1、中 等 专 业 学 校 教 材电 工 仪 表 及 电 子 仪 表( 第 二 版 )武 汉 铁 路 成 人 中 等 专 业 学 校 于 开 键济 南 铁 路 成 人 中 等 专 业 学 校 李 长 虹编 武 汉 铁 路 运 输 学 校 张 海 凝 主 审中 国 铁 道 出 版 社1999 年 北 京( 京 ) 新 登 字 063 号内 容 简 介本 书 主 要 介 绍 厂 矿 企 业 弱 电 专 业 常 用 的 电 工 及 电 子 仪 表 , 本 版 的 内 容 在 介 绍 电 子 仪 表 部 分 所 选 仪 表 型 号 与 第 一 版 变 化 较 大 , 特 别 是 信 号 发 生 器 及 电
2、 子 射 线 示 波 器 。 电 工 仪 表 篇 包 括 概 论 、 磁 电 系 电 流 表 和电 压 表 、 万 用 表 、 兆欧 表 、 电桥 、 接 地电 阻 测 量 仪 等 六 章 ; 电 子 仪 表篇 包 括 电 子 管 电 压 表 、 信 号 发 生 器 、 数 字 式 仪 表 、 电 子射 线 示 波 器 、 直 流 稳压 电 源 等 五 章 。 书中 详 细 介 绍 了 上 述 各 种 仪 表的 电 路 结 构 、 测 量原 理 及 使 用 方 法 , 书 末 附 有 实 验 提 纲 。本 书 作 为 中 等 专 业 学 校 工 科 类 弱 电 专 业 教 材 , 也 可 供
3、各 厂 矿 企 业 弱 电 专 业 工 作 人 员 学 习 参 考 。图 书 在 版 编 目 ( CI P) 数 据电 工 仪 表 及 电 子 仪 表 / 于 开 键 编 .2 版 .北 京 :中 国 铁 道 出 版 社 , 1999中 等 专 业 学 校 教 材I SBN 7-113-03380-6 . 电 . 于 . 电 工 仪 表 -专 业 学 校 -教 材 电 子 测 量 设 备 -专 业 学 校 -教 材 .T M 93中 国 版 本 图 书 馆 CIP 数 据 核 字 ( 1999) 第 45647 号书 名 : 电 工 仪 表 及 电 子 仪 表 ( 第 二 版 )著 作 责 任
4、 者 : 武 汉 铁 路 成 人 中 等 专 业 学 校 于 开 键 、 济 南 铁 路 成 人 中 等 专 业 学 校 李 长 虹出 版 发 行 : 中 国 铁 道 出 版 社 ( 1 0 00 5 4 , 北 京 市 宣 武 区 右 安 门 西 街 8 号 )责 任 编 辑 : 倪 嘉 寒封 面 设 计 : 薛 小 卉印 刷 : 北 京 市 燕 山 印 刷 厂开 本 : 78 7 1 09 2 1 / 16 印 张 : 12 . 75 插 页 : 1 字 数 : 31 2 千版 本 : 19 8 5 年 7 月 第 1 版 19 9 9 年 8 月 第 2 版 第 7 次 印 刷印 数 :
5、 42 5 01 4 7 50 0 册书 号 : IS BN7 -1 1 3-03 3 8 0-6/ T M 59定 价 : 17 . 50 元 版 权 所 有 盗 印 必 究凡 购 买 铁 道 版 的 图 书 , 如 有 缺 页 、 倒 页 、 脱 页 者 , 请 与 本 社 发 行 部 调 换 。再 版 前 言本 书 介 绍 的 仪 表 分 为 电 工 仪 表 和 电 子 仪 表 两 大 类 。 主 要 运 用 电 工 学 手 段 对 电 量 和 磁 量 进 行 测 量 的 电 工 仪 表 , 由 于 其 理 论 和 技 术 早 已 成 熟 , 所以 直 到 目 前 为 止 , 该 类 仪
6、 表 的 测 量 原 理 、 电 路 结 构 及 使 用 方 法 变 化 不 大 。 这 些 仪 表 如 经 常 使 用 的 磁 电 系 电 流 表 、 电 压 表 , 指 针 式 万 用 表 , 兆 欧 表 , 电 桥 等 。但 是 , 随 着 科 学 技 术 的 不 断 进 步 , 主 要 运 用 电 子 学 手 段 对 电 量 和 磁 量 进 行 测 量 的 电 子 类 仪 表 , 虽 然 其 测 量 原 理 变 化 不 大 , 可 构 成 仪 表 电 路 的 元 器 件 有 了 不 断 地 变 革 , 早 期 使 用 的 电 子 管 仪 表 逐 步 被 晶 体 管 电 路 构 成 的
7、仪 表 取 代 。由 于 上 述 原 因 , 本 书 对 1985 年 版 电 工 仪 表 及 电 子 仪 表 进 行 了 增 删 、 修 订 和 编 写 。本 书 基 本 保 留 了 原 书 中 电 工 仪 表 部 分 , 各 种 类 型 的 电 工 仪 表 型 号 繁 多 , 但 学 习 完 本 书 以 后 , 对 同 类 型 不 同 型 号 仪 表 应 该 具 备 分 析 和 掌 握 的 能 力 。 本 书 选 编 的 电 子 仪 表 是 目 前 最 经 常 使 用 的 一 些 通 用 仪 表 , 仪 表 的 型 号 是 经 过 对 铁 路 企 业 单 位 和 一 些 中 等 专 业 学
8、 校 实 验 室 仪 表 配 备 和 使 用 情 况 进 行 调 查 后 选 定 的 。书 中 仍 保 留 了 电 子 管 毫 伏 表 , 因 为 该 表 目 前 仍 在 广 泛 使 用 ; 第 十 章 电 子 射 线 示 波 器 原 选 SBT -5 型 改 为 SR 8 型 双 踪 示 波 器 。 由 于 信 号 源 和 直 流 供 电 电 源 在 测 量 中 经 常 使 用 , 原 第 一 版 第 八 章 选 用 的 XFD-6 型 低 频 信 号 发 生 器 专 业 性 较 强 , 本 版 改 选 了 在 电 子 测 量 中 常 用 的 XD1 1 多 用 信 号 发 生 器 , 并
9、增 加 了 第 十 一 章 直 流 稳 压 电 源 的 内 容 。本 书 由 武 汉 铁 路 成 人 中 专 学 校 于 开 键 和 济 南 铁 路 成 人 中 专 学 校 李 长 虹 合 编 。 书 中 第 一 、 二 、 三 、 四 、 五 、 六 、 七 、 九 章 由 于 开 键 编 写 , 第 十 、 十 一 章 由 李 长 虹 编 写 。本 书 由 武 汉 铁 路 运 输 学 校 高 级 讲 师 张 海 凝 主 审 并 编 写 了 第 八 章 内 容 。 石 家 庄 无 线 电 四 厂 刘 洪 涛 同 志 参 与 审 阅 了 第 十 一 章 并 提 出 了 修 改 意 见 , 在
10、此 一 并 表 示 感 谢 。编 者1999 年 3 月第 一 版 前 言 电 工 仪 表 和 电 子 仪 表 一 书 , 是 根 据 铁 道 部 教 育 局 1982 年 组 织 制 定 的 铁 路 中 等 专 业 学 校 信 号 专 业 教 学 大 纲 编 写 的 。书 中 叙 述 的 大 部 分 仪 表 型 号 是 根 据 铁 道 部 电 务 局 1982 年 组 织 编 写 的 铁 路 信 号 设 备 电 气 特 性 测 试 方 法 一 书 推 荐 使 用 的 仪 表 选 定 的 。考 虑 到 这 门 课 开 设 在 电 子 线 路 及 脉 冲 与 数 字 电 路 基 础 等 技 术
11、基 础 课 之 后 , 所 以 书 中 对 有 关 该 方 面 的 内 容 不 再 详 细 讲 解 。本 书 由 武 汉 铁 路 运 输 学 校 于 开 键 主 编 , 其 中 第 十 一 章 由 洛 阳 电 务 工 程 学 校 陈 其 昌 编 写 并 主 审 全 书 。 参 加 审 稿 的 有 南 京 铁 路 运 输 学 校 、 柳 州 铁 路 运 输 学 校 、 锦 州 铁 路 运 输 学 校 、 兰 州 铁 路 机 械 学 校 、 洛 阳 铁 路 电 务 工 程 学 校 及 武 汉 铁 路 运 输 学 校 等 单 位 。由 于 编 者 水 平 有 限 、 缺 乏 经 验 、 编 写 时
12、间 又 十 分 仓 促 , 所 以 书 中 错 误 疏 漏 之 处 一 定 不 少 , 恳 切 希 望 读 者 批 评 指 正 。编 者1984 年 12 月目 录第 一 章 电 工 仪 表 概 论第 一 篇 电 工 仪 表 ( 1 )第 一 节 电 工 仪 表 的 分 类 ( 1 )第 二 节 电 气 测 量 指 示 仪 表 基 本 知 识 ( 2 )复 习 思 考 题 ( 14)第 二 章 磁 电 系 电 流 表 和 电 压 表 ( 15)第 一 节 磁 电 系 仪 表 的 测 量 原 理 ( 15)第 二 节 磁 电 系 电 流 表 ( 18)第 三 节 磁 电 系 电 压 表 ( 20
13、)第 四 节 磁 电 系 仪 表 主 要 技 术 特 性 ( 22)复 习 思 考 题 ( 22)第 三 章 万 用 表 ( 23)第 一 节 万 用 表 的 结 构 ( 23)第 二 节 直 流 电 流 测 量 原 理 ( 26)第 三 节 直 流 电 压 测 量 原 理 ( 28)第 四 节 交 流 电 压 测 量 原 理 ( 30)第 五 节 电 阻 测 量 原 理 ( 32)第 六 节 电 平 测 量 原 理 ( 36)第 七 节 万 用 表 的 使 用 ( 40)复 习 思 考 题 ( 42)第 四 章 兆 欧 表 ( 43)第 一 节 兆 欧 表 的 结 构 及 测 量 原 理 (
14、 43)第 二 节 兆 欧 表 的 使 用 ( 46)复 习 思 考 题 ( 48)第 五 章 电 桥 ( 49)第 一 节 直 流 电 桥 ( 49)第 二 节 交 流 电 桥 ( 59)复 习 思 考 题 ( 75)第 六 章 接 地 电 阻 测 量 仪 ( 76)第 一 节 接 地 电 阻 测 量 原 理 ( 76)第 二 节 ZC-8 型 接 地 电 阻 测 量 仪 ( 78)复 习 思 考 题 ( 81)1第 二 篇 电 子 仪 表第 七 章 电 子 管 电 压 表 ( 82)第 一 节 概 述 ( 82)第 二 节 GB-9B 型 电 子 管 毫 伏 表 的 工 作 原 理 ( 8
15、3)第 三 节 GB-9B 型 电 子 管 毫 伏 表 的 使 用 ( 87)复 习 思 考 题 ( 88)第 八 章 信 号 发 生 器 ( 89)第 一 节 XD11 多 用 信 号 发 生 器 工 作 原 理 ( 90)第 二 节 XD11 多 用 信 号 发 生 器 的 使 用 ( 99)复 习 思 考 题 ( 101)第 九 章 数 字 式 仪 表 ( 102)第 一 节 数 字 频 率 计 测 量 原 理 ( 102)第 二 节 P B-2 型 数 字 频 率 计 ( 104)第 三 节 数 字 频 率 计 的 使 用 ( 117)第 四 节 数 字 电 压 表 ( 122)复 习
16、 思 考 题 ( 130)第 十 章 电 子 射 线 示 波 器 ( 131)第 一 节 示 波 器 的 工 作 原 理 ( 131)第 二 节 SR 8 型 双 踪 示 波 器 工 作 原 理 ( 139)第 三 节 SR 8 型 双 踪 示 波 器 的 使 用 ( 162)复 习 思 考 题 第 十 一 章 直 流 稳 压 电 源 ( 172)( 174)第 一 节 直 流 稳 压 电 源 的 组 成 及 工 作 原 理 ( 174)第 二 节 SS 1792 型 双 路 可 跟 踪 直 流 稳 压 电 源 工 作 原 理 ( 178)第 三 节 SS 1792 型 双 路 可 跟 踪 直
17、 流 稳 压 电 源 的 使 用 。 ( 183)复 习 思 考 题 附 录 实 验 提 纲 ( 186)( 187)实 验 一 万 用 电 表 的 使 用 ( 189)实 验 二 电 缆 接 地 故 障 测 试 ( 191)实 验 三 万 用 电 桥 的 使 用 ( 191)实 验 四 电 子 管 电 压 表 的 使 用 ( 192)实 验 五 示 波 器 与 数 字 频 率 计 的 使 用 ( 193)主 要 参 考 文 献 ( 195)2 1 第 一 篇 电 工 仪 表利 用 电 工 学 手 段 测 量 电 量 或 磁 量 的 仪 器 仪 表 称 为 电 工 仪 表 。 电 工 仪 表
18、的 种 类 繁 多 。 在 低 压 电 类 专 业 实 际 应 用 中 , 最 常 见 的 是 测 量 基 本 电 量 ( 电 流 , 电 压 等 ) 和 电 路 中 主 要 元 件 的 参 数 ( 电 阻 、 电 感 、 电 容 ) 的 仪 表 。 所 以 本 篇 将 重 点 介 绍 这 些 常 见 仪 表 的 测 量 原 理 、 电 路 结 构 和 它 们 的 使 用 方 法 。测 量 电 气 参 数 的 方 法 很 多 。 随 着 被 测 对 象 的 性 质 、 数 量 、 测 量 条 件 以 及 所 要 求 的 准 确 程 度 的 不 同 , 就 应 选 用 不 同 的 仪 表 , 采
19、 用 不 同 的 测 量 方 法 。 所 以 还 将 介 绍 如 何 正 确 选 择 和 使 用 仪 表 , 并 简 要 介 绍 一 些 测 量 方 法 。第 一 章 电 工 仪 表 概 论为 了 能 对 电 工 仪 表 有 一 个 比 较 全 面 的 认 识 , 本 章 在 介 绍 各 种 仪 表 之 前 , 先 讨 论 一 下 电 工 仪 表 的 分 类 、 基 本 结 构 、 测 量 原 理 和 仪 表 的 基 本 特 性 以 及 使 用 注 意 事 项 。第 一 节 电 工 仪 表 的 分 类日 常 工 作 与 生 活 中 , 经 常 需 要 进 行 各 种 不 同 的 测 量 , 例
20、 如 用 天 平 测 质 量 、 用 万 用 表 测 量 电 阻 等 , 进 行 这 些 测 量 时 所 使 用 的 技 术 工 具 称 为 测 量 设 备 。 测 量 设 备 有 两 种 基 本 形 式 : 一 种 是 度 量 器 , 例 如 天 平 用 的 砝 码 、 电 气 测 量 中 用 的 标 准 电 阻 等 , 它 们 本 身 就 是 测 量 单 位 的 复 制 实 体 ; 另 一 种 是 测 量 仪 表 。 在 电 气 测 量 仪 表 中 , 电 工 仪 表 占 测 量 仪 表 中 很 重 要 的 地 位 。电 工 仪 表 按 所 用 测 量 方 法 的 不 同 , 可 分 为
21、两 大 类 。一 、 指 示 仪 表 类在 测 量 过 程 中 不 需 要 度 量 器 直 接 与 被 测 量 进 行 比 较 , 而 能 由 仪 表 预 先 刻 度 好 的 读 数 装 置 指 示 出 被 测 量 数 值 的 仪 表 称 指 示 仪 表 。 如 指 针 式 电 流 表 、 电 压 表 等 都 是 指 示 仪 表 ( 利 用 电 子 计 数 器 读 数 的 仪 表 归 于 电 子 仪 表 类 ) 。 指 示 仪 表 具 有 制 造 容 易 、 成 本 较 低 、 使 用 方 便 等 优 点 , 因 此 在 实 际 工 作 中 得 到 广 泛 运 用 。二 、 较 量 仪 表 类
22、在 测 量 过 程 中 将 被 测 量 与 已 知 标 准 量 ( 度 量 器 ) 进 行 比 较 从 而 确 定 被 测 量 大 小 的 仪 表 称 为 较 量 仪 表 。 例 如 用 天 平 测 物 体 质 量 时 , 将 物 体 与 砝 码 的 量 进 行 比 较 , 从 而 测 定 物 体 质 量 ; 在 电 工 测 量 中 , 例 如 用 标 准 元 件 ( 电 阻 、 电 感 、 电 容 ) 与 被 测 元 件 进 行 比 较 而 确 定 被 测 元 件 参 数 的 电 桥 等 即 属 于 较 量 仪 表 。 很 显 然 , 这 类 仪 表 必 须 与 度 量 器 直 接 配 合
23、使 用 才 能 进 行 测量 。较 量 仪 表 的 特 点 是 准 确 度 高 。 2 第 二 节 电 气 测 量 指 示 仪 表 基 本 知 识测 量 电 气 参 数 ( 如 电 流 、 电 压 、 电 阻 、 电 感 、 电 容 、 相 位 等 等 ) 的 指 示 仪 表 称 为 电 气 测 量 指 示 仪 表 。 它 是 电 专 业 实 际 工 作 中 使 用 最 广 泛 的 仪 表 。 在 这 一 节 中 , 将 对 电 气 测 量 指 示 仪 表 的 概 况 做 一 介 绍 。一 、 电 气 测 量 指 示 仪 表 的 分 类电 气 测 量 指 示 仪 表 的 种 类 繁 多 , 分
24、 类 方 法 也 很 多 。 了 解 电 气 测 量 指 示 仪 表 的 分 类 , 有 助 于 认 识 它 们 所 具 有 的 特 性 , 对 我 们 了 解 电 气 测 量 指 示 仪 表 的 概 况 也 有 一 定 的 帮 助 。 根 据 我 国 国 家 标 准 GB 776 76 电 气 测 量 指 示 仪 表 通 用 技 术 条 件 , 下 面 介 绍 几 种 常 见 的 电 气 测 量 指示 仪 表 的 分 类 方 法 :1 . 按 电 气 测 量 指 示 仪 表 的 工 作 原 理 分 类按 工 作 原 理 可 分 为 : 磁 电 系 ; 电 磁 系 ; 电 动 系 ; 感 应
25、系 ; 整 流 系 ; 静 电 系 ; 热 电 系 ; 电 子 系 。2 . 按 被 测 量 的 名 称 ( 或 单 位 ) 分 类按 名 称 可 分 为 : 电 流 表 ( 安 培 表 、 毫 安 表 、 微 安 表 ) ; 电 压 表 ( 伏 特 表 , 毫 伏 表 ) ; 功 率 表 ( 瓦 特 表 ) ; 高 阻 表 ( 兆 欧 表 ) , 欧 姆 表 ; 电 度 表 ( 瓦 时 表 ) ; 相 位 表 ( 或 功 率 因 数 表 ) ; 频 率 表 以 及 多 种 用 途 仪 表 , 如 万 用 表 , 电 压 电 流 ( 伏 安 ) 表 等 等 。3 . 按 使 用 方 式 分 类
26、开 关 板 式 仪 表 ( 简 称“ 板 式 表” ) : 通 常 固 定 安 装 在 开 关 板 或 某 一 装 置 上 。 这 种 仪 表 一 般 误 差 较 大 , 价 格 较 低 , 但 过 载 能 力 较 强 。可 携 式 仪 表 : 这 种 仪 表 便 于 携 带 , 其 误 差 一 般 较 小 ( 即 准 确 程 度 较 高 ) , 但 过 载 能 力 较差 , 价 格 较 贵 。4 . 按 仪 表 工 作 电 流 的 种 类 分 类按 电 流 种 类 可 分 为 : 直 流 仪 表 ; 交 流 仪 表 ; 交 直 流 两 用 仪 表 。5 . 其 他 分 类 法电 气 测 量
27、指 示 仪 表 还 有 其 他 分 类 方 法 , 例 如 按 仪 表 的 准 确 度 等 级 分 类 , 可 分 为 0.1、0.2、 0.5、 1.0、 1.5、 2.5、 5 级 共 七 个 等 级 ; 按 仪 表 对 电 场 磁 场 的 防 御 能 力 分 类 , 可 分 为 、 、 、 级 共 四 个 等 级 ; 还 可 按 仪 表 使 用 条 件 等 等 分 类 。二 、 电 气 测 量 指 示 仪 表 的 组 成 及 测 量 原 理图 1 1 电 磁 式 仪 表 简 单 原 理 图1 . 仪 表 的 组 成在 电 气 测 量 指 示 仪 表 中 , 被 测 量 是 转 化 为 电
28、 磁 量 而 被 测 量 出 来 的 。图 1 1 为 电 磁 式 仪 表 简 单 原 理 图 。 图 中 线 圈 通 电 以 后 会 产 生 电 磁 力 从 而 吸 引 可 动 的 铁 片 带 动 指 针 偏 转 。 如 果 线 圈 通 以 较 小 电 流 就 能 吸 引 铁 片 带 动 3 指 针 偏 转 满 偏 度 , 而 被 测 量 数 值 又 比 较 大 , 直 接 输 入 线 圈 后 由 于 指 针 满 度 而 不 能 指 示 出 被 测 量 数 值 时 , 应 将 被 测 量 经 电 阻 R1 和 R2 分 压 , 将 被 测 量 变 成 适 合 线 圈 测 量 的 量 。 该
29、电 路 中 , 我 们 称 分 压 器 R1 和 R2 为 测 量 电 路 , 而 其 余 部 分 称 为 测 量 机 构 。通 过 上 例 可 见 : 为 了 将 被 测 量 变 换 成 仪 表 指 针 偏 转 的 角 位 移 , 指 示 仪 表 应 有 测 量 机 构 和 测 量 电 路 两 个 部 分 。测 量 电 路 的 作 用 是 将 被 测 量 X 通 过 一 定 比 例 变 换 成 适 合 测 量 机 构 测 量 的 电 磁 量 Y =F ( X ) 。测 量 机 构 是 指 示 仪 表 的 核 心 部 分 , 其 作 用 是 将 电 磁 量 Y = F ( X ) 产 生 的
30、电 磁 力 转 换 成 仪表 指 针 的 角 位 移 于 是 , 我 们 可 以 得 出 如 下 关 系 : = ( Y ) = ( Y ) = F ( X ) = f ( X )这 种 关 系 使 我 们 可 以 根 据 仪 表 指 针 偏 转 角 位 移 反 映 被 测 量 的 大 小 。 一 般 电 气 测 量 指 示 仪 表 的 结 构 方 框 图 可 用 图 12 表 示 。被 测 量X测 量 电 路 适 合 测 量 的 电 磁 量Y = F ( X )测 量 机 构 指 针 偏 转 角 位 移 = ( Y )= F ( X ) = f ( X )图 1 2 电 气 测 量 指 示
31、仪 表 的 结 构 方 框 图2 . 测 量 机 构 的 结 构 及 工 作 原 理由图 1 1 电 磁 式 仪 表 组 成 简 单 原 理 图 中 可 以 看 出 , 测 量 机 构 由 固 定 部 分 和 活 动 部 分 构成 。 用 以 指 示 被 测 量 数 值 的 指 针 属 于 活 动 部 分 。按 测 量 机 构 各 部 分 所 起 的 作 用 , 测 量 机 构 由 以 下 几 部 分 组 成 。(1 ) 产 生 转 动 力 矩 的 装 置要 使 仪 表 指 针 产 生 角 位 移 , 测 量 机 构 内 必 须 有 转 动 力 矩 作 用 在 仪 表 指 针 上 。 转 动
32、力 矩 一 般 是 由 磁 场 和 电 流 的 相 互 作 用 产 生 的 。常 用 的 几 种 电 气 测 量 指 示 仪 表 转 动 力 矩 的 产 生 方 式 如 下 : 1) 磁 电 系 ( 动 圈 式 ) 仪 表这 种 仪 表 中 有 一 个 永 久 磁 铁 , 磁 铁 磁 极 间 有 一 个 可 以 绕 轴 转 动 的 线 圈 。 当 线 圈 中 通 过 被 测 电 流 时 , 该 电 流 与 磁 场 相 互 作 用 而 产 生 转 动 力 矩 ( 见 第 二 章 第 一 节 ) 。2) 电 磁 系 ( 动 铁 式 ) 仪 表如 图 11 , 这 种 仪 表 中 有 一 个 ( 或
33、 几 个 ) 固 定 线 圈 , 线 圈 内 部 有 一 个 ( 或 几 个 ) 可 以 绕 轴 转 动 的 软 铁 片 。 当 线 圈 通 过 被 测 电 流 而 产 生 磁 场 时 , 软 铁 片 便 被 磁 化 , 由 于 线 圈 磁 场 和 被 磁 化 的 软 铁 磁 场 相 互 作 用 而 产 生 转 动 力 矩 。3) 电 动 系 仪 表这 种 仪 表 与 磁 电 式 仪 表 作 用 原 理 相 同 , 但 其 中 磁 场 不 是 由 永 久 磁 铁 产 生 , 而 是 由 固 定 的 载 流 线 圈 产 生 。4) 感 应 系 仪 表感 应 系 仪 表 主 要 用 于 计 量 电
34、 能 。 常 见 的 如 交 流 电 度 表 , 表 内 转 动 力 矩 由 通 有 交 流 电 流 的 固 定 线 圈 产 生 的 交 变 磁 场 与 在 可 动 铝 盘 中 感 应 的 涡 流 相 互 作 用 而 产 生 。如 图 13 为 感 应 系 交 流 电 度 表 原 理 图 。 图 中 与 负 载 串 联 的 线 圈 是 电 流 线 圈 , 而 与 负 载并 联 的 线 圈 是 电 压 线 圈 。 线 圈 中 通 过 交 流 电 时 , 在 铁 心 中 将 产 生 磁 通 , 如 图 ( a) 中 箭 头 所 4 示 。电 流 线 圈 产 生 的 磁 通 在 两 个 不 同 的
35、地 方 穿 过 铝 盘 , 这 可 以 看 成 两 个 大 小 相 等 的 磁 通 I 和 I 以 相 反 方 向 穿 过 铝 盘 。 电 压 线 圈 产 生 磁 通 的 一 部 分 U 也 穿 过 铝 盘 。 可 见 有 三 个 磁 通 穿 过 铝 盘 , 其 强 弱 与 方 向 将 随 着 不 同 时 刻 电 流 的 变 化 而 变 。电 压 线 圈 圈 数 很 多 其 电 抗 远 大 于 电 阻 , 所 以 电 流 IU 滞 后 电 压 U 接 近 90。 IU 产 生 的 U 视 为 与 IU 同 相 位 , 所 以 U 滞 后 电 压 U 接 近 90。 若 负 载 功 率 因 数
36、为 1 ( 纯 电 阻 负 载 ) , 由 于电 流 线 圈 匝 数 很 少 , 可 近 似 认 为 其 电 流 II 与 电 压 U 同 相 位 。 这 样 U 比 电 流 线 圈 产 生 的 I 滞 后 90。 图 1 3 ( b) t1 时 刻 U 的 相 角 为 零 度 , I 的 相 角 为 90。 t2 时 刻 U 的 相 角 为 45, I 的 相 角 为 135, t3 时 刻 U 的 相 角 为 90, I 的 相 角 为 180等 等 。 假 定 磁 极 在 铝 盘 下 边 则 可 画 出 在 不 同 时 刻 各 磁 通 变 化 的 情 况 , 并 用 磁 极 面 积 大
37、小 代 表 磁 极 的 强 弱 。 由 图 可 见 , 在 t1 时 向 上 的 最 大 磁 通 在 最 左 边 一 极 处 穿 过 铝 盘 ; 到 t3 时 , 这 个 最大 磁 通 移 到 中 间 磁 极 处 ; 到 t5 时 , 它 又 移 到 最 右 边 一 个 磁 极 处 。 这 相 当 于 磁 场 由 左 向 右 移进 , 称 为 移 进 磁 场 。 移 进 磁 场 在 铝 盘 中 会 感 应 电 动 势 , 引 起 涡 流 。 铝 盘 中 这 种 涡 流 与 磁 场 相 互 作 用 而 会 产 生 转 矩 , 使 铝 盘 向 磁 场 移 进 的 方 向 旋 转 。(2 ) 产 生
38、 反 作 用 力 矩 的 装 置图 1 3 感 应 系 交 流 电 度 表 原 理 图如 果 电 测 量 指 示 仪 表 仅 有 转 动 力 矩 作 用 在 指 针 上 , 则 不 管 被 测 量 多 大 , 只 要 指 针 一 旦 被 驱动 , 就 会 一 直 偏 转 到 刻 度 盘 的 尽 头 , 直 到 不 能 再 偏 转 为 止 , 因 而 不 能 指 示 出 被 测 量 的 大 小 。 为 了 使 仪 表 指 针 对 应 一 定 大 小 的 被 测 量 只 产 生 某 一 相 应 的 偏 转 , 就 必 须 要 有 一 个 反 作 用 力 矩 MF 同 时 作 用 在 指 针 上 。
39、 反 作 用 力 矩 应 与 转 动 力 矩 方 向 相 反 , 而 其 值 应 随 着 指 针 偏 转 角 位 移 的 增 大 而 增 加 , 即MF = F( )这 样 , 当 被 测 量 小 时 , 仪 表 产 生 的 转 动 力 矩 也 小 , 指 针 只 要 偏 转 一 个 小 角 度 就 可 以 使 转 动 力 矩 和 反 作 用 力 矩 平 衡 而 停 下 来 , 从 而 指 示 出 被 测 量 数 值 。 当 被 测 量 变 大 时 , 仪 表 产 生 的 转 动 力 矩 增 加 , 指 针 只 有 偏 转 比 较 大 的 角 度 才 能 使 转 动 力 矩 和 反 作 用 力
40、 矩 平 衡 , 从 而 指 示 出 被 测 量 的 大 小 。在 电 气 测 量 指 示 仪 表 中 , 可 以 用 不 同 的 方 法 产 生 反 作 用 力 矩 。1) 利 用 机 械 力很 多 仪 表 中 , 利 用 游 丝 ( 盘 形 弹 簧 丝 ) 变 形 后 所 具 有 的 恢 复 原 状 的 弹 力 产 生 反 作 用 力 矩 , 如 图 14。在 转 动 力 矩 作 用 下 , 仪 表 活 动 部 分 偏 转 而 扭 紧 游 丝 , 使 游 丝 产 生 反 作 用 力 矩 。 在 游 丝 弹 5 MF =性 范 围 以 内 , 每 盘 游 丝 产 生 的 反 作 用 力 矩
41、与 指 针 偏 转 角 之 间 存 在 如 下 关 系 :3 bh E- 512 L a 9.810Nm式 中 b游 丝 宽 度 , 单 位 mm ; h游 丝 厚 宽 , 单 位 mm ;L游 丝 总 长 度 , 单 位 mm ;E游 丝 材 料 的 弹 性 系 数 。图 1 4 用 游 丝 产 生 反 作 用 力 矩 图 1 5 可 动 部 分 阻 尼 曲 线当 游 丝 给 定 之 后 , b、 h、 L、 E 即 为 定 值 , 于 是 :bh3 E12 L = KF式 中 KF 为 常 数 , 称 为 游 丝 的 反 作 用 系 数 。 于 是 有M F = KF即 游 丝 反 作 用
42、 力 矩 与 指 针 偏 转 角 成 正 比 例 关 系 。另 外 , 也 可 以 用 张 丝 ( 亦 称 拉 丝 ) , 吊 丝 ( 又 称 悬 丝 ) , 重 力 等 产 生 反 作 用 力 矩 。2) 利 用 电 磁 力 和 利 用 电 磁 力 产 生 转 动 力 矩 的 办 法 一 样 。 有 些 仪 表 利 用 电 磁 力 产 生 反 作 用 力 矩 。 此 类 仪表 如 兆 欧 表 等 ( 详 见 第 四 章 ) 。(3 ) 产 生 阻 尼 力 矩 的 装 置由 于 仪 表 活 动 部 分 惯 性 的 影 响 , 当 利 用 仪 表 进 行 测 量 时 , 仪 表 指 针 不 能
43、立 即 停 在 平 衡 位 置 0 上 , 而 是 在 平 衡 位 置 附 近 作 减 幅 振 动 , 见 图 1 5 曲 线 1。图 中 横 轴 代 表 时 间 , 纵 轴 代 表 指 针 偏 转 角 。 这 样 一 来 , 指 针 稳 定 就 需 要 一 段 时 间 , 即 读 数 时 需 要 较 长 时 间 。 为 了 缩 短 读 数 时 间 , 仪 表 应 有 阻 尼 装 置 , 使 仪 表 活 动 部 分 在 运 动 过 程 中 受 到 一 个 与 运 动 方 向 相 反 的 力 矩 阻 尼 力 矩 。阻 尼 力 矩 的 大 小 要 设 计 合 适 , 如 果 阻 尼 过 强 , 就
44、 会 出 现 过 阻 尼 状 态 , 如 图 15 中 曲 线2 所 示 。 这 样 , 读 数 时 间 不 但 不 会 缩 短 , 反 而 引 起 错 误 读 数 。 因 为 阻 尼 过 大 时 , 仪 表 指 针 将 在 转 动 力 矩 作 用 下 缓 慢 爬 行 , 在 指 针 爬 行 过 程 中 , 测 量 者 可 能 误 认 为 指 针 已 达 到 平 衡 位 置 而 过 早 地 读 数 。 临 界 阻 尼 状 态 是 正 确 读 数 所 须 用 读 数 时 间 最 短 的 情 况 。 如 图 1 5 中 曲 线 3 , 但 在 实 际 中 难 以 刚 好 确 定 临 界 阻 尼 状
45、 态 。 而 往 往 做 成 稍 欠 阻 尼 状 态 。 因 为 在 这 种 状 态 下 , 仪 表 指 针 最 后 围 绕 平 衡 位 置 稍 做 摆 动 后 即 停 止 。 这 样 既 能 很 快 读 数 , 又 能 正 确 读 数 。 电 磁 系 仪 表 常 见 的 阻 尼 装 置 有 :1) 空 气 阻 尼 器 6 空 气 阻 尼 器 中 有 一 个 封 闭 的 小 箱 ( 阻 尼 盒 ) , 与 仪 表 转 轴 联 在 一 起 的 轻 翼 片 ( 阻 尼 叶 片 )可 以 在 阻 尼 盒 中 移 动 , 见 图 16 ( a)到 压 缩 , 另 一 边 的 空 气 则 变 得 稀 薄
46、 , 于 是 盒 内 空 气 形 成 压 力 差 。 盒 内 被 压 缩 的 空 气 对 阻 尼 叶 片 产 生 的 压 力 与 阻 尼 叶 片 运 动 方 向 相 反 , 并 与 运 动 速 度 成 正 比 , 因 而 产 生 阻 尼 作 用 。2) 磁 感 应 阻 尼 器 ( 又 称 涡 流 式 阻 尼 器 )磁 感 应 阻 尼 器 中 , 当 与 转 轴 联 接 的 铝 片 随 转 轴 的 转 动 而 在 永 久 磁 铁 的 磁 场 中 运 动 时 , 铝 片 内 会 感 应 出 涡 流 。 涡 流 与 磁 场 相 互 作 用 便 会 产 生 阻 尼 作 用 , 见 图 16 ( b)
47、所 示 。图 1 6 常 见 的 几 种 阻 尼 器磁 电 系 仪 表 没 有 专 门 的 阻 尼 器 , 一 般 是 利 用 绕 有 动 圈 的 铝 框 架 ( 或 者 在 动 圈 上 特 意 绕 几 匝 短 路 线 匝 ) 来 产 生 阻 尼 ( 详 见 第 二 章 第 一 节 ) 。从 上 述 分 析 可 见 , 阻 尼 力 矩 只 在 指 针 活 动 的 时 候 产 生 , 当 指 针 在 平 衡 位 置 不 动 时 , 阻 尼 力 矩 也 消 失 , 因 此 阻 尼 力 矩 不 影 响 仪 表 测 量 结 果 。(4 ) 指 示 装 置指 示 装 置 可 由 指 针 与 标 度 盘 组 成 ; 也 有 的 由 光 标 指 针 与 标 度 盘 组 成 。标 度 盘 , 又 叫 表 盘 或 刻 度 盘 。 它 是 一 个 画 有 标 度 尺 ( 或 称 标 尺 ) 和 表 示 仪 表 型 式 , 基 本 性 能 等 标 志 符 号 的 平 面 , 如 图 1 7 为 信 号 专 业 DDY 型 大 站 电 源 屏 中 直 流 屏 面 板 上 的 电 压 表 标 度 盘
