电磁测量课件第二章

1、第二章第二章 直流电压和电流的测量直流电压和电流的测量 第一节第一节 用磁电系仪表直接测量用磁电系仪表直接测量第二节第二节 用直流电位差计测量电压用直流电位差计测量电压第三节第三节 直流电压和电流的间接测量直流电压和电流的间接测量第四节第四节 直流系统泄漏电流的测量直流系统泄漏电流的测量第一节第一节 用磁电系仪表直接测量用磁电系仪表直接测量 一、磁电系测量机构 1结构 固定部分包括： 永久磁铁、极掌、圆柱形铁心等。可动部分包括：游丝、铝框、转轴、指针等。测量机构的结构和磁场分布如图所示。 测量机构图 磁场分布图 2. 工作原理 （1）转动力矩 电磁力由通过线圈的电流和磁场相互作用产生，计算公式

2、转动力矩计算公式由于BabNl 为常数，所以可见，转动力矩与通过线圈的电流成正比 。 FB aN IMFbBabNI MKI（2） 反作用力矩 反作用力矩由游丝产生 当反作用力矩与转动力矩相等时，指针停留在平衡 点 ，有可得MWK IWIKIS IW 式中的SI为常数，称为测量机构的电流灵敏度，它表示单位电流引起的测量机构可动部分的偏转，也反映测量机构对最小电流的分辨能力。（3） 阻尼力矩 由铝框中的感应电流与磁场相互作用而产生的阻尼力矩，如图所示。BFFIPIPFPFP图2-3 产生阻尼力矩的示意图阻尼力矩的特点： (1) 阻尼力矩只有在指针稳偏转过程中存在； (2) 阻尼力矩不影响转动力矩

3、和反作用力矩的平衡； (3) 阻尼力矩过大或过小使指针达到稳定的时间都比较长，只有在临界阻尼使指针达到稳定的时间最短，但临界阻尼点不易确定，因此，一般将阻尼力矩设计在微欠阻尼状态。 3磁电系表头参数及测量磁电系表头即磁电系测量机构表头参数：表头灵敏度、表头内阻。表头灵敏度：表头的满偏电流，即表头的电 流量程。gI测量表头灵敏度的电路ESR1R2ANAx 如图，当被测表头达到满偏时，标准表的示值即为被测的表头灵敏度。 如图，先将开关S合向“1”的位置，调节R1和R2 ，使AN有一个半偏以上的指示值，然后将开关S合向“2”的表头内阻：两个游丝的直流电阻和线圈的直流电阻之和。注意事项：不允许用欧姆表

4、或电桥测量表头内阻。S测量表头内阻的电路E1R1R2ANAxRS2位置，保持R1 和R2 不变， 调节RS ，使AN 恢复原来的指示值，此时，RS 的示值即为Ax 的内阻。1单量程电流表 在表头两端并联一个分流电阻就成为单量程的电流表，如图。单量程电流表的电路RSI二、磁电系电流表ggSgI RRII确定量程后，根据可以计算出分流电阻的阻值。闭路式多量程电流表R1R2R3I3I2I1gg1233gI RRRRII当量程为I2 时，分流电阻为gg3122g()I RRRRII 多量程电流表有开路式和闭路式两种电路，由于开路式存在不安全的问题，实际中很少应用，下面主要介绍常用的闭路式电流表，如图

5、。当量程为I3 时，分流电阻为2多量程电流表3使用电流表应注意的事项 （1）电流表必须串入电路； （2）注意电流表的极性，要求电流从电流表的“+”端流入，从“-” 端流出； （3）正确选择仪表的量程，测量时尽量使指针在半偏以上，以减小测量误差； （4）选择内阻合适的仪表，希望电流表内阻越小越好。gg3211g()I RRRRII当量程为I2 时，分流电阻为1单量程电压表 表头指针的偏转角与表头两端的电压成正比如果将表头的标度尺按照电压单位刻度，就成为电压表。 分压电阻的确定公式mggURRI三、磁电系电压表2.多量程电压表 多个电阻与表头串联，再从电阻与电阻之间引出抽头，就成为多量程电压表。

6、多量程电压表的内阻一般用电压灵敏度表示，即某一量程内阻与电压量程之比。则某一量程内阻的实际阻值等于该电压量程与电压灵敏度的乘积。3使用电压表应注意的事项 （1）电压表必须并入电路中； （2）注意电压表的极性，要求电压表“+”端接高电位，“-” 端接低电位； （3）正确选择仪表的量程，测量时尽量使指针在半偏以上，以减小测量误差； （4）选择内阻合适的仪表，希望电压表内阻越大越好。四、 磁电系仪表的技术特性1准确度高。最高可达0.05级；2灵敏度高。由于永久磁铁的磁场很强，线圈中通过很小的电流就可以使指针偏转，因此，可以制成高内阻的电压表和低内阻的电流表；3功耗小；4刻度均匀；5过载能力差；6只能

7、用来测量直流量。 五、磁电系检流计分类：指针式、光标式。光标式的结构如图所示。检流计结构示意图NS张丝小镜动圈永久磁铁永久磁铁检流计的主要参数：（1）内阻（2）电流常数（3）外临界电阻（4）阻尼时间（5）自然振荡周期 磁电系检流计是一种灵敏度很高的仪表，常用来检测电路中有无电流通过。使用检流计应注意的事项： （1）要求水平放置的检流计，使用前应需调好水平，校准零点； （2）检流计的标尺不是用电流标度，而是按指针末端的线位移标度，单位为mm； （3）选择合适的灵敏度； （4）不允许用欧姆表或电桥测量检流计的内阻，否则，因过流会损坏检流计； （5）用完检流计，要用止动器锁定检流计的可动部分； （6

8、）搬动检流计时，要注意轻拿轻放，避免振断张丝。六、冲击检流计 冲击检流计的结构与普通磁电系检流计基本相同，但它的可动部分具有较大的惯性。 当脉冲电流持续时间很短时，保证脉冲电流结束前检流计可动部分不动，则脉冲电流的电量与检流计可动部分第一次最大偏转成正比 。即返回QmCQ 式中的CQ为冲击检流计的电量冲击常数，它可以用实验的方法进行测量。第二节 用直流电位差计测量电压 把一个未知固定电压Ux与一个已知可变标准电压UN 进行比较， 当UN变化到与 Ux 相等时，就认为Ux完全补偿了标准电压UN 。有两种实现方法：定电流和定电阻，如图。 定电流补偿方式EUxUNa bR 定电阻补偿方式一、电压补偿

9、Uxr1RNUNa bEr2rnS1S2Sn二、直流电位差计的工作原理 定流式直流电位差计的电路如图，将开关S合向“1”，调节R0使检流计指向零点，此时，RN两端的电压与标准电池的电动势相等，有定流式直流电位差计的电路UxENER0RRNrG S12 R1R2NNEIR 然后将开关S合向“2”，调节R使检流计指向零点，此时，两端的电压等于被测电压 三、直流电位差计的技术特性 1. 准确度高； 2. 量程低，一般不超过2V； 3. 不从被测电路吸收能量，测量电压时，相当于内阻无穷大的电压表。N11NxEUIRRRR1可以在R 的刻度盘上直接读出，即可得出被测电压的值。四、使用直流电位差计注意事项

10、 1. 选择灵敏度合适的检流计，以满足测量的需要，灵度过低将产生较大误差，灵敏度过高电位差计难以达到平衡； 2. 选择电压足够稳定的工作电源，否则因工作电流不定而产生误差； 3. 注意标准电池、工作电源和被测电压的极性不能接错； 4. 校准工作电流时，要避免长时间给标准电池充放电，以免损坏标准电池； 5. 按照说明书要求的温度和湿度条件保存和使用。 五、直流电位差计的应用 当被测电压不超过2V时，可以用直流电位差计直接量；如果被测电压超过2V，需用标准电阻进行分压，然后再用直流电位差计测量，分压电路如图。 测量较高电压的电路 电 位 差 计UxR1 R2返回一、用电流表测量电压 适用条件：测量

11、高值电阻两端的电压而且没有内阻合适的电压表，电路如图。RNR mAIA+ Ux 用电流表测量电压的电路第三节 直流电压和电流的间接测量二、用电压表测量电流 适用条件：测量通过低值电阻的电流，并且没有内阻合适的电流表，电路如图。R mVIx+ U 用电压表测量电流的电路RN 在被测电流支路串入一个标准电阻作为取样电阻，再用电位差计测量取样电阻两端的电压，利用欧姆定律得出电流，电路如图。 用电位差计测量电流的电路 电 位 差 计URRN I三、用电位差计测量电流四、冲击法测量电流 如图电路，对电容充电 t 时间后闭合开关s，用冲击检流计测量电容上的电量冲击法测量电流的电路GRCSIQCmQItQC

12、mIt则五、补偿法测量电流 用电流表测量电路中某一支路的电流时，必须将电流表串入电路中。由于电流表的内阻不等于零，就必然引起测量误差，这时不宜采用电流表直接测量，可采用补偿法进行测量。 如果电流表的准确度等级不够理想，可以采用已知标准电阻取代电流表，用直流NAGRUI1I2 电路如图，从图中可以看出，当通过调节使检流计指向零时，I1=I2，即电流表的示值等于被测电流的值，电流表的内阻与被测电流回路无关，不影响测量结果的准确度，测量结果的准确度仅取决于电流表的准确度等级。 电路补偿法测量电流的电路电位差计测量标准电阻两端的电压，最后，再根据测得的电压计算出被测电流。六、直流电流互感器 直流电流互

13、感器分为磁饱和式、光电式和霍尔磁平式 ，其中磁饱和式直流电流互感器的电路如图。 N1N1N2N2uRI2t0i2i2I1BA返回磁饱和式直流电流互感器的电路第四节 直流系统泄漏电流的测量 一、绝缘监察装置 绝缘监察装置：用来测量直流系统泄漏电流，由“信号部分”和“测量部分”组成。R1R2R+R-+_XJR1R2R+R-+_1122VRS 信号部分 测量部分总绝缘电阻正母线绝缘电阻负母线绝缘电阻R RRRR21RRX21RRX用绝缘监察装置测量直流系统泄漏电流存在的问题： （1）只能判断母线发生泄漏，不能判断支路发生泄漏；（2）正负母线绝缘电阻同时且等幅下降，不能准确判断 泄漏情况；（3）不能判

14、断多点泄漏；（4）求泄漏电流的大小需要复杂的计算。二、变频探测法 在直流系统交替注入幅值相等频率不同的低频交流信号，通过测量注入电流来判断系统是否存在泄漏，电路如图。一般注入的交流信号幅值为20V30V，频率为10Hz35Hz。 CuA变频探测法的测量电路 首先注入频率为f1、有效值为U的信号，测量注入电流的有效值为I1；然后注入频率为f2、有效值为U 的信号，测量注入电流的有效值为I2。 在正常情况下： 注入信号的回路由电源、母线和母线对地电容构成，因此有两式相比112 If C U222If CU11122222If CUfIf CUf可见，两电流的有效值之比等于电频率之比。 在异常情况下

15、： 注入信号的回路由电源、母线、母线对地电容和接地电阻构成，因此有两式相比2211( / )(2)IU RfCU2222( / )(2)IU Rf CU2211122222(/)(2)(/)(2)U Rf CUIfIfU Rf CU可见，两电流的有效值之比不等于电频率之比。变频探测法存在的问题：（1）在直流系统中注入交流信号，影响直流电能质 量。而且，目前所有这类装置注入的交流信号 幅值严重超标。（2）当母线对地电容较大时，式2211122222(/)(2)(/)(2)URf CUIfIfURf CU不再成立。三、差流法1. 霍尔电流互感器 霍尔电流互感器是采用霍尔元件根据磁平衡原理制成的，结构如图 。+15V-15VRNUNRHI2I1UHN2霍尔电流互感器的结构示意图霍尔电流互感器的特点： （1）频带宽(0100kHz)； （2）灵敏度高； （3）准确度高； （4）一次侧和二次侧完全绝缘； （5）一次侧和二次侧波形完全相同； （6）过载能力强，过载进入饱和 。2泄漏电流的测量 将直