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1、1 電 工 儀 表 與 測(cè) 量第一講：指針式電工儀表 2 問(wèn) 題 的 提 出1、 一 般 電 工 儀 表 能 測(cè) 量 多 大 電 流 ？ 多 高 電 壓 ？2、 5KHZ的 正 弦 交 流 用 什 么 表 測(cè) 量 ？ 非 正 弦 呢 ？3、 絕 緣 電 阻 如 何 測(cè) 量 ？ 4、 指 針 式 表 如 何 測(cè) 量 誤 差 最 小 ？5、 指 針 式 三 用 表 內(nèi) 部 的 電 池 起 什 么 作 用 ？6、 數(shù) 字 表 能 否 測(cè) 量 非 正 弦 量 ？7、 指 針 式 表 與 數(shù) 字 式 表 相 比 較 ， 各 有 何 特 點(diǎn) ？8、 什 么 叫 智 能 儀 表 ？ 相 關(guān) 技 術(shù) 說(shuō) 明

2、書(shū) 能 否 看 懂 ？ 3 第 一 章 電 工 儀 表 的 分 類 和 指 針 式 電 工 儀 表1.1 電 工 測(cè) 量 與 電 工 儀 表 1.1.1 電 工 測(cè) 量 所 謂 測(cè) 量 ， 是 指 用 實(shí) 驗(yàn) 的 方 法 ， 將 被 測(cè) 量 （ 未 知 量 ） 與 已 知 的 標(biāo) 準(zhǔn) 量 進(jìn) 行比 較 ， 以 得 到 被 測(cè) 量 大 小 的 過(guò) 程 ； 是 對(duì) 被 測(cè) 量 定 量 認(rèn) 識(shí) 的 過(guò) 程 。 電 工 測(cè) 量 是 用 被 測(cè) 的 未 知 電 量 與 同 類 標(biāo) 準(zhǔn) 電 量 進(jìn) 行 比 較 的 過(guò) 程 。 電 工 測(cè) 量 的 對(duì) 象 是 電 阻 、 電 流 、 電 壓 、 功 率 、

3、功 率 因 數(shù) 、 電 能 等 。 電 工 儀 表具 有 測(cè) 量 迅 速 、 構(gòu) 造 簡(jiǎn) 單 、 準(zhǔn) 確 可 靠 等 優(yōu) 點(diǎn) 。 1.1.2常 用 電 工 儀 表 的 分 類1 指 針 式 儀 表 指 針 式 儀 表 簡(jiǎn) 稱 為 指 針 表 ， 常 見(jiàn) 的 有 直 流 表 、 交 流 表 、 交 直 流 兩 用 表 等 。 4 2 數(shù) 字 式 儀 表 數(shù) 字 式 儀 表 簡(jiǎn) 稱 為 數(shù) 字 表 ， 主 要 通 過(guò) 摸 擬 量 /數(shù) 字 量（ A/D） 的 轉(zhuǎn) 換 來(lái) 測(cè) 量 隨 時(shí) 間 連 續(xù) 變 化 的 摸 擬 量 。 數(shù) 字 表目 前 又 有 數(shù) 字 表 和 智 能 表 之 分 。 數(shù) 字

4、 表 的 分 類 常 按 被 測(cè) 量 物 理 量 和 其 “ 位 數(shù) ” 或 “ 字 ”來(lái) 分 。 3 較 量 式 儀 表 較 量 式 儀 表 與 指 針 式 儀 表 的 測(cè) 量 原 理 不 同 ， 進(jìn) 行 測(cè) 量時(shí) ， 將 被 測(cè) 量 與 已 知 標(biāo) 準(zhǔn) 量 進(jìn) 行 比 較 ， 但 最 終 確 定 被 測(cè)量 的 大 小 不 依 靠 指 針 表 讀 數(shù) 。 其 測(cè) 量 誤 差 很 容 易 做 到 低于 萬(wàn) 分 之 一 。 如 電 橋 。 5 1.2 指 針 式 電 工 儀 表 的 組 成 和 工 作 原 理 1.2.1 組 成 ： 指 針 式 儀 表 = 測(cè) 量 機(jī) 構(gòu) + 測(cè) 量 線 路 +

5、 讀 數(shù) 裝 置1 測(cè) 量 機(jī) 構(gòu) 測(cè) 量 機(jī) 構(gòu) 大 都 由 固 定 部 分 （ 磁 鐵 或 線 圈 ） 和 可動(dòng) 部 分 （ 線 圈 或 軟 磁 鐵 片 ） 兩 大 部 分 組 成 ， 這 兩 部分 通 過(guò) 電 磁 力 的 相 互 作 用 來(lái) 產(chǎn) 生 轉(zhuǎn) 動(dòng) 力 矩 帶 動(dòng) 指 針偏 轉(zhuǎn) 指 示 電 量 ， 故 常 稱 這 類 儀 表 為 機(jī) 電 式 電 工 儀 表 。 6 2 測(cè) 量 線 路 測(cè) 量 線 路 是 把 被 測(cè) 量 x（ 如 電 流 、 電 壓 、 相 位 、 功 率 等 ）轉(zhuǎn) 換 為 測(cè) 量 機(jī) 構(gòu) 可 以 直 接 接 受 的 過(guò) 渡 量 y（ 如 電 流 ） ， 并保 持

6、 一 定 變 換 比 例 的 組 合 部 分 。3 讀 數(shù) 裝 置 讀 數(shù) 裝 置 由 指 示 器 和 標(biāo) 尺 （ 又 稱 刻 度 盤(pán) ） 組 成 。 指 示 器 有 指 針 式 和 光 標(biāo) 式 兩 種 。 指 針 式 指 針 用 鋁 或 玻璃 纖 維 制 成 ， 重 量 極 輕 。 指 針 又 分 刀 形 和 矛 形 。 刀 形 指 針要 近 觀 細(xì) 看 ， 多 用 于 便 攜 式 儀 表 中 ， 以 利 取 得 精 確 讀 數(shù) 。矛 形 指 針 遠(yuǎn) 看 醒 目 ， 用 于 大 、 中 型 安 裝 式 儀 表 中 ， 便 于 一定 距 離 之 外 讀 取 指 示 值 。 光 標(biāo) 式 結(jié) 構(gòu)

7、比 較 復(fù) 雜 。 標(biāo) 尺 是 畫(huà) 有 刻 度 的 表 盤(pán) ， 0.5級(jí) 以 上 在 標(biāo) 尺 下 安 裝 反 光 鏡 。 7。 指 針 表 的 測(cè) 量 原 理 ：1.2.2指 針 表 測(cè) 量 機(jī) 構(gòu) 的 基 本 工 作 原 理 測(cè) 量 機(jī) 構(gòu) = 固 定 部 分 + 可 動(dòng) 部 分 固 定 部 分 是 以 表 盤(pán) 、 支 架 和 較 重 的 磁 電 系 統(tǒng) 為 主 ； 可 動(dòng) 部 分 以 轉(zhuǎn)軸 、 指 針 和 磁 電 系 統(tǒng) 為 主 。 兩 者 通 過(guò) 電 磁 力 的 相 互 作 用 來(lái) 產(chǎn) 生 作 用 力 矩 ， 構(gòu) 成 驅(qū) 動(dòng) 機(jī) 構(gòu) ， 給出 偏 轉(zhuǎn) 指 示 。 8 1. 轉(zhuǎn) 矩 裝 置

8、 為 了 使 可 動(dòng) 部 分 的 偏 轉(zhuǎn) 角 反 映 被 測(cè) 電 量 的 大 小 ， 測(cè) 量 機(jī)構(gòu) 必 須 具 有 產(chǎn) 生 轉(zhuǎn) 動(dòng) 力 矩 的 裝 置 。 不 同 類 型 的 儀 表 ， 產(chǎn) 生轉(zhuǎn) 動(dòng) 力 矩 的 原 理 和 方 式 也 不 相 同 。 轉(zhuǎn) 動(dòng) 力 矩 M的 大 小 與 被測(cè) 量 X(或 過(guò) 渡 量 y)及 偏 轉(zhuǎn) 角 之 間 必 須 滿 足 某 種 函 數(shù) 關(guān) 系即 有 M f（ x, ） 2. 反 作 用 力 矩 裝 置 在 可 動(dòng) 部 分 的 轉(zhuǎn) 軸 上 必 須 裝 有 反 作 用 力 矩 裝 置 。 其 產(chǎn) 生的 反 作 用 力 矩 （ 也 稱 為 控 制 力 矩 ）

9、用 于 控 制 可 動(dòng) 部 分 的 偏轉(zhuǎn) 。 反 作 用 力 矩 裝 置 一 般 用 游 絲 、 張 絲 、 吊 絲 等 組 成 而 產(chǎn)生 。 9 用 游 絲 產(chǎn) 生 反 作 用 力 矩 的 裝置 ： 當(dāng) 被 測(cè) 量 一 定 時(shí) ， 測(cè) 量 機(jī)構(gòu) 的 轉(zhuǎn) 動(dòng) 力 矩 M也 是 一 定 的 ，可 動(dòng) 部 分 在 這 個(gè) 力 矩 的 作 用下 開(kāi) 始 偏 轉(zhuǎn) 。 隨 著 偏 轉(zhuǎn) 角 的 增 大 ， 反 作 用 力 矩 M也 不斷 增 大 ， 直 到 反 作 用 力 矩 M與 轉(zhuǎn) 動(dòng) 力 矩 M平 衡即 M M 1 指 針 2 軸 3 平 衡 錘 4 游 絲 5 調(diào) 零 器 用 游 絲 產(chǎn) 生 反

10、作 用 力 矩 的 裝 置 示 意 圖 10 當(dāng) 被 測(cè) 量 增 大 時(shí) ， 測(cè) 量 機(jī) 構(gòu) 的 轉(zhuǎn) 動(dòng) 力 矩 M也 隨 之 增 大 ，上 式 力 矩 平 衡 關(guān) 系 被 破 壞 ， 可 動(dòng) 部 分 又 開(kāi) 始 轉(zhuǎn) 動(dòng) 而 使 偏 轉(zhuǎn)角 繼 續(xù) 增 大 ， 于 是 反 作 用 力 矩 見(jiàn) 也 隨 之 增 大 ， 直 到 力 矩達(dá) 到 新 的 平 衡 狀 態(tài) 為 止 。3 .阻 尼 裝 置 儀 表 通 電 后 由 于 有 慣 性 ， 當(dāng) 偏 轉(zhuǎn) 到 M M 的 平 衡 位置 時(shí) 不 能 馬 上 停 下 來(lái) ， 而 要 繼 續(xù) 偏 轉(zhuǎn) 。 要 經(jīng) 過(guò) 一 段 時(shí) 間 才能 穩(wěn) 定 在 平 衡 位

11、 置 上 。 為 了 減 少 可 動(dòng) 部 分 擺 動(dòng) 的 時(shí) 間 以 利盡 快 讀 數(shù) ， 儀 表 中 必 還 必 須 有 阻 尼 裝 置 ， 用 來(lái) 消 耗 可 動(dòng) 部分 的 動(dòng) 能 ， 即 限 制 可 動(dòng) 部 分 的 擺 動(dòng) 。 常 用 的 儀 表 阻 尼 裝 置 ，有 空 氣 阻 尼 器 和 磁 感 應(yīng) 阻 尼 器 兩 種 ， 如 圖 1-3所 示 。 11 圖 1-3 阻 尼 器 （ a） 空 氣 阻 尼 器 （ b） 磁 感 應(yīng) 阻 尼 器 1 阻 尼 器 盒 2、 3 阻 尼 片 4 永 久磁 鐵 圖 1-4 磁 感 應(yīng) 阻 尼 器 工 作 原 理 12 1.2.3 指 針 式 儀

12、 表 表 盤(pán) 上 常 用 的 符 號(hào) 及 意 義 13 14 1.3 指 針 式 儀 表 的 主 要 技 術(shù) 要 求 * 足 夠 的 準(zhǔn) 確 度* 適 當(dāng) 的 靈 敏 度* 較 少 的 功 率 損 耗* 良 好 的 標(biāo) 尺 特 性* 較 小 的 阻 尼 時(shí) 間* 較 強(qiáng) 的 過(guò) 載 能 力* 頻 率 范 圍 寬* 絕 緣 耐 壓 能 力 強(qiáng)* 環(huán) 境 和 使 用 條 件 適 應(yīng) 性 強(qiáng) 1.3.1 指 針 式 儀 表 的 準(zhǔn) 確 度 指 針 式 儀 表 準(zhǔn) 確 度 ， 通 常 就 是 指 儀 表 的 準(zhǔn) 確 度 級(jí) 別 。 它 表 示 儀表 在 正 確 和 正 常 使 用 下 所 具 有 的

13、最 大 引 用 誤 差 。 選 用 儀 表 的 準(zhǔn) 確 度 要 與 測(cè) 量 所 要 求 的 準(zhǔn) 確 度 相 適 應(yīng) 。 15 1.3.2 指 針 式 儀 表 的 靈 敏 度 和 儀 表 常 數(shù) 將 指 針 式 儀 表 的 指 針 或 光 點(diǎn) 偏 轉(zhuǎn) 角 的 變 化 量 與 被 測(cè)量 的 變 化 量 之 比 稱 為 儀 表 的 靈 敏 度 ， 其 表 達(dá) 式 為 S d/ dX 格 /伏式 中 ： S為 儀 表 靈 敏 度 ， 為 偏 轉(zhuǎn) 角 X為 被 測(cè) 量 。 它是 單 位 被 測(cè) 量 的 偏 轉(zhuǎn) 角 。 常 將 靈 敏 度 的 倒 數(shù) 稱 為 儀表 常 數(shù) ， 用 C表 示 ， 即 C 1

14、/S 如 將 1A電 流 通 入 微 安 表 ， 若 偏 轉(zhuǎn) 10格 ， 則 其 靈 敏度 S為 10格 /A 。儀 表 的 偏 轉(zhuǎn) 角 范 圍 為 0 90 或 0 110 。在 有 限 的 偏 轉(zhuǎn) 范 圍 內(nèi) ， 靈 敏 度 越 高 就 意 味 著 量 限 越小 。 不 同 類 型 儀 表 其 靈 敏 度 有 時(shí) 相 差 很 大 。儀 表 靈 敏 度 反 映 了 儀 表 所 能 測(cè) 量 的 最 小 被 測(cè) 量 。 16 1.3.3 指 針 式 儀 表 的 功 耗 當(dāng) 指 針 式 儀 表 接 入 被 測(cè) 電 路 時(shí) ， 經(jīng) 測(cè) 量 線 路 和 測(cè) 量 機(jī) 構(gòu) 會(huì) 消 耗一 些 功 率 ， 這

15、 稱 為 儀 表 功 耗 。 它 由 儀 表 的 類 型 和 結(jié) 構(gòu) 決 定 。 儀 表 消 耗 的 功 率 對(duì) 電 路 的 影 響 ， 通 常 可 通 過(guò) 儀 表 內(nèi) 阻 來(lái) 表 示 ：電 流 表 用 它 們 的 滿 標(biāo) 電 壓 降 ， 電 壓 表 用 滿 標(biāo) 的 電 流 或 每 伏 歐 姆 數(shù) 表示 。 選 擇 儀 表 時(shí) 儀 表 的 內(nèi) 阻 也 是 要 考 慮 的 一 個(gè) 主 要 因 素 ： 對(duì) 于 電 流表 應(yīng) 有 盡 可 能 小 的 內(nèi) 阻 抗 ， 對(duì) 于 電 壓 表 應(yīng) 有 盡 可 能 大 的 內(nèi) 阻 抗 ； 功 率 表 應(yīng) 具 有 以 上 兩 者 的 有 利 因 素 才 能 使

16、功 耗 盡 可 能 小 。1.3.4 指 針 式 儀 表 的 標(biāo) 尺 特 性 由 于 各 種 系 列 的 儀 表 結(jié) 構(gòu) 和 工 作 原 理 不 同 ， 指 針 式 儀 表 的 標(biāo) 尺刻 度 特 性 也 不 相 同 。 標(biāo) 尺 刻 度 有 線 性 和 非 線 性 (或 均 勻 和 不 均 勻 )兩大 類 。 標(biāo) 尺 刻 度 的 不 均 勻 性 ， 使 得 某 些 儀 表 刻 度 的 起 始 部 分 無(wú) 法 準(zhǔn) 確 讀 數(shù) ,在 這 些 部 分 往 往 成 了 無(wú) 效 區(qū) ， 打 一 個(gè) 小 圓 點(diǎn) 以 示 分 界 。 下圖 所 示 為 幾 種 指 示 儀 表 的 標(biāo) 尺 特 性 。 17圖 1

17、 5 指 示 儀 表 的 標(biāo) 尺 特 性 圖 1 6 指 示 儀 表 的 均 勻 標(biāo) 尺 讀 數(shù) 精 度（ a） 均 勻 刻 度 標(biāo) 尺 （ b） 、 （ c） 不 均 勻 刻 度 標(biāo) 尺 18 1.3.5 指 針 式 儀 表 的 阻 尼 時(shí) 間 阻 尼 時(shí) 間 是 指 儀 表 的 指 針 或 光 點(diǎn) 從 被 測(cè) 量 加 入 或 去 掉時(shí) 的 初 始 位 置 到 最 終 穩(wěn) 定 位 置 所 需 的 時(shí) 間 。 一 般 儀 表 為 了讀 數(shù) 迅 速 ， 其 阻 尼 時(shí) 間 越 短 越 好 ， 通 常 規(guī) 定 不 超 過(guò) 4s， 較好 的 儀 表 約 為 l.5s左 右 。 1.4 磁 電 系 儀

18、 表 1.4.1 磁 電 系 儀 表 測(cè) 量 機(jī) 構(gòu) 的 結(jié) 構(gòu) 及 工 作 原 理1.結(jié) 構(gòu) 磁 電 系 儀 表 測(cè) 量 機(jī) 由 固 定 的 磁 路 系 統(tǒng) 和 可 動(dòng) 部 分 組 成 ，其 結(jié) 構(gòu) 如 下 圖 所 示 。 19 磁 電 系 測(cè) 量 機(jī) 構(gòu) 1 永 久 磁 鐵2 極 掌 3 圓 柱 形 鐵 芯4 可 動(dòng) 線 圈5 游 絲 6 指 針 20 磁 電 系 測(cè) 量 機(jī) 構(gòu) 阻 尼 裝 置利 用 鋁 框 架 的 電 磁 感 應(yīng) 作 用 來(lái) 實(shí) 現(xiàn) 阻 尼 ， 見(jiàn) 下 圖 。 21 2 工 作 原 理 磁 電 系 測(cè) 量 機(jī) 構(gòu) 是 利 用 通 電 線 圈 在 磁 場(chǎng) 中 受 到 電

19、磁 力作 用 的 原 理 制 成 的 。 設(shè) 氣 隙 中 磁 感 應(yīng) 強(qiáng) 度 為 B， 線 圈 電 流為 I， 在 氣 隙 場(chǎng) 中 的 每 邊 長(zhǎng) 度 為 L ， 每 匝 邊 受 力 為 F，則 F B I L （ 1 1） 若 通 電 線 圈 另 兩 邊 每 邊 長(zhǎng) 度 各 為 a ， 線 圈 匝 數(shù) 為 n， 活動(dòng) 線 圈 所 受 的 轉(zhuǎn) 動(dòng) 力 矩 M為 M nFa n B l L a （ 1 3）游 絲 所 產(chǎn) 生 的 反 力 矩 M 為 M D （ 1 4） 兩 者 平 衡 時(shí) M M （ 1 5） 22 即 D n B l L a 于 是 n B l L a /D 對(duì) 于 某 一

20、種 型 號(hào) 儀 表 的 n、 B 、 L、 a 、 D都 是 常 數(shù) ，故 N B L a / D 也 是 常 數(shù) ，令 Si n B a L /D 則 Si I （ 1 9） 就 有 Si /I Si稱 為 磁 電 系 儀 表 的 靈 敏 度 ， 它 表 示 單 位 被 測(cè) 量 所 對(duì)應(yīng) 的 偏 轉(zhuǎn) 角 。 23 1.4.2 磁 電 系 儀 表 測(cè) 量 機(jī) 構(gòu) 的 特 點(diǎn) 及 和 應(yīng) 用1.特 點(diǎn)（ 1） 刻 度 均 勻 ： 由 式 (1-9)可 見(jiàn)（ 2） 準(zhǔn) 確 度 、 靈 敏 度 高 ： 電 流 量 限 量 小 到 可 達(dá) 1微 安 。 （ 3） 功 率 消 耗 小 ： 由 于 測(cè) 量

21、 機(jī) 構(gòu) 內(nèi) 部 通 過(guò) 的 電 流 很 小 。（ 4） 過(guò) 載 能 力 小 ： 因 為 被 測(cè) 電 流 是 通 過(guò) 游 絲 導(dǎo) 入 和 導(dǎo) 出的 ， 又 加 上 動(dòng) 圈 的 導(dǎo) 線 很 細(xì) ， 所 以 過(guò) 裁 時(shí) 很 容 易 引 起 游 絲 的彈 性 發(fā) 生 變 化 和 燒 毀 線 圈 。（ 5） 只 能 測(cè) 量 直 流 電 ： 因 為 永 久 磁 鐵 產(chǎn) 生 的 磁 場(chǎng) 方 向 恒定 ， 所 以 只 有 通 入 直 流 電 流 才 能 產(chǎn) 生 穩(wěn) 定 的 偏 轉(zhuǎn) 。 24 2. 應(yīng) 用 (1)作 直 流 電 流 表 ： (2)作 直 流 電 壓 表 ： (3)作 為 常 用 儀 表 的 測(cè)

22、 量 機(jī) 構(gòu) ： 如 萬(wàn) 用 表 、 歐 姆表 、 兆 歐 表 、 熱 偶 系 儀 表 、 整 流 系 儀 表 、 電 子 系 儀表 等 的 測(cè) 量 機(jī) 構(gòu) 都 是 磁 電 系 的 。(4)作 檢 測(cè) 微 電 流 的 微 安 表 或 作 為 指 零 儀 表 ： (5)作 交 流 電 壓 表 ： 但 測(cè) 得 的 是 交 流 量 的 平 均 值 響應(yīng) ， 而 且 只 對(duì) 正 弦 交 流 有 效 ， 誤 差 也 較 大 。 25圖 1 9 吸 引 型 測(cè) 量 機(jī) 構(gòu) 圖 1 10吸 引 型 測(cè) 量 機(jī) 構(gòu) 工 作 原 理1 固 定 線 圈 2-可 動(dòng) 鐵 片 3 指 針4 阻 尼 片 5 游 絲 6

23、 阻 尼 器 7 磁 屏 1.5 電 磁 系 儀 表1.5.1 電 磁 系 儀 表 測(cè) 量 機(jī) 構(gòu) 的 結(jié) 構(gòu) 及 工 作 原 理 電 磁 系 儀 表 根 據(jù) 結(jié) 構(gòu) 形 式 的 不 同 分 為 吸 引 型 和 排 斥 型 兩 種 26 2 吸 引 型 測(cè) 量 機(jī) 構(gòu) 的 工 作 原 理 吸 引 型 測(cè) 量 機(jī) 構(gòu) 是 利 用 線 圈 通 入 交 （ 直 流 ） 電 流 時(shí) ，產(chǎn) 生 一 定 方 向 的 轉(zhuǎn) 矩 帶 動(dòng) 指 針 偏 轉(zhuǎn) 而 指 示 被 測(cè) 量 。 其 電 磁力 矩 是 通 電 線 圈 與 被 磁 化 的 鐵 片 相 互 作 用 產(chǎn) 生 的 。 線 圈 內(nèi)的 磁 場(chǎng) 強(qiáng) 度 與

24、線 圈 電 流 的 平 方 成 正 比 ， 即 瞬 時(shí) 力 矩 由 電 流i的 平 方 決 定 。 活 動(dòng) 部 分 在 被 測(cè) 電 流 變 化 一 個(gè) 周 期 內(nèi) 的 平均 力 矩 則 決 定 于 電 流 i的 平 方 在 一 個(gè) 周 期 內(nèi) 的 平 均 值 (也 即被 測(cè) 電 流 的 有 效 值 I)的 平 方 。 由 線 圈 內(nèi) 的 線 圈 磁 勢(shì) IN（ 安匝 數(shù) ） 越 大 ， 則 線 圈 的 磁 場(chǎng) 也 越 強(qiáng) ， 吸 力 就 越 大 。 轉(zhuǎn) 矩 為 M K i(IN)2 (1 10 )式 中 Ki是 一 個(gè) 與 線 圈 、 鐵 片 尺 寸 和 形 狀 及 它 們 間 的 相 對(duì) 位

25、 置 有 關(guān) 的系 數(shù) ， N為 線 圈 匝 數(shù) ， I可 以 是 直 流 電 流 ， 也 可 以 是 交 流 電 流 的 有 效值 。 27 電 磁 系 儀 表 測(cè) 量 機(jī) 構(gòu) 轉(zhuǎn) 矩 與 游 絲 的 反 作 用 力矩 平 衡 時(shí) ， M M 即 Ki（ IN） 2 D 則 Ki（ IN） 2 / D 或 K（ IN） 2 （ 1 12）式 中 K Ki/ D 是 一 個(gè) 常 系 數(shù) ， D是 游 絲 的 反 作用 力 矩 系 數(shù) 。 式 （ 1 12） 說(shuō) 明 電 磁 系 測(cè) 量 機(jī) 構(gòu) 的 偏 轉(zhuǎn) 角 與被 測(cè) 電 流 I的 平 方 成 正 比 ， 故 可 以 用 其 指 針 的 偏 轉(zhuǎn)

26、角 來(lái) 表 示 被 測(cè) 量 的 大 小 。 28 1.5.2 電 磁 系 儀 表 測(cè) 量 機(jī) 構(gòu) 的 特 點(diǎn) 及 的 應(yīng) 用1 特 點(diǎn)（ 1） 過(guò) 載 力 強(qiáng) ；（ 2） 交 直 流 兩 用 ； （ 3） 標(biāo) 尺 刻 度 不 均 勻 ； （ 4） 受 外 磁 場(chǎng) 影 響 大 ；2 應(yīng) 用（ 1） 作 交 流 電 流 表 、 電 壓 表 較 多 ， 一 般 只 能 用 于 800Hz以下 的 電 路 。（ 2） 測(cè) 量 直 流 參 數(shù) 及 問(wèn) 題 ： 電 磁 系 測(cè) 量 機(jī) 構(gòu) 線 圈 內(nèi) 部 有動(dòng) 鐵 片 (鐵 磁 物 質(zhì) )， 所 以 有 磁 滯 和 渦 流 現(xiàn) 象 ， 這 就 造 成 直流

27、 讀 數(shù) 由 于 正 負(fù) 端 不 同 而 不 完 全 一 致 。 29 應(yīng) 用（ a） 線 圈 串 聯(lián) （ b） 線 圈 并 聯(lián) 圖 1 11 雙 量 程 電 磁 系 交 流 電 流 表 圖 1 12 電 磁 系交 流 電 壓 表 原 理 30圖 1 11電 動(dòng) 系 測(cè) 量 機(jī) 構(gòu) 1.6 電 動(dòng) 系 儀 表1.6.1 電 動(dòng) 系 儀 表測(cè) 量 機(jī) 構(gòu) 的 結(jié) 構(gòu)及 工 作 原 理1. 結(jié) 構(gòu)1 固 定 線 圈 2 可 動(dòng) 線 圈 3 指 針 4 阻 尼 片 5 游 絲 6 阻 尼 盒 31 2. 工 作 原 理 當(dāng) 定 圈 和 動(dòng) 圈 分 別 通 入 電 流 i1、 i2時(shí) ， 動(dòng) 圈 受

28、到 定 圈 的磁 場(chǎng) 對(duì) 它 的 作 用 力 而 產(chǎn) 生 偏 轉(zhuǎn) 。設(shè) ： il I1m sint i2 I2m sin(t - )則 動(dòng) 圈 受 到 的 瞬 時(shí) 轉(zhuǎn) 動(dòng) 力 矩 M K（ ） i1 *i2 K（ ） I 1m sint * I2m sin（ t - ) K（ ） I 1 I2 cos K（ ） I 1 I2 cos （ 2t - ) 式 中 第 二 項(xiàng) 在 一 個(gè) 周 期 內(nèi) 平 均 值 為 零 ， 故 M K（ ） I1I2 cos 32 由 式 （ 1 5） M M D 可 知 ： K（ ） I1I2 cos /D K（ ） I1I2 cos （ 1 13）1.6.2 電

29、 動(dòng) 系 儀 表 測(cè) 量 機(jī) 構(gòu) 的 特 點(diǎn) 及 工 作 應(yīng) 用1 特 點(diǎn) （ 1） 準(zhǔn) 確 度 高 電 動(dòng) 系 測(cè) 量 機(jī) 構(gòu) 內(nèi) 部 沒(méi) 有 鐵 磁 物 質(zhì) ， 不 產(chǎn) 生 磁 滯誤 差 ， 因 此 它 的 準(zhǔn) 確 度 可 以 達(dá) 0.1-0.05級(jí) 。（ 2） 測(cè) 量 范 圍 廣 不 僅 可 交 直 流 兩 用 ， 而 且 可 以 測(cè) 量 非 正 弦 電 流 的有 效 值 ； 工 作 頻 率 為 15 2500HZ。 (3) 標(biāo) 尺 刻 度 均 勻 電 動(dòng) 系 測(cè) 量 機(jī) 構(gòu) 標(biāo) 尺 刻 度 均 勻 。 (4)讀 數(shù) 易 受 外 磁 場(chǎng) 影 響 因 固 定 線 圈 內(nèi) 部 是 空 氣 ，

30、 磁 阻 大 ， 故 工 作磁 場(chǎng) 很 弱 。 為 了 消 除 外 磁 場(chǎng) 的 影 響 ， 線 圈 系 統(tǒng) 要 采 用 磁 屏 蔽 方 式 。 (5)過(guò) 載 能 力 小 進(jìn) 入 可 動(dòng) 線 圈 的 電 流 要 經(jīng) 過(guò) 游 絲 ， 如 果 電 流 過(guò) 大 ，游 絲 將 變 質(zhì) 或 燒 斷 。 33 2 應(yīng) 用 和 注 意 事 項(xiàng)（ 1） 作 交 流 電 壓 表 、 電 流 表 : 將 動(dòng) 圈 和 定 圈 串 聯(lián) ， 其 時(shí) 流 經(jīng)線 圈 的 電 流 i1=i2,且 0 （ 同 相 ） ， 由 式 （ 1-13） 可 知 ， 此 時(shí) = K() I1 I2 可 見(jiàn) 偏 轉(zhuǎn) 角 與 電 流 由 成

31、平 方 律 關(guān) 系 。 但 刻 度 特 性 與 電 磁系 表 一 樣 ， 仍 是 非 線 性 的 。 起 始 部 分 刻 度 很 密 而 不 易 讀 準(zhǔn) 確 。 因此 與 磁 電 系 儀 表 一 樣 ， 在 電 動(dòng) 系 儀 表 標(biāo) 尺 的 起 始 端 常 標(biāo) 有 一 黑 點(diǎn) ，表 明 黑 點(diǎn) 以 外 的 部 分 不 宜 使 用 。 （ 2） 作 功 率 表 : 應(yīng) 將 電 動(dòng) 系 測(cè) 量 機(jī) 構(gòu) 的 定 圈 和 負(fù) 載 串 聯(lián) ； 動(dòng) 圈和 附 加 電 阻 R串 聯(lián) 后 再 與 負(fù) 載 并 聯(lián) ，如 圖 1-12和 圖 1-13所 示 ， i 1 I , i2 u/R活 動(dòng) 部 分 偏 轉(zhuǎn) 角

32、 = k UI COS 34圖 1-12 電 壓 端 紐 前 接 圖 1-13電 壓 端 紐 后 接 用 電 動(dòng) 系 測(cè) 量 機(jī) 構(gòu) 來(lái) 測(cè) 量 的 功 率 時(shí) 要 下 面 幾 點(diǎn) ：a.接 線 時(shí) 要 注 意 端 紐 的 極 性 。 功 率 表 有 兩 對(duì) 端 紐 ， 一 對(duì) 定圈 引 出 端 紐 是 電 流 端 紐 ； 一 對(duì) 動(dòng) 圈 引 出 端 紐 （ 是 動(dòng) 圈 串 聯(lián)附 加 電 阻 后 的 端 紐 ） 是 電 壓 端 紐 。 兩 對(duì) 端 紐 各 有 一 個(gè) 端 紐上 標(biāo) 有 (或 *)的 符 號(hào) 它 的 發(fā) 電 機(jī) 端 可 接 在 電 源 側(cè) （ 稱 電 壓端 前 接 ） 如 圖 1

33、 12 也 可 接 在 負(fù) 載 側(cè) （ 稱 電 壓 端 后 接 ） 如圖 1 13。 35 b.功 率 表 的 指 示 值 是 電 流 線 圈 的 電 流 量 限 和 電 壓 線 圈 電壓 量 限 的 乘 積 。 由 功 率 表 的 指 示 是 按 照 UIcos 表 征 的 ， 所 以 當(dāng) 電 壓 電流 間 的 相 位 差 較 大 時(shí) 儀 表 的 指 示 值 可 能 很 小 ， 而 電 壓 電 流的 有 效 值 卻 可 能 很 大 。 但 是 功 率 表 的 電 壓 、 電 流 線 圈 也 和一 般 的 電 壓 表 、 電 流 表 一 樣 有 一 定 的 允 許 范 圍 ， 使 用 時(shí)要 注

34、 意 即 使 儀 表 指 示 值 不 大 (甚 至 接 近 零 值 )， 但 電 壓 、 電流 線 圈 還 是 有 可 能 過(guò) 已 過(guò) 載 ， 因 此 通 常 要 用 電 壓 表 和 電 流表 進(jìn) 行 監(jiān) 視 。c.若 測(cè) 量 中 出 現(xiàn) 反 偏 轉(zhuǎn) 而 無(wú) 法 讀 數(shù) ， 則 有 可 能 是 負(fù) 載 發(fā) 出功 率 ， 此 時(shí) 可 將 電 流 線 圈 發(fā) 電 機(jī) 端 接 于 負(fù) 載 端 ， 此 時(shí) 恢 復(fù)正 常 偏 轉(zhuǎn) 。 但 測(cè) 量 的 功 率 為 應(yīng) 記 為 負(fù) （ 表 明 是 負(fù) 載 發(fā) 出 功率 ） 。 36 1.7 整 流 系 儀 表 （ 設(shè) 計(jì) 三 用 表 時(shí) 講 ） 1.8 兆

35、歐 表1.8.1 兆 歐 表 的 結(jié) 構(gòu) 和 工 作 原 理 兆 歐 表 又 稱 為 搖 表 ， 用 于 測(cè) 量 電 氣 設(shè) 備 的 絕 緣 電阻 。 由 于 絕 緣 電 阻 阻 值 很 大 ， 因 此 標(biāo) 尺 分 度 用 “ 兆 歐 ”作 單 位 而 稱 為 兆 歐 表 。1. 結(jié) 構(gòu) =電 動(dòng) 系 比 率 表 測(cè) 量 機(jī) 構(gòu) +直 流 手 搖 發(fā) 電 近 年 來(lái) 兆 歐 表 也 有 采 用 于 電 池 給 振 蕩 器 供 電 ， 經(jīng) 過(guò)倍 壓 整 流 等 半 導(dǎo) 體 電 路 來(lái) 代 替 手 搖 發(fā) 電 機(jī) 的 。 但 手 搖發(fā) 電 機(jī) 簡(jiǎn) 單 可 靠 而 廣 泛 使 用 。 發(fā) 電 機(jī) 電

36、 壓 一 般 為 5005000V。 37圖 1 19 兆 歐 表 的 結(jié) 構(gòu) 示 意 圖 1 動(dòng) 圈 2 動(dòng) 圈 3 永 久 磁鐵 4 極 掌 如 圖 1 19所 示 ， 兆 歐 表 有 兩 個(gè) 相 互 位置 固 定 而 安 裝 在 同 一 轉(zhuǎn) 軸上 的 可 動(dòng) 線 圈 ， 其 中 之 一產(chǎn) 生 轉(zhuǎn) 矩 ， 另 一 線 圈 產(chǎn) 生反 作 用 力 矩 。 動(dòng) 圈 的 電 流 由 柔 軟 的 無(wú)反 抗 力 矩 的 金 屬 導(dǎo) 流 絲 作為 引 流 ， 因 此 動(dòng) 圈 位 置 是任 意 的 。 38 圖 1 20兆 歐 表 的 原理 電 路 Rc1、 Rc2-動(dòng) 圈 電 阻 G 手 搖 發(fā) 電 機(jī)

37、 Rc、 Rv-附 加 電 阻 Rx 待 測(cè) 電 阻I 1 U /(Rc1 RC Rx) I2 U /(Rc2 RV) 39 兩 個(gè) 動(dòng) 圈 在 I1和 I2作 用 下 所 產(chǎn) 生 方 向 相 反 的 力 矩 均 與 動(dòng) 圈 位置 有 關(guān) ， 即 有 M1 B1 S1 1 I1 I1 fl() M2 B2 S2 2 I2 I2 f2() 式 中 ， Sl、 S2和 1、 2均 為 常 數(shù) ； 氣 隙 中 B是 位 置 的 函 數(shù) 。當(dāng) 力 矩 平 衡 時(shí) M1 M2， 線 圈 停 止 轉(zhuǎn) 動(dòng) ， 此 時(shí) 有 I1 fl() I2 f2() 即 I1 / I2 f2() / fl() f ()

38、取 反 函 數(shù) F（ I 1 / I2） F（ R02 RV） /(R01 RC Rx) 兆 歐 表 也 稱 為 比 率 表 或 流 比 計(jì) 。 40 1.8.2 兆 歐 表 的 特 點(diǎn) （ 1） 指 針 的 隨 意 性 （ 2） 工 作 電 壓 高 （ 3） 比 一 般 儀 表 多 了 一 個(gè) “ G” 接 線 端 。 1.8.3 兆 歐 表 的 使 用(1)用 兆 歐 表 測(cè) 量 設(shè) 備 的 絕 緣 電 阻 時(shí) ， 必 須 先 切 斷 電 源 。 對(duì)具 有 較 大 電 容 的 設(shè) 備 (如 電 容 器 、 變 壓 器 、 電 機(jī) 、 電 纜 線路 等 )， 必 須 先 進(jìn) 行 放 電 。(

39、2)兆 歐 表 應(yīng) 放 在 水 平 位 置 ， 在 未 接 線 之 前 ， 先 搖 動(dòng) 兆 歐 表手 柄 看 指 針 是 否 在 “ ” 處 ， 再 將 “ L” 和 “ B” 兩 個(gè) 接 線柱 短 路 ， 慢 慢 地 搖 動(dòng) 兆 歐 表 ， 看 指 針 是 否 在 “ 0” 處 。 41 (3)測(cè) 量 電 容 器 、 電 纜 、 大 容 量 變 壓 器 和 電 機(jī) 的 絕 緣 電 阻 時(shí) ， 被 測(cè) 對(duì)象 要 有 一 定 的 充 電 時(shí) 間 ， 電 容 量 越 大 ； 充 電 時(shí) 間 應(yīng) 越 長(zhǎng) ， 一 般 以 兆歐 表 轉(zhuǎn) 動(dòng) 一 分 鐘 后 測(cè) 出 的 讀 數(shù) 為 準(zhǔn) 。(4)在 搖 測(cè)

40、 絕 緣 時(shí) ， 應(yīng) 使 兆 歐 表 保 持 額 定 轉(zhuǎn) 速 ， 一 般 為 120r min 20% 。 當(dāng) 被 測(cè) 設(shè) 備 電 容 量 較 大 時(shí) ， 為 了 避 免 指 針 擺 動(dòng) ， 可 將 轉(zhuǎn) 速提 高 到 l30r min。(5) 測(cè) 量 時(shí) 三 個(gè) 接 線 端 鈕 中 分 別 標(biāo) 有 L（ 線 路 ） 、 E（ 接 地 ） （ 或 被測(cè) 物 的 接 地 外 殼 ） 、 G（ 屏 蔽 ） 。 其 中 “ L” 接 在 被 測(cè) 物 和 大 地 絕 緣的 導(dǎo) 體 部 分 ， “ E” 接 在 被 測(cè) 物 的 外 殼 或 大 地 ， “ G” 接 在 被 測(cè) 物 的屏 蔽 環(huán) 上 。（

41、6） 根 據(jù) 電 氣 設(shè) 備 額 定 電 壓 來(lái) 選 表 。 例 如 ， 500V以 下 的 設(shè) 備 一 般用 500V搖 表 ； 高 壓 瓷 瓶 、 母 線 、 刀 閘 一 般 用 2500 5000V搖 表 。 42 1.9 指 針 式 萬(wàn) 用 表 。1.9.1指 針 式 萬(wàn) 用 表 的 結(jié) 構(gòu) 和 工 作 原 理 1. 結(jié) 構(gòu) =測(cè) 量 機(jī) 構(gòu) +測(cè) 量 線 路 +量 程 轉(zhuǎn) 換 開(kāi) 關(guān)（ 1） 測(cè) 量 機(jī) 構(gòu) ： 測(cè) 量 機(jī) 構(gòu) 采 用 高 靈 敏 度 的 磁 電 系 測(cè) 量 機(jī)構(gòu) ， 其 滿 偏 電 流 為 幾 微 安 到 幾 十 微 安 ， 準(zhǔn) 確 度 在 0 5級(jí) 以上 。 （

42、2） 測(cè) 量 線 路 ： 測(cè) 量 線 路 能 將 各 種 待 測(cè) 電 量 , 轉(zhuǎn) 換 為 磁電 系 測(cè) 量 機(jī) 構(gòu) 能 接 受 的 直 流 電 流 。 （ 3） 轉(zhuǎn) 換 開(kāi) 關(guān) ： 轉(zhuǎn) 換 開(kāi) 關(guān) 是 萬(wàn) 用 表 實(shí) 現(xiàn) 多 種 電 量 、 多 種量 程 切 換 的 元 件 ， 通 常 將 活 動(dòng) 觸 頭 稱 為 “ 刀 ” ， 固 定 觸 頭稱 為 “ 擲 ” ， 萬(wàn) 用 表 需 切 換 的 線 路 較 多 ， 因 此 采 用 多 刀 擲轉(zhuǎn) 換 開(kāi) 關(guān) 。 43 2.工 作 原 理 （ 1） 直 流 電 流 的 測(cè) 量 ： 萬(wàn) 用 表 測(cè) 量 直 流 電 流 采 用 分流 的 方 法 ， 原

43、 理 線 路 見(jiàn) 圖 1 14。（ 2） 直 流 電 壓 的 測(cè) 量 ： 萬(wàn) 用 表 直 流 電 壓 測(cè) 量 線 路 ， 采用 分 流 的 方 法 ， 原 理 線 路 見(jiàn) 圖 1 15 。 圖 1 14 圖 1 15 44 （ 3） 交 流 電 壓 的 測(cè) 量 由 于 萬(wàn) 用 表 測(cè) 量 機(jī) 構(gòu) 采 用 磁 電 系測(cè) 量 機(jī) 構(gòu) ， 測(cè) 量 交 流 電 壓 必 須 采 用 AC/DC轉(zhuǎn) 換 裝 置 。 原 理線 路 見(jiàn) 圖 1 16。 （ 4） 交 流 電 流 的 測(cè) 量 萬(wàn) 用 表 測(cè) 量 交 流 電 流 除 用 AC/DC整 流 式 轉(zhuǎn) 換 裝 置 外 ， 圖 1 16 交 流 電 壓 測(cè)

44、 量 電 路 45 （ 5） 電 阻 的 測(cè) 量 萬(wàn) 用 表 電 阻 測(cè) 量 線 路 ，通 常 采 用 被 測(cè) 電 阻 與 表 頭及 內(nèi) 附 電 池 串 聯(lián) 的 電 路 ，如 圖 1 17 所 示 。 在 該 電 路 中 流 過(guò) 表 頭的 電 流 為 ：IX E / (R r) a.當(dāng) Rx 0 (S置 于 位 置 1) b.當(dāng) Rx (S置 于 位 置 2) 圖 1 17 電 阻 測(cè) 量 原 理 圖 46 歐 姆 刻 度 與 電 流 、 電 壓 刻 度 是 相 反 的 ， 而 且 是 不 均 勻的 ， 如 圖 1-18所 示 。c.如 果 Rx r 則 Im E/2r 1/2 I0 即 儀

45、表 電 路 的 總 電 流 等 于 滿 偏 電 流 I。 的 一 半 。 圖 1 18 歐 姆 表 刻 度 標(biāo) 尺 47 只 有 在 被 測(cè) 電 阻 等 于 歐 姆 中 心 值 時(shí) 誤 差 才 最 小 。 只 有 在 一般 被 測(cè) 電 阻 的 0.1 10倍 歐 姆 中 心 值 范 圍 內(nèi) 讀 數(shù) 才 較 準(zhǔn) 確 。否 則 將 造 成 很 大 的 讀 數(shù) 誤 差 。 為 此 萬(wàn) 用 表 的 電 阻 測(cè) 量 線 路都 做 成 多 量 程 電 路 ， 為 了 共 用 一 條 標(biāo) 尺 ， 一 般 都 以 R 1檔為 基 礎(chǔ) ， 按 10的 倍 數(shù) 來(lái) 擴(kuò) 大 量 程 。 如 R 1， R 10， 及

46、 100， 及 1k， 及 10k等 。 而 各 量 程 檔 的 歐 姆 中 心 值Rt(即 儀 表 總 內(nèi) 阻 )也 按 10的 倍 數(shù) 擴(kuò) 大 。 當(dāng) 增 大 儀 表 總 內(nèi) 阻 后 ， 流 過(guò) 表 頭 的 電 流 勢(shì) 必 減 少 ， 在 R 0時(shí) ， 不 能 使 指 針 指 到 歐 姆 零 刻 度 。 為 此 在 擴(kuò) 大 量 程 同時(shí) 還 需 增 大 表 頭 電 流 。 增 大 表 頭 電 流 常 用 的 方 法 是 在 高 阻檔 另 接 入 一 個(gè) 電 壓 較 高 的 電 池 。 48 1.9.2指 針 式 萬(wàn) 用 表 的 特 點(diǎn)（ 1） 多 用 途 多 量 限 萬(wàn) 用 表 測(cè) 量 交

47、 、 直 流 電 流 、 電 壓 ；測(cè) 量 電 阻 ； 大 部 分 表 還 附 有 測(cè) 量 晶 體 管 參 數(shù) 等 功 能 。（ 2） 靈 敏 度 高 。 靈 敏 度 是 萬(wàn) 用 表 主 要 特 性 之 一 ,它 表 示 萬(wàn)用 表 在 電 壓 測(cè) 量 滿 度 值 時(shí) 取 自 被 測(cè) 電 路 的 電 流 值 。 顯 然 滿量 程 電 流 愈 小 的 測(cè) 量 機(jī) 構(gòu) 靈 敏 度 愈 高 ， 測(cè) 量 電 壓 時(shí) 表 的 內(nèi)阻 愈 大 ， 對(duì) 被 測(cè) 電 路 的 正 常 工 作 狀 態(tài) 影 響 愈 小 。 萬(wàn) 用 表 的靈 敏 度 用 每 伏 電 壓 的 內(nèi) 阻 V表 示 。（ 3） 準(zhǔn) 確 度 較

48、低 。 的 測(cè) 量 機(jī) 構(gòu) 準(zhǔn) 確 度 較 高 ， 在 0.5級(jí) 以 上 ，但 組 成 萬(wàn) 用 表 后 由 于 測(cè) 量 線 路 等 綜 合 誤 差 ， 準(zhǔn) 確 度 降 低 為2.5-5.0級(jí) 。 49 注 意 事 項(xiàng) ：（ 1） 萬(wàn) 用 表 是 多 用 途 多 量 限 的 儀 表 。 在 測(cè) 量 之 前 一 定 要檢 查 所 測(cè) 電 量 與 量 限 是 對(duì) 應(yīng) ； 量 程 是 否 足 夠 大 ， 看 清 該 讀哪 條 標(biāo) 尺 。 ( 2)電 阻 擋 在 使 用 之 前 先 要 進(jìn) 行 調(diào) 零 。（ 3） 在 使 用 電 阻 檔 時(shí) 要 注 意 萬(wàn) 用 表 的 “ ” 端 是 接 內(nèi) 附電 他 的 負(fù) 極 ， 即 對(duì) 被 測(cè) 電 阻 而 言 ， “ ” 端 是 電 流 流 入儀 表 的 端 紐 ， 這 點(diǎn) 在 測(cè) 量 有 極 性 元 件 時(shí) 要 特 別 注 意 。（ 4） 在 測(cè) 電 阻 時(shí) 要 注 意 不 要 兩 手 同 時(shí) 握 住 待 測(cè) 元 件 的 兩端 ， 以 免 人 體 的 電 阻 并 聯(lián) 到 被 測(cè) 電 阻 上 引 起 誤 差 ， 尤 其 在測(cè) 高 阻 元 件 時(shí) 其 所 引 起 的 誤 差 可 能 很 大 。 50# 附 ： 常 見(jiàn) 的 各 種 指 針 式 儀 表 參 數(shù) 比 較 表 ： # 附 ： 常 見(jiàn) 的 各 種 指 針 式 儀 表 參 數(shù) 比 較 表 ：