指针式电工仪表.ppt
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1、第一讲:指针式电工仪表,问题的提出,1、一般电工仪表能测量多大电流?多高电压?2、5KHZ的正弦交流用什么表测量?非正弦呢?3、绝缘电阻如何测量?4、指针式表如何测量误差最小?5、指针式三用表内部的电池起什么作用?6、数字表能否测量非正弦量?7、指针式表与数字式表相比较,各有何特点?8、什么叫智能仪表?相关技术说明书能否看懂?,第一章 电工仪表 的分类和指针式电工仪表,1.1 电工测量与电工仪表 1.1.1 电工测量 所谓测量,是指用实验的方法,将被测量(未知量)与已知的标准量进行比较,以得到被测量大小的过程;是对被测量定量认识的过程。电工测量是用被测的未知电量与同类标准电量进行比较的过程。电
2、工测量的对象是电阻、电流、电压、功率、功率因数、电能等。电工仪表具有测量迅速、构造简单、准确可靠等优点。1.1.2常用电工仪表的分类1指针式仪表 指针式仪表简称为指针表,常见的有直流表、交流表、交直流两用表等。,2数字式仪表 数字式仪表简称为数字表,主要通过摸拟量/数字量(A/D)的转换来测量随时间连续变化的摸拟量。数字表目前又有数字表和智能表之分。数字表的分类常按被测量物理量和其“位数”或“字”来分。3较量式仪表 较量式仪表与指针式仪表的测量原理不同,进行测量时,将被 测量与已知 标准量进 行比较,但最终确定被测量的大小不依 靠指针表读数。其测 量误差很容易 做到低于万 分之一。如电桥。,1
3、.2 指针式电工仪表的组成和工作原理 1.2.1 组成:指针式仪表=测量机构+测量线路+读数装置1 测量机构 测量机构大都由固定部分(磁铁或线圈)和可动部分(线圈或软磁铁片)两大部分组成,这两部分通过电磁力的相互作用来产生转动力矩带动指针偏转指示电量,故常称这类仪表为机电式电工仪表。,2 测量线路 测量线路是把被测量x(如电流、电压、相位、功率等)转换为测量机构可以直接接受的过渡量y(如电流),并保持一定变换比例的组合部分。3 读数装置 读数装置由指示器和标尺(又称刻度盘)组成。指示器有指针式和光标式两种。指针式指针用铝或玻璃纤维制成,重量极轻。指针又分刀形和矛形。刀形指针要近观细看,多用于便
4、携式仪表中,以利取得精确读数。矛形指针远看醒目,用于大、中型安装式仪表中,便于一定距离之外读取指示值。光标式结构比较复杂。标尺是画有刻度的表盘,0.5级以上在标尺下安装反光镜。,。,指针表的测量原理:,1.2.2指针表测量机构的基本工作原理 测量机构=固定部分+可动部分 固定部分是以表盘、支架和较重的磁电系统为主;可动部分以转轴、指针和磁电系统为主。两者通过电磁力的相互作用来产生作用力矩,构成驱动机构,给出偏转指示。,1.转矩装置 为了使可动部分的偏转角反映被测电量的大小,测量机构必须具有产生转动力矩的装置。不同类型的仪表,产生转动力矩的原理和方式也不相同。转动力矩M的大小与被测量X(或过渡量
5、y)及偏转角之间必须满足某种函数关系即有 M f(x,)2.反作用力矩装置 在可动部分的转轴上必须装有反作用力矩装置。其产生的反作用力矩(也称为控制力矩)用于控制可动部分的偏转。反作用力矩装置一般用游丝、张丝、吊丝等组成而产生。,用游丝产生反作用力矩的装置:当被测量一定时,测量机构的转动力矩M也是一定的,可动部分在这个力矩的作用下开始偏转。随着偏转角的增大,反作用力矩M也不断增大,直到反作用力矩M与 转动力矩M平衡即 M M,1指针 2轴 3平衡锤 4游丝 5调零器,用游丝产生反作用力矩的装置示意图,当被测量增大时,测量机构的转动力矩M也随之增大,上式力矩平衡关系被破坏,可动部分又开始转动而使
6、偏转角继续增大,于是反作用力矩见也随之增大,直到力矩达到新的平衡状态为止。3.阻尼装置 仪表通电后由于有惯性,当偏转到M M的平衡位置时不能马上停下来,而要继续偏转。要经过一段时间才能稳定在平衡位置上。为了减少可动部分摆动的时间以利尽快读数,仪表中必还必须有阻尼装置,用来消耗可动部分的动能,即限制可动部分的摆动。常用的仪表阻尼装置,有空气阻尼器和磁感应阻尼器两种,如图1-3所示。,图1-3 阻尼器(a)空气阻尼器(b)磁感应阻尼器 1阻尼器盒 2、3阻尼片 4永久磁铁,图1-4 磁感应阻尼器工作原理,1.2.3 指针式仪表表盘上常用的符号及意义,1.3 指针式仪表的主要技术要求*足够的准确度*
7、适当的灵敏度*较少的功率损耗*良好的标尺特性*较小的阻尼时间*较强的过载能力*频率范围宽*绝缘耐压能力强*环境和使用条件适应性强 1.3.1 指针式仪表的准确度 指针式仪表准确度,通常就是指仪表的准确度级别。它表示仪表在正确和正常使用下所具有的最大引用误差。选用仪表的准确度要与测量所要求的准确度相适应。,1.3.2 指针式仪表的灵敏度和仪表常数 将指针式仪表的指针或光点偏转角的变化量与被测量的变化量之比称为仪表的灵敏度,其表达式为 S d/dX 格/伏式中:S为仪表灵敏度,为偏转角 X为被测量。它是单位被测量的偏转角。常将灵敏度的倒数称为仪表常数,用C表示,即C 1/S 如将1A电流通入微安表
8、,若偏转10格,则其灵敏度S为10格/A。仪表的偏转角范围为0 90或0 110。在有限的偏转范围内,灵敏度越高就意味着量限越小。不同类型仪表其灵敏度有时相差很大。仪表灵敏度反映了仪表所能测量的最小被测量。,1.3.3 指针式仪表的功耗 当指针式仪表接入被测电路时,经测量线路和测量机构会消耗一些功率,这称为仪表功耗。它由仪表的类型和结构决定。仪表消耗的功率对电路的影响,通常可通过仪表内阻来表示:电流表用它们的满标电压降,电压表用满标的电流或每伏欧姆数表示。选择仪表时仪表的内阻也是要考虑的一个主要因素:对于电流表应有尽可能小的内阻抗,对于电压表应有尽可能大的内阻抗;功率表应具有以上两者的有利因素
9、才能使功耗尽可能小。1.3.4 指针式仪表的标尺特性 由于各种系列的仪表结构和工作原理不同,指针式仪表的标尺刻度特性也不相同。标尺刻度有线性和非线性(或均匀和不均匀)两大类。标尺刻度的不均匀性,使得某些仪表刻度的起始部分无法准确读数,在这些部分往往成了无效区,打一个小圆点以示分界。下图所示为几种指示仪表的标尺特性。,图15 指示仪表的标尺特性 图16 指示仪表的均匀标尺读数精度(a)均匀刻度标尺(b)、(c)不均匀刻度标尺,1.3.5 指针式仪表的阻尼时间 阻尼时间是指仪表的指针或光点从被测量加入或去掉时的初始位置到最终稳定位置所需的时间。一般仪表为了读数迅速,其阻尼时间越短越好,通常规定不超
10、过4s,较好的仪表约为l.5s左右。1.4 磁电系仪表 1.4.1 磁电系仪表测量机构的结构及工作原理1.结构 磁电系仪表测量机由固定的磁路系统和可动部分组成,其结构如下图所示。,磁电系测量机构,1永久磁铁2极掌 3圆柱形铁芯4可动线圈5游丝 6指针,磁电系测量机构阻尼装置,利用铝框架的电磁感应作用来实现阻尼,见下图。,2工作原理 磁电系测量机构是利用通电线圈在磁场中受到电磁力作用的原理制成的。设气隙中磁感应强度为B,线圈电流为I,在气隙场中的每边长度为L,每匝边受力为F,则 FB I L(11)若通电线圈另两边每边长度各为a,线圈匝数为n,活动线圈所受的转动力矩M为 M nFa n B l
11、L a(13)游丝所产生的反力矩M为 M D(14)两者平衡时 M M(15),即 D n B l L a 于是 n B l L a/D 对于某一种型号仪表的n、B、L、a、D都是常数,故N B L a/D 也是常数,令 Sin B a L/D 则 Si I(19)就有 Si/I Si称为磁电系仪表的灵敏度,它表示单位被测量所对应的偏转角。,1.4.2 磁电系仪表测量机构的特点及和应用1.特点(1)刻度均匀:由式(1-9)可见(2)准确度、灵敏度高:电流量限量小到可达1微安。(3)功率消耗小:由于测量机构内部通过的电流很小。(4)过载能力小:因为被测电流是通过游丝导入和导出的,又加上动圈的导线
12、很细,所以过裁时很容易引起游丝的弹性发生变化和烧毁线圈。(5)只能测量直流电:因为永久磁铁产生的磁场方向恒定,所以只有通入直流电流才能产生稳定的偏转。,2.应用(1)作直流电流表:(2)作直流电压表:(3)作为常用仪表的测量机构:如万用表、欧姆表、兆欧表、热偶系仪表、整流系仪表、电子系仪表等的测量机构都是磁电系的。(4)作检测微电流的微安表或作为指零仪表:(5)作交流电压表:但测得的是交流量的平均值响应,而且只对正弦交流有效,误差也较大。,图19 吸引型测量机构 图110吸引型测量机构工作原理1固定线圈 2-可动铁片 3指针4阻尼片 5游丝 6阻尼器 7磁屏,1.5 电磁系仪表1.5.1 电磁
13、系仪表测量机构的结构及工作原理 电磁系仪表根据结构形式的不同分为吸引型和排斥型两种,2吸引型测量机构的工作原理 吸引型测量机构是利用线圈通入交(直流)电流时,产生一定方向的转矩带动指针偏转而指示被测量。其电磁力矩是通电线圈与被磁化的铁片相互作用产生的。线圈内的磁场强度与线圈电流的平方成正比,即瞬时力矩由电流i的平方决定。活动部分在被测电流变化一个周期内的平均力矩则决定于电流i的平方在一个周期内的平均值(也即被测电流的有效值I)的平方。由线圈内的线圈磁势IN(安匝数)越大,则线圈的磁场也越强,吸力就越大。转矩为 M Ki(IN)2(110)式中Ki是一个与线圈、铁片尺寸和形状 及它们间的相对位置
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