第10章_常用电工测量仪表.ppt

第十章常用电工测量仪表 第一节电工测量仪表的基本知识 第二节常用电工仪表的工作原理 第三节电气测量 第四节常用测量仪表的安全使用 第十章常用电工测量仪表 电气测量 电气测量主要是指测量一些电的物理量 如电流 电压 电功率 电能 电阻和频率等 学习电工仪表及测量的重要性 电气作业人员无论是在电气设备的安装 调试 运行 维修中 还是对电气产品进行检测试验中 都经常需要进行电气测量 电气作业人员在进行电气测量时要能合理选择与正确使用测量仪表 就必需熟悉电工仪表的结构 原理及使用方法 否则 不但不能得到正确的测量结果 而且容易发生严重事故 本章对电气测量知识和如何正确使用测量仪表进行简要介绍 第一节电工测量仪表的基本知识 一 电工测量仪表的分类 二 标记与符号 三 仪表的误差和准确度等级 一 电工测量仪表的分类 电气测量仪表的品种 规格繁多 但基本上可以分为三大类 即电测指示仪表 比较仪表和数字式仪表 一 电工测量仪表的分类 1 指示仪表 原理 能将被测量转换为仪表可动部分的机械偏转角 并通过指示器直接显示出被测量的大小 特点 结构简单 可靠性高 使用维护方便 范例 44C2 A电表500型万用表 一 电工测量仪表的分类 1 指示仪表 分类 指示仪表按准确度等级 使用环境 防护性能 工作原理等又可分为以下几种 1 按准确度等分 可分为0 1 0 2 0 5 1 0 1 5 2 5 5 0共7个等级 准确度较高 0 1 0 2 0 5 的仪表常用来进行精密测量或校正其他仪表 2 按使用环境条件分 要分为A B C三组类型 A 0 40 B 20 50 C 40 60 一 电工测量仪表的分类 1 指示仪表 分类 3 按外壳防护性能分 可分为普通 防尘 防溅 防水 水密 气密 隔爆等类型 4 按仪表防御外界磁场或电场影响的性能分 可分为 四等 5 按使用方式分 可分为安装式 便携式等 6 按工作原理分 可分为磁电系 电磁系 电动系 感应系 静电系 整流系等 一 电工测量仪表的分类 2 比较仪表 原理 在测量过程中 通过被测量与同类标准量进行比较 然后根据比较结果 才能确定被测量大小 特点 准确度高 使用较复杂 范例 QJ 23电桥QJ 47电桥 分类 直流比较仪表和交流比较仪表 如电位差计和直流电桥属于直流比较仪表 交流电桥属于交流比较仪表 一 电工测量仪表的分类 3 数字仪表 原理 采用数字测量技术 并以数码的形式直接显示出被测量的大小 特点 使用方便 准确度高 范例 DT 2008数字万用表 分类 数字式仪表种类很多 常用的有电压表 电流表 万用表 频率表等 二 标记与符号 仪表的表面标记 符号是识别仪表种类 表明仪表的用途 构造 准确度等级 正常工作条件和环境要求等的标志 几种常用电气测量仪表的标记 符号见表3 2 P48 被测量单位符号见表3 3 P49 三 仪表的误差和准确度等级 1 仪表误差的分类 误差 测量时仪表的读数和实际值之间的差异称为仪表的误差 1 基本误差基本误差是在正常工作条件下本身所固有的它是由于结构和制作而产生的误差 一般包括活动部件的摩擦误差 活动部件不对称而产生的不平衡误差 倾斜误差 刻度误差 弹簧变形误差以及内部电磁场误差等 分类 2 附加误差附加误差是仪表受外界条件的影响所引起的误差 它包括温度附加误差 外磁场和外电场附加误差以及频率附加误差等 三 仪表的误差和准确度等级 2 误差的几种表达形式 1 绝对误差 指仪表的指示值AX与被测量的实际值A0之间的差值称为测量的绝对误差 即 AX A0被测量的实际值A0系指范型仪表 精度高的标准表 的指示值 三 仪表的误差和准确度等级 2 误差的几种表达形式 2 相对误差 指绝对误差 占被测量实际值A0的百分数 即 相对误差给出了测量误差的明确概念 用它对不同的测量误差进行比较很方便 所以它是一种较为常用的测量误差的表示形式 在实际测量中 常常用仪表的指示值AX代替实际值A0进行相对误差的近似估算 即 三 仪表的误差和准确度等级 2 误差的几种表达形式 3 引用误差 m相对误差可以表示测量结果的准确度 但却不能说明仪表本身的准确程度 一般采用引用误差来反映仪表的准确度 即绝对误差 与仪表量程 最大读数 Am的比值的百分数 即 引用误差实际指仪表在最大读数时的相对误差 即满刻度相对误差 三 仪表的误差和准确度等级 3 仪表的准确度 仪表的准确度 由于指示仪表在测量时 绝对误差 会多少有些变化 因而造成的误差也会随之变化 所以 工程上规定以最大引用误差来表示仪表的准确度 即仪表最大绝对误差 m与仪表最大量程数Am比值的百分数 叫做仪表的准确度 因此 被测量值越接近满刻度 最大引用误差越小 仪表的基本误差也越小 准确度越高 三 仪表的误差和准确度等级 3 仪表的准确度 仪表的准确度等级 国家标准规定 电工仪表精度分为七个等级 P50表3 4 0 1 0 2级仪表作为标准表 又称范型仪表 0 5 1 0 1 5级仪表多用于实验室1 5 2 5 5 0级仪表则用于电气工程测量 三 仪表的误差和准确度等级 3 仪表的准确度 选用仪表时注意 在选用仪表时 除了考虑仪表的准确度以外 还要选择合适的量限 以提高测量的精度 前面已经说过 仪表的准确度以最大引用误差来衡量 而测量精度以该处可能产生的最大误差来衡量 准确度高的仪表在使用不合理时产生的相对误差可能会大于准确度低的仪表 三 仪表的误差和准确度等级 3 仪表的准确度 例如 为了测量20V电压 如果选用准确度为0 5级的 但量限为150V的电压表 则测量结果中可能出现的最大绝对误差为 m mAm 0 5 150 0 75V测量20V时的相对误差为 为了测量20V电压 如果选用准确度为1 5级的 但量限为30V的电压表 则测量结果中可能出现的最大绝对误差为 m mAm 1 5 30 0 45V测量20V时的相对误差为 三 仪表的误差和准确度等级 3 仪表的准确度 结论 由此可见 测量结果的精度 不仅与仪表的准确度等级有关 而且与它的量限也有关 因此 在选择仪表的量限时 被测值应尽量使指针指在刻度标尺的三分之二以上 第二节常用电工仪表的工作原理 一 指示仪表的基本组成部分及其作用 二 磁电系仪表的工作原理 三 电磁系仪表的工作原理 四 电动系仪表和铁磁电动系仪表的工作原理 五 感应系仪表 六 几种常用测量机构的主要特性及应用 一 指示仪表的基本组成部分及其作用 1 指示仪表的基本组成部分 电工指示仪表的任务就是把被测电量 磁量或电参数转换为仪表可动部分的机械偏转角 在转换过程中 使两者都保持一定的函数关系 从而用指针偏转的角度大小反映被测量的数值 一 指示仪表的基本组成部分及其作用 1 指示仪表的基本组成部分 指示仪表一般由测量线路和测量机构构成 测量线路 测量线路的作用是把各种不同的被测量按一定的比例转换为能被测量机构所接受的过渡量 测量线路通常由电阻器 电容器 电感器等电子元件组成 不同的仪表其测量线路各不相同 如 电流采用分流器 电压采用分压器等 一 指示仪表的基本组成部分及其作用 1 指示仪表的基本组成部分 指示仪表一般由测量线路和测量机构构成 测量机构 测量机构的作用是将被测量x 或过渡量y 转换成仪表可动部分的机械偏转角 它是电工指示仪表的核心 一 指示仪表的基本组成部分及其作用 2 测量机构的主要装置 1 转动力矩装置在被测量或过渡量的作用下 能产生使仪表偏转的转动力矩 而且这个转动力矩的大小要随被测量或过渡量的变化而按一定的关系变化 根据测量机构产生转动力矩的原理的不同 指示仪表可分为磁电系 电磁系 电动系等等 一 指示仪表的基本组成部分及其作用 2 测量机构的主要装置 2 反作用力装置在可动部分偏转时 能产生随偏转角增加而增加的反作用力矩 以平衡转动力矩 使偏转角能够反映被测量的大小 反作用力矩一般由游丝或张丝产生 还有利用磁力来产生反作用力矩的 其大小与偏转角成正比 一 指示仪表的基本组成部分及其作用 2 测量机构的主要装置 3 阻尼力矩装置在可动部分作偏转运动时 能产生适当的阻尼力矩以限制其摆动 从而使可动部分尽快地稳定在平衡的位置上 阻尼力矩一般由空气阻尼器和磁感应阻尼器产生 空气阻尼器的阻尼力矩是利用空气阻力产生的 磁感应阻尼器的阻尼力矩是利用可动部分在磁场中运动时产生的电磁力产生的 一 指示仪表的基本组成部分及其作用 2 测量机构的主要装置 4 支撑装置测量机构中的可动部分要随被测量大小而偏转 必须有支撑装置 支撑装置的摩擦力应尽可能小 以保证仪表工作的准确度 电工指示仪表内的支撑装置有轴尖轴承支撑装置和张丝弹片支撑装置 一 指示仪表的基本组成部分及其作用 2 测量机构的主要装置 5 读数装置应能直接指示出被测量的大小 电工指示仪表指示被测量大小一般由指示装置完成 指示装置由指针和标度尺组成 注意 为了消除视觉误差 有些仪表标度尺下面还安装一块反射镜 当看到指针和指针在镜中的影像重合时才能读数 二 磁电系仪表的工作原理 1 测量机构的组成 主要由固定的永久磁铁和活动的通电线圈两部分组成 二 磁电系仪表的工作原理 2 工作原理 磁电系仪表的核心部分是测量机构 又叫表头 它是根据通电线圈在磁场中受电磁力的作用而偏转的原理制成的 二 磁电系仪表的工作原理 3 特点 1 准确度和灵敏度高由于永久磁铁磁性很强 能在很小电流下产生很大的转矩 所以摩擦力小 温度和外磁场所造成的误差小 2 刻度均匀由于指针的偏转角与被测电流的大小成正比 所以该系列仪表刻度均匀 易读数 3 功率消耗小由于通过测量机构的电流很小 所以本身消耗功率很小 二 磁电系仪表的工作原理 3 特点 4 过载能力小由于被测电流要通过游丝与线圈连通 而线圈的导线又很细 所以 一旦过载 易引起游丝弹性变化 甚至烧表 5 只能测量直流由于永久磁铁的极性是固定的 所以只有线圈流入直流电流 表的可动部分才能产生稳定的偏转 三 电磁系仪表的工作原理 1 测量机构的组成 主要由固定线圈和装在转轴上的可动铁片组成 可分为吸引型和排拆型两种 三 电磁系仪表的工作原理 2 工作原理 电磁系仪表和磁电系仪表一样 也是依靠电磁相互作用原理制成的 但它与磁电系仪表的区别是其磁场是由被测电流产生的 三 电磁系仪表的工作原理 3 特点 1 既可测量直流 又可测量交流 但测量直流时有磁滞误差 只有当铁片采用优质坡莫合金材料时 才可以制成交直流两用仪表 2 可直接测量较大电流 过载能力强 结构简单 制造成本低 被测电流不是游丝导入导出 而是通过固定线圈 3 标尺刻度不均匀 因为指针偏转角与被测电流的平方成正比 所以标尺具有平方律的特性 即起始段分布较密 而末段分布稀疏 三 电磁系仪表的工作原理 3 特点 4 易受外磁场影响 因为它的磁场是由固定线圈通入电流而产生 强度较弱 所以极易受外界磁场干扰 磁屏蔽将测量机构装在用导磁性能良好的材料做成的屏蔽罩内 有时采用多层磁屏蔽 解决办法 无定位结构把测量机构的固定线圈分成完全相同的两个部分 而且进行反串 当线圈通电后 两线圈产生的磁场方向相反 但其总转矩却是相加的 一旦有外磁场存在 一个线圈的磁场若被消弱 另一个线圈的磁场势必增强 因两个线圈的结构完全对称 所以外磁场对测量机构的总作用相互抵消 使得仪表放置的位置如何 外磁场总是抵消的 四 电动系仪表和铁磁电动系仪表的工作原理 一 电动系仪表的工作原理1 测量机构的组成 主要由分段的固定线圈和装在固定线圈内的可动线圈构成 四 电动系仪表和铁磁电动系仪表的工作原理 一 电动系仪表的工作原理2 工作原理 电动系仪表是利用通过电流的固定线圈代替磁电系仪表的永久磁铁 由于固定线圈可以通过直流 也可以通过交流 从而既可测量直流 又可测量交流 它不但可以做成交 直流两用而准确度较高的电压表 电流表 还可以做成功率表和功率因素表等 四 电动系仪表和铁磁电动系仪表的工作原理 一 电动系仪表的工作原理2 工作原理 四 电动系仪表和铁磁电动系仪表的工作原理 一 电动系仪表的工作原理3 特点 1 准确度高 由于这种仪表内没有铁磁物质 不存在磁滞后误差 准确度等级最高可达0 1级 2 交直流两用 并且能测量非正弦电流有效值 3 能构成多种类仪表 将固定和可动线圈串联 就是电动系电流表 将固定和可动线圈分别与分压电阻串联 就是电动式电压表 另外还能组成功率表 相位表等 4 电动系功率表刻度标尺均匀 四 电动系仪表和铁磁电动系仪表的工作原理 一 电动系仪表的工作原理4 缺点 1 仪表易受外磁场影响 2 本身消耗功率大 3 过载能力小 4 电动系电流 电压表刻度不均匀 因为指针偏转角 与电流电压的平方成正比 所以刻度有平方律特性 四 电动系仪表和铁磁电动系仪表的工作原理 二 铁磁电动系仪表的工作原理1 测量机构的组成 铁磁电动系测量机构主要是为了克服电动系测量机构本身磁场弱 易受外磁场影响的缺点而设计的 为了增大工作磁场 采用了把固定线圈绕在铁芯上 而可动线圈内增加一个铁芯 这样就增加了仪表的偏转力矩 四 电动系仪表和铁磁电动系仪表的工作原理 二 铁磁电动系仪表的工作原理2 工作原理 铁磁电动系仪表和电动系仪表的工作原理是相同的 四 电动系仪表和铁磁电动系仪表的工作原理 二 铁磁电动系仪表的工作原理3 特点 1 仪表本身磁场很强 所以外磁场对其影响要显著降低 2 由于铁芯有磁滞损耗和涡流损耗 降低了仪表的准确度 一般用作开关板式仪表 五 感应系仪表 1 测量机构的组成 1 驱动元件 它由电压元件 电压线圈 铁芯 和电流元件 电流线圈和铁芯 两部分组成 用来产生转动力矩 电压元件 在E字形铁芯上绕有匝数多 而且导线截面较小的线圈 该线圈使用时与负载并联 故称电压线圈 五 感应系仪表 1 测量机构的组成 1 驱动元件 它由电压元件 电压线圈 铁芯 和电流元件 电流线圈和铁芯 两部分组成 用来产生转动力矩 电流元件 在U字形铁芯上绕有匝数少 而且导线截面较大的线圈 该线圈使用时与负载串联 故称电流线圈 五 感应系仪表 1 测量机构的组成 2 转动元件 由圆形铝盘和转轴组成 转轴上装有传递铝盘转数的蜗杆 仪表工作时 驱动元件产生转动力矩 驱动铝盘转动 五 感应系仪表 1 测量机构的组成 3 制动元件 由永久磁铁组成 用来在铝盘转动时产生制动力矩 使铝盘转数与被测功率成正比 五 感应系仪表 1 测量机构的组成 4 积算机构 用来计算铝盘转数 实现累计电能的目的 它由齿轮 滚轴及计数器等组成 计度器 五 感应系仪表 2 工作原理 感应系仪表是利用电磁感应的原理制作的 它由载流线圈产生交变磁场 使可动部分导体中产生感应电流 感应电流又和交变磁场相互作用 产生驱动力矩 使仪表工作 六 几种常用测量机构的主要特性及应用 表3 5常用测量机构的主要特性和应用 综上所述 现将常用测量机构的主要特性和应用情况列于表3 5 以便于分析比较 P54 55 补充 电测仪表使用的基本要求 在进行电气测量时 必须首先选择合适的仪表 并且在测量过程中 采用正确的使用方法 这样 才能得到准确有效的测量数据 否则 不但不能得到正确的测量数据 而且可能引起人身设备事故 所以正确选择和使用仪表是非常重要的 要正确地选择和使用仪表必须熟悉仪表的结构 原理和技术特性 各种系列的仪表的结构 原理及特点我们前面已经介绍 下面简要介绍一下使用仪表的基本要求 1 正确选择仪表 1 选择仪表的类型 根据被测量的性质选择仪表的类型 如根据被测量是直流还是交流 来选择直流仪表还是交流仪表或选用直流档还是交流档 测量交流时还要考虑是正弦还是非正弦 是工频还是高频 2 选择仪表的内阻 根据测量线路及被测量电路阻抗大小选择仪表的内阻 如电压表的内阻越大越好 电流表的内阻越小越好 一般当电压表内阻Rv 100R R为与电压表并联的被测电路的总电阻 就可以忽略电压表内阻的影响 补充 电测仪表使用的基本要求 补充 电测仪表使用的基本要求 1 正确选择仪表 3 选择仪表的准确度根据实际工程要求和经济性 合理选择仪表的准确度 准确度等级越高 仪表价格也越高 且维修也越困难 一般控制屏上仪表的准确度等级规定为 交流电压表 电流表 功率表准确度等级为1 5 2 5级 直流电流表 电压表准确度等级为1 5级 与测量仪表连接的分流器 附加电阻的准确度要求不低于0 5级 测量用互感器准确度等级至少应为1 0级 实验室用测量仪表的准确度等级为0 5 1 5级 0 1级至0 2级仪表通常作标准表用于精密测量 补充 电测仪表使用的基本要求 1 正确选择仪表 4 选择仪表量程 根据被测量的大小 选用适当的量程 使被测量大小为仪表测量上限的的1 2 2 3以上 若不知道被测量的大致数值范围 则应先用仪表最大量程档进行点测 以判定被测量的大致范围 5 选择仪表的工作条件 仪表使用条件分为A组 B组和C组 A组仪表一般在0 40 的条件下使用 B组仪表一般在 20 50 的条件下使用 C组仪表一般在 40 60 的条件下使用 补充 电测仪表使用的基本要求 2 正确接线 不同的仪表 接线也不同 不能乱接和接错 一般电流表 或功率表 电能表电流线圈 串联接入电路 电压表 或功率表 电能表电压线圈 并联接入电路 直流表要注意 端子 在不知极性的情况下 也可采用点测法判定极性 电流互感器原边串入电路 副边所有电流表 或电流线圈 串联 电压互感器原边并入被测电路 副边所有电压表 或电压线圈 并联 互感器二次绕组有两种 应把测量仪表接在准确度较高的端子上 而将继电保护接在准确度低一级的端子上 功率表和电能表的接线必须注意端子的极性符号 第二节电流和电压的测量1 直流电流的测量 1 直流电流表的构成 一般由磁电系测量机构构成 由于磁电系测量机构中 通电的可动线圈导线很细 而且电流还要通过游丝 所以允许直接通过的电流很小 所以它本身只能用作微安表或毫安表 为了测量较大电流 必须采用分流器 磁电系电流表通常由测量机构和分流器并联构成 1 直流电流表的构成 rc 测量机构内阻Ic 测量机构的满偏电流RfL 分流电阻I 扩大量程的电流n 电流量程扩大倍数 从上式说明 要使电流表量程扩大n倍 所并联的分流电阻RfL应为测量机构内阻rc的1 n 1 倍 1 直流电流表的构成 解 电流量程扩大倍数 例如 有一只内阻为200 满刻度为500 A的磁电系测量机构 若要将其改制成量程为1A的直流电流表 应并联多大的分流电阻 应并联分流电阻 二 直流电流的测量 1 直流电流表的构成 由上式可见 对于相同的测量机构 配以不同的分流器 便可制成不同量程的电流表 分流器用温度系数很小的锰铜电阻制成 为了防止通过电流时温度过高而造成误差 分流器要有足够的散热面积 当电流较小时 分流器一般装在电流表内部 称为内附式分流器 当电流在50A以上时 分流器一般装在电流表外部 称为外附式分流器 1 直流电流表的构成 外附式分流器有两对接线端钮 粗的一对称 电流接头 串接于被测的大电流电路中 细的一对叫 电位接头 和磁电系测量机构并联 1 直流电流表的构成 分流器一般不标明电阻数值 而标明 额定电流 和 额定电压 值 额定电压一般都统一规定为75mV和45mV 当测量机构的电压量限 即电流量限与内阻的乘积 等于分流器的电压额定值时 则它的电流限量等于分流器的额定值 例如 100A的直流电流表 注明配用100A 75mV的分流器 如果将它配上500A 75mV的分流器时 它的量程就可扩大5倍 表的读数就要乘以5 才是所测得的实际电流值 第二节电流和电压的测量 2 直流电流的测量 在进行直流电流测量时 电流表应串接在被测电路中 接线时将被测电流的的流入端接电流表的 接线端钮 而流出端接 接线端钮 电流表量程的选择应根据被测量电流的大小而定 如事先估计不出被测电流大小的范围 则应先使用量程较大的电流表测试 然后再换一个合适量程的电流表 2 直流电压的测量 1 直流电压表的构成 根据欧姆定律可知 一只内阻为rc 满刻度电流为Ic的磁电系测量机构 本身是一只Uc Icrc的直流电压表 只是其电压量程很小 如果要测量更高的电压 就必须扩大其电压量程 方法就是将测量机构串联一只电阻Rv 2 直流电压的测量 1 直流电压表的构成 上式说明 要使电压表量程扩大m倍 需要串联的分压电阻Rv是测量机构内阻rc的 m 1 倍 rc 测量机构内阻Ic 测量机构的满偏电流Uc 测量机构额定电压Rv 分压电阻U 扩大量程的电压m 电压量程扩大倍数 2 直流电压的测量 1 直流电压表的构成 例如 一只内阻为500 满刻度为100 A的磁电系测量机构 要改制成50V量程的直流电压表 应串联多大的分压电阻 Rv m 1 rc 1000 1 500 499500 解 测量机构额定电压 Uc Icrc 100 10 6 500 0 05V 电压量程扩大倍数 应串联的分压电阻 第二节电流和电压的测量 6 直流电压表的构成 直流电压表由磁电系测量机构与分压电阻串联而成 通过选择不同的分压电阻即可得到不同量程的电压表 分压电阻分内附 外附 一般600V以下用内附 高于600V用外附 2 直流电压的测量 2 直流电压的测量 直流电压表在测量时 与被测负载并联 磁电系电压表在使用时应将被测电压高电位端接电压表的 接线端钮 低电位端接 接线端钮 电压表量程的选择应根据被测量电压的大小而定 如事先估计不出被测电压大小的范围 则应先使用量程较大的电压表测试 然后再换一个合适量程的电压表 四 交流电流的测量 1 交流电流表的构成 交流电流表一般由电磁系或电动系测量机构构成 电磁系电流表构成 由于电磁系测量机构的固定线圈允许通过较大电流 用电磁系测量机构构成电流表时一般不必并分流电阻而直接构成 其固定线圈分成二段 两段固定线圈由串联通过改变连接片的位置改成并联时 量程扩大一倍 3 交流电流的测量 1 交流电流表的构成 交流电流表一般由电磁系或电动系测量机构构成 电动系电流表构成 在量程较小时 把定圈和动圈串联构成 在量程较大时 动圈和定圈并联 通过分流电阻使流过定圈电流较大而流过动圈的电流较小 因动圈允许通过的电流小 电动系电流表改变量程的方法也可以通过把固定线圈分段 改变其串并联连接方式来实现 四 交流电流的测量 2 交流电流的测量 当被测电流不是很大时 只要把交流电流表直接串入测量回路即可 交流电流表的接线不必考虑极性 当被测电流较大时 则采用加接电流互感器来实现 电流表经电流互感器接入时 若电流互感器的变比I1 I2为K 则所测得的电流应为电流表的读数乘以K 电流互感器二次侧严禁开路 在回路中也不允许装保险丝 如需要在带负载的情况下装拆仪表 必须先把电流互感器二次侧短路 才能将仪表连接线拆开 4 交流电压的测量 1 交流电压表的构成 交流电压表可由电磁系测量机构与分压电阻串联构成 或由电动系测量机构的动圈与定圈串联后再与分压电阻串联构成 4 交流电压的测量 2 交流电压的测量 当被测交流电压不是很大时 可把交流电压表与被测负载并联直接测量 交流电压表的接线不必考虑极性问题 当被测交流电压较大时 则需通过电压互感器进行测量 所测电压为电压表读数乘以互感器变比 第三节万用表 万用表是一种常用的多功能表 主要用来测量电压 电流 电阻 晶体管放大倍数等 虽然准确度不高 但使用简单 携带方便 是维护 检修电气设备的常用工具 万用表可以分为指针式和数字式万用表两大类 模拟式万用表由磁电式微安表 测量电路 转换开关等几大部分组成 测量电路作用是把被测量转换成适合磁电式仪表测量的小直流电流 转换开关作用是针对不同的测量电量实现不同测量电路的转换和量程的转换 一 指针式万用表 一 MF500型万用表的介绍 MF500型万用表是一种高灵敏度 多量程的便携式整流式仪表 能分别测量交 直流电压 直流电流 电阻及音频电平等 并具有较高的电压灵敏度 它主要由表头 测量机构 测量线路和转换开关组成 500型万用表外形图 欧姆调零 转换开关S1 机械调零 转换开关S2 1 1万用表表头上的刻度线 第一条 从上到下 标有R或 指示的是电阻值 转换开关在欧姆挡时 即读此条刻度线 第二条标有 和VA 指示的是交 直流电压和直流电流值 当转换开关在交 直流电压或直流电流挡 即读此条刻度线 第三条标有10V 指示的是10V的交流电压值 当转换开关在交 直流电压挡 量程在交流10V时 即读此条刻度线第四条标有dB 指示的是音频电平 1 表头 通常采用灵敏度 准确度高的磁电式直流微安表 其满刻度电流为几微安到几百微安 2 测量电路 用一只表头能测量多种电量 并且有多种量程 其关键是通过测量线路变换 把被测电量变成磁电系表头所能接受的微小直流电流 测量交流电压线路还有整流元件 2 1 万用表的量程档位直流电压 2 5V10V50V250V500V五个量程挡位 交流电压 10V50V250V500V四个量程挡位 另设有一个2500 的插孔 直流电流 1mA10mA100mA100mA四个常用档位 及50 A 扩展量程档位 电阻 1 10 100 1K 10K五个倍率挡位 hFE 测量三极管直流放大倍数的专用挡位 3 转换开关500型万用表有两个转换开关 分别标有不同的档位和量程 用来选择各种不同的测量要求 测量时根据需要把档位放在相应的位置就可以进行交直流电流 电压 电阻测量了 二 磁电系万用表的结构和工作原理 1 内部结构 2 测量原理 1 直流电流的测量 转换开关置于直流电流档 被测电流从 两端接入 便构成直流电流测量电路 图中 是分流器电阻 与表头构成闭合电路 通过改变转换开关的档位来改变分流器电阻 从而达到改变电流量程的目的 2 直流电压的测量 转换开关置于直流电压档 被测电压接在 两端 便构成直流电压的测量电路 图中 是倍压器电阻 与表头构成闭合电路 通过改变转换开关的档位来改变倍压器电阻 从而达到改变电压量程的目的 3 交流电压的测量 转换开关置于交流电压档 被测交流电压接在 两端 便构成交流电压测量电路 测量交流时必须加整流器 二极管D1和D2组成半波整流电路 表盘刻度反映的是交流电压的有效值 是倍压器电阻 电压量程的改变与测量直流电压时相同 4 电阻的测量 转换开关置于电阻档 被测电阻接在 两端 便构成电阻测量电路 电阻自身不带电源 因此接入电池E 电阻的刻度与电流 电压的刻度方向相反 且标度尺的分度是不均匀的 三 万用表的使用 1 使用前的准备工作 1 接线柱 或插孔 选择 测量前检查表笔插接位置 红表笔一般插在标有 插孔内 黑表笔插在 公共插孔内 2 测量种类选择 根据所测对象是交 直流电压 直流电流 电阻的种类转换开关旋至相应位置上 3 量程的选择 根据测量大致范围 将量程转换开关旋至适当量程上 若被测电量数值大小不清 应将转换开关旋至最大量程上 先测试 若读数太小 可逐步减小量程 绝对不允许带电转换量程 切不可使用电流档或欧姆档测电压 否则会损坏万用表 4 正确读数 一般读数应在表针偏转满刻度的二分之一至三分之二为宜 5 万用表用完后 应将转换开关置于空挡或交流档500V位置上 若长期不用 应将表内电池取出 6 万用表的机械调零是为测电压 电流调零用 旋动万用表的机械调零螺钉 使指针对准刻度盘左端的 0 位置 2 测量交流电压 1 用交流电压档 2 将两表笔并接线路两端 不分正负极 3 在相应量程标尺上读数 4 当交流电压小于10V时 应从专用表度尺读数 5 当被测电压大与500V时 红表笔应插在2500V交直流插孔内 必须带绝缘手套 万用表测交流电压 V S 3 测量直流电压 1 用直流电压档 2 红表笔接接被测电压正极 黑表笔接被测电压负极 两表笔并在被测线路两端 如果不知极性 将转换开关置于直流电压最大处 然后将一根表笔接被测一端 另一表笔迅速碰一下另一端 观察指针偏转 若正偏 则接法正确 若反偏则应调换表笔接法 3 根据指针稳定时的位置及所选量程 正确读数 1 5V 4 测量直流电流 1 用万用表测直流时 用直流电流档 量程mA或 A档 两表笔串接于测量电路中 如图8 18所示 2 红表笔接电源正极 黑表笔接电源负极 如果极性不知 请把转换开关置于mA档最大处 然后将一根表笔固定一端 另一表笔迅速碰一下另一端 观察指针偏转方向 若正偏 则接法正确 若反偏则应调换表笔接法 3 万用表量程为mA或 A档 不能测大电流 4 根据指针稳定时的位置及所选量程 正确读数 万用表测直流电流 A 负载 电流方向 5 测量电阻 1 用万用表电阻档测量电阻 2 测量前应将电路电源断开 有大电容必须充分放电 切不可带电测量 3 测量电阻前 先进行电阻调零 即将红黑两表笔短接 调节 旋钮 使指针对零 若指针调不到零 则表内电池不足需更换 每更换一次量程都要重复调零一次 4 测量低电阻时尽量减少接触电阻 测大电阻时 不要用手接触两表笔 以免人体电阻并入影响精度 5 从表头指针显示的读数乘以所选量程的倍率数即为所测电阻的阻值 数字万用表外形图 二 数字式万用表的使用 以DT890型数字万用表为例说明 1 面板说明 1 显示器 数字式万用表的显示位置用位 位等等表示 其中的 位 指的是显示数的首位只能显示 0 或 l 两个数码 而其余各位都能够显示0 9十个完整的十进制数码 最大指示为1999或 1999 当被测量超过最大指示值时 显示 1 或 1 2 电源开关 使用时将开关置于 ON 位置 使用完毕置于 OFF 位置 3 转换开关 用以选择功能和量程 根据被测的电量 电压 电流 电阻等 选择相应的功能位 按被测量程的大小选择合适的量程 4 输入插座 将黑色测试笔插入 COM 的插座 红色测试笔有如下三种插法 测量电压和电阻时插入 V 插座 测量小于200mA的电流时插入 mA 插座 测量大于200mA的电流时插入 20A 插座 DT 830型数字式万用表的外形图 用数字式万用表测量电阻时 黑表笔 一般接COM端 接内电源负极 红表笔 接其余三个输入插孔中的一个 接正极 正好与指针式万用表的接法相反 数字式万用表的使用方法与指针式万用表基本相同 数字式万用表的使用说明 将POWER钮按下后 首先检查9V电池的容量 如果电池不足 则显示屏左上方会出现 符号 需要更换电池再使用 1 测量直流电压首先将黑表笔插入COM插孔 红表笔插入V 插孔 然后将功能开关置于DCV量程范围 并将表笔并接在被测电压两端 在显示电压读数时 同时会指示出红表笔的极性 如果显示器只显示 1 表示过量程 功能开关应置于更高量程 2 测量交流电压首先将黑色表笔插入COM插孔 红色表笔插入V 插孔 然后将功能开关置于ACV量程范围 并将表笔并接在被测负载或信号源上 显示器将显示被测电压值 3 测量直流电流首先将黑表笔插入COM插孔 当被测电流在200mA以下时红表笔插入mA插孔 如被测电流在200mA 20A之间 则将红表笔移至20A插孔 然后将功能开关置于DCA量程范围 并将表笔串接在被测电路中 在显示电流读数时 同时会指示出红表笔的极性 4 测量交流电流首先将黑表笔插入COM插孔 当被测电流在200mA以下时将红表笔插入mA插孔 如被测电流在200mA 20A之间 则将红表笔移至20A插孔 然后将功能开关置于ACA量程范围 并将表笔串接在被测电路中 显示器将显示被测交流电流值 5 测量电阻首先将黑表笔插入COM插孔 红表笔插入V 插孔 红表笔连接电池的 极 黑表笔连接电池的 极 然后将功能开关置于所需 量程范围 将测试笔跨接被测电阻上 显示器将显示被测电阻值 6 测量二极管 与模拟表不同 数字万用表红表笔接内部电池的正极 黑表笔接内部电池的负极 测量二极管时 将功能开关置于 挡 红表笔插入V 插孔 这时的显示值为二极管的正向压降 单位为V 若二极管反偏 则显示为 1 7 测量三极管 测量晶体管的时 根据被测管类型是PNP型还是NPN型 然后再将被测管E B C三脚分别插入面板对应的晶体三极管插孔内 要注意的是 测量的只是一个近似值 8 检查线路通断 将万用表的转换开关拨至蜂鸣器位置 红表笔插入V 插孔 若被测线路电阻低于20 蜂鸣器发声 说明电路导通 反之则不通 测量完毕 应立即关闭电源 若长期不用 则应取出电池 以免漏电 第四节钳形电流表 钳形电流表又叫钳表 可在不断电的情况下测量电流 钳形电流表的最大优点是可以在不切断电路的情况下测量运行中的交流电动机的工作电流 从而很方便地了解电动机的工作状态 实际使用的钳形电流表按结构和工作原理的不同 分为磁电系和电磁系两类 根据测量结果显示不同分为指针式和数字式两大类 一 钳形表的工作原理1 指针式钳表钳形表实质上是由一只电流互感器 钳形扳手和一只电流表所组成 钳形电流表的穿心式电流互感器的副边绕组缠绕在铁心上且与交流电流表相连 它的原边绕组即为穿过互感器中心的被测导线 旋钮实际上是一个量程选择开关 扳手的作用是开合穿心式互感器铁心的可动部分 以便使其钳入被测导线 测量电流时 按动扳手 打开钳口 将被测载流导线置于穿心式电流互感器的中间 当被测导线中有交变电流通过时 交流电流的磁通在互感器副边绕组中感应出电流 该电流通过电流表显示出被测电流值 钳形电流表的工作原理是建立在电流互感器工作原理的基础上 当握紧钳形电流表扳手时 电流互感器的铁心可以张开 被测电流的导线进入钳口内部作为电流互感器的一次绕组 当放松扳手铁心闭合后 根据互感器的原理而在其二次绕组上产生感应电流 电流表指示出被测电流的数值 表头 转换开关 可开合钳口 互感器铁芯 锁键 载流导线 多用表线插孔 数字式多用钳形电流表 2 数字式钳表 由于钳形电流表的工作原理是利用互感器的原理 所以铁心是否闭合紧密 是否有大量剩磁 对测量结果影响很大 当测量较小电流时 会使得测量误差增大 二 钳形电流表的使用步骤 1 根据被测电流的种类电压等级正确选择钳形电流表 测量高压线路的电流时 应选用与其电压等级相符的高压钳形电流表 2 正确检查钳形电流表的外观情况 钳口闭合情况及表头情况等是否正常 钳口要结合紧密 有污物要及时清洗 5 测量5A以下较小电流时 可将被测导线多绕几圈再放入钳口测量 被测的实际电流等于仪表读数除以放进钳口中导线的圈数 6 读数后 将钳口张开 将被测导线退出 将档位置于电流最高档或OFF档 三 使用钳形电流表时应注意的事项1 钳形电流表分高 低压两种 用于在不拆断线路的情况下直接测量线路中的电流 2 测量前检查表的绝缘性能是否良好 外壳无破损 手柄清洁干燥 3 使用高压钳形表时应注意钳形电流表的电压等级 严禁用低压钳形表测量高电压回路的电流 4 用高压钳形表测量时 禁止用导线从钳形电流表另接表计测量 测量应由两人操作 戴绝缘手套 站在绝缘垫上 不得触及其它设备 以防止短路或接地 5 观测表计时 要特别注意保持头部与带电部分的安全距离 人体任何部分与带电体的距离不得小于钳形表的整个长度 6 测量时 应注意身体各部分与带电体保持安全距离 低压系统安全距离为0 1 0 3m 7 钳形电流表不能测量裸导体的电流 8 严禁在测量进行过程中切换钳形电流表的档位 若需要换档时 应先将被测导线从钳口退出再更换档位 9 钳形电流表测量结束后把开关拔至最大程档 以免下次使用时不慎过流 并应保存在干燥的室内 第五节兆欧表 1 工作原理兆欧表的测量机构示意图如图所示 它有两个可动线圈 两个线圈成一定角度固定在轴上 固定部分是永久磁铁 当线圈通以电流时 两个线圈受电磁力作用产生的力矩相反 一个是转动力矩 一个是反作用力矩 平衡时 两力矩相等 可以证明 指针的偏转与两电流的比值成正比 即 K I1 I2 所以该测量机构称为比率计 兆欧表又称摇表 是测量高电阻的仪表 一般用来测量电机 电缆 变压器和其它电气设备的绝缘电阻 常用的兆欧表有ZC 7 ZC 11 ZC 25等型号 兆欧表的额定电压有250V 500V 1000V 2500V等几种 测量范围有50 1000 2000M 等几种 利用比率计制成的兆欧表 其原理电路如图所示 由图可以看出 被测电阻Rx与测量机构中的可动线圈1串联 流过可动线圈1的电流I1为 流过线圈2的电流为 以上两式中的Rc和RV为附加电阻 则 由上式可以看出 兆欧表的偏转角与发电机的电压及线圈的电流无关 只与被测电阻有关 兆欧表的指针偏转直接反映被测电阻的大小 兆欧表的接线端钮有3个 分别标有 G 屏 L 线 E 地 被测的电阻接在L和E之间 G端的作用是为了消除表壳表面L E两端间的漏电和被测绝缘物表面漏电的影响 在进行一般测量时 把被测绝缘物接在L E之间即可 但测量表面不干净或潮湿的对象时 为了准确地测出绝缘材料内部的绝缘电阻 就必须使用G端 选择兆欧表 主要是选择它的额定电压和测量范围 当被测量设备的额定电压在500V以下时 选用500V或1000V的兆欧表 而额定电压在500V以上的被测设备 选用1000V或2500V兆欧表 选择兆欧表的测量范围要适应被测绝缘电阻的数值 否则 会发生较大的测量误差 兆欧表的选择 兆欧表的选用范围 选用兆欧表时 其额定电压一定要与被测电气设备或线路的工作电压相适应 测量范围应与被测绝缘电阻的范围相吻合 不能用额定电压过高的兆欧表测量低电压电气设备的绝缘电阻 以免设备的绝缘受到损坏 也不能用额定电压较低的兆欧表测量高压设备的绝缘电阻 否则测量结果不能真正反映工作电压下的绝缘电阻 2 使用注意事项 兆欧表有三个接线端 分别是 屏 G 线 L 和 地 E 测量电路的绝缘电阻时 被测电阻接在 线 与 地 之间 测量电机某一相的绝缘电阻时 线 接被测相 地 接电机的机座 测量电缆的绝缘电阻时 线 接电缆的缆芯 地 接电缆外皮 屏 接电缆内层绝缘物 为了防止发生人身和设备事故并得到准确的测量结果 被测设备测量前必须切断电源 并将设备充分放电 测量前应对兆欧表先进行开路和短路试验 检查仪表是否良好 如断开连接线 摇动发电机手柄 指针指示电阻为 再短路 线 与 地 端 摇动发电机手柄 指针指示电阻为 0 则说明仪表没问题 否则需要检修仪表 测量时 手摇发电机应由慢到快 当转速达到120r min时 要保持匀速 若发现表针指零 说明被测绝缘电阻出现短路现象 应立即停止摇动 以免兆欧表因发热而损坏 1 正确接线 兆欧表接线应用绝缘良好多股软线 一般被测绝缘电阻都接在 L E 端之间 但当被测绝缘体表面漏电严重时 必须将被测物的屏蔽环或不须测量的部分与 G 端相连接 一定要注意 L 和 E 端不能接反 正确的接法是 L 线端钮接被测设备导体 E 地端钮接地的设备外壳 G 屏蔽端接被测设备的绝缘部分 兆欧表的使用方法和注意事项 2 测量 测量时 转速要均匀 要注意保持120r min的稳定转速 通常要摇动1min等指针稳定下来后再读数 如测量电容器 电缆 大容量变压器和电机绝缘时 要先持续摇动一段时间 等指针稳定后再读数 不然读数不准 同时要注意达到一定转速后再将线端接上 测完后先拆去接线 再停止摇动 以免损坏仪表 3 兆欧表没有停止转动或被测设备尚未进行放电之前不允许用手接触导体 4 测量完毕 应对被测设备进行充分放电 拆线也不可直接接触连线的裸露部分 以免发生触电事故 5 不能在雷电时或附近有高压导体的设备上测量绝缘电阻 只有在设备不带电又不会受其它电源敢于的情况下才可测量 C 思考 在测量额定电压为500V以下的电气设备的绝缘电阻时 应选用额定电压为 的兆欧表 A 500VB 1000VC 2500VD 2500V以上 六 电能的测量 1 单相电能的测量 单相电能表的构成 感应系电能表由感应系测量机构构成 其电流线圈与负载串联 流过负载的电流 其电压线圈与负载并联 反映负载的电压 感应系测量机构的转速与负载的有功功率成正比 负载功率越大 则其转速越快 通过其积算机构 即可测出负载在一定时间内所消耗的电能 第六节接地电阻测量仪 一 接地电阻测试要求 a 交流工作接地 接地电阻不应大于4 b 安全工作接地 接地电阻不应大于4 c 直流工作接地 接地电阻应按计算机系统具体要求确定 d 防雷保护地的接地电阻不应大于10 e 对于屏蔽系统如果采用联合接地时 接地电阻不应大于1 二 接地电阻测试仪ZC 8型接地电阻测试仪适用于测量各种电力系统 电气设备 避雷针等接地装置的电阻值 亦可测量低电阻导体的电阻值和土壤电阻率 三 使用前检查测试仪是否完整 测试仪包括如下器件 1 ZC 8型接地电阻测试仪一台2 辅助接地棒二根3 导线5m 20m 40m各一根五 使用与操作1 测量接地电阻值时接线方式的规定仪表上的E端钮接5m导线 P端钮接20m线 C端钮接40m线 导线的另一端分别接被测物接地极E 电位探棒P 和电流探棒C 且E P C 应保持直线 其间距为20m1 1测量大于等于1 接地电阻时接线图见图1将仪表上2个E端钮连结在一起 此主题相关图片如下 2测量小于1 接地电阻时接线图见图2将仪表上2个E端钮导线分别连接到被测接地体上 以消除测量时连接导线电阻对测量结果引入的附加误差 此主题相关图片如下 2 操作步骤2 1 仪表端所有接线应正确无误 2 2 仪表连线与接地极E 电位探棒P 和电流探棒C 应牢固接触 2 3 仪表放置水平后 调整检流计的机械零位 归零 2 4 将 倍率开关 置于最大倍率 逐渐加快摇柄转速 使其达到150r min 当检流计指针向某一方向偏转时 旋动刻度盘 使检流计指针恢复到 0 点 此时刻度盘上读数乘上倍率档即为被测电阻值 2