1对电气测量仪表的要求
为保证测量的准确可靠,对电气测量仪表应有以下几点技术要求:
1.1准确度高,误差小,符合国家颁布标准中所属等级和准确度规定。
1.2误差不应随时间、温度,湿度和外磁场等外部环境因素影响变化。
1.3消耗的功率越小越好,否则测量小功率时,会因工作情况改变而引起误差。
1.4为保证使用安全,仪表应有足够高的绝缘电阻和耐压能力,亦应能承受短时过载能力。
1.5要有良好的读数标定装置,被测值应可直接读出,表盘的刻度要尽可能均匀。
1.6使用和维护方便,构造坚固。
2电动式仪表的基本常识
电动式仪表是铁路现行供、用电技术中应用最为广泛的一种计量仪表,这类仪表具有成本低,使用方便及工作可靠等一系列优点。与电磁式仪表相比,最大的区别是:其活动线圈代替了可动铁心,故大大消除了磁滞和涡流的影响,使电动式仪表的准确度得到了提高,其准确度可达0.1级至0.05级,此外,电动式仪表有固定和活动两套线圈,不但可用来精密的测量电流、电压等参数,还可以用来测量与功率和功率因数两个电量相关的电参量,基于这一点,电动式仪表除了用做交直流两用的电流、电压表外,还可以构成功率表,相位表,频率表等。
2.1电动式仪表的工作原理
电动式仪表测量机构的固定部分是两个固定线圈,固定线圈分成两个的目的是可以获得较均匀的磁场,同时又便于改善电流量限。活动部分包括动圈、指针、阻尼扇等,它们都固定在转轴上。反作用力距由游丝产生,游丝同时又是引导电流的元件。仪表的阻尼由空气阻尼装置产生。若把固定线圈绕在铁芯上,就构成了铁磁电动式仪表。
电动式仪表的工作原理见1(a)所示。当固定线圈的电流为直流I1时,便在线圈中产生磁场(其磁感应强度为B1),若活动线圈的电流为I2,则动圈在磁场中将受电磁力F的作用而产生偏转。
如果电流I1的方向和I2的方向同时改变(如1(b)所示),则电磁力F的方向不会改变。也就是说,动圈所受到的转动力矩的方向不会改变。因而电动式仪表同样也可用于交流。
电动式仪表测直流时,活动部分的偏转角与两个线圈中的电流的乘积有关。
当电动式仪表用在交流电路中时,其可动部分不仅与通过两线圈的电流有关,而且同两电流之间相位差角的余弦成正比。
2.2电动式仪表的技术特性
(1)准确度高:因磁路中没有铁磁物质,基本上不存在磁滞和涡流效应,因此准确度比电磁式仪表高,但电动式仪表本身的磁场很弱,为提高仪表精度,必须尽量减轻仪表可动部分的重量。可见电动式仪表的结构强度比较弱,过载能力较差。
(2)标尺刻度不均匀:由于偏转角与两电流乘积有关,故电动式电流表、电压表的刻度是非线性的,是以平方律的形式而被扩展。但其中电动式频率表可以获得均匀标尺。
(3)易受外磁场干扰:因为电动式仪表本身的固有磁场很弱,故对外磁场的影响必须采取措施加以防护,方法同电磁式仪表一样,即采用磁屏蔽或无定位结构。
2.3电动式电流表及电压表
电动式电压表内的可动线圈与固定线圈是相互串联的,并且与附加电阻串联形成测量线路(如所示)。电动式电压表的偏转角与被测电压的平方有关,故电压表的标尺刻度是不均匀的。
电动式电压表通常都做成多量限可携式的,其量限的改变是靠改变附加电阻来实现的。
顺便指出,有些电压表,为了适应较宽频率范围的测量,必须设法补偿因频率变化时带来的角误差,方法是在附加电阻上并联电容(如2的电容C,即频率补偿用电容)。
在电动式电流表的测量线路,固定线圈与可动线圈的连接形式与量限有关。在小电流时(小于015A),可动线圈与固定线圈是串联的(a),其偏转角是与被测电流的平方有关,它的刻度同样按平方律分布。
由于受到动圈和游丝允许电流的限制,所以这种串联线路只能测到500mA左右电流。
当电流大于0.5A时,其固定线圈与可动线圈不能串联,而是采用并联或用电阻把动框分路,如图3b所示,可通过增大电阻R的办法限制可动线圈的电流,这样其量程比串联式大得多。
无论电动式电流表的线路接成何种形式,它的偏转角同样正比于被测电流的平方,所以它具有和电压表一样的标尺特性。
用上述变换线路的方法,可以做出直接测量较大电流的多量程电动式电流表。当需要测量更大电流时,电动式电流表可与电流互感器配用以扩大其量限。
电动式电流表的定圈和动圈都有一定的电感,它们之间也存在互感。被测电流的频率不同时,将会产生频率误差,为了使它能适应较宽频率范围的测量,通常在动圈串联的一部分电阻上,并联一个电容器C,以补偿由于频率变化所造成的误差。