《电器测量技术》磁电系电压表（举一反三考点练）- 讲义

举一反三考点练 《电器测量技术》磁电系电压表-讲义 1. 熟悉磁电系检流计的结构和工作原理。 2. 掌握磁电系检流计的技术特性和应用。 3. 掌握磁电系检流计的使用维护方法。 知识点一 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1是磁电系电压表的基本电路，其中，Rj是附加电阻，它与测量机构串联。 图1 磁电系电压表的基本电路 Rc-表头电阻；Rj-附加电阻 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路两端。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。 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，常采用在磁电系电压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范围，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、游丝等部分随温度变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所示。 图2 多量程电压表测量线路 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：0.05mA、0.1 mA、0.2 mA、0.5 mA、1 mA、5.0mA、7.5 mA、15 mA、30 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。 2、 工作原理 在图1中，根据欧姆定律有 Ic= 即得 U=Ic（Rj+Rc）和Uc=IcRc (1) 由式(1)可知，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。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 M===1+ 则 Rj=（m-1）Rc (2) 故需选择串联的附加电阻Rj的值为测量机构内阻Rc的m-1倍。 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。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。 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3中的串并联温度补偿电路。 图3 串并联温度补偿电路 磁电系电压表由哪两部分主要组件构成（ ） A. 磁电系测量机构和变压器 B. 磁电系测量机构和测量线路--附加电阻 C. 电阻和电容 D. 电感和二极管 【答案】B 【解析】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。附加电阻与测量机构串联，用于扩大电压量程。 1. 磁电系测量机构直接测量直流电压时，其量程通常为多少（ ） A. 几十伏 B. 几百伏 C. 几十毫伏 D. 几千伏 【答案】C 【解析】磁电系测量机构直接测量直流电压时，由于过载能力小，量程通常只有几十毫伏，不能满足实际测量需要。 2. 为了扩大磁电系电压表的电压量程，通常采用什么方法（ ） A. 并联附加电阻 B. 串联附加电阻 C. 增加表头电阻 D. 减小表头电阻 【答案】B 【解析】为了扩大磁电系电压表的电压量程，常采用在测量机构上串联附加电阻的方法，使流过测量机构的电流不超过允许范围。 3. 附加电阻通常用什么材料绕制而成（ ） A. 铜丝 B. 铝丝 C. 锰铜丝 D. 铁丝 【答案】C 【解析】附加电阻通常用温度系数很小的锰铜丝绕制而成，以减小温度变化对测量结果的影响。 1. 定值附加电阻的额定电流值不包括以下哪个选项（ ） A. 0.05mA B. 0.5mA C. 50mA D. 5mA 【答案】C 【解析】按国家标准规定，定值附加电阻的额定电流值包括0.05mA、0.1 mA、0.2 mA、0.5 mA、1 mA、5.0mA、7.5 mA、15 mA、30 mA及60 mA，不包括50mA。 2. 当需要将磁电系测量机构的电压量程扩大m倍时，附加电阻Rj应为测量机构内阻Rc的多少倍（ ） A. m倍 B. 1/m倍 C. m-1倍 D. m+1倍 【答案】C 【解析】设需将磁电系测量机构的电压量程扩大m倍，则附加电阻Rj=（m-1）Rc，即附加电阻应为测量机构内阻的m-1倍。 3. 电压表铭牌上标注的内阻单位是什么（ ） A. Ω B. V C. A D. Ω/V 【答案】D 【解析】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，单位为Ω/V。 · 磁电系电压表的基本构成：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。附加电阻与测量机构串联，用于扩大电压量程，防止测量机构过载。附加电阻通常用温度系数小的锰铜丝绕制，以减小温度对测量的影响。 · 磁电系电压表的工作原理与量程扩展：磁电系电压表通过附加电阻分压，使流过测量机构的电流不超过允许值，从而扩大电压量程。选择合适的附加电阻，可将电压量程扩大m倍。电压表内阻为测量机构电阻与附加电阻之和，内阻越大，测量误差越小。 · 定值附加电阻的选择与使用：定值附加电阻的额定电流值需与磁电系电压表测量机构的满偏电流相同。使用时，定值附加电阻可与相同额定值的任何一只磁电系电压表配用，提高电压表的通用性和灵活性。正确选择和使用定值附加电阻，对确保电压表量程准确、提高测量精度至关重要。 知识点二 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2kΩ/V至100k/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。 磁电系电压表利用外附附加电阻后，量程可以从（ ） A. 微伏级至毫伏级 B. 毫伏级至千伏级 C. 伏级至千伏级 D. 微伏级至伏级 【答案】B 【解析】磁电系电压表利用外附附加电阻，其量程可以从毫伏级至千伏级。 1. 磁电系电压表的内阻范围一般是（ ） A. 2Ω/V至100Ω/V B. 2kΩ/V至100kΩ/V C. 2MΩ/V至100MΩ/V D. 200Ω/V至1kΩ/V 【答案】B 【解析】由于磁电系测量机构的灵敏度较高，磁电系电压表的内阻较高，可以从2kΩ/V至100kΩ/V。 2. 磁电系电压表主要应用于测量（ ） A. 交流电压 B. 直流电压 C. 交直流电压均可 D. 脉冲电压 【答案】B 【解析】磁电系电压表主要应用于直流电压的测量。 3. 磁电系电压表可以制成以下哪种类型（ ） A. 仅便携式 B. 仅安装式 C. 便携式和安装式 D. 悬挂式 【答案】C 【解析】磁电系电压表可以制成便携式和安装式电压表。 1. 以下关于磁电系电压表对被测电路影响的说法，正确的是（ ） A. 影响大，因为内阻低 B. 影响小，因为内阻高 C. 影响大小与内阻无关 D. 影响大小随机 【答案】B 【解析】磁电系电压表内阻较高，对被测电路影响小。 2. 磁电系测量机构的灵敏度较高，这对磁电系电压表内阻的影响是（ ） A. 使内阻降低 B. 使内阻升高 C. 对内阻无影响 D. 先降低后升高 【答案】B 【解析】由于磁电系测量机构的灵敏度较高，所以磁电系电压表的内阻较高。 3. 磁电系电压表在科研领域的应用主要是因为其（ ） A. 价格便宜 B. 量程范围广且内阻高 C. 外观精美 D. 操作简单 【答案】B 【解析】磁电系电压表量程范围较广，内阻较高对被测电路影响小，所以被广泛应用于科研等领域。 · 量程范围：磁电系电压表量程范围广，借助外附附加电阻，能从毫伏级拓展到千伏级。这一特性使其能适应不同大小的直流电压测量需求，无论是微小的电子元件电压，还是大型电气设备的较高电压，都可进行准确测量，应用场景广泛。 · 内阻特性：磁电系电压表内阻较高，范围在2kΩ/V至100k/V。高内阻使得它在测量直流电压时，对被测电路的分流影响极小，能更精准地反映被测电路的实际电压，保证测量结果的准确性，在精密测量和要求高的场合发挥重要作用。 · 应用类型与场景：磁电系电压表可制成便携式和安装式。便携式方便携带，适用于野外、移动检测等场景；安装式能固定在仪表盘等位置，便于长期监测。它主要应用于直流电压测量，在科研、教学及工矿企业生产中都有广泛应用，为各领域的直流电压测量提供可靠工具。 知识点三 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，如图1所示。这种方法可以测量10-3~102V的直流电压。 图1 直流电压的测量方法 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γ的 1/5。 例1 用量程100V的电压表去测2kΩ负载上的电压(80V)，要求由于内阻而产生的测量结果的误差不大于1.0%，应选用内阻为多大的电压表? 解：根据规定 ≤γ 故有 Rv≥5R/γ=kΩ=1MΩ 即应选用内阻大于1MΩ(或每伏电阻大于15kΩ)的电压表。 例2 有一磁电系测量机构，其满偏电流为200μA，内阻为250Ω，欲改成量程100V的电压表，应接多大的附加电阻? 解：先求测量机构压降 Uc=IcRc=200×10-6×250V=0.05V 其电压量程扩大倍数 M===2000 由式知识点一式(2)可得附加电阻 Rj=(m-1)Rc=(2000-1)×250Ω=499.75kΩ 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“－"端钮接人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。 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，可测量的直流电压范围是（ ） A. 10-6~103V B. 10-3~102V C. 10-2~103V D. 10-1~104V 【答案】B 【解析】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，这种方法可以测量10-3~102V的直流电压。 1. 用量程100V的电压表去测2kΩ负载上的电压(80V)，要求由于内阻而产生的测量结果的误差不大于1.0%，应选用内阻大于（ ）的电压表。 A. 500kΩ B. 1MΩ C. 1.5MΩ D. 2MΩ 【答案】B 【解析】根据规定，Rv≥5R/γ ，R = 2kΩ，γ = 1.0%，计算可得Rv≥1MΩ。 2. 有一磁电系测量机构，其满偏电流为200μA，内阻为250Ω，欲改成量程100V的电压表，其电压量程扩大倍数为（ ） A. 1000 B. 1500 C. 2000 D. 2500 【答案】C 【解析】先求测量机构压降Uc = IcRc = 200×10^-6×250V = 0.05V，量程为100V，则电压量程扩大倍数M = 100/0.05 = 2000。^[3]^ 3. 对于多量程电压表，当需要变换量程时，正确的操作是（ ） A. 直接改变量程 B. 将电压表与被测电路断开后再改变量程 C. 先改变量程再接入电路 D. 不用断开电路，随意改变量程 【答案】B 【解析】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。 1. 不使用量程较小的电压表，如毫伏表、微伏表时，正确的保管方式是（ ） A. 不用特殊处理 B. 将其正负端钮用导线短接 C. 暴露在强电磁场中 D. 随意放置 【答案】B 【解析】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。 2. 磁电系电压表接入电路后，若有部分电流流过电压表，当仪表内阻不够大时，会造成（ ） A. 测量更准确 B. 对测量无影响 C. 很大的测量误差甚至不能测量 D. 电压表损坏 【答案】C 【解析】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。 3. 测量时应将电压表（ ）接入被测电路。 A. 串联 B. 并联 C. 串并联混合 D. 任意方式 【答案】B 【解析】测量时应将电压表并联接入被测电路。 · 直流电压测量方法：工程测量常用磁电系电压表与负载并联测直流电压，范围10-3 - 102V。接入电路会有电流流过电压表，若内阻不合适会改变负载电流，造成误差甚至无法测量，所以要求内阻Rv远大于负载电阻R，规定R与Rv之比小于允许相对误差γ的1/5。 · 磁电系测量机构改电压表：先求测量机构压降Uc = IcRc，再算电压量程扩大倍数M = 欲测电压量程/Uc，最后根据Rj = (M - 1)Rc算出附加电阻。例如满偏电流200μA、内阻250Ω的机构改成100V量程表，经计算附加电阻为499.75kΩ，以此扩大电压量程。 · 磁电系电压表使用维护：使用时要正确选表，考虑准确度等级、量程、内阻等；并联接入，注意端钮连接顺序；多量程表换量程先断开电路；不用时按说明书保管，量程小的短接正负端钮防干扰。正确使用维护能保证测量准确性和电压表寿命。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$