电学量的直接测量-new.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电学量的直接测量,第二章 模拟式电机械指示仪表,第一节 基本知识,模拟式电机械指示表,定义：即将被测量变换成仪表活动部分的偏转角或位移。,测量电路,测量机构,x,y,被测对象,基本量测量,偏转角,1.,测量电路：是把被测量“,x”,（电压、电流、功率等）变换成测量机构能接受的量,”,y”,2.,测量机构：将它所接受的电参量转换成机械力或力矩（即按一定比例变成指针,的偏转或位移）。,电机械指示电表的组成：,测量机构的组成原理,（,a),转动力矩（驱动指针或光标）,A,是测量系统中电场或磁场的能量,取决于测量机构的结构参数和被,测电参量,x,。,是偏转角。,特点：,（,b,）反抗力矩（反向作用力矩）,由游丝提供。,W,是常数。,是偏转角。,特点：无转动，,转动，,直到,指针停留在一定偏转角度上。由上式可知：,即，从偏转角的大小可以反映测量机构所接受的被测量的大小。,(c),阻尼力矩：,特点：大小与活动部分的偏转速度成正比，方向与该速度方向相反。,有一定动能，,指针在平衡位置左右摆动。,作用：,可选择适当地,K,值，使振动部分逐渐消逝，最后稳定在平衡位置。,注意！,一般不同形式的测量机构，三部分的力矩,实现方式不一样，产生的原理也各部相同。,分类,（,a,）以测量机构中产生的转矩方式分类：,（,b,）以被测量的名称（或单位）分类：,（,C,）以仪表所测的电流种类分类：,第二节 各种类型测量机构,（按 分类）,结构：,一、磁电系测量机构,特点：高灵敏度，抗外磁干扰强，线性刻度,结构：,二、电磁系测量机构,特点：可制成高过载能力的电流表，刻度分布可以控制，,但灵敏度低，易受外磁场干扰,结构：,三、电动系测量机构,。,。,。,。,。,。,。,特点：功率表刻度均匀，但机构磁场较弱，易受外磁场干扰,结构：,四、感应系测量机构,工作原理：,电流绕组,负载,电压绕组,磁极,铝盘,交变磁通,u,和,i,在铝盘中分别感应出涡流,电流,i,u,与,i,i,。,i,i,与,u,相互,作用以及,i,u,与,i,相互作用，产生使圆铝盘旋转的瞬时力矩。其方向,如图。,感应系测量机构相量图,第三章,电流、电压和电量的直接测量,第一节 电流的直接测量,一、,磁电系电流表,直流电流表的基本电路,测电流时，设分流内阻（分流器）,范围：,10,A 10A,对于更大的电流，例如,I 50 A,则需要外设专用分流器，四端结构：,C,1,C,2,-,是电流接头，串联于被测大电流,电路中,P,1,P,2,-,是电位接头，与测量机构（毫伏表）并联。因为毫伏表的指示可以直接读电流值。,多量程电流表,K,用独立分流电阻扩大量程采用换向开关改变量程,二、,带整流电路的磁电系仪表,半波整流式,利用二极管单向导通特性,D1,让正半周电流通过；,阻止负半周电流通过。,D2,起反向保护作用。,全波整流式,i,a,b,i,全波整流电路,三、,磁电系检流计,冲击检流计,磁电系检流计结构,可检测,微弱直流电流,1.,采用悬丝悬挂动圈，减小摩擦,2.,采用光反射读数装置，提高灵敏度,l,灯,d,结构：,四、,电流表的性能比较,五、,准确度,规定有,7,个级别,:,0.1,；,0.2,；,0.5,；,1.0,；,1.5,；,2.5,；,5.0,例如：,0.5,级,0.5,指沿刻度有效范围各处的绝对误差的绝对值,设量程,A,0,=500mA,则沿刻度各处的绝对误差,（电流表的校验，自己看书,P13,）,第三章,电流、电压和电量的直接测量,第二节 电压的直接测量,一、,磁电式电压表,由低值电流表串联适当电阻组成,u,负载,R,I,全波整流式多量程电压表,基本电路及原理,二、,其他机械式电压表,三、,准确度,规定,7,个级别：,0.1,，,0.2,，,0.5,，,1.0,，,1.5,，,2.5,和,5.0,说明：,因为多数测量机构的基本测量量都是电流，故在组成电压表时，接入被测电路必定要从中吸取一定的电流，从而改变了电路工作状态。即使所使用电表的准确度很高，所测的结果仍有一定误差。（,P.15,）,(,自学电压表的校验,),第三章,电流、电压和电量的直接测量,第三节 电量的直接测量,冲击检流计,特点,：,使用磁电式检流计，活动部分具有较大的惯性。,工作原理,：,可动部分动力学方程：,转动惯量,转动力矩,悬丝反抗力矩,阻尼力矩,而感应电流,令：,为无阻尼时转动部分的振荡频率,为阻尼比因数,阻尼系数,偏,转,角,Ki,所以，,则：,检流计灵敏度,这时流入检流计,G,的电流,:,电流源内阻,S,i,的确定,测量电量,a.,电流脉冲阶段：,被测脉冲电流通过时间 内,两边积分得：,脉冲电量波形与检流计动态响应特性,b.,脉冲结束后，检流计进入自由运动：,当：,当阻尼很小时，即,时,，,上式得解为：,得：检流计第一次最大偏,转与脉冲电量成正比：,所以，,第四章,其它电量的直接测量,第一节 电功率的直读测量,一、,功率表,基本电路,静圈：,用,较粗的导线,绕成，可使负载,电流几乎全部通过，,动圈：,用,较细的导线,绕成，与一个,适当的附加电阻串联后并联到负载,两端，通过它的电流大小与负载的,电压成正比：,接线规则,通常，功率表电压、电流支路接线,端的一端都标有符号“*”或“,”等。,将两个带“*”的端子（称,发电机端,）,接到电源同一极，可判出电能流方向。,准确度,分为：,0.2,，,0.5,，,1.0,，,1.5,，,2.5,五级,电动系测量机构电路,W,*,*,符号,二、,电功率的直接测量,直流功率：,（,1,）由功率表直接测出,（,2,）由电压表、电流表间接测出。,P=U I,，,P21,图,3-2,交流功率：,（1,）功率表测单相交流电路功率,（,2,）三功率表法测量：,适用三相四线制电路或三相三,线制电路。凡是能够测得各相电压,和相电流的三相负载都可以用此法。,（,3,）二功率表法,说明：除三相四线制外，一般三相三线制都不能同时测到相电压或相电流。,三角形接法,星形接法,能测,u,，不能测,I,能测,I,，不能测,U,例如：以星形接法求总功率,Za,Zb,Zc,单独看，,W,A,和,W,C,都不代表,哪个负载消耗的功率。,W,A,电流支路接,A,线，电压,支路并在,A,、,B,间。,W,C,电流支路接,C,线，电压,支路并在,B,、,C,间。,公共端“,O”,三相瞬时功率：,由基尔霍夫电流定律，在三相三线系统中，总存在一下关系：,对上式求平均，便得到三相总功率：,为,U,AB,与,I,A,的相位差；,为,U,CB,与,I,C,的相位差,一般接法：,（对称，不对称，星形，三角形的三相三线系统）,接线规则：,（,1,）两功率表的电流支路中串入任意两线，使两线的线电流,分别流进两电流线圈。,（,2,）两功率表电压支路的,发电机端,接到各自的功率表电流支路,所在的那一线；而,非发电机端,都接在没有接功率表电流支,路的第三条线上。,发电机端,二功率表测量法,对称三相负载无功功率的测量,功率表的电流支路接入一条火线中，电压支路的两端接到另外二条火线上。,由相量图可见，,定义：单相正弦电路无功功率：Q=,UIsin,其中，,则功率表的读数：,由电路理论可知，对称三相系统的无功功率：,可见，如图接法，将功率表读数乘以,就是此对称三相负载的总无功功率。,u,AB,u,BC,第四章,其它电量的直接测量,第二节 电能的直读测量,一、,基础知识,电能表,：用来测量电能的仪表,分类：,电解式,多用于化学工业,数字式,用于实验室及精密测量（新型的测量仪表）,电气机械式,常用仪表,感应式（多数测交流）,电动系,磁电系,单相、三相,有功、无功,二、,单相感应式有功电度表,结构,是一个三磁通感应系机构：转轴,上有涡轮传动机构（,6,）；它把,铝盘转过的圈数传给计度器（,5,）,积算机构；从计度器窗口可,直接显示所消耗的电能，“度”。,工作原理,（,1,）三磁通感应系机构产生,转动力矩原理。,载流导线在磁场中所受力或力矩,与电流、磁通成正比。,平均转矩与负载功率成正比：,，,永久磁铁用来产生制动力矩的,（没有反抗力矩）。,当铝盘在永久磁铁的磁场中转动时，铝盘产生感应电流,i,m,，,根据左手定则,该电流与磁场相互作用使铝盘受到与转动方向相反的力，即制动力矩,M,M,当动平衡时，,铝盘保持匀速旋转,在,T,时间内消耗的电能,设电度表的计数每增加,1,度，铝盘所转的圈数为,N,第四章,其它电量的直接测量,第三节 电阻、电感、电容的直读测量,一、,直流电阻测量,直流电阻测量：,可以根据阻值大小、性质和对准确度的要求，采用不同的方法。,（,1,）欧姆表法,原理线路图,刻度分布,特点是使用方便，缺点是精度较低,（,2,）伏安表法,用电流表、电压表直接测量,选择（,a,）测量小电阻值接表方式,（,a,）,（,b,）,选择（,b,）测量大电阻值接表方式,由于电压表内阻,R,V,不为无穷大，电流表内阻,RA,不为零，产生原理性误差。,为减小误差，需要按所测电阻值大小来决定接表方式：,看虚拟实验,（,3,）四端法测低电阻,（,a,）,（,b,）,为避免导线电阻和引线电阻对低值电阻的影响，一般把低值电阻做成四端（,a,）,图中，,CC,两端接工作电流，称为电流端；,PP,两端接电压表，称为电压端。,测量时，电流端的引线电阻和接触电阻都被排到电压的测量范围之外；电压端,的,引线电阻和接触电阻因与电压表的高内阻串联,而可以忽略不计。可见，四端,构造形式能够保证低值电阻的测量精度。,（,4,）兆欧表法测直流高阻,高阻表又称兆欧表；摇表；迈格表。,电路原理,手摇发电机产生,直流高电压：,U(500V),或,2500V,指针偏转角：,，,磁电系流比计结构,二、,交流电参数的测量,(R,C,L,Z),直读电表法,，,，,谐振法,利用串联谐振原理，按公式：,可以求出,L,或,C,条件是：测,C,要求,L,为标准元件，测,L,时,C,为标准元件,冲击法,测电容,C,：,冲击检流计常数,测电感,L,设,S,在t=t1,时打开，则有：,由,t1,时刻,积分,R,为：,放电回路,总电阻,测互感,M,P.35,第四章,比较测量法与标准元器件,第一节 比较测量法,第二节 标准元器件,电池,标准电池,饱和式电池,饱和式标准电池：,（,1,）电池正极是纯汞,H,g,（,2,）电池负极为镉汞,CdHg,（,3,）去极化剂硫酸亚汞,Hg,2,SO,4,（,4,）硫酸镉结晶,3,CdSO,4,8H,2,O,（,5,）电解液硫酸镉饱和溶液,硫酸镉结晶保证在任何温度硫酸镉,溶液呈饱和状态。,不饱和式标准电池,未饱和式标准电池：,（,1,）电池正极是纯汞,H,g,（,2,）电池负极为镉汞,CdHg,（,3,）去极化剂硫酸亚汞,Hg2SO4,齐纳管（,Zener,）,工作在反向情况的二极管称为齐纳管。,原理是利用硅二极管反向导电时的稳压特点，获得基准电压,U,z,。,基准电压,符号,温度补偿电路,直流标准电阻,第三节 标准元器件,电阻,四端固定式电阻器,CC,端为电流端，接触电阻,不计；,PP,为电压端，得到的是标,准电阻,R,上的电压。,阻值范围：,n:-3+6,的整数,精度：,0.02,，,0.05,，,0.1,，,0.2,级,电路符号,可变直流电阻箱,范围：,0.1,9999.9,精度：,0.1,，,0.2,级,阻值在,0,9R,可调,交流标准电阻,双线并绕,交叉绕制,双线并绕，使流入线圈与流出线圈的电流所常数的磁通相互抵消，它的电感,效应较弱；但是匝间电容较大。可用于制作低值标准电阻。,交叉反向绕制，可使两线圈中的磁通方向相反而消弱；其对应的位置间电位,差也较小，可使分布电感、电容效应都得到抑制。可用于制作中、高值电阻。,交流电阻箱，,P.43,自学,第四节 标准元器件,电容,定值标准电容,二端等效电路,三端等效电路,杂散电容,屏蔽罩（壳）,可变标准电容见,P.46,第五节 标准元器件,电感,标准电感,标准自感结构,等效电路,R,L,是考虑了集肤效应后的铜线总电阻，,C,L,代表匝间电容的总等效电路,多股细铜线,