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1、第四章 电器非电量的测量,4.1 动作时间的测量 4.2 温升的测量 4.3 电器中的力测量 4.4 运动行程、速度 与加速度的测量,在规定的电压或电流下开关关合或开断过程所经历的时间，此时间仅与开关的固有结构原理有关。,电器动作时间的长度常与其动作性能密切相关，因此，电器的动作时间是一个重要的技术参数。准确地测量时间是非常重要的。,开关电器的动作时间一般可分为：,固有动作时间：,带延时的动作时间：,定时延时：通过电器的电流大小无关，延时时间固定。 反时限延时：电流愈大延时愈短。,4.1 动作时间的测量,4.1.1 电秒表法,同步电机转动时转过的角度（）；通过离合器与联系； 同步电机的同步转速
2、（）/s），当电网频率不变时 是一个常数； 同步电机转动角 所用的时间,指针式电秒表原理图,用同步电机转过的角度来表示时间,点击查看放大图,要求 是常数，若有变化，可修正：,50Hz为额定值，f1为试验网的试验频率,指针式电秒表原理图,图中：M 电机，S秒表，L离合器 K、K控制触点,4.1.2 示波器法,（二）用双线电子示波器测快速动作电器的动作时间可用于 极化继电器或干簧继电器的出厂检查试验，亦可用于 型式试验,当测试时间0.1s以下，特别是几个毫秒时采用 测量精度高，适于动作时间短的测量,应用举例： （一）用光线示波器测量带电压线圈的电器的固有动作时间,（二）用双线电子示波器测快速动作电
3、器的动作时间可用于极化继电器或干簧继电器的出厂检查试验，亦可用于型式试验,用示波器拍摄动作信号（如：电磁机构的动作电流等）和触头的接通与开断信号的示波图，通过示波图进行分析与计算来确定动作时间。 目前多使用光线示波器，个别情况下也采用电子示波器拍摄动作值信号。,应用举例： （一）用光线示波器测量带电压线圈的电器的固有动作时间,4.1.3 电子计数器法,特点 测量精度高，使用方便 数脉冲的个数计数,单击查看测量过程,电子计数器法的原理框图：, 测量开始前, 输入计时开启信号, 输入 计时停止信号,电子计数器法的原理框图：,触发器,时标信号,与门,计数器,译码,显示,Q,S,R,测量开始前： 计数
4、器置零，触发器Q端输出低电平，与门关闭， 时标信号不能通过，没有计数脉冲输入计数器。,置零,Q 输出低电平,Q,关闭,置零,电子计数器法的原理框图：,触发器,时标信号,与门,计数器,译码,显示,Q,输入 计时开启信号,Q,S,R,翻转,Q端输出高电平,打开,开始计数,当输入计时开启信号时，触发器翻转，由Q端输出高电平，与门打开，计时脉冲通过它输给给计数器，使计数器开始计数。,电子计数器法的原理框图：,触发器,时标信号,与门,计数器,译码,显示,Q,输入 计时停止信号,Q,S,R,再次翻转,关闭,停止 计数,当输入计时停止信号时，触发器再次翻转，Q端又输出低电平，与门关闭，计数器停止技术。译码后
5、，由显示器显示计数器测量时间。,4.2.1 表面温升测量法 1.热电偶方法,原理: 两种电子密度不同的金属，当电子运动快时在接触点将发生自由电子转移，形成接触电动势，温差越大，电动势越高，由此反应温度变化,4.2 温升的测量,回路电动势：,若0常数，则令f(0)=C,故：,（1）电偶的制造 （2）测试回路 （3）测试结果 1KE10 E 1测得的热电动势 0冷端温度 K常数 1被测温度,2.测量方法,测温线路图,1康铜丝，2热端，3铜丝，4转换开关箱， 5保温瓶，6冰水，7冷端，8电位差计,冷端放在空气中,冷端放在冰水混合物中,4.2.2 用电阻测量线圈温升的测量,线圈的电阻值随温度的增加而增
6、加 R温度为时线圈的电阻 R00时的线圈电阻（欧） -导线的金属材料0时的电阻温度系数 由R、R0和 可推算出,4.2.3 温升试验的基本方法与试验电路 （一）温升试验的基本方法 不同的通电操作方式或工作制，决定了电器发热的特点。,a)长期与间断长期工作制 b)短时工作制 c)反复短时工作制,各种工作制条件下开关电器的发热过程：,a)长期与间断长期工作制,发热试验主要测量电器的恒定温升 无论初始温度为0或 ， 并不影响 值 所以温升试验可以从冷端也可从热端开始。 在发热试验中，当相隔1h前后的两次测量所测得的温升之差不超过1，便可认为大到稳定发热。,b)短时工作制,是电器工作时间,发热时间必须
7、从冷态开始，并通电到一定的时间 ，测出相应的温升时间,c)反复短时工作制,t1通电时间，t2断电时间 一个周期的工作时间 t= t1+ t2,虚线为包络线，在电器初始阶段逐步上升，后逐渐平坦，并达到稳定温升 试验可从热态开始，也可从冷太开始，如果相隔1h时上包络线的温升变化小于3，则认为发热稳定。,试品 恒 电 流 发热试验电路： 导电系统 恒 电 压 发热试验电路： 线圈 恒 功 率 发热试验电路： 电阻元件,（二）试验电路,测量方法： 1.弹簧称法； 2.悬重拉力法； 3.测弹簧压缩法； 4.传感器法。,测量项目： 1. 动静触头间的接触压力； 2. 操动机构的出力特性； 3. 开关本体传
8、动机构的负载特性。,4.3 电器中力的测量,压电效应：某种物质在一定方向上受到外力的作用发生形变时，物质表面会产生电荷。当外力去掉，表面电荷随之消失。,4.3.1 传感器 （一）压电式传感器,外力与电荷的关系：q=KF K压电陶瓷的压电系数,A压电片面积； h压电片厚度； 压电材料相对介电常数； 真空介电常数（ ） C0压电元件的内部电容。,压电传感器的电容值：,电容器上的电压； q 电荷； 电容；,将压电式传感器等效成与电容相并联的电荷源，则：,(2) 电阻应变片式电容器 将试件受力后产生的应变变化转换成电阻变化的传感元件 电阻丝的电阻率； L 电阻丝的总长度； S 电阻丝的截面积。,式中：
9、 R/R电阻的相对变化量； L/L应变片的相对应变量； K 应变片的灵敏系数。 （电阻材料和几何尺寸）,应变片的变形使 ，L，S 都发生变化，使R变化,4.3.2 弹性敏感元件 物体因外力作用而改变尺寸和形状，当外力去掉后能完全恢复其原来的尺寸和形状，称为弹性形变。这种物体称为弹性元件。 常见弹性敏感元件有： 等截面圆环式：有较高的灵敏度，适用于测较小的力； 等悬臂梁式：有较高的灵敏度，可产生较大的位移。 4.3.3 测量电路,4.4.1 行程与速度的测量 行程的静态测量可用游标卡尺或钢直尺直接测量，其动态测量则需采用位移传感器。高、低压开关电器对传感器、测试装置及测试方法的应用有明显不同：低
10、压开关电器或继电器运动部件的行程小，质量小，应采用体轻而灵敏度高的位移传感器：如电位器式、电感式、光电式等位移传感器；高压断路器运动系统的质量和操作力均较大，故传感器质量的影响并不显著，而且高压断路器具有行程大，运动速度快等特点，因此，常采用专门的传感器进行测量。随着传感技术的发展，兼顾高、低压开关电器测试特点的传感器也不断出现。,4.4 运动行程、速度与加速度的测量,R0电刷移动单位长度时电位器的电阻值； U0电刷移动单位角度时电位器输出电阻值;,1.低压开关电器 （1）应变片式位移传感器 （2）电位器式位移传感器,（3）螺管式电感器 利用线圈自感和互感的变化来实现位移参数测量,单线圈螺管式
11、电感器,1. 螺管线圈；2. 圆柱型衔铁,工作时 衔铁在线圈中的伸入长度的变化，引起螺线管线圈电感值的变化，当用恒流源激磁时，线圈的电压就与衔铁的位移有关。,差动式电感传感器,（3）螺管式电感器 利用线圈自感和互感的变化来实现位移参数测量,差动式电感传感器,3、4 差动线圈,工作时 衔铁移动，一个线圈的电感减小，而另一个线圈的电感增加形成差动形式。,单线圈螺管式电感器,（4）光电式位移传感器 利用遮光片挡光的多少来测量运动特点。光电位移式传感器的特点是灵敏度高，频率响应特性好，安装方便，对被测对象运动状态影响小。,光电式位移传感器原理图,2.高压开关电器 （1）电磁振荡器 （2）转鼓测速仪 （
12、3）光电传感器 （4）电位器式传感器,振动器法测试的振荡波形图,A合闸位置 B刚合（或刚分）点 D分闸位置,X,S,光电传感器,把特制的开有若干孔的光栅尺固定在断路器的动触头上，光栅尺的前后面装有发光元件和受光元件的光电头，并将其固定在瓷套的上法兰上，其作用是把光信号转换成电信号，经放大后输出脉冲信号。,当断路器分、合闸时，光栅尺随导电杆一起运动，光栅尺移动一个孔距S，脉冲信号即为一个周期T。,4.4.2 加速度测量 一般采用 速度时间曲线微分法 图4-30给出继电器和小型接触器动态参数测试的装置原理图。它是以微机为核心，利用光电位移传感器作为检测衔铁位移信号的传感元件。通过12位高速A / D转换器将模拟信号转换为数字信号，输入计算机，经过计算机数据处理，最后得出运动系统的各动态参数。同时，被测电器的励磁线圈电流经分流器、滤波及放大器、A / D转换器也输入计算机。上述各动态参数的测试结果，可以经CRT显示器和打印机输出。,计算机在动态测试中的应用,举例：继电器与小型接触器动态参数测试,装置原理图,接第五章,
