电工仪表与测量大作业格式2.doc

电工仪表与测量大 作 业专业名称： 电气工程及其自动化 班 级： 学 号： 姓 名： 指导教师： 日期： 2015-6-3 一、电磁系仪表的结构3二、电磁系仪表的工作原理4三、电磁系仪表应用5四、测量电路举例5五、电磁系仪表测量误差的主要来源7六、参考书目、资料8七、总结学习心得8一、电磁系仪表的结构 电磁系仪表的结构形式最常见的一般有两种：一种为吸引型（又称吸入型或扁线圈外置式）结构；另一种为排斥型（又称推型斥或圆线圈内置式）结构。吸引型电磁系仪表的结构如图所示 吸引型电磁系仪表由固定线圈和偏心地装在转动轴上的可动铁片所组成。它的转动部分除可动铁片外，还有指针、磁感应阻尼器的扇形铝片及产生反作用力矩的游丝。扇形铝片可以在作阻尼用的永久磁铁的空隙中转动。为了防止固定线圈受到永久磁铁的影响，在永久磁铁前加一块钢质的磁屏，如图所示。排斥型电磁系仪表的结构如图所示它的固定部分包括固定线圈和线圈内测的固定铁片，可动部分包括固定在转轴上的可动铁片、游丝和指针。在图中平衡锤，当指针在平衡位置摆动时，由于平衡锤的阻碍作用，使摆动很快停止下来。二、电磁系仪表的工作原理1） 吸引型仪表的工作原理当电流通过固定线圈时，在它的附近就有磁场存在（磁场的方向可由右手螺旋定则确定），其两端呈现磁性，可使铁片被磁化，如图所示，结果对可动铁片产生吸引力，从而产生转动力矩，使指针发生偏转。当转动力矩与游丝产生反作用力矩平衡时，指针便稳定在某一位置，从而指示出被测电流来（或电压）的数值来。由此可见，吸引型电磁系仪表是利用通有电流的固定线圈的磁场对可动铁片的吸引力来产生转动力矩。由于固定线圈中的电流方向改变时，线圈所产生的磁场的极性和被磁化的可动铁片的极性也随着改变，如图所示，因此它们之间的作用力仍然是吸引的，即活动部分转动力矩的方向仍保持原来的方向，所以指针偏转方向也不会改变。可见，这种吸引型地磁系可以应用在交流电路中。 2）排斥型仪表的工作原理当固定线圈通过电流是，电流的磁场使得固定铁片和可动铁片同时磁化，这两个铁片的同一侧是同性的磁极，如图所示，同性磁极间相互排斥，使可动部分转动，当转动力矩与游丝产生的反作用力矩相等时，指针就取得了这一平衡位置，从而指出被测量的数值来。由于通过固定线圈的电流方向改变时，它所建立的磁场方向也随着同时改变，如图所示，因此两个铁片仍然相互排斥，转动力矩的方向保持不变。也就是说，仪表可动部分的偏转方向不随电流方向的改变而改变，因此它同样可应用于交流电路的测量。不论是吸引型还是排斥型的电磁系仪表，当通过固定线圈的电流增大时，作用于可动部分的转动力矩会增大。通过数学分析可以证明，当直流电流I通过固定线圈时，电磁系侧量机构的转动力矩M是与电流I的二次方是有关系的。即其中 IN固定线圈的匝数；k系数，但它不是一个常数，而是与活动部分所处位置，即与有关，并决定于线圈及铁片的形状、材料、大小等因素。 磁电系仪表的转动力矩与被测量电流I的一次方有关，而电磁系仪表是与电流I的二次方有关。 电磁系仪表的反作用力矩由游丝或螺旋弹簧产生，反抗力矩为 当反作用力矩与电磁能量产生的力矩平衡时，活动部分就停止转动，这时有 由此可见，电磁电磁系仪表测量机构指针的偏转角与被被测量电流值的平方有关。当被测量电流为交流电流时，其指针的偏转角与被测交流电流有效值的平方有关。 需要注意的是指针的偏转角并不是与成正比的。这是因为系数随着偏转角的增加而减小，使仪表的标度尺在有效值的工作部分尽可能均匀一些。但总的来说，电磁系仪表的刻度是不均匀的。 三、电磁系仪表应用 电磁系仪表即可用于测量直流，也可用于测量交流。因为可动铁片受力方向与固定线圈中电流的方向无关，电流方向改变时，固定线圈的磁极性和可动铁片的磁极性同时改变而保持受力方向不变，这是电磁系仪表特点之一。但是，还应该指出的是，用于直流时电磁系仪表的可动铁片在直流磁化下，会产生磁滞误差，同一个被测量，在测量过程中会产生升降变差，用于交流时，由于涡流效应，其示值略小于直流，所以，电磁系仪表通常不做成交直流两用。四、测量电路举例主要电路组成（含电路图） 1）电磁系电流表多量程电磁系电流表的固定线圈是用较粗的绝缘铜线绕成的，测量时，可将表头直接串联在被测电路中，因为在地磁系测量机构中，活动部分不需要通过电流，所以利用这种测量机构本身就能测量较大电流，电磁系电流表的量限越大，它的固定线圈的导线越粗，匝数越少。通常采用将固定线圈的绕组分段的方法，利用两个或多个绕组的串、并联来改变电流的量限如图所示就是双量限电磁系电流表改变限量示意图。 2）电磁系电压表电磁系电压表中的固定线圈是用较细的绝缘导线绕成的，为了获得足够大的磁场，它的匝数较电流的匝数多的多。这种电磁系电压表与磁电系电压表一样，其中附有附加电阻。测量时，电磁系电压表与被测电路并联，即跨接在被测电压两端，测量电压。所以，电磁系电压表和磁电系一样，可以直接作为电压表使用。电磁系电压表扩大量程一般也采用串联附加电阻的方法，但是电磁系电压表一方面要保证足够磁化力使仪表产生足够的转矩，另一方面又希望尽量减少匝数，以防止频率误差，这就要求通过仪表的电流要大，电压表的内阻要小（通常每伏只有几十伏）因此，使得电磁系电压表的内阻小，表耗功率较大。多量程电压表测量线路功能说明 1）多量程电磁系电流表它的固定线圈被分为两个绕组，两个绕组匝数相等，设为N，导线截面的大小也一样。这时两个绕组串联，电流量限为Im 。当利用两个金属片L分别连接A,B和C、D端钮时，则两个绕组并联，电流量程扩大一倍，为2Im。但不管利用那个电流量限，当被测电流等于电流量限时，在仪表内固定线圈所产生的总匝数是保持2Im不变的。电磁系电流表内阻一般都很大，这是因为要求固定线圈能产生较强磁场，而电磁场大部分以空气为介质，所以必须有足够的安匝数，才能产生足够的磁场和转动力矩（一般要求200-300安匝左右),而且在被测电流一定时就要增加匝数，这样不免要增大内阻。对于毫安表，则线圈需要匝数更多，导线线径更细，内阻也就更大。同时，为了减少轴承摩擦误差，也要增大测量机构转动力矩，就是也要增大安匝数，从而增大内阻。正因为电磁系电流表的内阻大，所以不采用分流器来扩大量程。此外，值得注意的是，各类型电磁系电流表的端钮位置也各有不同，使用时应细心识别。 2）多量程电磁系电压表的测量线路一般是将分段绕制的固定线圈的绕组串并联后，再与多个附加电阻串联，改变量程是通过转换开关来实现的。如上图所示的多量程电压表有4个量程，为75150300600V。当在75V量程时，两个绕组并联后与附加电阻串联；当为150V量程时，两个绕组串联后与附加电阻R1、R2串联；当为300V量程时，两个绕组串联后与附加电阻R1、R2、R3串联；当为600V量程时，两个绕组串联后与附加电阻R1、R2、R3、R4串联。一般多量程电磁系电压表只有24个量程，这是因为电磁系测量机构要同时满足低量程和高量程的要求是很困难的，而且当被测电压高于600V时，出于安全因素的考虑，一般应与电压互感器配合使用。五、电磁系仪表测量误差的主要来源 1）外磁场误差 电磁系仪表的磁场是由固定载流线圈所建立的，整个磁路系统几乎没有铁磁材料。由于电磁系仪表线圈磁场的工作气隙大、磁阻大，因此仪表本身磁场相对比较弱，外磁场对测量结果的影响比较明显，成了附加误差的主要内容来源，这种误差叫做外磁场误差。其中，仅是地磁场（即由地心磁极在地球周围空间形成的磁场）的影响，就可以造成1%的误差。 2）电磁系仪表的磁滞误差 电磁系仪表的结构中包括铁磁物质（可动铁片），而铁磁物质存在磁滞现象，由此产生的误差成为磁滞误差。磁滞误差一方面使得电磁系仪表的准确度降低，另一方面由于交直流下的磁化过程不同，使得由于交流的电磁系仪表不易于在直流下应用。 3）电磁系仪表的频率误差 电磁系电压表由于固定线圈的匝数较多，相应感抗较大，随着频率的变化，其感抗也将变化，其感抗也将变化，这样在测量有效值相等而频率不一样的交流电时测量值就不同，这就是频率误差。频率越高，这种误差就越大。因此电磁系仪表不适用于高频率电路的测量。此外，虽然电磁系仪表同样能测量电流或电压的有效值，但当非正弦交流电路中含有不可忽略的高次谐波时（因非正弦量可以用傅里叶级数展开，既可以展开成多次谐波分量的叠加）谐波频率太高也会引起较大误差。六、参考书目、资料 1周启龙，等，电工仪表及测量M.北京：中国水利水电出版社，2008 2宗建华，等，智能电能表M。北京：中国电力出版社，2010 3古天祥，等，电子测量原理M.北京：机械工业出版社，2004七、总结学习心得 人们在工农业生产、科学研究、商品贸易和日常生活中都离不开测量。通过测量可以客观认识事物。在电能的生产、传输、分配和使用等各个环节中，只有通过各种仪表的测量，才能对系统的安全状态加以监视。 通过学习本次课程我熟练掌握了电工测量的基本要求和基本测量方法，电工仪表及测量是一个实践性很强的科目,让我掌握了利用电压表及电流表的测量方法和检测故障，以及万用表的测量能力。给平时很少动手的我们一个很好的实践机会，让我们在自己的动手的工程中逐渐掌握了一些相关知识与无形之中提高自己的动手能力。 以及常用测量仪器的基本组成及工作原理，仪器的基本操作和基本应用。还熟练掌握常用电工测量仪表的操作技能，具有正确使用仪表完成基本测量任务的能力。我深刻认识到这样的实用课程在教学环节中一个相当重要的环节，只有这样才能提高自己的实际操作能力并且从中培养自己的独立思考、用于克服困难。 更正电工测量正确操作，对电工知识有了新的掌握，为以后正确操作仪表和维护和保养仪表都有了基础和安全保证，兆欧表是电工检查设备绝缘的常用仪表,以前我们对设备检查是先接好被测设备后再手摇发电机这种错误操作方法,通过这次学习我们更正了操作方法同时也明白了错误操作方法会对仪表造成损坏原因。成绩： （最后一页最后一行）