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1、模块八 磁电系仪表,项目1 磁电系测量机构 项目2 磁电系电流表 项目3 磁电系检流计 项目4 磁电系电压表 项目5 磁电系电流表，电压表的使用,模块八 磁电系仪表,模块概述 磁电系测量机构通常由固定的磁路系统和可动线圈两部分组成。 磁电系测量机构具有准确度高，灵敏度高，受外磁场影响小，表盘标度尺刻度均匀，便于读数的优点，因此应用十分广泛。但该测量机构过载能力小，只能测量直流。,下一页,返回,模块八 磁电系仪表,教学目标 1.了解磁电系测量机构的组成、技术特性、应用范围; 2.理解磁电系测量机构的工作原理; 3.了解磁电系电流表、检流计、电压表的结构、技术特性、应用范围、维护保养等; 4.理解
2、磁电系电流表、检流计、电压表的工作原理; 5.掌握各种仪表的使用技能。,上一页,返回,项目1 磁电系测量机构,磁电系测量机构根据其磁路系统的结构不同，可分为外磁式、内磁式和内外磁式三种，如图8-2所示。 外磁式结构的永久磁铁在可动线圈的外部。内磁式结构的永久磁铁在可动线圈的内部，为了使磁场均匀和减小漏磁，在内磁式的永久磁铁外面加装了一个闭合的导磁环。内磁式结构紧凑，受外磁场影响较小。内外磁式结构是可动线圈的内部和外部都有永久磁铁，因此气隙磁场更强，仪表的灵敏度更高，结构更紧凑，受外磁场的影响更小。,上一页,下一页,返回,项目1 磁电系测量机构,二、工作原理 磁电系测量机构是利用通电线圈在磁场中
3、受到电磁力的作用而产生转动的原理制成的。 1.转动力矩 如图8-3所示，当可动线圈通电时，线圈中的电流和永久磁铁的磁场相互作用，产生电磁力，从而形成转动力矩(M)，使可动部分转动起来。 根据图中所设电流和磁场方向，假设线圈中通过的电流为I,磁感应强度为B、可动线圈的匝数为N、可动线圈的有效边长l、转轴中心到有效边的距离为r。运用左手定则可以判断可动线圈两个有效边所受电磁力的大小为: （8-1）,上一页,下一页,返回,项目1 磁电系测量机构,其方向与线圈平面垂直且两个力的方向相反，使得线圈沿顺时针方向转动。 转动力矩大小为： 由于线圈的面积为: 则转动力矩为: （8-2） 由于气隙中的磁场是均匀
4、辐射状的，所以磁感应强度B恒定不变;对于已绕制好的线圈，其匝数N和有效面积A也是不变的。因此，转动力矩M的大小与被测电流I成正比，其方向决定于电流流进线圈的方向。,上一页,下一页,返回,项目1 磁电系测量机构,2.反作用力矩 线圈的转动引起游丝变形，从而产生一个与转动力矩方向相反的力矩，称为反作用力矩(Mf)，其大小与游丝的变形程度成正比，即与线圈的偏转角度成正比。 (8-3) 式中D为游丝的反作用力矩系数，其大小由游丝的材料性质、形状和尺寸决定。 随着偏转角的增大，反作用力矩也将增大，而转动力矩在被测电流不变时是恒定的。当反作用力矩增大到一定程度时将与转动力矩相等，可动部分达到平衡，此时可动
5、部分将停止在某一平衡位置，指针也就停止在某一偏转角上。根据力矩平衡条件Mf=M可得,上一页,下一页,返回,项目1 磁电系测量机构,所以 （8-4） 由上式可知，指针偏转角与被测电流I成正比。因此在仪表中就可以用偏转角来衡量被测电流的大小。并通过指针在标度尺上直接指示出电流的数值。 根据指示仪表灵敏度的定义可得 （8-5）,上一页,下一页,返回,项目1 磁电系测量机构,3.阻尼力矩 当可动线圈转动时，绕制线圈的闭合铝框切割气隙磁场中的磁力线而产生感应电流，这个感应电流与气隙中的磁场相互作用，产生一个与可动部分转动方向相反的电磁力矩，这个力矩称为阻尼力矩，如图8-4所示。当可动线圈静止时，铝框不切
6、割磁力线，就不会产生感应电流，也就不会产生阻尼力矩。 由此可见，阻尼力矩是在可动部分转动时产生，而一旦可动部分静止下来以后，阻尼力矩就消失。所以阻尼力矩不影响可动部分的力矩平衡条件，对测量结果没有影响。,上一页,下一页,返回,项目1 磁电系测量机构,一方面阻尼力矩对可动部分在平衡位置附近的摆动起到抑制作用，使可动部分尽快在平衡位置静止下来;另一方面阻尼力矩对仪表可动部分起到保护作用，可以防止各种原因引起的可动部分的快速摆动，以免损坏轴承及指针等。例如，灵敏度较高的仪表在不使用时，通常把两个接线端钮用导线连接起来(从外部把可动线圈短路)，使可动线圈也构成感应电流的闭合回路，加强阻尼作用，以避免在
7、搬动过程中使可动部分快速摆动，达到保护仪表的作用。,上一页,下一页,返回,项目1 磁电系测量机构,三、技术特性 1.准确度高 可达0.10.05级。 2.灵敏度高 由于测量机构内部磁场很强，所以线圈中通过很小的电流，就可以产生足够大的转动力矩。 3.受外磁场影响小 4.标度尺刻度均匀.便于读数,上一页,下一页,返回,项目1 磁电系测量机构,5.过载能力弱 一方面由于被测电流是通过游丝导入可动线圈，游丝很细，若电流过载会使得游丝弹性发生变化产生较大误差，甚至因过热而烧毁游丝。另一方面线圈的线径很小，若电流过载也会使线圈发热而烧毁。 6.只能测量直流 因为永久磁铁产生的磁场方向恒定不变，所以只有通
8、入直流电流时才能产生恒定的偏转。如果直接通入交流电流时，由于交流电流的方向是交变的，所产生的转动力矩方向也是交变的，可动部分由于惯性作用而来不及转动，导致指针只能在零位左右摆动，无法正确读数。,上一页,下一页,返回,小锦囊,磁电系测量机构的应用范围 磁电系测量机构主要用于构成直流仪表，如直流标准表、便携式仪表和安装式仪表。 磁电系测量机构的过渡电量是直流电流，只要把被测电量通过测量线路按一定关系变换为直流电流，就可以用它来构成不同功能、不同量程的仪表。如模拟式万用表的交流电压档，就是利用二极管整流电路，把交流电压变换为直流电流实现对交流电压进行测量的。 另外，磁电系测量机构配上转换器，还可以用
9、于其他非电量的测量。如配上温差电偶，可以测量温度。配上应变电阻片，可以测量压力等。 磁电系测量机构的应用十分广泛，它在电工仪表中占有十分重要的地位。,上一页,返回,项目2 磁电系电流表,一、结构 1.基本组成 磁电系测量机构本身所允许通过的直流电流很小(即过载能力弱)，若直接用于直流电流的测量，电流的量程很小，只有几十微安至几十毫安，所以必须进行分流，以便扩大电流表量程，这就构成了磁电系电流表。 磁电系电流表由磁电系测量机构(俗称表头)和分流器(即测量线路)两部分构成。图8-5是最基本的磁电系电流表电路图，Rc为测量机构内阻，Rf是分流电阻，与测量机构并联，I为被测电流。,下一页,返回,项目2
10、 磁电系电流表,分流器一方面对被测电流进行分流，使流过测量机构的电流在其承受范围内;另一方面可以使流过测量机构的电流与被测电流保持一定的比例关系。对于被测电流较小的场合分流器通常采用分流电阻，接在表壳内部，对于被测电流较大的场合(大于50A)通常采用外附分流器，接在表壳外部。 2.量程扩展 通过在表头两端并接不同阻值的分流电阻，可以扩展多量程电流表。,上一页,下一页,返回,项目2 磁电系电流表,如图8-6(a)所示，该扩展电路各量程具有独立的分流电阻，互不干扰，调整方便。但它存在严重的缺点，因为开关的接触电阻包含在分流电阻支路内，使仪表的误差增大，甚至会因开关接触不良引起电流过大而损坏表头;另
11、外当转换量程挡时，被测电流全部流经表头，将会使表头过载甚至损坏。所以开路连接方式实际上是不使用的。 如图8-6(b)所示，该扩展电路的接触电阻对测量误差没有影响，也不会使表头过载。但这种电路中，任何一个分流电阻的阻值发生变化时，都会影响其他量程，所以调整和修理都比较繁琐。,上一页,下一页,返回,项目2 磁电系电流表,3.外附分流器 外附分流器主要用于测量50A以上的电流，这是因为测量大电流时，分流电阻的温度较高体积也很大，采用外附分流器可以减小温度对仪表的影响。 外附分流器上有两对接线端钮，粗的一对称为“电流端钮”，细的一对称为“电位端钮”，如图8-7(a)所示。测量时先将“电位端钮”与表头并
12、联，再将“电流端钮”串接在被测电路中，如图8-7(b)所示。这种连接方法可以使分流电阻中不包含接触电阻，减小接触电阻对测量误差的影响。,上一页,下一页,返回,项目2 磁电系电流表,外附分流器上一般不标明电阻值，而是标注“额定电流”和“额定电压”。额定电流是指电流表量程扩大后允许测量的最大电流值;额定电压是指当分流器工作在额定电流下，分流器电位端钮两端的电压值。国家标准规定，外附分流器的额定电压有30 mV,45 mV,75 mV,100 mV,150 mV和300 mV几种。,上一页,下一页,返回,小锦囊,外附分流器的选配应注意 (1)要让表头的电压量程(即电流量程Ic表头内阻 Re)与外附分
13、流器的额定电压相等。 (2)表头与外附分流器连接后，电流量程就等于外附分流器的额定电流。例如，某表头的电压量程为75 mV，标度尺按150A刻度，如果该表配用“150A,75 mV”分流器时，它的量程就是150A。如该表配用“450A,75mV”分流器时，它的量程就是450A，此时指示值应乘以3，才是实际测得的电流值。,上一页,下一页,返回,项目2 磁电系电流表,二、工作原理 如图8-5所示，根据并联电路分流知识可得 (8-6) 对于某一量程的电流表而言，Rf、Rc大小不变，由上式可知，流过表头的电流Ic与被测电流I成正比关系，标度尺在刻度时按照这一比例关系进行刻度，就可以指示出被测电流的大小
14、。 设电流表量程需扩大的倍数为n(即n =I/Ic)，由式(8-6)可得分流电阻的大小为: (8-7),上一页,下一页,返回,项目2 磁电系电流表,由上式可知，将测量机构的电流量程扩大n倍，则分流电阻Rf应为测量机构内阻Rc的 倍，即量程扩展的倍数越大，所用分流电阻的阻值越小。 【例1】一只三个电流量程的磁电系电流表如图8-8所示。其中及。Rc = 900,Ic =100A，Im1=100mA, Im2=10mA，Im3=1mA。,求RfL1 RfL2, RfL3各为多大? 解:根据公式可知要计算RfL1 RfL2, RfL3 ，先计算各电流量程扩大倍数分别为,上一页,下一页,返回,项目2 磁
15、电系电流表,n1=Im1/Ic=100mA/100A=1000 n2=Im2/Ic=10mA/100A=100 n3=Im3/Ic=1mA/100A=10 总分流电阻 RfL1+ RfL2+ RfL3=Rc/（n3-1）=900/（10-1）=100 RfL1+ RfL2=（Rc+ RfL1+ RfL2 + RfL3）/n2=（900+100）/100=10 RfL1= （Rc+ RfL1+ RfL2 + RfL3）/n1=（900+100）/1000=1 则RfL2=（ RfL1+ RfL2 ）- RfL1=10-1=9 RfL3=（ RfL1+ RfL2 + RfL3 ）-（ RfL1+
16、RfL2 ）=100-10=90,上一页,下一页,返回,项目2 磁电系电流表,三、技术特性 磁电系电流表除具备磁电系测量机构的相关技术特性(如灵敏度高、准确度高、刻度均匀等)，还具有如下特性:内阻很小，对被测电路的影响很小;结构较复杂，成本较高。 四、应用范围 磁电系电流表主要用于直流电路中电流的测量。利用分流器扩展量程，其量程范围可以从几微安到几百安培。,上一页,下一页,返回,项目2 磁电系电流表,五、使用方法 (一电流表的选择 1.准确度等级的选择 根据不同使用场合及测量要求，合理选择仪表的等级。通常0.10. 2级的磁电系电流表适合用于精密测量;0.51.5级磁电系电流表适合实验室中使用;1.05. 0级磁电系仪表适合工矿企业中作为电气设备运行监测和电气设备检修使用。 2.量程的选择 根据被测电流的大小，选择合适量程的电流表。一般应使仪表的
