《电气测量技术》电动系测量机构（举一反三考点练）- 讲义

举一反三考点练 《电气测量技术》电动系测量机构-讲义 1. 熟悉电动系测量机构的结构。 2. 熟悉电动系测量机构的工作原理。 3. 熟悉电动系测量机构的技术特性。 知识点一 结构 电动系测量机构的结构如图1所示。它有两个线圈，固定线圈(简称定圈)和可动线圈(简称动圈)。定圈分为两个部分，平行排列，这样使定圈两部分之间的磁场比较均匀；动圈与转轴固定连接，一起放置在定圈的两部分之间。反作用力矩由游丝产生；阻尼力矩由空气阻尼器产生。 图1　电动系测量机构的结构示意图 另外，有一种仪表被称为铁磁电动系仪表，它与一般电动系仪表在结构上的区别是，其定圈是绕在由硅钢片叠成的铁轭中，而动圈则处于铁轭磁路的气隙中，如图２所示。 图2　铁磁电动系测量机构 电动系测量机构由哪两个主要线圈组成（ ） A. 定圈和励磁线圈 B. 定圈和动圈 C. 动圈和励磁线圈 D. 初级线圈和次级线圈 【答案】B 【解析】电动系测量机构由固定线圈（定圈）和可动线圈（动圈）组成。 1. 定圈在电动系测量机构中的作用是什么（ ） A. 产生感应电流 B. 提供反作用力矩 C. 产生均匀磁场 D. 作为阻尼元件 2. 电动系测量机构中，反作用力矩是由什么产生的（ ） A. 空气阻尼器 B. 游丝 C. 磁场相互作用 D. 弹簧 【答案】B 【解析】反作用力矩在电动系测量机构中由游丝产生。 3. 铁磁电动系仪表与一般电动系仪表的主要结构区别是什么（ ） A. 铁磁电动系仪表有额外的铁芯 B. 铁磁电动系仪表的定圈绕在铁轭中 C. 铁磁电动系仪表使用空气阻尼 D. 铁磁电动系仪表没有动圈 【答案】B 【解析】铁磁电动系仪表的定圈绕在由硅钢片叠成的铁轭中，动圈处于铁轭磁路的气隙中。 1. 电动系测量机构中，阻尼力矩主要由什么提供（ ） A. 游丝 B. 磁场 C. 空气阻尼器 D. 弹簧片 【答案】C 【解析】阻尼力矩在电动系测量机构中主要由空气阻尼器提供。 2. 在电动系测量机构中，动圈与什么部件固定连接（ ） A. 定圈 B. 转轴 C. 游丝 D. 铁轭 【答案】B 【解析】动圈与转轴固定连接，一起放置在定圈的两部分之间。 3. 铁磁电动系测量机构中，动圈处于什么位置（ ） A. 定圈外部 B. 铁轭外部 C. 铁轭磁路的气隙中 D. 定圈与游丝之间 【答案】C 【解析】铁磁电动系仪表的动圈处于铁轭磁路的气隙中。 · 电动系测量机构的基本构成：电动系测量机构主要由固定线圈（定圈）和可动线圈（动圈）组成，定圈产生均匀磁场，动圈与转轴固定连接并置于定圈之间，通过电磁力作用实现测量。 · 铁磁电动系仪表的特点：铁磁电动系仪表在结构上与一般电动系仪表的主要区别在于其定圈绕在铁轭中，动圈处于铁轭磁路的气隙中。这种结构增强了磁场并使其更加均匀，提高了测量的灵敏度和准确性。 · 电动系测量机构的工作原理与阻尼机制：电动系测量机构利用定圈和动圈之间的电磁力作用使动圈转动，游丝产生反作用力矩与之平衡。空气阻尼器提供阻尼力矩，使指针快速稳定在平衡位置，避免长时间摆动，提高测量效率。 知识点二 工作原理 当电动系仪表工作时，定圈和动圈中都必须通以电流，设定圈中通过的电流为I1，动圈中通过的电流为I2。I1的作用是在定圈中建立磁场，磁场的强弱除与I1有关外，还与定圈的匝数等参数有关；磁场方向由右手螺旋定则确定。对于一个已制成的仪表，定圈的参数是固定不变的。因此，磁场的强弱只与I1有关，而且是正比于I1的。当动圈中通以电流I2时，磁场将对I2产生一个电磁力F，使可动部分获得转动力矩M而偏转。其电磁力F的大小(即转动力矩M的大小)与磁场强弱、电流I2大小以及动圈尺寸，形状有关；其方向由左手定则确定。如果I1、I2同时改变方向，用左手定则判断可知，电磁力F的方向不变，即转动力矩M的方向不变，如图1所示。所以电动系测量机构既能测量直流又可测量交流。 图1 动力矩产生的示意图 当电动系仪表用于直流电路的测量时，由电工学知识可知，转动力矩M与电流I1和I2的乘积成正比，即 M∝ I1I2 式中，M为动圈所受到的转动力矩； I1、I2为定圈和动圈中的电流。 当用于交流电路的测量时有 M∝I1I2cosφ 式中，M为动圈所受到的转动力矩的平均值； I1、I2：为定圈和动圈中电流有效值； φ为定圈中电流I1与动圈中电流I2之间的相位差角。 由此可见，当用于交流电路的测量时，转动力矩不仅与两线圈的电流有关，而且还与两电流的相位差的余弦有关。 当可动部分偏转一角度α而达到平衡位置时，其游丝产生的反作用力矩为Mf=Dα，根据M=Mf的平衡条件可得 当用于直流电路测量时 α∝I1I2 当用于交流电路测量时 α∝I1I2cosφ 对于铁磁电动系测量机构来说，它的工作原理与电动系测量机构完全相同。但是由于其内部有铁磁物质构成的磁路，因此大大加强了由固定线圈所建立的磁场，可以在较小的电流下获得较大的转动力矩(与普通电动系仪表相比，在相同电流下，转动力矩可增大到100倍以上)，从而大大削弱了外磁场对测量的影响。所以，在一般情况下，它用不着特殊的防外磁场的装置，并可采用磁感应阻尼器，这样就大大简化了仪表的结构。但是由于采用了铁磁物质，必然带来磁滞误差和交流频率误差，所以其准确度不高。 当电动系仪表定圈中通过电流I1时，其主要作用是（ ） A. 产生电磁力 B. 在定圈中建立磁场 C. 使可动部分偏转 D. 产生反作用力矩 【答案】B 【解析】当电动系仪表工作时，定圈中通过的电流I1的作用是在定圈中建立磁场，磁场的强弱除与I1有关外，还与定圈的匝数等参数有关。A选项产生电磁力是磁场对动圈中电流I2的作用；C选项使可动部分偏转是电磁力作用的结果；D选项产生反作用力矩的是游丝。 1. 对于一个已制成的电动系仪表，定圈中磁场强弱与下列哪项无关（ ） A. 定圈匝数 B. 定圈中电流I1 C. 动圈中电流I2 D. 定圈参数 【答案】C 【解析】对于一个已制成的仪表，定圈的参数是固定不变的，磁场的强弱除与I1有关外，还与定圈的匝数等参数有关，与动圈中电流I2无关。 2. 当动圈中通以电流I2时，磁场对I2产生的电磁力F方向由什么确定（ ） A. 右手螺旋定则 B. 左手定则 C. 安培定则 D. 楞次定律 【答案】B 【解析】当动圈中通以电流I2时，磁场将对I2产生一个电磁力F，其方向由左手定则确定。右手螺旋定则用于判断磁场方向；安培定则一般也指右手螺旋定则；楞次定律用于判断感应电流方向。 3. 若I1、I2同时改变方向，电动系测量机构的转动力矩M方向（ ） A. 改变 B. 不变 C. 先变后不变 D. 无法确定 【答案】B 【解析】如果I1、I2同时改变方向，用左手定则判断可知，电磁力F的方向不变，即转动力矩M的方向不变。 1. 电动系仪表用于直流电路测量时，转动力矩M与（ ）成正比。 A. I1 B. I2 C. I1 + I2 D. I1I2 【答案】D 【解析】当电动系仪表用于直流电路的测量时，由电工学知识可知，转动力矩M与电流I1和I2的乘积成正比，即M∝ I1I2。 2. 电动系仪表用于交流电路测量时，转动力矩M与（ ）有关。 A. 仅与I1有关 B. 仅与I2有关 C. 与I1I2和两电流相位差的余弦有关 D. 与I1 + I2和两电流相位差有关 【答案】C 【解析】当用于交流电路的测量时有M∝I1I2cosφ，式中，M为动圈所受到的转动力矩的平均值；I1、I2为定圈和动圈中电流有效值；φ为定圈中电流I1与动圈中电流I2之间的相位差角。 3. 铁磁电动系测量机构在相同电流下，转动力矩可增大到普通电动系仪表的（ ）以上。 A. 10倍 B. 50倍 C. 100倍 D. 200倍 【答案】C 【解析】对于铁磁电动系测量机构来说，由于内部有铁磁物质构成的磁路，大大加强了由固定线圈所建立的磁场，可以在较小的电流下获得较大的转动力矩，与普通电动系仪表相比，在相同电流下，转动力矩可增大到100倍以上。 · 电动系仪表工作原理基础：电动系仪表工作时，定圈和动圈都要通电流。定圈电流I1建立磁场，磁场强弱与I1和定圈参数有关，方向由右手螺旋定则确定。动圈电流I2在磁场中受电磁力F产生转动力矩M使可动部分偏转，F大小与磁场、I2及动圈尺寸形状有关，方向由左手定则确定。I1、I2同向变时，M方向不变，故能测直流和交流。 · 电动系仪表测量不同电路的转动力矩特点：测直流电路时，转动力矩M与I1和I2乘积成正比，即M∝ I1I2；测交流电路时，M与I1、I2有效值及两电流相位差余弦成正比，即M∝I1I2cosφ。平衡时，游丝反作用力矩Mf = Dα，直流测量α∝I1I2，交流测量α∝I1I2cosφ，通过偏转角反映电流参数。 · 铁磁电动系测量机构的特性：铁磁电动系测量机构工作原理与电动系相同，但内部有铁磁物质构成磁路，加强了磁场，相同电流下转动力矩比普通大100倍以上，可不设特殊防外磁场装置，采用磁感应阻尼器简化结构。不过，采用铁磁物质带来磁滞误差和交流频率误差，导致准确度不高，适用于对准确度要求不高的场合。 知识点三 技术特性 1. 准确度高。由于电动系仪表中没有铁磁物质，基本上不存在涡流和磁滞的影响，所以其准确度很高，可以达到0.1至0.05级。 2. 可以交直流两用。在交流测量中，其频率范围比较宽，额定工作频率在15~2500Hz，扩大频率范围能达到5000~10000Hz。对于非正弦交流电路电动系仪表也同样适用。 3. 能够构成多种线路测量多种参数，如电压、电流、功率、频率和相位差等。 4. 易受外磁场影响。这是由于电动系仪表的定圈磁场较弱的缘故。在一些准确度较高的仪表中，要采用磁屏蔽的装置，甚至改变结构，采用无定位结构，以消除外磁场对测量的影响。 5. 仪表本身消耗的功率较大。与电磁有铁磁物质，基本上不存在涡流和磁滞的影响，所表的内阻较小。 6. 过载能力小。与磁电系仪表相同，是由于动圈中电流由游丝导入的缘故。 7. 电动系电流表、电压表的标度尺刻度不均匀，但功率表的标度尺刻度均匀。 电动系仪表的准确度可以达到什么级别（ ） A. 0.5至1.0级 B. 0.1至0.05级 C. 1.0至2.0级 D. 2.0至5.0级 【答案】B 【解析】由于电动系仪表中没有铁磁物质，基本上不存在涡流和磁滞的影响，所以其准确度很高，可以达到0.1至0.05级。 1. 电动系仪表在交流测量中，额定工作频率范围是（ ） A. 5~15Hz B. 15~2500Hz C. 2500~5000Hz D. 5000~10000Hz 【答案】B 【解析】电动系仪表在交流测量中，其频率范围比较宽，额定工作频率在15~2500Hz，扩大频率范围能达到5000~10000Hz。 2. 电动系仪表对于哪种交流电路同样适用（ ） A. 正弦交流电路 B. 非正弦交流电路 C. 仅低频交流电路 D. 仅高频交流电路 【答案】B 【解析】对于非正弦交流电路电动系仪表也同样适用。 3. 电动系仪表易受外磁场影响的原因是（ ） A. 定圈磁场强 B. 定圈磁场较弱 C. 动圈磁场强 D. 动圈磁场较弱 【答案】B 【解析】这是由于电动系仪表的定圈磁场较弱的缘故。 1. 在一些准确度较高的电动系仪表中，采用什么装置消除外磁场影响（ ） A. 增加铁芯 B. 磁屏蔽装置 C. 增大游丝 D. 减小定圈 【答案】B 【解析】在一些准确度较高的仪表中，要采用磁屏蔽的装置，甚至改变结构，采用无定位结构，以消除外磁场对测量的影响。 2. 电动系仪表与电磁系仪表相比，本身消耗功率的情况是（ ） A. 电动系消耗功率小 B. 电动系消耗功率大 C. 两者消耗功率相同 D. 无法比较 【答案】B 【解析】仪表本身消耗的功率较大。 3. 电动系电流表、电压表的标度尺刻度情况是（ ） A. 刻度均匀 B. 刻度不均匀 C. 部分均匀 D. 完全无规律 【答案】B 【解析】电动系电流表、电压表的标度尺刻度不均匀，但功率表的标度尺刻度均匀。 · 电动系仪表准确度特性：电动系仪表无铁磁物质，不受涡流和磁滞影响，准确度达0.1至0.05级，在测量中能提供较为精确的结果，适用于对精度要求较高的场合，如实验室精密测量、电气设备的精确调试等。 · 电动系仪表交直流测量及频率特性：可交直流两用，交流测量频率范围15 - 2500Hz，扩大后5000 - 10000Hz，且适用于非正弦交流电路。这使得它在多种电路环境下都能发挥作用，无论是工业中的交流设备，还是直流电源系统，都可进行参数测量。 · 电动系仪表抗外磁场及过载特性：定圈磁场弱易受外磁场影响，高精度仪表采用磁屏蔽或无定位结构解决；过载能力小，因动圈电流由游丝导入。使用时需注意远离外磁场，避免过载，以保证仪表正常工作和测量准确性，延长仪表使用寿命。 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 $$