電磁測(cè)量課件_第二章

1、第二章第二章 直流電壓和電流的測(cè)量直流電壓和電流的測(cè)量 第一節(jié)第一節(jié) 用磁電系儀表直接測(cè)量用磁電系儀表直接測(cè)量第二節(jié)第二節(jié) 用直流電位差計(jì)測(cè)量電壓用直流電位差計(jì)測(cè)量電壓第三節(jié)第三節(jié) 直流電壓和電流的間接測(cè)量直流電壓和電流的間接測(cè)量第四節(jié)第四節(jié) 直流系統(tǒng)泄漏電流的測(cè)量直流系統(tǒng)泄漏電流的測(cè)量第一節(jié)第一節(jié) 用磁電系儀表直接測(cè)量用磁電系儀表直接測(cè)量 一、磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu) 1結(jié)構(gòu) 固定部分包括： 永久磁鐵、極掌、圓柱形鐵心等。可動(dòng)部分包括：游絲、鋁框、轉(zhuǎn)軸、指針等。測(cè)量機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和磁場(chǎng)分布如圖所示。 測(cè)量機(jī)構(gòu)圖 磁場(chǎng)分布圖 2. 工作原理 （1）轉(zhuǎn)動(dòng)力矩 電磁力由通過線圈的電流和磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生，計(jì)算公式

2、轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算公式由于BabNl 為常數(shù)，所以可見，轉(zhuǎn)動(dòng)力矩與通過線圈的電流成正比 。 FB aN IMFbBabNI MKI（2） 反作用力矩 反作用力矩由游絲產(chǎn)生 當(dāng)反作用力矩與轉(zhuǎn)動(dòng)力矩相等時(shí)，指針停留在平衡 點(diǎn) ，有可得MWK IWIKIS IW 式中的SI為常數(shù)，稱為測(cè)量機(jī)構(gòu)的電流靈敏度，它表示單位電流引起的測(cè)量機(jī)構(gòu)可動(dòng)部分的偏轉(zhuǎn)，也反映測(cè)量機(jī)構(gòu)對(duì)最小電流的分辨能力。（3） 阻尼力矩 由鋁框中的感應(yīng)電流與磁場(chǎng)相互作用而產(chǎn)生的阻尼力矩，如圖所示。BFFIPIPFPFP圖2-3 產(chǎn)生阻尼力矩的示意圖阻尼力矩的特點(diǎn)： (1) 阻尼力矩只有在指針穩(wěn)偏轉(zhuǎn)過程中存在； (2) 阻尼力矩不影響轉(zhuǎn)動(dòng)力矩

3、和反作用力矩的平衡； (3) 阻尼力矩過大或過小使指針達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間都比較長，只有在臨界阻尼使指針達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間最短，但臨界阻尼點(diǎn)不易確定，因此，一般將阻尼力矩設(shè)計(jì)在微欠阻尼狀態(tài)。 3磁電系表頭參數(shù)及測(cè)量磁電系表頭即磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)表頭參數(shù)：表頭靈敏度、表頭內(nèi)阻。表頭靈敏度：表頭的滿偏電流，即表頭的電 流量程。gI測(cè)量表頭靈敏度的電路ESR1R2ANAx 如圖，當(dāng)被測(cè)表頭達(dá)到滿偏時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)表的示值即為被測(cè)的表頭靈敏度。 如圖，先將開關(guān)S合向“1”的位置，調(diào)節(jié)R1和R2 ，使AN有一個(gè)半偏以上的指示值，然后將開關(guān)S合向“2”的表頭內(nèi)阻：兩個(gè)游絲的直流電阻和線圈的直流電阻之和。注意事項(xiàng)：不允許用歐姆表

4、或電橋測(cè)量表頭內(nèi)阻。S測(cè)量表頭內(nèi)阻的電路E1R1R2ANAxRS2位置，保持R1 和R2 不變， 調(diào)節(jié)RS ，使AN 恢復(fù)原來的指示值，此時(shí)，RS 的示值即為Ax 的內(nèi)阻。1單量程電流表 在表頭兩端并聯(lián)一個(gè)分流電阻就成為單量程的電流表，如圖。單量程電流表的電路RSI二、磁電系電流表ggSgI RRII確定量程后，根據(jù)可以計(jì)算出分流電阻的阻值。閉路式多量程電流表R1R2R3I3I2I1gg1233gI RRRRII當(dāng)量程為I2 時(shí)，分流電阻為gg3122g()I RRRRII 多量程電流表有開路式和閉路式兩種電路，由于開路式存在不安全的問題，實(shí)際中很少應(yīng)用，下面主要介紹常用的閉路式電流表，如圖

5、。當(dāng)量程為I3 時(shí)，分流電阻為2多量程電流表3使用電流表應(yīng)注意的事項(xiàng) （1）電流表必須串入電路； （2）注意電流表的極性，要求電流從電流表的“+”端流入，從“-” 端流出； （3）正確選擇儀表的量程，測(cè)量時(shí)盡量使指針在半偏以上，以減小測(cè)量誤差； （4）選擇內(nèi)阻合適的儀表，希望電流表內(nèi)阻越小越好。gg3211g()I RRRRII當(dāng)量程為I2 時(shí)，分流電阻為1單量程電壓表 表頭指針的偏轉(zhuǎn)角與表頭兩端的電壓成正比如果將表頭的標(biāo)度尺按照電壓單位刻度，就成為電壓表。 分壓電阻的確定公式mggURRI三、磁電系電壓表2.多量程電壓表 多個(gè)電阻與表頭串聯(lián)，再從電阻與電阻之間引出抽頭，就成為多量程電壓表。

6、多量程電壓表的內(nèi)阻一般用電壓靈敏度表示，即某一量程內(nèi)阻與電壓量程之比。則某一量程內(nèi)阻的實(shí)際阻值等于該電壓量程與電壓靈敏度的乘積。3使用電壓表應(yīng)注意的事項(xiàng) （1）電壓表必須并入電路中； （2）注意電壓表的極性，要求電壓表“+”端接高電位，“-” 端接低電位； （3）正確選擇儀表的量程，測(cè)量時(shí)盡量使指針在半偏以上，以減小測(cè)量誤差； （4）選擇內(nèi)阻合適的儀表，希望電壓表內(nèi)阻越大越好。四、 磁電系儀表的技術(shù)特性1準(zhǔn)確度高。最高可達(dá)0.05級(jí)；2靈敏度高。由于永久磁鐵的磁場(chǎng)很強(qiáng)，線圈中通過很小的電流就可以使指針偏轉(zhuǎn)，因此，可以制成高內(nèi)阻的電壓表和低內(nèi)阻的電流表；3功耗小；4刻度均勻；5過載能力差；6只能

7、用來測(cè)量直流量。 五、磁電系檢流計(jì)分類：指針式、光標(biāo)式。光標(biāo)式的結(jié)構(gòu)如圖所示。檢流計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖NS張絲小鏡動(dòng)圈永久磁鐵永久磁鐵檢流計(jì)的主要參數(shù)：（1）內(nèi)阻（2）電流常數(shù)（3）外臨界電阻（4）阻尼時(shí)間（5）自然振蕩周期 磁電系檢流計(jì)是一種靈敏度很高的儀表，常用來檢測(cè)電路中有無電流通過。使用檢流計(jì)應(yīng)注意的事項(xiàng)： （1）要求水平放置的檢流計(jì)，使用前應(yīng)需調(diào)好水平，校準(zhǔn)零點(diǎn)； （2）檢流計(jì)的標(biāo)尺不是用電流標(biāo)度，而是按指針末端的線位移標(biāo)度，單位為mm； （3）選擇合適的靈敏度； （4）不允許用歐姆表或電橋測(cè)量檢流計(jì)的內(nèi)阻，否則，因過流會(huì)損壞檢流計(jì)； （5）用完檢流計(jì)，要用止動(dòng)器鎖定檢流計(jì)的可動(dòng)部分； （6

8、）搬動(dòng)檢流計(jì)時(shí)，要注意輕拿輕放，避免振斷張絲。六、沖擊檢流計(jì) 沖擊檢流計(jì)的結(jié)構(gòu)與普通磁電系檢流計(jì)基本相同，但它的可動(dòng)部分具有較大的慣性。 當(dāng)脈沖電流持續(xù)時(shí)間很短時(shí)，保證脈沖電流結(jié)束前檢流計(jì)可動(dòng)部分不動(dòng)，則脈沖電流的電量與檢流計(jì)可動(dòng)部分第一次最大偏轉(zhuǎn)成正比 。即返回QmCQ 式中的CQ為沖擊檢流計(jì)的電量沖擊常數(shù)，它可以用實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行測(cè)量。第二節(jié) 用直流電位差計(jì)測(cè)量電壓 把一個(gè)未知固定電壓Ux與一個(gè)已知可變標(biāo)準(zhǔn)電壓UN 進(jìn)行比較， 當(dāng)UN變化到與 Ux 相等時(shí)，就認(rèn)為Ux完全補(bǔ)償了標(biāo)準(zhǔn)電壓UN 。有兩種實(shí)現(xiàn)方法：定電流和定電阻，如圖。 定電流補(bǔ)償方式EUxUNa bR 定電阻補(bǔ)償方式一、電壓補(bǔ)償

9、Uxr1RNUNa bEr2rnS1S2Sn二、直流電位差計(jì)的工作原理 定流式直流電位差計(jì)的電路如圖，將開關(guān)S合向“1”，調(diào)節(jié)R0使檢流計(jì)指向零點(diǎn)，此時(shí)，RN兩端的電壓與標(biāo)準(zhǔn)電池的電動(dòng)勢(shì)相等，有定流式直流電位差計(jì)的電路UxENER0RRNrG S12 R1R2NNEIR 然后將開關(guān)S合向“2”，調(diào)節(jié)R使檢流計(jì)指向零點(diǎn)，此時(shí)，兩端的電壓等于被測(cè)電壓 三、直流電位差計(jì)的技術(shù)特性 1. 準(zhǔn)確度高； 2. 量程低，一般不超過2V； 3. 不從被測(cè)電路吸收能量，測(cè)量電壓時(shí)，相當(dāng)于內(nèi)阻無窮大的電壓表。N11NxEUIRRRR1可以在R 的刻度盤上直接讀出，即可得出被測(cè)電壓的值。四、使用直流電位差計(jì)注意事項(xiàng)

10、 1. 選擇靈敏度合適的檢流計(jì)，以滿足測(cè)量的需要，靈度過低將產(chǎn)生較大誤差，靈敏度過高電位差計(jì)難以達(dá)到平衡； 2. 選擇電壓足夠穩(wěn)定的工作電源，否則因工作電流不定而產(chǎn)生誤差； 3. 注意標(biāo)準(zhǔn)電池、工作電源和被測(cè)電壓的極性不能接錯(cuò)； 4. 校準(zhǔn)工作電流時(shí)，要避免長時(shí)間給標(biāo)準(zhǔn)電池充放電，以免損壞標(biāo)準(zhǔn)電池； 5. 按照說明書要求的溫度和濕度條件保存和使用。 五、直流電位差計(jì)的應(yīng)用 當(dāng)被測(cè)電壓不超過2V時(shí)，可以用直流電位差計(jì)直接量；如果被測(cè)電壓超過2V，需用標(biāo)準(zhǔn)電阻進(jìn)行分壓，然后再用直流電位差計(jì)測(cè)量，分壓電路如圖。 測(cè)量較高電壓的電路 電 位 差 計(jì)UxR1 R2返回一、用電流表測(cè)量電壓 適用條件：測(cè)量

11、高值電阻兩端的電壓而且沒有內(nèi)阻合適的電壓表，電路如圖。RNR mAIA+ Ux 用電流表測(cè)量電壓的電路第三節(jié) 直流電壓和電流的間接測(cè)量二、用電壓表測(cè)量電流 適用條件：測(cè)量通過低值電阻的電流，并且沒有內(nèi)阻合適的電流表，電路如圖。R mVIx+ U 用電壓表測(cè)量電流的電路RN 在被測(cè)電流支路串入一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電阻作為取樣電阻，再用電位差計(jì)測(cè)量取樣電阻兩端的電壓，利用歐姆定律得出電流，電路如圖。 用電位差計(jì)測(cè)量電流的電路 電 位 差 計(jì)URRN I三、用電位差計(jì)測(cè)量電流四、沖擊法測(cè)量電流 如圖電路，對(duì)電容充電 t 時(shí)間后閉合開關(guān)s，用沖擊檢流計(jì)測(cè)量電容上的電量沖擊法測(cè)量電流的電路GRCSIQCmQItQC

12、mIt則五、補(bǔ)償法測(cè)量電流 用電流表測(cè)量電路中某一支路的電流時(shí)，必須將電流表串入電路中。由于電流表的內(nèi)阻不等于零，就必然引起測(cè)量誤差，這時(shí)不宜采用電流表直接測(cè)量，可采用補(bǔ)償法進(jìn)行測(cè)量。 如果電流表的準(zhǔn)確度等級(jí)不夠理想，可以采用已知標(biāo)準(zhǔn)電阻取代電流表，用直流NAGRUI1I2 電路如圖，從圖中可以看出，當(dāng)通過調(diào)節(jié)使檢流計(jì)指向零時(shí)，I1=I2，即電流表的示值等于被測(cè)電流的值，電流表的內(nèi)阻與被測(cè)電流回路無關(guān)，不影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度，測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度僅取決于電流表的準(zhǔn)確度等級(jí)。 電路補(bǔ)償法測(cè)量電流的電路電位差計(jì)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)電阻兩端的電壓，最后，再根據(jù)測(cè)得的電壓計(jì)算出被測(cè)電流。六、直流電流互感器 直流電流互

13、感器分為磁飽和式、光電式和霍爾磁平式 ，其中磁飽和式直流電流互感器的電路如圖。 N1N1N2N2uRI2t0i2i2I1BA返回磁飽和式直流電流互感器的電路第四節(jié) 直流系統(tǒng)泄漏電流的測(cè)量 一、絕緣監(jiān)察裝置 絕緣監(jiān)察裝置：用來測(cè)量直流系統(tǒng)泄漏電流，由“信號(hào)部分”和“測(cè)量部分”組成。R1R2R+R-+_XJR1R2R+R-+_1122VRS 信號(hào)部分 測(cè)量部分總絕緣電阻正母線絕緣電阻負(fù)母線絕緣電阻R RRRR21RRX21RRX用絕緣監(jiān)察裝置測(cè)量直流系統(tǒng)泄漏電流存在的問題： （1）只能判斷母線發(fā)生泄漏，不能判斷支路發(fā)生泄漏；（2）正負(fù)母線絕緣電阻同時(shí)且等幅下降，不能準(zhǔn)確判斷 泄漏情況；（3）不能判

14、斷多點(diǎn)泄漏；（4）求泄漏電流的大小需要復(fù)雜的計(jì)算。二、變頻探測(cè)法 在直流系統(tǒng)交替注入幅值相等頻率不同的低頻交流信號(hào)，通過測(cè)量注入電流來判斷系統(tǒng)是否存在泄漏，電路如圖。一般注入的交流信號(hào)幅值為20V30V，頻率為10Hz35Hz。 CuA變頻探測(cè)法的測(cè)量電路 首先注入頻率為f1、有效值為U的信號(hào)，測(cè)量注入電流的有效值為I1；然后注入頻率為f2、有效值為U 的信號(hào)，測(cè)量注入電流的有效值為I2。 在正常情況下： 注入信號(hào)的回路由電源、母線和母線對(duì)地電容構(gòu)成，因此有兩式相比112 If C U222If CU11122222If CUfIf CUf可見，兩電流的有效值之比等于電頻率之比。 在異常情況下

15、： 注入信號(hào)的回路由電源、母線、母線對(duì)地電容和接地電阻構(gòu)成，因此有兩式相比2211( / )(2)IU RfCU2222( / )(2)IU Rf CU2211122222(/)(2)(/)(2)U Rf CUIfIfU Rf CU可見，兩電流的有效值之比不等于電頻率之比。變頻探測(cè)法存在的問題：（1）在直流系統(tǒng)中注入交流信號(hào)，影響直流電能質(zhì) 量。而且，目前所有這類裝置注入的交流信號(hào) 幅值嚴(yán)重超標(biāo)。（2）當(dāng)母線對(duì)地電容較大時(shí)，式2211122222(/)(2)(/)(2)URf CUIfIfURf CU不再成立。三、差流法1. 霍爾電流互感器 霍爾電流互感器是采用霍爾元件根據(jù)磁平衡原理制成的，結(jié)構(gòu)如圖 。+15V-15VRNUNRHI2I1UHN2霍爾電流互感器的結(jié)構(gòu)示意圖霍爾電流互感器的特點(diǎn)： （1）頻帶寬(0100kHz)； （2）靈敏度高； （3）準(zhǔn)確度高； （4）一次側(cè)和二次側(cè)完全絕緣； （5）一次側(cè)和二次側(cè)波形完全相同； （6）過載能力強(qiáng)，過載進(jìn)入飽和 。2泄漏電流的測(cè)量 將直