原理
電流表是根據通電
導體在
磁場中受
磁場力的作用而製成的。電流表內部有一永
磁體,在極間產生磁場,在磁場中有一個線圈,
線圈兩端各有一個遊絲彈簧,
彈簧各連線電流表的一個
接線柱,在彈簧與線圈間由一個轉軸連線,在轉軸相對於電流表的前端,有一個指針。指針偏轉。由於磁場力的大小隨電流增大而增大,所以就可以通過指針的偏轉程度來觀察電流的大小。這叫
磁電式電流表,就是我們平時實驗室里用的那種。
一般可直接測量微安或毫安數量級的電流,為測更大的電流,電流表應有並聯電阻器(又稱
分流器)。主要採用磁電系
電錶的測量機構。分流器的
電阻值要使滿量程電流通過時,電流表滿偏轉,即電流表指示達到最大。對於幾安的電流,可在電流表內設定專用分流器。對於幾安以上的電流,則採用外附分流器。大電流分流器的電阻值很小,為避免引線電阻和
接觸電阻附加於分流器而引起
誤差,分流器要製成四端形式,即有兩個電流端,兩個
電壓端。例如,當用外附分流器和毫伏表來測量200A的大電流時,若採用的毫伏表標準化量程為45mV(或75mV),那么分流器的電阻值為0.045/200=0.000225Ω(或0.075/200=0.000375Ω)。若利用環形(或稱梯級)
分流器,可製成多量程電流表。
發展過程
進行研究,他發明了許多
電磁儀器。1841年發明了既可測量地磁強度又可測量電流強度的絕對
電磁學單位的雙線電流表;1846年發明了既可用來確定電流強度的電動
力學單位又可用來測量
交流電功率的
電功率表;1853年發明了測量地磁強度垂直分量的地磁感應器。韋伯在建立
電學單位的絕對測量方面卓有成效。他提出了電流強度、
電量和
電動勢的絕對單位和測量方法;根據安培的電
動力學公式提出了電流強度的電動力學單位;還提出了電阻的絕對單位。韋伯與柯爾勞施合作測定了電量的電磁單位對靜電單位的比值,發現這個比值等於3×10^8m/s,接近於光速。
電流表分類
直流電流表
(a)分流器;(b)兩靜圈串聯;(c)兩靜圈並聯
直流電流表主要採用磁電系或電動系測量機構(見機械式指示電錶測量機構),這些測量機構的測量基本量是電流,可用來直接測小電流。對於大量值的直流電流,磁電系測量機構要使用分流器,也就是並聯電阻。它的作用是將大部分被測電流分流。對約10A以下的電流多採用內附分流器;對更大的電流值,則使用專用分流器。它採取四端結構(圖a),具有兩個電流端,兩個電位端。其電阻值的選擇條件為:當標稱電流通過該分流器時,其電位端間的電壓為45mV或75mV;以量程為45mV或75mV的磁電系毫伏表測此電壓值,而錶盤上則以電流值刻度。對於電動系測量機構,擴大測量電流量程的方法是:①加粗靜圈的導線,同時減少匝數以保持安匝值不變;②將兩靜圈由串聯改為並聯[圖(b)、(c)],可使量程擴大一倍。利用分流器和數字電壓表可構成直流數字電流表。
交流電流表
交流電流表可採用電磁系或電動系測量機構。為使磁電系測量機構也能用於測量交流電流,可利用整流器或熱電偶等器件先將交流轉換為直流;由它們組合而成的電錶分別稱為整流式電流表(見整流式電錶)、熱電式電流表。為擴大量程以測量大電流,整流式電流表也採用分流器;電動系電流表的做法同前;電磁系電流表則是加粗線圈導線、減少匝數。對於更大的測量電流值需配合電流互感器使用。通常可利用分流器和交流數字電壓表構成交流數字電流表。
各種電流表的量限、使用頻率範圍及可能達到的最高準確級見表。
波形非正弦對電磁系、電動系、熱電式電流表影響較小。整流式電流表限定用於正弦波形下,數字電流表也有類似限制。電力系統中為測非正弦電流可採用變換器式電流表。測大電流時須配合專用分流器使用。測大電流時須配合電流互感器使用。
交流電流表主要採用
電磁系電錶、電動系電錶和整流式電錶的測量機構。電磁系測量機構的最低量程約為幾十毫安,為提高量程,要按比例減少線圈匝數,並加粗
導線。用電動系測量機構構成電流表時,動圈與靜圈
並聯,其最低量程約為幾十毫安。為提高量程,要減少靜圈匝數,並加粗導線,或將兩個靜圈由串聯改為並聯,則電流表的量程將增大一倍。用整流式電錶測
交流電流時,僅當交流為正弦波形時,電流表讀數才正確。為擴大量程也可利用
分流器。此外,也可用熱電式電錶測量機構測量高頻電流。在電力系統中使用的大量程交流電流表多是用5A或1A的電磁系電流表,並配以適當電流變比的
電流互感器。
數顯電流表
顯電流表分為單相數顯電流表和三相數顯電流表,該表具有變送、LED(或LCD)顯示和數字接口等功能,通過對電網中各參量的交流採樣,以數字形式顯示測量結果。經CPU進行數據處理.將三相(或單相)電流、電壓、功率、功率因數、頻率等電參量由LED(或液晶)直接顯示,同時輸出0~5V、0—20mA或4—20mA相應的模擬電量,與遠動裝置RTU相連;並帶有RS--232或485接口。
選擇
電流表和電壓表的測量機構基本相同,但在測量線路中的連線有所不同。因此,在選擇和使用電流表和電壓表時應注意以下幾點。
⒈ 類型的選擇。當被測量是直流時,應選直流表,即磁電系測量機構的儀表。當被測量是交流時,應注意其波形與頻率。若為正弦波,只需測出有效值即可換算為其他值(如最大值、平均值等),採用任意一種交流表即可;若為非正弦波,則應區分需測量的是什麼值,有效值可選用磁系或鐵磁電動系測量機構的儀表,平均值則選用整流系測量機構的儀表。電動系測量機構的儀表常用於交流電流和電壓的精密測量。
⒉ 準確度的選擇。因儀表的準確度越高,價格越貴,維修也較困難。而且,若其他條件配合不當,再高準確度等級的儀表,也未必能得到準確的測量結果。因此,在選用準確準確度較低的儀表可滿足測量要求的情況下,就不要選用高準確度的儀表。通常0.1級和0.2級儀表作為標準表選用;0.5級和1.0級儀表作為實驗室測量使用;1.5級以下的儀表一般作為工程測量選用。
⒊ 量程的選擇。要充分發揮儀表準確度的作用,還必須根據被測量的大小,合理選用儀表量限,如選擇不當,其測量誤差將會很大。一般使儀表對被測量的指示大於儀表最大量程的1/2~2/3以上,而不能超過其最大量程。
⒋ 內阻的選擇。選擇儀表時,還應根據被測阻抗的大小來選擇儀表的內阻,否則會帶來較大的測量誤差。因內阻的大小反映儀表本身功率的消耗,所以,測量電流時,應選用內阻儘可能小的電流表;測量電壓時,應選用內阻儘可能大的電壓表。
注意事項
⒈
正確接線。測量
電流時,電流表應與被測電路串聯;測量電壓時,電壓表應與被測電路並聯。測量直流電流和電壓時,必須注意儀表的極性,應使儀表的極性與被測量的極性一致。
⒉ 高電壓、大電流的測量。測量高電壓或大電流時,必須採用電壓互感器或電流互感器。電壓表和電流表的量程應與互感器二次的額定值相符。一般電壓為100V,電流為5A。
⒊ 量程的擴大。當電路中的被測量超過儀表的量程時,可採用外附分流器或分壓器,但應注意其準確度等級應與儀表的準確度等級相符。
⒋另外,還應注意儀表的使用環境要符合要求,要遠離外磁場。
直流電流表構造
主要包括
三個接線柱[有"+","-"兩種接線柱,如(+,-0.6A,-3A)或(-,0.6A,3A)],指針,刻度等(交流電流表無正負接線柱)
使用規則
①電流表要與用電器串聯在
電路中(不能接在電池兩端否則
短路,就會燒壞電流表。);
②電流要從"+"接線柱入,從"-"接線柱出(否則指針反轉,容易把針打彎。);
③被測電流不要超過電流表的量程(可以採用試觸的方法來看是否超過量程。);
④絕對不允許不經過用電器而把電流表連到電源的兩極上(電流表內阻很小,相當於一根導線。若將電流表連到電源的兩極上,輕則指針打歪,重則燒壞電流表、電源、導線。).
注意是:先燒表(電流表),後毀源(電源)
使用步驟
⒉選用量程(用經驗估計或採用試觸法)
歸結起來有三看和三問先看清電流表的量程,一般在錶盤上有標記。確認最格的一個表示多少安培把電流表的正負接線柱接入電路後,觀察
指針位置,就可以讀數了。此外還要選擇合適量程的電流表。可以先試觸一下,若指針擺動不明顯,則換小量程的表。若指針擺動大角度,則換大量程的表。一般指針在
錶盤中間左右,讀數比較合適。
一看:量程。電流表的測量範圍。
二看:分度值。錶盤的一小格代表多少。
讀數
⒈看清量程
⒉看清分度值(一般而言,量程0~3A分度值為0.1A,0~0.6A為0.02A)
⒊看清錶針停留位置(一定從正面觀察)
⒋選用量程{用經驗估計或採用試觸法}
改裝
將靈敏電流計改裝成電流表
指針式電流表都是由靈敏電流計改裝而來的。靈敏電流計即使
靈敏度再高,通過的電流最多不超過30微安,而學生用電流表測得的電流強度都是0.6A,或者3A,遠遠超出最大值。電流表既要讓電路上的全部電流通過,又不允許通過線圈的電流超過安全限度。電流表是與被測用電器串聯的,所以改裝時要分流。將靈敏電流計與一個阻值較小的電阻並聯,這樣就會使大部分電流通過電阻,小部分經過
表頭。這時將表頭標上新的刻度,就可以了。
改裝大小所需電阻阻值有個公式:R1=R/[(I1/I)-1],其中R1是改裝時所需的電阻阻值,R是靈敏電流計的線圈阻值,I1是改裝後電流表最大量程,I是靈敏電流計最大量程。
學生用電流表有兩個量程,也就是有兩個電阻;指針式
萬用表上的量程選擇實際是
電位器。