电流与电压的测量

这是一篇关于电流与电压的测量的思维导图，主要内容包括：使用与选择，万用电表（注意事项），测量用互感器，仪表结构，测量方法。

电流与电压的测量

• 测量方法
  • 直接测量：测量电流、电压一般都用直接测量，即用直读式模拟或 数字的电流、电压表。
    • 直读式（测量误差为0.1%~2.5%）
    • 比较法（误差范围0.005%~0.1%）
  • 间接测量：在特殊情况下，可以用间接法测量。例如在已焊好元件的印制板上，通过测量某电阻两端电压求得电流，或测量通过电阻的电流，求出电阻两端的压降。
  • 精密测量
    • 可以采用补偿法，电压可以用电位差计，电流的精密测量可以 用电位差计和标准电阻，通过测量标准电阻的压降，求得电流值。
• 仪表结构
  • 电动系仪表
    • 结构
      • 固定
      • 可动
    • 工作原理：电动系仪表的固定线圈通人直流电产生一磁场，其磁感应强度为B，若可动线圈通人电流之，则可动线圈在磁场中受到电磁力F并在这个力的作用下产生偏转
    • 技术性能
      • .使用范围：可用于测量直流也可以测量交流，或交直流两用。准 确度高于电磁系。
      • 刻度特性：电动系仪表和电磁系一样刻度呈平方律特性，但作为 功率表使用时，则其刻度为均匀等分。
      • 准确度:由于内部没有铁磁材料，无磁滞和涡流效应，准确度 高，但机械结构比较脆弱，过载能力差。
      • 抗干扰性能:工作磁场弱，抗干扰性能差。一般采用磁屏蔽和无定位 结构的措施。
    • 扩程方法：与电磁系电流表一样，电动系电流表也不用分流器办法扩大量程， 而是采用改变线圈匝数的办法。（线圈匝数增加，内阻和功耗增大，其内阻大于电磁系）；作为电压表使用时，可以根据量程大小，串联不同的附加电阻。
  • 磁电系仪表
    • 结构
      • 外磁式：永久磁铁在可动线圈外
      • 内磁式：结构紧凑，耗材少
      • 内外磁式：加强磁感应强度
    • 工作原理
      • 驱动力矩M=2BlINr
      • 反作用力矩
      • 阻尼力矩
    • 技术性能
      • 灵敏度、表耗功率、准确度：由于永久磁铁与铁心间的气隙小，气隙间的磁感应强度比较强，所以磁电系仪表有比较高的灵敏度。磁感应强度较强时，驱动力矩大，可采用反作用力矩系数比较大的游丝,有较大的定位力矩，使摩擦力矩的影响减小。内部磁场强度大，外磁场影响相对弱，可获得较高的准确度。高灵敏度，通过的电流小，表耗功率低，对被测电路的影响小。
      • 刻度特性：用于测量直系仪表的指针偏转角与可动线圈的电流/电压成正比，标尺的刻度均匀等分，易于标尺的制作。
      • 使用范围：直接使用只能用于测直流，若在交流范围使用，必须配整流器。
    • 扩程方式
      • 作为电流表使用时，被测电流需要通过游丝和可动线圈，它们都是截面积极小的金属丝，所以直接测量电流时的最大量程只能是微安或毫安级。 磁电系仪表作为电流表测大电流时，可以通过分流器扩大其量程，也可并联若干电阻，通过更换接头，组成多量程的电流表。
  • 电磁系仪表
    • 结构
      • 吸引型
      • 推斥型
      • 吸引-推斥型
    • 工作原理
      • 转动力矩：吸引型的转动力矩是利用线圈通电对可动铁心产生吸引力， 使指针偏转，对线圈的磁场能量求导数，得此时转动力矩
      • 反作用力矩：采用游丝，设其反作用力矩系数为D。
      • 阻尼力矩：一般采用磁感应阻尼。
    • 技术性能
      • 使用范围：电磁系仪表既能测量直流，也能测量交流。由于可动铁心受力方向与 线圈电流方向无关，线圈电流方向改变时，线圈磁极性和铁心磁极性同时 改变，所以能保持受力方向不变。
      • 刻度特性
        • dl/da为常数时，指针偏转角与被测电流的平方成正比，所以标尺呈平方律 特性，前密后疏；
        • dl/da不为常数时，如果适当选择铁心形状、调节铁心与线圈相对位置，刚 好能补偿平方律前密后疏的特点，使刻度均匀，但均匀刻度很难做到。
      • 防干扰性能：电磁系仪表由于线圈磁场的工作气隙大，磁场相对比较弱，因 此外磁场的影响比较明显，需要进行屏蔽或采用无定位结构。
    • 扩程方法
      • 低量限（毫安级）：低量限电流表，电流小，需匝数多，增加线圈的电容和和 电感引起频率误差，故不宜太高；
      • 高量限（200-300A）：电流大，匝数少，空心或多股避免趋肤效应；大电流导线 位于仪表附近产生的磁场将引起仪表的误差，所以不宜太高。
  • 电子系仪表
• 测量用互感器
  • 用途
    • 1.隔离高压。 2.降低仪表表耗。3.节省设备投资，一个互感器可以接多个仪表。4.一表多用。
  • 工作原理：电压互感器相当于空载变压器，与电压表并联用。被测电压等于接在二次绕组的电压表读数乘以电压互感器的电压变比(忽略内阻压降)。电压互感器二次绕组不许短路。
  • 误差
    • 变比误差：额定变比不等于实际变比，按额定变比计算出的一次测电压和电流存在误差；
    • 相位误差：由于绕组内阻抗过大，和磁化电流过大，电压互感器的一、二次绕组的电压相位差，或电流互感器的一、二次绕组的电流相位差不等于180°，
  • 使用及注意事项
  • 钳式电流表是电流互感器和电流表的组合，可不断开电路，并在设备仍运 行的条件下，测量电流，用于电路维修；
• 万用电表（注意事项）
  • 直流电流测量电路
  • 直流电压测量电路
  • 交流电压测量电路
  • 直流电阻测量电路
  • 音频电平测量电路
• 使用与选择
  • 量程：电流表、电压表选用量程要大于被测量；选择量程根据被测量的大小选择仪表的量程，合理的量程仪表的准确度才有意义，一般不要使用标尺的前四分之一段
  • 使用方法
    • 电流表：电压表“并联”在线路中；不能串入电路，其内阻大，造成电路开路；
    • 电压表：电压表“并联”在线路中；不能串入电路，其内阻大，造成电路开路；
  • 选择仪表类型：要根据被测电流、电压的性质，是交流还是直流，是否正弦波、波形是否对称选择合适的仪表。若测量对象是非正弦波，而使用按正弦波刻度的电流、电压表，一般还需将测量结果作必要的换算，以求正确值。
  • 选择仪表准确度 要根据测量误差要求，选择仪表的准确度和相应配套扩程设备的准确度， 例如选用互感器的准确度要比仪表本身的准确度高出2~3倍。
  • 选择内阻 根据被测电路的阻抗大小，选择仪表的内阻，避免接入时影响电路状态。电压 表内阻尽量大，量程越大内阻越大；电流表内阻尽量小，量程越大，内阻越小
  • 选择工作条件 根据使用环境，选择适合该环境使用的电压电流表，如是否要求防尘、防爆