检测与转换技术 CAI课件
2012-3-22 电子信息与电气工程系
第一节 仪表的概论
第二节 磁电系仪表
第三节 电磁系仪表
第四节 电动系仪表
第五节 感应系仪表
第二章 电测量指示仪表
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2012-3-22 电子信息与电气工程系
学习时应注意的问题
?学习重点, 各种仪表的结构及工作原理
?学习目的, 通过对仪表的了解可以选择,应用仪表
?学习方法,理论联系实际,讲解与自学结合
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2012-3-22 电子信息与电气工程系
一,仪表的组成及原理
（一）仪表的组成框图
第一节 仪表的概
论
测量线路
被测量 中间量
测量机构 偏转角
测量线路的作用,
由于测量结构中允通过的电流较流较小,故必
须通过一定电路将被测量转化为测量机构能接受的
中间量
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测量机构的作用,将与被测量呈一定函数关系的被
测量转化为角位移，并能指示被测量的大小,
它包括四部分,
(二 )测量机构的工作原理
1.驱动装置
作用,在测量机构中接受中间量,并使活动部分产生
转动力矩,(M表示）
它由磁路系统,可动线圈或铁磁元件组成,
2.控制装置
作用,在机构中,对活动部分产生反作用力矩,
它由弹性元件 — 游丝或张丝组成,
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反作用力矩公式,Mα =Dα
D为反作用力矩系数,α 为偏转角,
当 M = Mα 时,轴受力平衡，指针稳定,
3.阻尼装置
作用：产生阻尼力矩 (Mp表示 ).使活动部分较快稳
定,只影想动态特性,对结果无影响,
公式,Mp =-P(dα/dt)(P 为阻尼力矩系数）
通常阻尼装置处于临界状态，使活动部件达到稳
定偏转时间最短。
4.指示装置
组成：指示器与标度盘
作用：显示处理后的结果。
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二, 指示仪表的主要技术特性
( 一 )指示仪表的误差和准确度
1.误差,常用最大引用误差 γ m表示,定义为,
γ m = （ Δm/Am） *100%
K = γ m
2.准确度,要注意选择等级 K合适的
仪表,更要注意根据被测量 Ax选量限合适的仪表
最好使 Ax>=2Am/3,
(二 )仪表的灵敏度和常数
1,灵敏度的定义
S=L/ x = m（分格） /x
2.常数
C = 1/S
仪表常数愈小,对被测量分辨力愈强
仪表指针的偏转
被测量的变化
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第二节 磁电系仪表
一, 用途,测直流电压,电流,电量与非电量,
二, 磁电系测量机构的工作原理
动圈每一纵向边受到的力,F=BEWl
动圈受电磁力矩为, M=BIWS(S=ld)
游丝受反作用力矩,Mα =Dα
当仪表的指针平衡时,M = Mα
可得,α=BWSI/D
令 BWS/D=SI，则 α= S II
由于铝框,动圈 (在铝框上 )本身偏转时，切
割磁力线，产生感应电流，进而产生阻尼力矩,
反作用力矩系数
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三,多量限磁电系电流表
由于测量机构允许通过的电流小，
为了测量较大的电流必须配上一定的测
量线路 --分流器 。
电流表是将一被测的较大电流转化
成一个较小的电流,流过表头,再使电流
表表头标尺按实际刻度,
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四,多量限磁电系电压表
1.说明, 由于流过表头的 Ig(满偏电流 )很小，
Rg(内阻 )也不大,所以 Ug为毫伏级,故需配上一定
的测量线路,达到扩大量限的目的,
m1=U1/Ug=(Rg+R1)/Rg
Rf1=(m1-1)Rg
同理可求,R2,R3。可计算各附加电阻值
2.总结, 电压表是将一被测的较大电压转化成
一个毫伏级电压经过表头,再使表头标尺按实际
电压刻度,
1
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五,磁电系欧姆表
1.工作原理
通过测量机构活动部分偏转大小来反映被
测电阻值,故必须将被测电流转化为电阻,所以
在测量线路中，既有被测电阻，还要有电源。
I=U/(Rg+R+Rx)
当 U,R一定时,Rx与 I对应,只要表头标尺按
阻值刻度,就可测出被测电阻 (R起限流作用 ),
说明, 当 Rx为无穷时,I=0,
当 Rx=0时,表头指针满偏
满流,Ig=U/(Rg+R)=U/R0
中值电阻,R0=R+Rg
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2.欧姆表倍率
多档欧姆表产生原因,测不同电阻时,共用
一条标度尺,表笔短接时,Ig应相同,如书中例
题,
3.欧姆表的调零
最常用方法是在表头上并接分流器,
注意,再测电阻时,每换一档,都要调零,
一般低于一般为 2.5级
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六,带整流器的磁电系仪表
与前面仪表的 区别,
测量机构与整流元件配合,可以测交流量,
但所测的交流量为有效值。
一般为 1.5级
其它与前面相似,结合书本自学,
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七,兆欧表
1.作用,
专门用来检查和测量电气设备或供电线路的
绝缘,
2.组成,
比率型磁电系测量机构与手摇发电机,
3.工作原理,
α = F （ I1/I2 )(两动圈电流之比 )
由于 I1/I2 = Rv/(Rc+Rx),Rv与 Rc为定值
故 α = F[ Rv/(Rc+Rx)]
只与被测 Rx有关,故可测电阻,
欧姆表,1Ω ～ 0.1M
兆欧表,0.1M以上
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八,磁电系检流计
1.作用,
测微小电流,电压与暂短的脉冲电压
2.与一般仪表在结构上的区别,
(1)采用悬丝或张丝悬挂动圈,
(2)采用光指示读数装置
(3)动圈无框架
基于以上结构,检流计的灵敏度大大提高,可
测微小量,
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第三节 电磁系列仪表
1.主要构成,
固定线圈，可动铁片。
2.工作原理,
圆线圈排斥式,给线圈通电后,二铁片被磁化,
产生排斥力 ;
扁线圈吸入式,给线圈通电后,动铁片被磁化,
产生吸力 。
3.特点,
简单，价廉，利用测量机构本身即可测
200A电流，过载能力强，可靠，交直流两用，
应用广泛。需屏蔽。
?
?
d
dLKI 2? 有效值
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1.主要构成,
由固定线圈（匝数多，粗，增强磁场）、活动
线圈组成（匝数少，细，灵活）
2.工作原理,
利用载流导线间电动力作用而产生转动力矩。
3.电流表的构成
将电动系测量机构中的定圈和动圈串联或并联，
并且配置一定的分流电阻。
双量限：串联接法改成并联接法。
4.特点,
交、直流两用，在交流指示仪表中准确度较高，
频率范围宽，除能测量电流、电压外，还能测量
功率、功率因数等。功耗大。
第四节 电动系仪表
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直流,α= K II1I2
交流,α= K II1I2 cosφ （必须同频率）
α= K II2
5.电压表的构成
将电动系测量机构中的定圈和动圈串联
并且配置一定的附加电阻。
α= K VU2
6.功率表的构成
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6.功率表的构成
P= UI cosφ∝ （ α ）
I1 ∝I, I2∝U （ I2 = U/RV）
α= K P UI cosφ
PW *
*
电流
线圈
电压
线圈
同极性端 电流线圈、电压线圈
的同极性端必须接在
电压的同一极性上。
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第五节 感应系仪表
一,优点
转动力矩最大，测电能及功率
二, 工作原理
交变磁通 → 感应流 → 转动力矩
i1→φ 1→i e1（ φ 2） → T1 （左 → 右）
→ φ 1 ’ →i e1 ’（ φ 2）
i2→φ 2→i e2（ φ 1） → T2 （右 → 左）
T = T1 - T2
Tav = KIm1Im2 cosφ
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结论,
平均转矩 Tav与 i1,i2的有效值及 cosφ 相关。
i1,i2的相位差,ψ= 90 -φ
如 ψ= 0 则 Tav为零
如 ψ= 90 则 Tav为最大
如 i1,i2为直流，则 Tav为零
故只可构成测量交流量的仪表
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三,感应系电度表
1.结构与原理
电磁铁 A的线圈导线粗，匝数少，与负载串联，故
为负载电流
电磁铁 B的线圈导线细，匝数多，与负载并联，故负载
电压在线圈中的电流为
转动力矩
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Ui
m
L
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X
K I UT
pp
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制动力矩,永久磁铁 4的磁场
铝盘中的感应电流（与 ω 成正比）
二者相互作用所产生 MT = KTω
（ KT为永久磁铁有关的力矩系数）
铝盘转数 n与被测电能的关系 P,
当 MT = Tav时，铝盘稳定转动
故有,KPP = KTω
P =（ KT/KP） ω = Sω
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在时间 T内所做的功,
P =（ KT/KP） ω = Sω
PT = TSω
Tω 为在时间 T内转过的圈数 n
W = Sn（铝盘转过的圈数 n就是电能）
C = 1/S = n/W（电度表常数：圈数 /度）
1度电,1KW·h（千瓦 ·小时）
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第六节 电测量指示仪表
一,性能比较
二,仪表的选择
根据要求，注意性价比。
种类、准确度、量程的选择
内阻的选择（ 100倍）
仪表配套装置的选择
仪表工作条件的选择
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总 结
磁电系列,α= S IICP 测的是平均值
带整流器的磁电系列,（ K为 2.22或 1.11）
α= S I( KICP’)
（ α 与平均值相关，但按有效值刻度）
电磁系列,α= KI 2（ dL/dα ）
（ α 与有效值 I的平方相关，测的是有效值，交直流
均可）
电动系列,α= K II1I2 cosφ→α= K II2
（ α 与 I1,I2有效值的乘积相关，与 I1,I2的相位余弦
cosφ 相关，测的是同频率交流有效值）
感应系列：测电能
简单，价廉，过载能力强，可靠，交直流两用，需屏蔽。 200A/600V
交、直流两用，准确度较高，还能
测量功率、功率因数等。功耗大。 转动力矩最大，测电能及功率，只可测交流
应用最广
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作业,P62 1,6
思考,
磁电系列、电磁系列、电动系列与感应系
列各自的特点
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第一节 仪表的概论
第二节 磁电系仪表
第三节 电磁系仪表
第四节 电动系仪表
第五节 感应系仪表
第二章 电测量指示仪表
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学习时应注意的问题
?学习重点, 各种仪表的结构及工作原理
?学习目的, 通过对仪表的了解可以选择,应用仪表
?学习方法,理论联系实际,讲解与自学结合
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2012-3-22 电子信息与电气工程系
一,仪表的组成及原理
（一）仪表的组成框图
第一节 仪表的概
论
测量线路
被测量 中间量
测量机构 偏转角
测量线路的作用,
由于测量结构中允通过的电流较流较小,故必
须通过一定电路将被测量转化为测量机构能接受的
中间量
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测量机构的作用,将与被测量呈一定函数关系的被
测量转化为角位移，并能指示被测量的大小,
它包括四部分,
(二 )测量机构的工作原理
1.驱动装置
作用,在测量机构中接受中间量,并使活动部分产生
转动力矩,(M表示）
它由磁路系统,可动线圈或铁磁元件组成,
2.控制装置
作用,在机构中,对活动部分产生反作用力矩,
它由弹性元件 — 游丝或张丝组成,
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反作用力矩公式,Mα =Dα
D为反作用力矩系数,α 为偏转角,
当 M = Mα 时,轴受力平衡，指针稳定,
3.阻尼装置
作用：产生阻尼力矩 (Mp表示 ).使活动部分较快稳
定,只影想动态特性,对结果无影响,
公式,Mp =-P(dα/dt)(P 为阻尼力矩系数）
通常阻尼装置处于临界状态，使活动部件达到稳
定偏转时间最短。
4.指示装置
组成：指示器与标度盘
作用：显示处理后的结果。
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二, 指示仪表的主要技术特性
( 一 )指示仪表的误差和准确度
1.误差,常用最大引用误差 γ m表示,定义为,
γ m = （ Δm/Am） *100%
K = γ m
2.准确度,要注意选择等级 K合适的
仪表,更要注意根据被测量 Ax选量限合适的仪表
最好使 Ax>=2Am/3,
(二 )仪表的灵敏度和常数
1,灵敏度的定义
S=L/ x = m（分格） /x
2.常数
C = 1/S
仪表常数愈小,对被测量分辨力愈强
仪表指针的偏转
被测量的变化
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第二节 磁电系仪表
一, 用途,测直流电压,电流,电量与非电量,
二, 磁电系测量机构的工作原理
动圈每一纵向边受到的力,F=BEWl
动圈受电磁力矩为, M=BIWS(S=ld)
游丝受反作用力矩,Mα =Dα
当仪表的指针平衡时,M = Mα
可得,α=BWSI/D
令 BWS/D=SI，则 α= S II
由于铝框,动圈 (在铝框上 )本身偏转时，切
割磁力线，产生感应电流，进而产生阻尼力矩,
反作用力矩系数
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三,多量限磁电系电流表
由于测量机构允许通过的电流小，
为了测量较大的电流必须配上一定的测
量线路 --分流器 。
电流表是将一被测的较大电流转化
成一个较小的电流,流过表头,再使电流
表表头标尺按实际刻度,
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四,多量限磁电系电压表
1.说明, 由于流过表头的 Ig(满偏电流 )很小，
Rg(内阻 )也不大,所以 Ug为毫伏级,故需配上一定
的测量线路,达到扩大量限的目的,
m1=U1/Ug=(Rg+R1)/Rg
Rf1=(m1-1)Rg
同理可求,R2,R3。可计算各附加电阻值
2.总结, 电压表是将一被测的较大电压转化成
一个毫伏级电压经过表头,再使表头标尺按实际
电压刻度,
1
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五,磁电系欧姆表
1.工作原理
通过测量机构活动部分偏转大小来反映被
测电阻值,故必须将被测电流转化为电阻,所以
在测量线路中，既有被测电阻，还要有电源。
I=U/(Rg+R+Rx)
当 U,R一定时,Rx与 I对应,只要表头标尺按
阻值刻度,就可测出被测电阻 (R起限流作用 ),
说明, 当 Rx为无穷时,I=0,
当 Rx=0时,表头指针满偏
满流,Ig=U/(Rg+R)=U/R0
中值电阻,R0=R+Rg
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2.欧姆表倍率
多档欧姆表产生原因,测不同电阻时,共用
一条标度尺,表笔短接时,Ig应相同,如书中例
题,
3.欧姆表的调零
最常用方法是在表头上并接分流器,
注意,再测电阻时,每换一档,都要调零,
一般低于一般为 2.5级
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六,带整流器的磁电系仪表
与前面仪表的 区别,
测量机构与整流元件配合,可以测交流量,
但所测的交流量为有效值。
一般为 1.5级
其它与前面相似,结合书本自学,
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七,兆欧表
1.作用,
专门用来检查和测量电气设备或供电线路的
绝缘,
2.组成,
比率型磁电系测量机构与手摇发电机,
3.工作原理,
α = F （ I1/I2 )(两动圈电流之比 )
由于 I1/I2 = Rv/(Rc+Rx),Rv与 Rc为定值
故 α = F[ Rv/(Rc+Rx)]
只与被测 Rx有关,故可测电阻,
欧姆表,1Ω ～ 0.1M
兆欧表,0.1M以上
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八,磁电系检流计
1.作用,
测微小电流,电压与暂短的脉冲电压
2.与一般仪表在结构上的区别,
(1)采用悬丝或张丝悬挂动圈,
(2)采用光指示读数装置
(3)动圈无框架
基于以上结构,检流计的灵敏度大大提高,可
测微小量,
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第三节 电磁系列仪表
1.主要构成,
固定线圈，可动铁片。
2.工作原理,
圆线圈排斥式,给线圈通电后,二铁片被磁化,
产生排斥力 ;
扁线圈吸入式,给线圈通电后,动铁片被磁化,
产生吸力 。
3.特点,
简单，价廉，利用测量机构本身即可测
200A电流，过载能力强，可靠，交直流两用，
应用广泛。需屏蔽。
?
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d
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1.主要构成,
由固定线圈（匝数多，粗，增强磁场）、活动
线圈组成（匝数少，细，灵活）
2.工作原理,
利用载流导线间电动力作用而产生转动力矩。
3.电流表的构成
将电动系测量机构中的定圈和动圈串联或并联，
并且配置一定的分流电阻。
双量限：串联接法改成并联接法。
4.特点,
交、直流两用，在交流指示仪表中准确度较高，
频率范围宽，除能测量电流、电压外，还能测量
功率、功率因数等。功耗大。
第四节 电动系仪表
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直流,α= K II1I2
交流,α= K II1I2 cosφ （必须同频率）
α= K II2
5.电压表的构成
将电动系测量机构中的定圈和动圈串联
并且配置一定的附加电阻。
α= K VU2
6.功率表的构成
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6.功率表的构成
P= UI cosφ∝ （ α ）
I1 ∝I, I2∝U （ I2 = U/RV）
α= K P UI cosφ
PW *
*
电流
线圈
电压
线圈
同极性端 电流线圈、电压线圈
的同极性端必须接在
电压的同一极性上。
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第五节 感应系仪表
一,优点
转动力矩最大，测电能及功率
二, 工作原理
交变磁通 → 感应流 → 转动力矩
i1→φ 1→i e1（ φ 2） → T1 （左 → 右）
→ φ 1 ’ →i e1 ’（ φ 2）
i2→φ 2→i e2（ φ 1） → T2 （右 → 左）
T = T1 - T2
Tav = KIm1Im2 cosφ
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结论,
平均转矩 Tav与 i1,i2的有效值及 cosφ 相关。
i1,i2的相位差,ψ= 90 -φ
如 ψ= 0 则 Tav为零
如 ψ= 90 则 Tav为最大
如 i1,i2为直流，则 Tav为零
故只可构成测量交流量的仪表
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三,感应系电度表
1.结构与原理
电磁铁 A的线圈导线粗，匝数少，与负载串联，故
为负载电流
电磁铁 B的线圈导线细，匝数多，与负载并联，故负载
电压在线圈中的电流为
转动力矩
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制动力矩,永久磁铁 4的磁场
铝盘中的感应电流（与 ω 成正比）
二者相互作用所产生 MT = KTω
（ KT为永久磁铁有关的力矩系数）
铝盘转数 n与被测电能的关系 P,
当 MT = Tav时，铝盘稳定转动
故有,KPP = KTω
P =（ KT/KP） ω = Sω
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在时间 T内所做的功,
P =（ KT/KP） ω = Sω
PT = TSω
Tω 为在时间 T内转过的圈数 n
W = Sn（铝盘转过的圈数 n就是电能）
C = 1/S = n/W（电度表常数：圈数 /度）
1度电,1KW·h（千瓦 ·小时）
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第六节 电测量指示仪表
一,性能比较
二,仪表的选择
根据要求，注意性价比。
种类、准确度、量程的选择
内阻的选择（ 100倍）
仪表配套装置的选择
仪表工作条件的选择
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总 结
磁电系列,α= S IICP 测的是平均值
带整流器的磁电系列,（ K为 2.22或 1.11）
α= S I( KICP’)
（ α 与平均值相关，但按有效值刻度）
电磁系列,α= KI 2（ dL/dα ）
（ α 与有效值 I的平方相关，测的是有效值，交直流
均可）
电动系列,α= K II1I2 cosφ→α= K II2
（ α 与 I1,I2有效值的乘积相关，与 I1,I2的相位余弦
cosφ 相关，测的是同频率交流有效值）
感应系列：测电能
简单，价廉，过载能力强，可靠，交直流两用，需屏蔽。 200A/600V
交、直流两用，准确度较高，还能
测量功率、功率因数等。功耗大。 转动力矩最大，测电能及功率，只可测交流
应用最广
检测与转换技术 CAI课件
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作业,P62 1,6
思考,
磁电系列、电磁系列、电动系列与感应系
列各自的特点
