2.4 磁电系电压表（课件）-《电气测量技术》同步精品课堂（高教版）

《电气测量技术》（第4版）高等教育出版社 同步精品课程——中职专业课 项目2 磁电系仪表 磁电系电压表（第4课时） 知识目标 1.能够准确描述磁电系电压表的基本结构，包括永久磁铁、可动线圈、游丝、指针等核心部件的名称、形状、位置关系及其在电压测量过程中的作用。 2.深入理解磁电系电压表的工作原理，能够运用电磁感应定律和力矩平衡原理，详细解释可动线圈在磁场中如何因电流通过而受力转动。 能力目标 1.能够仔细观察磁电系电压表的实物结构，识别其各个部件的特征和连接方式，并能通过观察电压表在不同电压下的指针偏转情况。 2.在学习磁电系电压表的工作原理、技术特性及应用时，引导运用逻辑思维分析各知识点之间的内在联系 情感目标 1.通过对磁电系电压表结构和工作原理的探究，激发对物理电学知识的好奇心和探索欲，培养对科学技术的浓厚兴趣和热爱之情。 2.在学习电压表的技术特性和应用过程中，感受到物理知识与实际生活和工程技术的紧密联系，增强将理论知识应用于实践的意识。 学习目标 项目2 磁电系仪表 导入情景 01 磁电系电压表 新知学习 02 一、结构和工作原理 1.结构 磁电系电压表由磁电系测量机构和测量线路——附加电阻组成。图 2-14 是磁电系压表的基本电路,其中,R; 是附加电阻,它与测量机构串联。 利用磁电系测量机构也可以直接测量直流电压,其接线方法是将表头并联在被测电两端。但由于其过载能力很小,因此量程很小,只有几十毫伏,不能满足实际测量的需要。 新知学习 02 一、结构和工作原理 为了能够测量较高的电压，又不使测量机构的电流超过允许的值,常采用在磁电系电E表测量机构上串联附加电阻的办法。这样,既可以使流过测量机构的电流不超过允许的围,又可对测量机构构成串联温度补偿电路,以补偿测量机构的动圈、游丝等部分随温度化而变化对测量的影响。 利用多个与测量机构串联的附加电阻,可以构成多量程电压表,如图 2-15 所示。 新知学习 02 一、结构和工作原理 附加电阻用温度系数很小的锰铜丝绕制而成，通常制成内附式装在表壳内部。但也有外附附加电阻的形式,外附附加电阻是具有单独外壳的独立部件。 一般外附附加电阻只能与指定配套电压表配用,而定值外附附加电阻可与相同额定值的任何一只磁电系电压表配用。 按国家标准的规定,定值附加电阻的额定电流值为:0.05 mA0.1 mA0.2 mA0.5 mA1mA5.0mA7.5 mA15 mA30 mA及60 mA。使用时需选择其额定电流与所用磁电系电压表测量机构的满偏电流相同的定值附加电阻。 新知学习 02 一、结构和工作原理 2.工作原理 在图2-14 中,根据欧姆定律有 即得 附加电阻与测量机构串联后,测量机构两端的电压 Uc只是被测电路a、b 两点间电压U 的一部分,而另一部分电压被附加电阻 Rj所分压。 新知学习 02 一、结构和工作原理 如果适当选择附加电阻 Rj的大小,即可将测量机构的电压量程扩大到所需要的范围。设需将磁电系测量机构的电压量程扩大 m倍，即 则 故需选择串联的附加电阻 R的值为测量机构内阻 Rc的 m-1倍。 新知学习 02 一、结构和工作原理 另外,在选定测量机构的前提下,串联的附加电阻越大,仪表对电压的灵敏度就越低,电压量程就越大。 在测量电压时,由于磁电系电压表并接于被测电路的两端,因此其内阻的大小是电压表的一个重要参数。 内阻越大,则电压表接入被测电路后的分流作用越小,对被测电路工作状态的影响就越小,测量误差就越小。显然,电压表的内阻应为测量机构的电阻 Rc与附加电阻 Rj 之和。 新知学习 02 一、结构和工作原理 测量机构确定后,其电阻 Rc基本不变,而附加电阻 Rj 的大小与其量程有关因此,对一定的电压表,量程越大则内阻也越大。 所以,电压表铭牌上标注的内阻,是电压表各量程的内阻与相应电压量程值的比值,其单位为 Ω/V。就同样量程而论，这个比值越大的电压表其内阻就越大。磁电系电压表的内阻可达 kΩ/V 以上。 新知学习 02 一、结构和工作原理 另外,由于附加电阻的选择与测量机构的灵敏度有关,因此对量程不同的电压表而言，内阻越高，则该电压表的表头灵敏度越高。反过来,要制造高内阻电压表，必须选择灵敏度较高的磁电系测量机构。 最后需要说明一点，当磁电系电压表的量程较小时，如毫伏表,其串联的附加电阻阻值较小,因而对表头不能提供足够的温度补偿。所以，此时应采用图2-16中的串并联温度补偿电路。 新知学习 02 二、技术特性和应用 磁电系电压表除具有磁电系仪表共同的技术特性外，还具有以下特性: (1)量程范围较广。利用外附附加电阻,其量程可以从毫伏级至千伏级。 (2)内阻较高,对被测电路影响小。由于磁电系测量机构的灵敏度较高，因此，磁电系电压表的内阻较高,可以从2 kΩ/V 至100 kΩ/V。 磁电系电压表主要应用于直流电压的测量,可以制成便携式和安装式电压表，被广泛应用于科研、教学及工矿企业生产中。 新知学习 02 三、直流电压的测量方法和磁电系电压表的使用维护方法 1.直流电压的测量方法 在工程测量中,通常利用磁电系电压表直接与负载并联来测量负载上的直流电压，如2-17所示。这种方法可以测量 ~V的直流电压。 新知学习 02 三、直流电压的测量方法和磁电系电压表的使用维护方法 由于电压表与负载是并联的,所以电压表接入电路后,将有部分电流流过电压表,即流过负载电阻的电流与电压表接入前不相同。 如果所选择的仪表类型不合适,仪表的内阻不是足够大时,电压表的接入将严重改变原有的工作状况造成很大的测量误差，甚至根本不能进行测量，所以为了减小电压表接入电路对其工作状态的影响,要求内阻 Rv 远大于负载电阻 R。一般规定,R 与 Rv 之比应小于允许相对误差 的1/5。 新知学习 02 三、直流电压的测量方法和磁电系电压表的使用维护方法 2.使用维护方法 使用磁电系电压表时,应注意以下几点: (1)正确选择磁电系电压表。根据被测电路的性质以及测量的目的，合理选择其准确度等级、量程、内阻、使用条件等技术指标。 (2) 测量时应将电压表并联接入被测电路。先把电压表的“-”端钮接入被测电路的低电位端，然后再把“+”端钮接入被测电路的高电位端。 (3) 对于多量程电压表,当需要变换量程时,应将电压表与被测电路断开后,再改变量程。 (4) 不使用电压表时,应按电压表的技术说明书的要求妥善保管。对量程较小的电压表,如毫伏表、微伏表,不使用时应将其正负端钮用导线短接以避免外界电磁脉冲的干扰,使电压表损坏。 小试牛刀 题目 1： 磁电系电压表工作时，可动线圈中的电流与被测电压的关系是（ ）。 A. 成正比 B. 成反比 C. 平方关系 D. 无确定关系 答案：A 解析：根据磁电系表头的工作原理，可动线圈所受电磁力与电流成正比，而表头灵敏度一定时，电流与被测电压成正比，所以可动线圈中的电流与被测电压成正比。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 2： 磁电系电压表的磁场是由（ ）提供的。 A. 通入电流的线圈 B. 永久磁铁 C. 铁芯 D. 以上都不是 答案：B 解析：磁电系电压表利用永久磁铁建立稳定磁场，可动线圈在该磁场中转动实现电压测量。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 3： 磁电系电压表的主要优点不包括（ ）。 A. 准确度高 B. 灵敏度高 C. 能直接测量交流电压 D. 刻度均匀 答案：C 解析：磁电系电压表只能测量直流电压，要测量交流电压需加整流装置。其优点有准确度高、灵敏度高、刻度均匀等。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 4： 磁电系电压表适合用于（ ）测量。 A. 高频交流电压 B. 低频交流电压 C. 直流电压 D. 交直流电压均可 答案：C 解析：磁电系电压表本身结构决定其主要用于直流电压测量，测量交流电压需改装。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 5： 当被测直流电压超过磁电系电压表量程时，（ ）。 A. 会损坏电压表 B. 指针会满偏 C. 指针会反偏 D. 可扩大量程后再测量 答案：D 解析：超过量程可能损坏电压表，一般不能让这种情况发生，应扩大量程后再测量，指针满偏是在量程内且电压值等于量程时的情况，正常连接不会反偏。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 6： 测量直流电压时，若电压表指针不动，可能原因是（ ）。 A. 电压表量程选小了 B. 电压表量程选大了 C. 电压表未正确连接或内部电路故障 D. 被测电压为零 答案：C 解析：量程选小可能指针满偏，量程选大指针偏转小但不会不动，被测电压为零指针应指零位，指针不动多是连接或内部故障。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 7： 磁电系电压表使用前应（ ）。 A. 机械调零 B. 电气调零 C. 无需调零 D. 随意操作 答案：A 解析：使用前应进行机械调零，使指针在未测量时指在零刻度线，电气调零一般用于电磁系仪表等。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 8： 若发现磁电系电压表测量值不准确，可能是（ ）原因。 A. 表头永久磁铁磁性减弱 B. 游丝弹性改变 C. 内部电阻变质 D. 以上都有可能 答案：D 解析：表头永久磁铁磁性减弱、游丝弹性改变、内部电阻变质等都可能导致电压表测量不准确，影响其灵敏度和分压比例等。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 9： 简述磁电系电压表的结构和工作原理。 答案： 结构：主要由永久磁铁、可动线圈、游丝、指针、刻度盘等组成。永久磁铁产生恒定磁场，可动线圈位于磁场中，通过游丝与外部电路连接，指针固定在可动线圈的转轴上，刻度盘用于指示测量值。 工作原理：当被测电压加在可动线圈两端时，有电流通过可动线圈，根据左手定则，可动线圈在磁场中受到电磁力的作用而发生转动。游丝产生反作用力矩，当电磁力矩与游丝的反作用力矩平衡时，可动线圈停止转动，指针指示出相应的电压值。由于电磁力与电流成正比，而电流与被测电压成正比，所以指针的偏转角度与被测电压成正比。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 10： 有一磁电系测量机构,其满偏电流为 200A,内阻为 250Ω ,欲改成量100 V的电压表,应接多大的附加电阻? 答案： 先求测量机构压降 其电压量程扩大倍数 由此可得附加电阻 尝试解答下面习题 课堂小结 03 1.磁电系电压表主要由永久磁铁、可动线圈、游丝、指针等部件构成。永久磁铁建立恒定磁场，当直流电压施加于可动线圈两端时，电流通过可动线圈，依据左手定则，可动线圈在磁场中受电磁力作用而转动。 2.磁电系电压表具有多方面显著的技术特性。其准确度高，能够为测量提供较为精确的结果；灵敏度出色，可敏锐捕捉微小电压变化；刻度均匀，方便读取测量数值；内阻较大，接入电路时对被测电路的分流作用小，从而减小测量误差。 3.直流电压测量方法：使用磁电系电压表测量直流电压时，要将其并联在被测直流电路两端，确保被测电压准确加载于电压表输入端。 作业布置 04 简述磁电系电压表的工作原理。 说明磁电系电压表在使用过程中的注意事项。 感谢观看 $$