表的量程时,一的量程时,一般应使被测量般应使被测量的值超过仪表的值超过仪表满标值的一半满标值的一半以上。以上。则则则则可能产生的最大基本误差为可能产生的最大基本误差为可能产生的最大基本误差为可能产
10、生的最大基本误差为电工测量仪表上的几种符号电工测量仪表上的几种符号电工测量仪表上的几种符号电工测量仪表上的几种符号符符 号号意意 义义3 或或 2 kV 或或 或或 直直 流流交交 流流交直流交直流三相交流三相交流仪表绝缘试验电压仪表绝缘试验电压2000V仪表直立放置仪表直立放置仪表水平放置仪表水平放置仪表倾斜仪表倾斜60度放置度放置 60 12.2 电工测量仪表的型式电工测量仪表的型式直读式仪表测量各种电量的基本原理直读式仪表测量各种电量的基本原理 利用仪表中通入电流后产生电磁作用,使可动部分利用仪表中通入电流后产生电磁作用,使可动部分受到转矩而发生转动。转动转矩与通入的电流之间有受到转矩而
11、发生转动。转动转矩与通入的电流之间有T=f (I)(1)(1)产生转动转矩产生转动转矩 T 的部分的部分 使仪表可动部分受到转矩而发生转动。使仪表可动部分受到转矩而发生转动。(3)(3)阻尼器阻尼器 能产生制动力(阻尼力)的装置,使仪表可动部能产生制动力(阻尼力)的装置,使仪表可动部分能迅速静止在平衡位置。分能迅速静止在平衡位置。直读式仪表的基本组成部分直读式仪表的基本组成部分(2)(2)产生阻转矩产生阻转矩TC 的部分的部分 当阻转矩当阻转矩TC等于转动转矩等于转动转矩T 时,仪表可动部分时,仪表可动部分平衡在一定的位置。平衡在一定的位置。12.2 电工测量仪表的型式电工测量仪表的型式13.
12、2.1 13.2.1 磁电式仪表磁电式仪表磁电式仪表磁电式仪表1.1.结构结构结构结构螺旋弹簧螺旋弹簧I II INS指针指针永久磁铁永久磁铁圆柱形圆柱形铁心铁心O O线圈线圈(1)(1)固定部分固定部分固定部分固定部分 马蹄形永久磁马蹄形永久磁马蹄形永久磁马蹄形永久磁铁、极掌铁、极掌铁、极掌铁、极掌NSNS及圆及圆及圆及圆柱形铁心等。柱形铁心等。柱形铁心等。柱形铁心等。(2)(2)可动部分可动部分可动部分可动部分 铝框及线圈,两铝框及线圈,两铝框及线圈,两铝框及线圈,两根半轴根半轴根半轴根半轴OO和和和和OO ,螺旋弹簧及指针。螺旋弹簧及指针。螺旋弹簧及指针。螺旋弹簧及指针。极掌与铁心之间的
13、空气隙的长度是均匀的,其中极掌与铁心之间的空气隙的长度是均匀的,其中极掌与铁心之间的空气隙的长度是均匀的,其中极掌与铁心之间的空气隙的长度是均匀的,其中产生均匀的辐射方向的磁场。产生均匀的辐射方向的磁场。产生均匀的辐射方向的磁场。产生均匀的辐射方向的磁场。2.2.工作原理工作原理工作原理工作原理(1)(1)转动转矩转动转矩转动转矩转动转矩T T 的产生的产生的产生的产生(2)(2)阻转矩阻转矩阻转矩阻转矩T TC C的产的产的产的产生生生生 在线圈和指针转动时,螺旋在线圈和指针转动时,螺旋在线圈和指针转动时,螺旋在线圈和指针转动时,螺旋弹簧被扭紧而产生阻转矩弹簧被扭紧而产生阻转矩弹簧被扭紧而产
14、生阻转矩弹簧被扭紧而产生阻转矩T TC C。线圈通入电流线圈通入电流 I 电磁力电磁力 F线圈受到的转矩线圈受到的转矩 T=k1IFSNF 线圈通入电流线圈通入电流 I 电磁力电磁力 F 线圈受到转矩线圈受到转矩 T 线圈和指针转动,线圈和指针转动,弹簧的弹簧的弹簧的弹簧的T TC C与指针的偏转角与指针的偏转角与指针的偏转角与指针的偏转角 成正比,成正比,成正比,成正比,即即即即 T TC C=k k2 2 当弹簧的阻转矩当弹簧的阻转矩T T与线圈受到的转矩与线圈受到的转矩T TC C达到平达到平衡时,可动部分停止转动,此时有衡时,可动部分停止转动,此时有T=TC 当弹簧阻转矩与转动转矩达到
15、平衡即当弹簧阻转矩与转动转矩达到平衡即当弹簧阻转矩与转动转矩达到平衡即当弹簧阻转矩与转动转矩达到平衡即T TC C=T T 时,时,时,时,可转动部分便停止转动,可转动部分便停止转动,可转动部分便停止转动,可转动部分便停止转动,T=k1I,T TC C=k k2 2 。仪表的标度尺上作均匀刻度。仪表的标度尺上作均匀刻度。仪表的标度尺上作均匀刻度。仪表的标度尺上作均匀刻度。3.3.阻尼作用的产生阻尼作用的产生阻尼作用的产生阻尼作用的产生 当线圈通入电流而发生偏转时,铝框切割磁通,当线圈通入电流而发生偏转时,铝框切割磁通,当线圈通入电流而发生偏转时,铝框切割磁通,当线圈通入电流而发生偏转时,铝框切
16、割磁通,在框内感应出电流,其电流再与磁场作用,产生与在框内感应出电流,其电流再与磁场作用,产生与在框内感应出电流,其电流再与磁场作用,产生与在框内感应出电流,其电流再与磁场作用,产生与转动方向相反的制动力,于是可转动部分受到阻尼转动方向相反的制动力,于是可转动部分受到阻尼转动方向相反的制动力,于是可转动部分受到阻尼转动方向相反的制动力,于是可转动部分受到阻尼作用,快速停止在平衡位置。作用,快速停止在平衡位置。作用,快速停止在平衡位置。作用,快速停止在平衡位置。即指针的偏转角即指针的偏转角 结论结论:指针偏转的角度与流经线圈的电流成正比。指针偏转的角度与流经线圈的电流成正比。4 4.用途用途用途
17、用途 5.优点:优点:刻度均匀;灵敏度和准确度高;阻尼强;消耗刻度均匀;灵敏度和准确度高;阻尼强;消耗 电能量小;受外界磁场影响小。电能量小;受外界磁场影响小。缺点:缺点:只能测量直流;价格较高;不能承受较大过载。只能测量直流;价格较高;不能承受较大过载。测量直流电压、直流电流及电阻。测量直流电压、直流电流及电阻。1 12.2.2 2.2.2 电磁式仪表电磁式仪表电磁式仪表电磁式仪表1.1.结构结构结构结构 主要部分是固定的圆形线圈、线圈内部有固主要部分是固定的圆形线圈、线圈内部有固主要部分是固定的圆形线圈、线圈内部有固主要部分是固定的圆形线圈、线圈内部有固定的铁片、固定在转轴上的可动铁片。定
18、的铁片、固定在转轴上的可动铁片。定的铁片、固定在转轴上的可动铁片。定的铁片、固定在转轴上的可动铁片。圆形线圈圆形线圈小室小室312450推斥式电磁式仪表推斥式电磁式仪表推斥式电磁式仪表推斥式电磁式仪表固定铁片固定铁片可动铁片可动铁片2.2.工作原理工作原理工作原理工作原理仪表的转动转矩仪表的转动转矩 T=k I 弹簧的阻转矩弹簧的阻转矩 TC=k2 弹簧的阻转矩弹簧的阻转矩TC与指针的偏转角与指针的偏转角 成正比,即成正比,即 当当 T=TC 时,可动部分停止转动,时,可动部分停止转动,即指针的偏转角即指针的偏转角 结论结论:指针偏转的角度与直流电流或交流电流指针偏转的角度与直流电流或交流电流
19、 有效值的平方成正比。有效值的平方成正比。线圈通入电流线圈通入电流 I 磁场磁场 线圈通入电流线圈通入电流 I 磁场磁场 固定和可动铁片均被磁固定和可动铁片均被磁化化(同一端的极性是相同的同一端的极性是相同的)可动片因受斥力而带可动片因受斥力而带动指针转动,动指针转动,交流为交流为交流为交流为有效值有效值有效值有效值 因指针的偏转角度与直流电流或交流有效值平方因指针的偏转角度与直流电流或交流有效值平方因指针的偏转角度与直流电流或交流有效值平方因指针的偏转角度与直流电流或交流有效值平方成正比,所以成正比,所以成正比,所以成正比,所以仪表标度尺上的刻度是不均匀的。仪表标度尺上的刻度是不均匀的。仪表
20、标度尺上的刻度是不均匀的。仪表标度尺上的刻度是不均匀的。与轴相联的活塞在小室中移动产生阻尼力与轴相联的活塞在小室中移动产生阻尼力与轴相联的活塞在小室中移动产生阻尼力与轴相联的活塞在小室中移动产生阻尼力 空气阻尼器。空气阻尼器。空气阻尼器。空气阻尼器。3.3.用途用途用途用途:4.优点:优点:构造简单;价格低廉;可用于交直流;能测量构造简单;价格低廉;可用于交直流;能测量较大的电流;允许较大的过载。较大的电流;允许较大的过载。缺点:缺点:刻度不均匀;易受外界磁场及铁片中磁滞和涡刻度不均匀;易受外界磁场及铁片中磁滞和涡流(测量交流时)的影响,因此准确度不高流(测量交流时)的影响,因此准确度不高。测
21、量交流电压、交流电流。测量交流电压、交流电流。1 12.2.3 2.2.3 电动式仪表电动式仪表电动式仪表电动式仪表1.1.结构结构结构结构 有两个线圈:固定线圈和可动线圈。可动线圈有两个线圈:固定线圈和可动线圈。可动线圈有两个线圈:固定线圈和可动线圈。可动线圈有两个线圈:固定线圈和可动线圈。可动线圈与指针及空气阻尼器的活塞都固定在轴上。与指针及空气阻尼器的活塞都固定在轴上。与指针及空气阻尼器的活塞都固定在轴上。与指针及空气阻尼器的活塞都固定在轴上。螺旋弹簧螺旋弹簧固定线圈固定线圈可动线圈可动线圈空气阻尼器空气阻尼器空气阻尼器空气阻尼器 产生阻尼力产生阻尼力 2.2.工作原理工作原理工作原理工
22、作原理FF可动线圈可动线圈固定线圈固定线圈 固定线圈中的电流固定线圈中的电流 I1(i i1 1)磁场磁场 可动线圈中的电流可动线圈中的电流 I2(i i2 2)与磁场相互作用与磁场相互作用电磁电磁力力 F 线圈受到转矩线圈受到转矩 T 线圈和指针转动,线圈和指针转动,仪表的转动转矩仪表的转动转矩通入直流时,通入直流时,通入直流时,通入直流时,T=k1I1I2通入交流时,通入交流时,通入交流时,通入交流时,T=k1I1I2cos i i1 1和和和和i i2 2的的的的有效值有效值有效值有效值i i1 1和和和和i i2 2之间之间之间之间的相位差的相位差的相位差的相位差弹簧的阻转矩弹簧的阻转
23、矩 TC=k2 弹簧的阻转矩弹簧的阻转矩TC与指针的偏转角与指针的偏转角 成正比,即成正比,即 当当 T=TC 时,可动部分停止转动,时,可动部分停止转动,即指针的偏转角即指针的偏转角 结论结论:指针偏转的角度与两个电流指针偏转的角度与两个电流(对交流为有效值对交流为有效值)的乘积成正比。的乘积成正比。仪表的转动转矩仪表的转动转矩 通入直流时,通入直流时,通入直流时,通入直流时,T=k1I1I2通入交流时,通入交流时,通入交流时,通入交流时,T=k1I1I2cos =kI1I2 (直流直流直流直流)=kI1I2 cos (交流交流交流交流)i i1 1和和和和i i2 2之间之间之间之间的相位
24、差的相位差的相位差的相位差4.优点:优点:可用于交直流;准确度较高。可用于交直流;准确度较高。缺点:缺点:受外界磁场影响大;受外界磁场影响大;不能承受较大过载。不能承受较大过载。3.用途用途 测量交直流电压、电流及功率。测量交直流电压、电流及功率。12.3 电流的测量电流的测量 电流表的内阻要很小。电流表的内阻要很小。电流表的内阻要很小。电流表的内阻要很小。测量直流电流通常用磁电式电流表,测量直流电流通常用磁电式电流表,测量直流电流通常用磁电式电流表,测量直流电流通常用磁电式电流表,若要扩大电流表的量程,可在测量机构上并联一若要扩大电流表的量程,可在测量机构上并联一若要扩大电流表的量程,可在测
25、量机构上并联一若要扩大电流表的量程,可在测量机构上并联一个分流电阻个分流电阻个分流电阻个分流电阻 R RA A。电流表应串联在电路中,电流表应串联在电路中,电流表应串联在电路中,电流表应串联在电路中,I I负负负负载载载载A AI I负负负负载载载载R RA AR R0 0I I0 0式中:式中:式中:式中:R R0 0 测量机构的电阻测量机构的电阻测量机构的电阻测量机构的电阻 R RA A 分流器的电阻分流器的电阻分流器的电阻分流器的电阻 测量直流电流通常用磁电式电流表,测量交流测量直流电流通常用磁电式电流表,测量交流测量直流电流通常用磁电式电流表,测量交流测量直流电流通常用磁电式电流表,测
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