第4章+电流、电压与功率测量

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1、第4章电流、电压与功率测量4.1直流电流的测量4.2直流电压的测量4.3交流电压的测量4.4电功率的测量4.5数字电压表本章小结4.1直流电流的测量4.1.1直流电流的测量原理与方法4.1.2指针式直流电流表的工作原理4.1.3直流电流表的量程扩展4.1.1直流电流的测量原理与方法直流电流经过由电磁装置或电子装置构成的直流电流表，以直流表指针的偏转角度或数字的大小表示被测电流的大小，其电路连接如图4-1所示。图4-1直流电流的测量(a)(b)图4-2电流表内阻的影响对于图4-2(a)所示电路，被测电流实际值为串接

2、一个电流表（内阻为Ra）后电路如图4-2(b)所示，电流表读数值即为流过电流表的电流两者的测量误差为：2．间接测量法因此，在实际测量中，大都采用间接测量法测量电流。其方法为：当被测支路内有一个定值电阻R可以利用时，可以测量该电阻两端的直流电压U，然后根据欧姆定律I＝U/R算出被测电流，定值电阻R通常称为电流取样电阻。当被测支路无现成的电阻可利用时，也可以人为地串入一个取样电阻来进行间接测量。取样电阻的取值原则是，对被测电路的影响越小越好，一般在1～10Ω之间，很少超过100Ω。4.1.2指针式直流电流表的工作原理

3、指针式直流电流表的种类繁多，其中被广泛使用的是永久磁铁可动线圈式电表（PMMC：Permanent-MagnetMoving-Coil），其结构如图4-3所示。线圈框架的转轴上固定有一个读数指针，当线圈流过电流时，在磁场的作用下，可动线圈发生偏转，带动上面固定的读数指针偏转，指针偏转角度与流过可动线圈的电流成正比关系。通过指针指示值，即可获知被测电流的大小。PMMC主要包括：偏转装置、控制装置、阻尼装置、轴与轴承、指针、刻度、外壳、串联或并联电阻器等，下面分别予以介绍。图4-3磁电式仪表结构1．偏转装置偏转装置包

4、含有空隙的永久磁铁以及能够在此空隙内转动的可动线圈，其结构如图4-4所示。图4-4线圈在磁场中所受的作用力当电流流入线圈时，磁场与电流产生的磁力相互作用而产生一转动力矩，使线圈偏转。其转矩为（N·m）（4-2）式中，r为线圈半径（m）；β为磁通密度（Wb/m2）；l为线圈在磁场内的有效长度，N为线圈的匝数；I为流过线圈的电流（A）。由于r、β、l、N的值根据电表结构而定，故线圈所获得的转动力矩正比于流过线圈的电流，可表示为（N·m）（4-3）式中，，称为正向转矩系数。2．控制装置当线圈有电流流过时，则获得转矩而偏

5、转，不论流过的电流的大小，最后将转至两磁极间的中性面上，而无法指示出流过电流的大小。若要使线圈的偏转能指示出电流的大小，则必须对线圈的偏转加以控制。3．阻尼装置线圈产生偏转后应迅速静止在转矩与反向转矩相等的位置，但由于惯性作用，将引起指针在应指示的位置左右振动，要消除这不必要的振动以便于测试者能够迅速读取数值，必须对它加一适当的阻尼。图4-5不同阻尼时的动态响应4．轴与轴承图4-6所示为一典型的轴承装置。动圈被支持于两端装有硬尖轴的轴上，两尖轴分别在两个V型轴承内转动。尖轴的半径非常小，约为0.01～0.05mm

6、，动圈的重量所形成的压力可高至千克每平方毫米，故当电表过分剧烈振动时，就有可能损坏尖轴。精密电表一般在底部都装有减振装置，使其即使受到较严重的振动仍能自由转动。图4-6轴承示意图4.1.3直流电流表的量程扩展PMMC可动装置的直流电流表，其满度电流值不高，只能够承受较小的电流，若要测量较大的电流，须接上适当的分流电阻Rsh来扩展其测试范围。图4-7所示为一基本电流表电路.图4-7基本直流电流表其分流电阻值为：式中，Ra为电流表头内阻；Rsh为分流电阻；I为电流表的流入电流；Ia为表头所分得的电流；n为电流表扩大的

7、倍率，且n＝I/Ia。直流电流表可使用一选择开关来连接不同的分流电阻，从而改变其测试范围，图4-8为一多挡位电流表，Ifs为电表头的满刻度电流，由分流电阻R1，R2，R3而获得不同的测试范围。现在大多采用图4-9所示的艾尔顿（Ayrton）分流器，凭借改变抽头电阻的大小来改变电流测试范围。抽头电阻Rp可由下式求得：图4-8多挡位电流表图4-9艾尔顿分流器式中，Rsh为总分流电阻；Rp为抽头电阻。当流入电流表的电流为其额定电流时，电流表表头指示于满刻度位置，故流入表头的电流为其本身的满刻度电流，得式中，Im为电流表

8、的额定电流；Ifs为满刻度电流。使用艾尔顿分流器的多挡位电流表如图4-10所示。其利用选择开关来改变抽头电阻的大小，从而改变其测试范围。在切换开关时，回路成开路状态，避免了大电流流入表头而使表头损坏的现象。图4-10多挡位电流表4.2直流电压的测量4.2.1直流电压的测量原理与方法4.2.2电压表的灵敏度4.2.1直流电压的测量原理与方法直流电压的测量就