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      电工仪表的非工频测量

       
        1京东方光电科技有限公司2北京电力输电公司金永宪1刘畅2

          摘要:电气测量在日常生产生活中是非常重要和必不可少的。电气测量的精度是由很多因素决定的。其中,频率和波形两个因素对测量结果的影响是非常重要和显著的。该文针对七种常用的指针式电气测量仪表和数字式仪表,论述了频率和波形对测量结果是否会造成影响和影响的趋势,给出了适合其使用的频率范围。

          关键词:电气测量仪表;频率;波形

          中图分类号:TM933.4文献标志码:B文章编号:1003-0867(2008)02-0016-02

          1常用指针式电气测量仪表的特点

          按照工作原理来讲,常用指针式电气测量仪表包括磁电式仪表、电磁式仪表、电动式仪表、感应式仪表、静电式仪表、整流式仪表和热电式仪表。常见的各种固定式标准表、携带式仪表、配电盘式仪表和面板式仪表,都是在以上仪表的基础上加以改装而形成的。

          1.1磁电式仪表

          可以说所有的直流仪表都是这种结构,其准确度和灵敏度最高。这种仪表在交流条件下不能工作,但对热电式和整流式仪表而言,它们是采用热电偶和整流器把交流变为直流后,再用磁电式仪表作为指示的仪表。除此之外,还可以把各种被测量的交流量变换成直流电流或电压进行测量,所以磁电式仪表是电气测量仪表中使用最多的。

          1.2电磁式仪表

          主要用于测量工频电压和电流,其结构牢固。原理上可用于直流的测量,但由于铁片的磁滞作用易产生误差,所以在直流条件下很少使用这种仪表。

          1.3电动式仪表

          利用固定线圈和可动线圈分别通过电流时的转动力矩,正比于两个电流瞬时值乘积的原理制成,用于功率测量最为理想。对于电流或电压测量,平方刻度不便于读数?勺魑曜急硎褂,作为携带用和配电盘用功率表时需加入铁芯。

          1.4感应式仪表

          其应用的最典型的例子就是电能表,也应用于许多广角仪表中。不能在直流下工作,并且容易受到频率的影响,其使用频率被限制在工频范围内。

          1.5静电式仪表

          在原理上,它是唯一用电压来工作的仪表,在交流和直流条件下都可使用。其优点是耗电量很小,适用于高阻电源高压测量。

          1.6整流式仪表

          它是内附整流器的磁电式仪表。整流器和热电式仪表中的热电偶一样,被作为交直流转换器,并以此和其它工作原理的仪表相区别。原理上只对平均值起作用,所以有波形误差。但由于采用磁电式仪表,所以它是交流仪表中最灵敏的,且相对输入刻度大致是线性的。近年来,采用了锗二极管整流器,改善了其各种特性和可靠性。

          1.7热电式仪表

          这种仪表是根据发热现象制成的,在交流仪表中,它能最可靠地指示有效值。同时由于这种仪表的高频特性好,所以广播频率范围内的电流测量都采用这种仪表。

          2数字式仪表的特点

          数字式仪表的准确度很高,如数字式电压表测量直流量的准确度可达0.001%,甚至更高;数字式仪表的基本量限的输入阻抗高达2500MW,输入阻抗高于1000MW的数字电压表很常见,因此,吸收被测量的功率很小,测量结果以数字形式给出,指示数读出方便,没有读数误差;测量速度快,一般都可达到50次/s;灵敏度高,现代的积分式数字电压表的分辨率可达0.001mV;数字式仪表操作简单,测量过程自动化,可自动判断极性甚至切换量程,它还可以方便地与计算机配合,以便进一步计算和控制。对于大多数的测量,数字式仪表都可以胜任,一般的频率和波形误差对它的影响极小。

          31.5级整流式毫安表的实验

          3.1频率对测量结果的影响

          整流式毫安表的等效电路如图1所示,其一次与二次线圈匝数比为4.300/0.665,即6.466。在整流式毫安表的一次线圈两端加上峰值为100mV的正弦电压。 

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      图1整流式毫安表的等效电路

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          令其频率从10Hz增至100Hz,每次增加10Hz;再从100Hz增至1kHz,每次增加100Hz;最后,从1kHz增至19kHz,每次增加1kHz。在10Hz和20Hz时,由于电流的频率很低,指针会对瞬时力矩有所响应,出现指针在电流平均值附近摆动和抖动的现象。在10~50Hz范围内,指示读数随着频率的增加而增大,根据以上电路图可知,整流环节中存在二极管,它的导通需要一定的电压,在其两端的电压未达到此值之前,电路未导通,正弦波的开始部分不能通过表头。且在频率较低时,由于波形的上升比较缓慢,二极管两端的电压达到导通电压需要的时间较长;随着频率的上升,这一时间会逐渐变短,这样在一个周期内流过表头的电流的平均值,会随着频率的上升而增大,当频率大于或等于50Hz时,在一个周期内流过表头的电流的平均值基本不会有太大的变化。在50Hz到19kHz的频率范围内,指示随着频率的上升而减小,这是因为整流器存在某些静电电容,频率升高时,反向工作器件的静电电容,对电流的分流作用使指示值减小。

          3.2波形对测量结果的影响

          整流式仪表指示交流整流电流的平均值,在实际使用时则按照正弦波的有效值进行刻度,波形差距越大,误差越大?悸堑秸骰方谥,三角波导通时间大于正弦波,方波导通时间最长,所以对于三种波形来说,同频率三角波的指示值大于正弦波,方波大于三角波。

          以上七种指针式仪表中,磁电式仪表只能用于直流的测量,但它适用于高灵敏度的仪表且刻度均匀,所以得到了广泛的应用。

          其他指针式仪表都可用于交流的测量。其中,感应式仪表只能在工频下工作,在其他频率下将会产生很大的误差;电磁式和电动式仪表在交流下的使用频率范围基本相同,可以满足大致从20~600Hz的一般精度的测量,波形对测量结果的影响不大,一般可满足测量的要求,除非波形畸变很严重;静电式仪表的使用频率范围较以上两者更广,约为20Hz~2kHz,虽然它在原理上不受频率影响,但频率升高会使;さ缱璧娜菘辜跣,使指示值偏;整流式仪表的使用频率范围更广,约为20Hz~10kHz,虽然频率和波形都会对测量结果产生影响,但只要在以上频率范围内且波形畸变不严重,其测量精度仍可满足一般测量的要求。

       
       

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