《电工仪表及测量 教学课件 ppt 作者 周启龙 8第八章 电气测量常用的其他几种仪表》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电工仪表及测量 教学课件 ppt 作者 周启龙 8第八章 电气测量常用的其他几种仪表（16页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第八章 电气测量常用的其它几种仪表 第一节 相位表和频率表 一、电动系相位表 二、电动系频率表 第二节 直流电位差计 一、工作原理 二、直流电位差计的技术性能和分类 三、电位差计的应用 第三节 绝缘电阻表和接地电阻测量仪 一、绝缘电阻表 二、接地电阻测量仪 第四节 直流电桥和交流变比电桥 一、惠斯顿电桥 二、开尔文电桥 三、变比电桥 思考题,第八章 电气测量常用的其它几种仪表 本章将介绍工程上常用的几种仪表：相位表、频率表、直流电位差计、绝缘电阻表、接地电阻测量仪、直流电桥和变比电桥，重点介绍这些常用仪表的结构、工作原理及使用方法。 第一节 相位表和频率表 相位表和频率表的结构型式有多种，在相
2、位表中有电动系相位表、电磁系相位表， 在频率表中有电动系频率表、电磁系频率表、整流系频率表和电子系频率表，在这里 我们只研究最普遍的、适合于低频范围应用的电动系相位表和电动系频率表，这些仪 表都是利用“比率表”的基本原理制造的。 一、电动系相位表 电气工程中一般用符号表示电路的电压与电流之间的相位差角，用cos表示 功率因数，每个角都对应一个cos，所以相位表和功率因数表实质上是同一种表， 只是一个是用作为刻度标志，另一个是用角的余弦作为刻度标志。下面介绍电 动系相位表的结构与原理。 1.电动系相位表结构 电动系相位表多采用比率表型结构，图81为结构示意图。图中A为由两段相同 线圈串接而成的固
3、定线圈，B1、B2为两个结构相同、匝数尺寸也相等的可动线圈，彼 此成交角固定在转轴上。可动部分不装游丝，未通电前处于随遇平衡状态，即可以自 由地绕轴偏转。 固定线圈A串联之后，引出两个电流端子。可动线圈B1、B2分别与R1、L2、R2串 联之后引出两个电压端子，测量相位时电流端子与负载电阻R串联，电压端子与电源 电压并联，具体接法见图82。 2.工作原理 设通过固定线圈的电流为负载电流I，通过可动线圈B1、B2的电流为I1、I2。给定 电流的参考方向如图82箭头所示。I与I1对可动部分产生的电磁力为F1，I与I2对可动 部分产生的电磁力为F2，但使可动部分产生偏转的力是F1、F2与线圈平面垂直
4、的分量， 即：,图81 电动系相位表结构,图82 单相相位表电路联接图,式中为可动线圈B1与固定线圈轴线之间的夹角。 若线圈A与B1、B2分别通以交流电i、i1、 i2 ，则两个可动线圈所产生的瞬时转矩为 （式81） （式82） 两个可动线圈所受的平均转距分别为 （式83） （式84） 在B1、L1、R1组成的支路中，电流i1的相位比电压U的相位滞后一个角，角由 L1、R1的值决定。在B2、R2组成的支路中，因为R2很大，可以忽略B2的感抗，近似地认 为电流I2与电压U同相，其相量图见图83。 将 和 代入式（83）和式（84）中 （式85） （式86） 考虑到线圈B1、B2的结构、尺寸、匝数
5、完全相同，近似地认为。 从图8-1中给定的电流参考方向可知，可动线圈B1产生的转矩M1与可动线圈B2产生的 转矩M2其正方向刚好相反，所以当M1=M2 时，可动部分平衡，可推出平衡条件为 （式87） 若两支路阻抗相等， ，并配置适当的L1、R1便满足，则代入上式可得 （式88） 若指针装在可动线圈B1的平面上，线圈A轴线与标尺中心重合，如图8-1，则B1与线 圈A轴线的夹角，就是指针与标尺中心的夹角。由式（88）可知，指针偏转角就等于 电路相位差角。若仪表标尺按值刻度，则分度是均匀的，若按刻度，则分度是不均 匀的。偏转角的方向与负载的性质即值正负有关，通常或置于标尺中心，感性负载向 一边偏转，
6、容性负载向另一边偏转。 3.电动系三相相位表 三相相位表的基本结构与单相相位表相同，所不同的是可动线圈B1的支路没有串接电感，而是用纯电阻R1，见图84。,图83 单相相位表相量图,图84 三相相位表电路图,这种相位表只适用于三相三线制对称负载的相位或功率因数的测量。 例如负载为三角形接法，B1支路电压为UAB，电流I1与电压UAB同相。B2支路的电 压为UAC，电流I2与电压UAC同相，相量图见图85。 由图8-5可知 ， 将值代入式（87） （式89） 若令 则 （式810） 也就是相位表的指针偏转角与各相负载的相位差有关，因为是对称负载各相 相等。 4.相位表的使用 相位表的接法与功率表
7、很相似，因此接线时要遵守“电源端”守则。由于固定线圈 与负载串联，所以额定电流应大于负载电流，可动线圈的二个支路与负载并联，所以额定电压应大于负载电压。在上面推导中曾假定 ，而电流与电感L1的感抗有关，所以相位表必须使用在规定频率范围，若频率改变，感抗值变化，显然上述条件就被破坏，造成仪表读数误差。 二、电动系频率表 1.结构 电动系频率表多采用比率表型结构，如图86所示，内部电路见图87。 图86 电动系频率表结构示意图 图87 电动系频率表的内部电路图,图85 三相相位表相量图,图中固定线圈A在结构上分成完全相同的两段，这样能获得较均匀的磁场。可动线圈也有两个，彼此在空间相差90，可动部分
8、不装游丝，利用固定线圈A与可动线圈B 1之间的电磁力矩作为转动力矩，固定线圈A与可动线圈B2之间的电磁力矩作为反作用力矩。因此在通电前既无作用力矩又无反作用力矩，可动线圈呈随遇平衡状。 2.工作原理 设通过固定线圈A的电流为 ，通过可动线圈B1、B2的电流分别为 、 。给定的电流参考方向见图8-6的标注。因此两个线圈通电后所产生的电磁力 和 的给定方向如图中箭头所示。力 、 对可动线圈平面垂直的分量为 式中 可动线圈B1 与固定线圈轴线间的夹角。 若线圈分别通以交流电 、 、 则按电动系仪表原理，设 为常数，可得可动线圈B1、B2所受的瞬时转矩分别为 （式811） （式812） 可动线圈所受的
9、平均转矩分别为 （式813） （式814） 式中 、 与测量机构有关的比例常数。 从图88可知，电源电压U与固定线圈支路的电流之间的相位差为 ，与电路的R、L、C有关。在忽略线圈B1 的阻抗之后，可认为B1 支路为纯容性电路，电流 超前 为900，可得 （式815） 为线圈B2 支路的电流，在忽略线圈B2和A的感抗成分之后，可近似认为 与 同相 （式816） 将上两式代入式(813)和式(814)并整理后可得 （式817） （式818）,图88 电动系频率表相量图,从图86中给定的电流参考方向可知，可动线圈B1 产生的转矩M1 与可动线圈B2 产生的转矩M2 其正方向刚好相反，所以当M1=M2
10、 时，可动部分平衡，可推出平衡条件为 （式819） 设两个可动线圈B1、B2的结构、尺寸、匝数都相同，近似地认为，代入上式得 （式819） 上式表明在电路中其他参数为一定时，角是被测频率的函数。如果将标尺中心放在固定线圈轴线位置，指针装在线圈B1 上，角就是指针与标尺中心的夹角，从式(820)可知，指针偏离标尺中心的的角度与被测频率有关。 设被测频率=0（ ，即电路的谐振频率）， 代入式(8-20)可求得即指针停在固定线圈A的轴线也就是标尺中心的位置。 若被测频率0， ，角为负，即指针从标尺中心沿顺时针方向偏转 (按图8-6轴线偏左为正角，偏右为负角)。 若被测频率0， ， 角为正，指针就要从
11、标尺中心沿逆时针方向偏转。 第二节 直流电位差计 直流电位差计是利用直流补偿原理制成的一种仪器，所谓补偿法也是一种比较测量法。测量准确度比较高，直流电位差计除了测量电压之外，还可以用来测量电流、电阻、电功率。 一、工作原理 图89是直流电位差计的原理电路，它可以分为、三个回路。 回路为工作电流回路，包括辅助电源E，调节工作电流用的可变电阻R，已知电 阻R和Rs。工作回路主要任务是提供一个稳定的工作电流。使电阻R和Rs能得到一 个稳定的压降。 回路称为校准回路，标准电池Es用来校准工作电流，即当开关K合向1时，调节 R改变工作电流，从而改变它在Rs上的压降。若检流计指零，则说明标准电池的电势 E
12、s与工作电流在Rs上的压降 相互补偿，即 （式821） 回路称为测量回路，当开关K合向2时，调节R以改变R左端a、b点间的压降， U ab (注意：不能调节R，否则工作电流将发生变化)。若检流计指零，侧表明回路中Ex 与工作电流在上的压降Uab相互补偿，即,图89 直流电位差计原理图,（式822） 式中 电阻 左端ab部分的电阻值。 若 、 为已知，就可以按 值求出对应的 值。 从上述原理可以看出，电位差计具有两个特点： 1）电位差计的平衡是利用电势互相补偿的原理，因此平衡时，测量回路不从 中取用电流，从而消除被测电源 的内阻、导线电阻、接触电阻对测量的影响。校准回路也一样，不从标准电池取用电
13、流，保持了标准电池电动势的稳定。 2）被测电压值由式（8-22)决定，式中的 是标准电池的电动势，由于标准电池的性能稳定，它的电动势值保证有较高的准确度。式中 和 可以用准确度、稳定度都较高的电阻。所以电位差计的准确度可达0001。 实用电位差计电路与上述原理电路有些区别，如考虑到标准电池的电动势会受温度影响，所以 通常由两部分电阻构成，一部分为固定电阻，一部分为可调电阻，可调部分又称为温度补偿电阻。以补偿因 温度而发生的变化。为了使电位差计能达到足够的读数精度，满足一定的测量范围，多数实用电位差计的 用十进电阻盘，以便能读出多位读数，但也有用滑线电阻盘的。 二、直流电位差计的技术性能和分类
14、1.量限范围 直流电位差计量限一般不超过2V，选择量限时，应使被测值的第一位数字出现在第一读数盘上，保证有最高准确度。 直流电位差计按其测量范围分为高、低电位差计两种，它们的区别见表81。 表81高、低电位差计的区别 2.准确度 直流电位差计的准确度等级分为 实验室型：0.001、0.002、0.005、0.01、0.02、0.05。 携带型：0.02、0.05、0.1、0.2。,3.稳定性 电位差计工作电源的稳定性就是工作电流的稳定性，它直接影响电位差计的测量准确度，因此要用性能好的电池或稳压电源。电池容量要超过1000倍的放电电流，电压相对变化量应小于 K%，其中K为准确度等级。 三、电位
15、差计的应用 1.测量电压 电位差计主要用于测量标准电池的电动势，或用于检定电压表。在机械工业生产中常用热电偶测温，如要求能读出四位数的温度值，必须精确测量热电偶电势至五位,所以直流电位差计可用于检定高温计。 如果被测电压超过量限范围，可配上测量用分压箱扩大量程。只是使用之后，就要从被测电路取用一部分功率，不能象电位差计本身那样做到不取用功率。 2.测量电流 测量电流是通过测量已知电阻 上的电压降，再间接计算出被测电流，如图810所示， （式823） 选择电阻 时要考虑到电阻的额定允许电流要大于被测电流。以及 在 上的压降既要 保证第一测量盘能读数，又不得超过电位差计的上量限。 此外用电位差计还可以测量电阻、功率、以及与变换器配合可以测量各种非电量。 第三节 绝缘电阻表和接地电阻测量仪 一、绝缘电阻表 绝缘电阻表又称兆欧表，它是专用于检查和测量电气设备或供电线路的绝缘电阻的一种可携式电表。电气设备的绝缘性能是否良好，关系到设备的正常运行和操作人员的人身安全。为防止绝缘材料因发热、受潮、污染、老化等原因造成绝缘的损坏,也为了检查修复后的设备
