2电测量指示仪表

第一节

仪表的概论第二节

磁电系仪表第三节电磁系仪表第四节

电动系仪表第五节

感应系仪表第二章电测量指示仪表9/29/2023电子信息与电气工程系学习时应注意的问题Ø学习重点:各种仪表的结构及工作原理

Ø学习目的:通过对仪表的了解可以选择,应用仪表

Ø学习方法:理论联系实际,讲解与自学结合

9/29/2023电子信息与电气工程系一.仪表的组成及原理（一）仪表的组成框图第一节仪表的概论测量线路被测量中间量测量机构偏转角测量线路的作用:

由于测量结构中允通过的电流较流较小,故必须通过一定电路将被测量转化为测量机构能接受的中间量9/29/2023电子信息与电气工程系

测量机构的作用:将与被测量呈一定函数关系的中间量转化为角位移，并能指示被测量的大小.

它包括四部分:(二)测量机构的工作原理1.驱动装置作用:在测量机构中接受中间量,并使活动部分产生转动力矩.(M表示）它由磁路系统,可动线圈或铁磁元件组成.2.控制装置作用:在机构中,对活动部分产生反作用力矩.

它由弹性元件—游丝或张丝组成.9/29/2023电子信息与电气工程系反作用力矩公式:Mα=DαD为反作用力矩系数,α为偏转角.当M=Mα时，轴受力平衡，指针稳定.

3.阻尼装置作用：产生阻尼力矩(Mp表示).使活动部分较快稳定.只影响动态特性,对结果无影响.公式：Mp=-P(dα/dt)(P为阻尼力矩系数）通常阻尼装置处于临界状态，使活动部件达到稳定偏转时间最短。

4.指示装置组成：指示器与标度盘作用：显示处理后的结果。9/29/2023电子信息与电气工程系二.指示仪表的主要技术特性(一)指示仪表的误差和准确度1.误差:常用最大引用误差γm表示.定义为:

γm=（Δm/Am）*100%K=γm*1002.准确度:要注意选择等级K合适的仪表,更要注意根据被测量Ax选量限合适的仪表,最好使Ax>=2Am/3.

(二)仪表的灵敏度和常数

1.灵敏度的定义

S=L/x=m（分格）/x2.常数

C=1/S

仪表常数愈小,对被测量分辨力愈强仪表指针的偏转被测量的变化9/29/2023电子信息与电气工程系三.指示仪表的分类(一)结构和工作原理磁电系、电动系、铁磁电动系、整流系、静电系、热电系、电子系等(二)被测量种类分电流表、电压表、功率表、电度表（瓦时表）频率表、相位表、欧姆表、兆欧表、万用表等

(三)被测量变化规律直流表、交流表、交直流两用表等

(四)使用方式安装式、可携式等9/29/2023电子信息与电气工程系

第二节磁电系仪表

一.测量机构一般结构用途:测直流电压,电流,电量与非电量9/29/2023电子信息与电气工程系N应用：磁场对载流线圈的作用力原理是制造各种直流电机、动圈式电压电流表的基本原理SI磁悬浮列车9/29/2023电子信息与电气工程系动圈每一纵向边受到的力:F=BIWl

动圈受电磁力矩为:M=BIWS(S=ld)

游丝受反作用力矩：Mα=Dα

当仪表的指针平衡时：M=Mα

可得：

α=BWSI/D

令BWS/D=SI，则α=SII

由于铝框,动圈(在铝框上)本身偏转时，切割磁力线，产生感应电流，进而产生阻尼力矩.反作用力矩系数二.磁电系测量机构的工作原理9/29/2023电子信息与电气工程系由于测量机构允许通过的电流小，为了测量较大的电流必须配上一定的测量线路--分流器。电流表是将一被测的较大电流转化成一个较小的电流,流过表头,再使电流表表头标尺按实际刻度.IgRg三.多量限磁电系电流表9/29/2023电子信息与电气工程系结构：环形分流器各量限的分流系数：IgRg9/29/2023电子信息与电气工程系1.说明:

由于流过表头的Ig(满偏电流)很小，Rg(内阻)也不大,所以Ug为毫伏级,故需配上一定的测量线路,达到扩大量限的目的.m1=U1/Ug=(Rg+R1)/RgRf1=(m1-1)Rg

四.多量限磁电系电压表9/29/2023电子信息与电气工程系同理可求:R2,R3。可计算各附加电阻值2.总结:

电压表是将一被测的较大电压转化成一个毫伏级电压经过表头,再使表头标尺按实际电压刻度.9/29/2023电子信息与电气工程系五.磁电系欧姆表

1.工作原理通过测量机构活动部分偏转大小来反映被测电阻值,故必须将被测电流转化为电阻,所以在测量线路中,既有被测电阻,还要有辅助电源。

I=U/(Rg+R+Rx)

9/29/2023电子信息与电气工程系

I=U/(Rg+R+Rx)

当U,R一定时,Rx与I对应,只要表头标尺按阻值刻度,就可测出被测电阻(R起限流作用).

说明:当Rx为无穷时,I=0.

当Rx=0时,表头指针满偏满流：Ig=U/(Rg+R)=U/R0

中值电阻：R0=R+Rg9/29/2023电子信息与电气工程系

2.欧姆表倍率多档欧姆表产生原因:测不同电阻时,共用一条标度尺,表笔短接时,Ig应相同.如书中例题.中值电阻：限流电阻：9/29/2023电子信息与电气工程系

3.欧姆表的调零当U高于或低于额定电压时，需调零。最常用方法是在表头上并接分流器.

注意:再测电阻时,每换一档,都要调零.

其准确度一般低于一般为2.5级。9/29/2023电子信息与电气工程系六.带整流器的磁电系仪表与前面仪表的区别:

测量机构与整流元件配合,可以测交流量，但所测的交流量为有效值。1、半波整流式测量机构（电流表）表头中电流的平均值则如9/29/2023电子信息与电气工程系2、全波整流式测量机构（电流表）表头中电流的平均值则如注：整流系仪表中误差来源多，准确度较低，一般只能达到1.5级。9/29/2023电子信息与电气工程系七.兆欧表1.作用:

专门用来检查和测量电气设备或供电线路的绝缘电阻.2.组成:

限流电阻Rc和Rv、比率型磁电系测量机构与手摇直流发电机.

欧姆表：1Ω～0.1M

兆欧表：0.1M以上9/29/2023电子信息与电气工程系3.工作原理：平衡时注：1.测量值与发电机转速无关，但一般在120r/min以上；

2.不需调零。9/29/2023电子信息与电气工程系八.磁电系检流计1.作用:测微小电流,电压与暂短的脉冲电压2.与一般仪表在结构上的区别(图2-16P45):(1)采用悬丝或张丝悬挂动圈.(2)采用光指示读数装置两种形式内装式：光系统和标尺都在仪表内部外装式：光系统和标尺为单独部件，标尺在仪表外部(3)动圈无框架基于以上结构,检流计的灵敏度大大提高,可测微小量.9/29/2023电子信息与电气工程系3.相关的特性参数（1）电流灵敏度和电流参数（2）外临界电阻使活动部分处于临界阻尼状态的外电路等效电阻Rc（3）自然振荡周期当检流计的指示器偏转到最大位置时，断开外电路，从此刻计算可动部分摆动一周所需的时间。（4）阻尼时间检流计在临界阻尼状态下工作时，由最大偏转状态切断电源，指示器从此时到零位所需时间。9/29/2023电子信息与电气工程系4.冲击检流计的特性和应用（1）特性具有比一般磁电系检流计大的自然振荡周期（2）用来测量短暂的脉冲电量脉冲电路i通过检流计，活动部分因惯性较大，在脉冲电流存在期间，活动部分来不及偏转，当脉冲过程结束是，活动部分才开始偏转，在达到最大偏转αm之后，经过一段欠阻尼状态运动过程，最后恢复到原来位置。9/29/2023电子信息与电气工程系第三节电磁系列仪表1.主要构成

固定线圈，可动铁片。作用:常用于测量交流电流和电压

9/29/2023电子信息与电气工程系2.工作原理以圆线圈排斥式为例分析：线圈通电，铁片2和3同时被磁化成同一极性而相互排斥，可测量直流和交流。任一瞬间载流线圈磁场能量：

圆线圈排斥式:给线圈通电后,二铁片被磁化,产生排斥力;

扁线圈吸入式:给线圈通电后,动铁片被磁化,产生吸力。9/29/2023电子信息与电气工程系能量变化，即对外做功，可动部分产生的瞬时转动力矩m平均转动力矩M9/29/2023电子信息与电气工程系游丝的反作用力矩活动部分平衡时9/29/2023电子信息与电气工程系3.应用可直接测量较大的电流，最大电流为200A分类：

安装式：多为单量限，测量交流，采用电流互感器扩大量限测量200A以上电流；

可携式：一般为多量限。（1）电磁式电流表9/29/2023电子信息与电气工程系结构：由电磁系测量机构和附加电阻串联组成。分类：

安装式：多为单量限，测量交流，最大测量量限600V电压，采用电压互感器扩大量限测量600V以上电压；

可携式：一般为多量限。（2）电磁式电压表原理：电压表内阻抗线圈电流有效值偏转角9/29/2023电子信息与电气工程系第四节电动系仪表1.结构有两个线圈：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。游丝固定线圈可动线圈空气阻尼器产生阻尼力9/29/2023电子信息与电气工程系2.工作原理FF可动线圈固定线圈固定线圈中的电流

I1

(i1)

磁场可动线圈中的电流

I2

(i2)与磁场相互作用

电磁力

F线圈受到转矩

M

线圈和指针转动，

仪表的转动转矩通入直流时:

M=k/I1I2通入交流时:

Mα=k/I1I2cos

i1和i2的有效值i1和i2之间的相位差9/29/2023电子信息与电气工程系思考：当定圈和动圈中通入不同频率的正弦交流电时，指针是否偏转？平衡时，通入直流时：通入交流时:结论:

指针偏转的角度与两个电流(对交流为有效值)的乘积成正比。

（必须同频率）9/29/2023电子信息与电气工程系3.用途测量交直流电流、电压及功率。（1）电流表根据量限的大小，定圈和动圈连接方式不同：量限小：串联量限大：并联活动部分偏转角：9/29/2023电子信息与电气工程系（2）电压表结构：定圈和动圈串联，配置一定的附加电阻

N1：定圈N2：动圈

R1、R2、R3：附加电阻

C：频率补偿器当附加电阻时多量限测量线路9/29/2023电子信息与电气工程系在动圈电感较小时，动圈中的电流为：（3）功率表作用：用于直流、交流电路的电功率测量。活动部分偏转角：结构：固定线圈，匝数少，导线粗，与负载串联，作为电流线圈；可动线圈：匝数多，导线细，与负载并联，作为电压线圈。工作原理：9/29/2023电子信息与电气工程系功率表接线端钮：有四个接线端钮（两个电流端钮、两个电压端钮），用“＊”或“±”标出电流线圈和电压线圈的“同极性端”（或“发电机端”）功率表符号：在一个圆内加一条表示电流线圈的水平粗实线，和一条表示电压线圈的垂直细线。表上仅标出电流量限和电压量限PW**电流线圈电压线圈同极性端功率表的接线图电压线圈电流线圈ui2i1=i+–**负载9/29/2023电子信息与电气工程系注：

1.电流线圈、电压线圈的同极性端必须接在电压的同一极性上，否则，除指针方向偏外，还有可能损坏。

2.接线时，一般采用电压线圈前接的接法。3.在测量功率前要根据负载的额定电压和额定电流来选择功率表的量程。对于多量程式表，在读数时，先根据所选的电压量程U、电流量程I以及标度尺满量程时的格数am，求出每格瓦数（又称功率表常数）C，然后再乘上指针偏转的格数a，就可得到所测功率P，即（见例题）9/29/2023电子信息与电气工程系例：有一只电压量程为250V，电流量程为3A，标度尺分格数为75的功率表，现用它来测量负载的功率。当指针偏转n=50格时负载功率为多少？解：先计算功率表常数C

C＝UI/a，＝250V×3A/75格＝10W/格故被测功率为

P＝Cn＝10W/格×50格＝500W9/29/2023电子信息与电气工程系结构：其主要部分：电磁铁和可动的导体特点：转动力矩最大作用：测交流电路电能及功率第五节感应系仪表9/29/2023电子信息与电气工程系交变磁通→感应流→转动力矩i1→φ1→ie1（φ2）→T1（左→右）φ1’→ie1’（φ2）→T1’（左→右）i2→φ2→ie2（φ1、φ1’）→T2（右→左）磁场作用瞬时转矩：二.工作原理一周期T内的平均转矩：设9/29/2023电子信息与电气工程系结论：平均转矩Tav与i1、i2的有效值及相关。i1，i2的相位差：ψ=90-（1）如ψ=0，则Tav为零（2）如ψ=90，则Tav为最大（3）如i1，i2为直流，则Tav为零故只可构成测量交流量的仪表9/29/2023电子信息与电气工程系结构与原理：设负载电压为电磁铁A的线圈导线粗，匝数少，与负载串联，故为负载电流电磁铁B的线圈导线细，匝数多，与负载并联，故电压线圈中的电流为

1.转动力矩

三.感应系电度表电度表又称为火表，以下以单相电度表为例介绍电能的测量。（）9/29/2023电子信息与电气工程系2.制动力矩：永久磁铁4的磁场、铝盘中的感应电流（与ω成正比），二者相互作用所产生制动力矩：MT=KTω（KT为永久磁铁有关的力矩系数）3.铝盘转数n与被测电能的关系P：

当MT=Tav时，铝盘稳定转动故有：KPP=KTω

P=（KT/KP）ω=Sω在时间T内所做的功：

P=（KT/KP）ω=Sω

PT=TSω

Tω表示在时间T内转过的圈数n

W

=Sn（铝盘转过的圈数n就是电能）

C=1/S=n/W（电度表常数：圈数