第二章 直流电压和电流的测量

第1节磁电系测量机构磁电系测量机构是磁电系仪表的核心，只要在其基础上配上不同的测量线路，就能组成各种不同用途的磁电系电流表和电压表。一、磁电系测量机构的结构磁电系测量机构主要由固定的磁路系统和可动的线圈两部分组成。仪表的固定部分由永久磁铁、极掌及圆柱形铁心组成磁路系统。其作用是在极掌和铁心之间的空气隙中产生较强的均匀辐射磁场。仪表的可动部分由饶在铝框上的线圈、线圈两端装的转轴、与转轴相连的指针、平衡锤及游丝组成。磁电系测量机构中的游丝的作用：1、主要用来产生反作用力矩；2、把被测电流导入和导出可动线圈。磁电系测量机构的阻尼力矩MZ由可动线圈的铝框架产生，其原理为：当铝框在磁场中运动时，闭合的铝框切割磁感线B产生感生电流ic，而ic在磁场中受到磁场力的作用，从而产生与铝框运动方向相反的电磁阻尼力矩，因此，能使线圈尽快停留在平衡位置上。磁电系测量机构中磁路系统有不同的结构，可分为外磁式、内磁式和内外磁式。阻尼方向运动方向ABicicFeFe（左手定则）（右手定则）二、磁电系测量机构的工作原理M=MfM=NBSINBSIDMf=DNBSI=D线圈匝数磁感应强度线圈所包围面积线圈中通入电流可动部分偏转角（指针偏转角）游丝的反作用系数lSI磁电系测量机构的灵敏度，表示单位被测量（电流）所对应的偏转角。结论：磁电系测量机构可动部分的稳定偏转角与通过线圈的电流成正比。因此，可以用偏转角的大小来衡量被测电流的大小，并由指针在标度尺上直接显示被测电流的数值。三、磁电系仪表的特点1、准确度高、灵敏度高；2、功率消耗小；3、刻度均匀；4、过载能力小；5、只能测量直流。原因：由于永久磁铁的极性是固定不变的，所以只有在线圈中通入直流电流时，仪表的可动部分才能产生稳定的偏转。如果在线圈中通入交流电流，则产生的转动力矩也是交变的，可动部分由于惯性作用而来不及偏转，仪表指针只能在零位附近抖动或不动。所以，磁电系仪表只能直接测量直流。要想测量交流电流，只有配用整流器后才能使用。第2节磁电系直流电流表目前使用的直流电流表和直流电压表,大部分都是采用磁电系测量机构配合适当的测量线路组成的.一、磁电系电流表1、磁电系电流表的组成在磁电系测量机构中，由于可动线圈的导线很细，而且电流还有经过游丝，所以允许通过的电流很小，约几微安到几百微安。要测量较大的电流，必须加接分流电阻。因此，磁电系电流表实际上是由磁电系测量机构与分流电阻并联组成的。XIXICICRARAACXCARIIRR流过测量机构的电流为整理上式得CAXCARRIIR设XCII为电流量程扩大倍数（n），则1CACXCAARRRInIRR由上式可得1CARRn要使电流表量程扩大n倍，所并联的分流电阻RA应为测量机构内阻RC的1/(n-1)。可见，对于同一测量机构，只要配上不同的分流电阻，就能制成不同量程的电流表。一般情况下，RA比RC小得多，故被测电流IX的绝大部分要经分流电阻分流，实际通过测量机构的电流IC只是IX的很小一部分。同时，当RC与RA数值一定时，IX与IC之比也是一定的。因此，只要将电流表标度尺的刻度放大IX/IC倍，就能用仪表指针的偏转角来直接反映被测电流的数值。XIXICICRARA例1有一只内阻为200Ω、满刻度电流为500μA的磁电系测量机构，现要将其改制成量程为1A的直流电流表，求应并联多大的分流电阻？若需利用该测量机构测量100A的电流，应选用何种规格的外附分流器？解：先求电流量程扩大倍数61200050010XCInI再求应并联的分流电阻为2000.1120001CARRn若用此表测量100A的电流，选用分流器时，应考虑测量机构满偏时的电压，即650010200100()CCCUIRmV所以应选用“100A，100mV”的外附分流器。2、分流电阻分流电阻一般采用电阻率较大、电阻温度系数很小的锰铜制成。考虑到分流电阻的散热和安装尺寸，当被测电流小于30A时，分流电阻可以安装在电流表的内部，称为内附分流器；当被测电流超过30A时，分流电阻一般安装在电流表的外部，称为外附分流器。外附分流器上一般不标明电阻值，而是标明额定电压（指分流器工作在额定电流时两个电位端钮间的电压）和额定电流值（指电流表量程扩大后的最大电流值）。目前，国家标准规定外附分流器在通入额定电流时，对应的额定电压为30mV,45mV,75mV,100mV,150mV和300mV共六种规格。若测量机构与分流器相连，当测量机构的电流量程与内阻RC的乘积与分流器的额定电压相等时，测量机构与外附分流器连接后，其量程就等于分流器的额定电流。二、多量程直流电流表多量程直流电流表一般采用并联不同阻值分流电阻的方法来扩大电流量程。按照分流电阻与测量机构连接方式不同分为开路式和闭路式两种形式。1R2R3R1I2I3ISCRA1R2R3R1I2I3ISCRA开路式分流电路闭路式分流电路优点：各量程间相互独立、互不影响。缺点：转换开关的接触电阻包含在分流电路中，可能引起较大的测量误差。特别是当转换开关触头接触不良，导致分流电路断开时，被测电流将全部流过测量机构使之烧毁。缺点：各个量程之间相互影响，计算分流电阻较复杂。优点：转换开关的接触电阻处在被测电路中，对分流准确度没有影响。尤其当触头接触不良时，保证不会烧毁测量机构。321III例2：如图所示两个量程的电流表中，已知表头满偏电流为500μA，内阻为300Ω，量程I1=10mA，量程I2=1mA，求分流电阻R1和R2的阻值。1R2R1I2ICRA解：对量程I1挡的电流量程扩大倍数为113102050010CInI再求应并联的分流电阻为22113001201CRRRRn1219300RR(1)同理对量程I2挡的电流量程扩大倍数为2231250010CInI再求应并联的分流电阻为122300121CRRRn12300RR(2)解（1）、（2）所组成的方程组可得1230270RR一、磁电系电压表问题引出：根据欧姆定律可知，一只内阻为RC、满刻度电流为IC的磁电系测量机构，本身就是一只量程为UC=ICRC的电流表，只是其电压量程很小。如果需要测量更高的电压，就必须扩大其电压量程。根据串联电阻具有分压作用的原理，扩大电压量程的方法就是给测量机构串联一只分压电阻RV，可见，磁电系直流电压表是由磁电系测量机构与分压电阻串联组成的。-++-CRAVRCICUU第3节磁电系直流电压表-++-CRAVRCICUU设磁电系测量机构的额定电压为CCCUIR串联适当分压电阻RV后，可使电压量程扩大为U。此时，通过测量机构的电流仍为IC，且IC与被测电压U成正比。所以，可以用仪表指针偏转角的大小来反映被测电压的数值。CCCCVUUIRRR若令m=U/UC为电压量程扩大倍数，则1CVVCCCRRRUmURR整理得(1)VCRmR结论：要使电压表量程扩大m倍，需要串连的分压电阻是测量机构内阻RC的（m-1)倍。例3:一只内阻为500Ω、满刻度电流为100μA的磁电系测量机构，要改制成50V量程的直流电压表，应串联多大的分压电阻？该电压表的总内阻是多少？解：先求出测量机构的额定电压为6100105000.05CCCUIRV再求出电压量程扩大倍数为5010000.05CUmU应串联的分压电阻为(1)(10001)500499500VCRmR该电压表的总电阻为500499500500000500CVRRRK分压电阻一般应采用电阻率大、电阻温度系数小的锰铜丝饶制而成。分压电阻也分为内附式和外附式两种。通常量程低于600V时可采用内附式的，以便安装在表壳内部；量程高于600V时，应采用外附式的。外附式分压电阻是单独制造的，并且要与仪表配套使用。二、多量程直流电压表CR1R2R3RA1U2U3US共用式分压电路优点：高量程分压电阻共用了低量程分压电阻，节约了材料。缺点：一旦低量程分压电阻损坏，则高量程电压档就不能使用。电压灵敏度的概念电压表各量程内阻与相应电压量程的比值为一常数，单位为“Ω/V”。电压灵敏度的作用1、表示电压表指针偏转至满刻度时取自被测电路的电流值；2、能方便地计算出该电压表各量程的内阻。例如：500型万用表直流电压的电压灵敏度为20KΩ/V。它表示测量直流电压，当指针偏转至满刻度时，取自被测电路的电流为1V/20000Ω=50μA，在10V档时电压表内阻为10×20000=200KΩ。电压灵敏度的意义电压灵敏度越高，相同量程下电压表的内阻越大，取用被测电路的电流越小，对被测电路的影响越小，测量准确度也越高。本章小结1、磁电系测量机构是利用永久磁铁的磁场对载流线圈产生作用力的原理制造的。磁电系测量机构主要是由永久磁铁、圆柱形铁心、可动线圈、游丝、指针等部件组成。磁电系测量机构的指针偏转角与通过动圈的电流成正比，即2、由磁电系测量机构构成的仪表可直接用以测量直流电压和电流。扩大磁电系电流表的量程的方法是将分流器（电阻器）与动圈并联，通过求取电流量程扩大倍数来求分流电阻的阻值。即lSI1CACXCAARRRInIRR1CARRn3、扩大磁电系电压表量程的方法是将附加电阻与动圈串联，通过求取电压量程扩大倍数来求分压电阻的阻值。即1CVVCCCRRRUmURR(1)VCRmR4、磁电式仪表的优点：刻度均匀、灵敏度高、准确度高、消耗功率小、受外界磁场影响小等。磁电式仪表的缺点：结构复杂、造价较高、过载能力小，而且只能测量直流，不能测量交流。使用注意事项：电表接入电路时要注意极性，否则指针反打会损坏电表。通常磁电式仪表的接线柱旁均标有+、－记号，以防接错。本章习题1、磁电系测量机构指针的偏转角与成正比。A.通过动圈的电流；B.通过动圈的电流的平方；C.动圈两端所加的电压。2、当磁电系测量机构的指针停留在某一刻度时，不存在。A.转动力矩；B.反作用力矩；C.阻尼力矩。3、磁电系测量机构的铝框断裂时，不存在。A.转动力矩；B.反作用力矩；C.阻尼力矩。4、磁电系指示仪表中的游丝或张丝的作用是产生。A.转动力矩；B.反作用力矩；C.阻尼力矩。5、电流表应与负载串联，电压表应与负载并联。如果两者接反，试问有何后果？6、磁电系测量机构为何不能直接用来测量交流？7、有一只磁电系表头，其满刻度电流为1mA，内阻为45Ω，若将其做成量程为100mA的直流毫安表，求分流电阻。8、有一只磁电系表头，其满刻度电流为1mA，内阻为45Ω，若将其做成100mA和200mA的双量程毫安表，试分别画出采用开路式和闭路式分流电路的仪表电路，并求出分流电阻。9、有一磁电系表头，内阻为150Ω，额定内阻压降为45mV，欲改为量程15V的电压表，求附加电阻值。10、一磁电系电压表的内阻为3000Ω，量程为3V，今要将量程扩大为300V，求附加电阻值。11、有一磁电系表头，内阻为150Ω，额定内阻压降为45mV，现将它改为150mA表，求分流器的电阻值？若改为量程为15V的电压表，其附加电阻值为多少？精品课件！精品课件！12、用内阻为200Ω、满刻度偏转电流为500μA的磁电系测量机构，制成一只量程为100V的电压表时，问应串联多大的附加电阻？该电压表的总内阻是多少？