仪器仪表1.ppt

课程内容常用仪器 仪表及安全使用 主讲 长沙供电段教育科彭海石 常用仪表及安全使用 概念 仪表 在电工技术中 测量各种电磁量的仪器仪表统称为电工仪表 第一节仪表的分类及工作原理第二节仪表的误差和准确度第三节电流和电压测量第四节功率和电能的测量第五节电阻的测量第六节万用表第七节钳形电流表第八节摇表和接地电阻测量仪 常用仪表及安全使用 用来直接测量被测量的大小 通过同基准的比较来获得被测值的大小 第一节仪表的分类及工作原理 直读式 比较式 仪表 按测量方法分 直读式电工仪表 按指示方式分 数字式 利用指针转动的位置来反映被测量值的大小 其工作原理和内部结构都比较简 价格较低 测量精度较低 指示式 利用数码管或液晶显示被测量值的大小 性能好 精度高 按仪表的工作原理分 一 指示仪表分类 磁电式电磁式电动式感应式整流式数字式 常用仪表 按被测量电源的种类分 一 指示仪表分类 直流仪表交流仪表交直流两用仪表 按使用方法分 一 指示仪表分类 安装式仪表 可携式仪表 按被测量的名称分 一 指示仪表分类 电流表电压表功率表电度表欧姆表兆欧表 一 指示仪表分类 按防护性能分 普通型 防尘型 防溅型 防水型 水密型 气密型 隔爆型 一 指示仪表分类 按仪表使用条件分 A A1 B B1 C 五组 按仪表准确度等级分 七级 0 1 0 2 0 5 1 01 5 2 5 5 0 一 指示仪表分类 按仪表对外界磁场的防御能力不同 分四个等级 二 常用电工仪表的工作原理 常用的电工仪表主要有三种 磁电式仪表电磁式仪表电动式仪表 磁电式仪表 1 结构和工作原理磁电式仪表主要由固定部分和可动部分组成 如下图 磁电式仪表 结构 固定部分 磁铁1 极掌2 固定铁芯3 产生均匀的磁场 作用 磁电式仪表 结构 可动部分 可动线圈4 游丝5 指针6 可动线圈通电时产生转动 带动指针偏转 指示读数 作用 原理 当被测电流通过可动线圈时 在磁铁磁场的作用下 可动线圈产生一个转动力矩而发生偏转 仪表指针随之偏转 同时 装在转轴上的游丝变形 产生反作用力矩 当转动力矩与反作用力矩平衡时 指针稳定在某一个位置 并在标尺上指出被测量值 指针偏转角与被测电流的大小成正比 磁电式仪表 原理 磁电式仪表 特点 特点 1 刻度均匀分布2 只适用测量直流电 3 功率消耗低 测量灵敏度高 受外磁场影响小 4 过载能力较差 5 结构复杂 磁电式仪表 用途 磁电式仪表 主要用于直流电流和电压的测量 整流元件 配合 用于交流电压和电流的测量 交换电流 配合 用于功率 频率等其它电量的测量 电磁式仪表 分类 根据仪表转动力矩产生方式 电磁式仪表可分为扁线圈吸引型和圆线圈排斥型 如下图 扁线圈吸引型仪表 原理 原理 当被测电流通过扁线圈时 在线圈周围产生磁场 偏心动铁片在磁场作用下被吸入线圈 指针也随之偏转 当转动力矩与游丝产生的反作用力矩平衡时 指针便稳定在某一确定的位置 指示出被测量值 圆线圈排斥型仪表 原理 原理 当被测电流通过线圈时 线圈磁场使动铁片和定铁片同时被磁化为同一极性 两铁片互相排斥 产生转动力矩 使动铁片带动指针偏转指示仪表读数 反作用力矩同样由游丝产生 电磁式仪表 特点 特点 1 刻度不均匀 2 可测量交直流 3 功率消耗大 灵敏度低 受外磁场干扰大 4 过载能力强 5 结构简单 价格低 用途 电磁式仪表是测量交流电压和交流电流的最常用的仪表 测量交流电时 仪表所指示的数值是交流电的有效值 电磁式仪表 用途 电动式仪表 结构 电动式仪表由固定线圈和可动线圈组成 见下图 原理 当被测电流I1通过固定线圈时 线圈产生大小与I1成正比的磁场 同时可动线圈通过电流I2 可动线圈在固定线圈磁场的作用下产生转动力矩 带动指针偏转一个角度 当转动力矩与游丝反作用力矩平衡时 指针的偏转角即表示被测量的数值 电动式仪表 原理 电动式仪表 特点 特点 1 电动式仪表转动力矩与通过固定线圈的电流和可动线圈的电流乘积有关 2 可测量交直流 3 有较高的测量精度 最高可达到0 1级准确度 4 可动线圈和游丝截面积小 过载能力较差 电动式仪表用于测量交 直流电路的电压 电流或者如功率 功率因数等这类与两个电量有关的物理量 由于它具有较高的测量准确度 所以特别适合对交流电进行精密测量 电动式仪表 应用 三 电工仪表的型号 电工仪表的型号是按规定的编号规则编制的 它可反映出仪表的用途和工作原理 不同结构形式的仪表有不同的编号规则 安装式仪表的型号一般由形状代号 系列代号 设计序号 用途代号组成 形状代号第一位表示面板的最大尺寸 第二位表示仪表的外壳尺寸 系列代号表示仪表的工作原理编制 用途代号表示测量的量 例如 44C2 A型电流表 其中 44 为形状代号 表示面板和外壳为40mm C 表示磁电系仪表 2 为设计序号 A 表示测量电流 可携式仪表的型号除了不用形状代号外 其他部分与安装式仪表相同 三 电工仪表的型号 例如 T62 V型电压表 其中 T 表示电磁系仪表 62 为设计序号 V 表示测量电压 电度表的型号与可携式仪表基本相同 只是在型号前再加上一个 D 例如 DD 表示单相电度表 DT 表示三相四线电度表 DS 表示三相有功电度表 DX 表示无功电度表 三 电工仪表的型号 四 电工仪表的常用符号 常见符号见下表 五 电工仪表的选用 仪表选用 1 根据测量对象选择相应的仪表 2 根据被测量对象的大小 选择合适的量程 3 根据被测量的精度要求 4 注意仪表使用的规定条件 第二节仪表的误差和准确度 一 仪表的误差及其分类在电工测量中 我们把测量值与被测实际值之间的差值叫做仪表的测量误差 根据引起误差的原因 可将仪表的误差分为基本误差和附加误差两种 一 仪表的误差及其分类 基本误差 仪表在规定的正常工作条件下使用时而产生的误差 附加误差 在测量中 由于未能满足电工仪表的正常工作条件而产生的误差叫做附加误差 二 仪表误差的表示方法 1 绝对误差 Ax A0 绝对误差 测量值 被测量实际值 一 仪表误差的表示方法 2 相对误差Y Y A0 100 因Ax与A0相差不大 所以常用Ax代替A0进行近似计算 即 Y AX 100 相对误差 绝对误差 实际值 相对误差 测量不同大小的被测量时 用绝对误差是无法比较测量结果的准确程度的 例如 测量100V的电压 绝对误差是1V 测量10V的电压 绝对误差也是1V 虽然两次的绝对误差都是1V 但你会认为第一次测量的结果较准确 因为第一次的测量误差为1 而第二次的误差为10 这就是相对误差的概念 一 仪表误差的表示方法 3 引用误差Ym Ym Am 100 引用误差 绝对误差 实际值 三 仪表的准确度 在电工测量中 通常用仪表的引用误差来表示仪表的准确度等级 如一只量程为100V的电压表 在测量中可能产生的最大绝对误差是1V 由此计算其引用误差为 Ym 1 100 100 1 则这只电压表具有1 0级准确度 我国生产的电工仪表准确度分为七级 各级引用误差如下表所示 三 仪表的准确度 标准表 实验室用 电气工程测量 例如 测量10V电压 选用准确度0 5级 量程100V的电压表 测量中可能出现的最大绝对误差是 三 仪表的准确度 Ym Am 100 0 5 100 0 5V 测量10V电压时的最大相对误差为 Y A0 100 0 5V 10 100 5 如果选用准确度1 5级 量程15V的电压表 则测量中可能出现的最大绝对误差是多少呢 1 5 15 0 225V测量10V电压时的最大相对误差为 Y A0 100 0 225V 10 100 2 25 三 仪表的准确度 第三节电流和电压测量 电流与电压是两个基本的电磁量 电流和电压的测量不但本身十分重要 而且其它电磁量和非电量也可转换成电流与电压进行测量 所以电流和电压的测量是电气测量的基础 一 电流的测量 磁电系电磁系电动系 直流电流 交流电流 1 电流表结构形式的选择 一 电流的测量 2 电流表量程的选择 被测量大小已知时 被测量大小未知时 选用较大量程试测 换用适当量程 一 电流的测量 3 电流表的接线方法 测量电流时 电流表必须串接在被测电路中 使用磁电系电流表测量直流时 还应注意使电流从 接线端流入 接线端流出电流表 否则 指针将反向偏转 电流表会受到损伤 一 电流的测量 4 电流表内阻对测量值的影响 为了减小电流表接入电路后对电路原始状态的影响 应选用内阻远小于被测电路电阻的电流表 电流表的内阻越小 测量结果越接近被测电流的实际值 一 电流的测量 5 电流表量程的扩大 1 磁电系电流表扩大量程的方法 并联电阻扩大量程 电路如下图 I I1 R1 A IS RS 5 电流表量程的扩大 I I1 R1 A IS RS 从图中可以看出 I I1 Is I1R1 IsRs由以上两式可得出 I I1 I R1 RS KI1 扩大量程时 已知I1 R1和I 那么RS R1 K 1 其中 K I I1例如 已知一磁电系表头内阻为200 量程为500 A 为扩大量程为1A 应并联多大的分流电阻 解 K I I1 106 500 2000RS R1 K 1 200 2000 1 0 1 所以应并联一个0 1欧的分流电阻 5 电流表量程的扩大 2 电磁系和电动系电流表采用将固定线圈分段 用连接片或转换开关等使各段线圈间组合成不同的串联和并联形式 以得到不同的量程 5 电流表量程的扩大 3 采用电流互感器扩大交流量程 测量时 被测电流通过互感器的一次绕组 电流表串接在二次绕组中 此时 实际电流值等于电流表的读数乘以电流互感器的变比 接线图如下 5 电流表量程的扩大 A A A A 采用电流互感器扩大量程接线图 二 电压的测量 1 电压表结构型式的选择 与电流表相同 2 电压表量程的选择 与电流表相同 3 电压表的接线方法 测量时 应与被测电路或元件并联 使用磁电式仪表时 应使电压的高电位端接仪表的 以免指针反向偏转 损坏仪表 二 电压的测量 4 电压表内阻对测量值的影响电压表的内阻越大 测量效果越好 准确度越高 常用电压表中 磁电系电压表的内阻较大 灵敏度较高 5 电压表扩大量程的方法 1 串接分压电阻扩大电压表的量程2 采用电压互感器扩大交流量程 串接分压电阻扩大电压表的量程 电路如下图 V Us Rs Uv Rv I U 串接分压电阻扩大电压表的量程 电路如下图 V Us Rs Uv Rv I U 式中 K U Uv 若已知Uv Rv和U则 采用电压互感器扩大交流量程 接线图如下 第四节功率和电能的测量 功率和电能的测量 直流电路功率的测量单相交流电路功率的测量三相交流电路功率的测量三相无功功率的测量单相交流电路电能的测量三相交流电路电能的测量 直流电路功率的测量 直流电路的功率P UI可以使用电动系仪表做成功率表 又称瓦特表 进行测量 测量时 电流线圈与负载串联 电压线圈串联分压电阻后与负载并联 指针偏转角的大小取决于负载电流和负载电压的乘积 因此 在功率表的标度尺上可以直接读出被测功率的大小 功率表的符号和电路图如下 直流电路功率的测量 使用功率表时 应注意的问题 1 正确选择功率表量程2 注意功率表的正确接线3 正确读出功率表的读数 直流电路功率的测量 正确选择功率表量程 功率表的量程 电流线圈的额定电流 电压线圈的额定电压 乘积 例如 有两只功率表 量程分别为300V 5A和150V 10A 显然 它们的功率量程均为1500W 若用来测量220V 4 54A的负载功率 则应选用300V 5A的功率表 而150V 10A的功率表 则因电压量程小于负载电压 不能选用 正确选择功率表量程 注意功率表的正确接线 电动系功率表指针的偏转方向与两线圈中的电流方向有关 如果改变一个线圈的电流方向 指针就将反转 为了防止指针反转 接线时必须使两线圈的电源端钮都接到同一极性的位置 经保证两线圈电流都从标有 的电源端钮流入 而且从 极到 极 满足这两种要求的接线方法有两种 其接线图如下 注意功率表的正确接线 当负载电阻远远大于电流线圈内阻时 应采用a图接法 当负载电阻远远小于电压线圈内阻时 应采用b图接法 正确读出功率表的读数 例如 某功率表的电压量程为300V 电流量程为1A 标尺满刻度为100格 测量时指针偏转了50格 则功率表常数为300 1 100 3 W 格 被测功率为 3 50 150 W 二 单相交流电路功率的测量 单相交流电路的功率为 如果是纯电阻电路 就用交流电压表和电流表分别测出电压和电流 再计算功率 如果不是纯电阻电路 就必须选用电动系功率表 电动系功率表可直接测量单相交流电路的功率 其使用方法及注意事项与测量直流电路功率的方法相同 三 三相交流电路功率的测量 三相交流电路功率的测量 利用单相功率表组成 一表法 两表法 三表法 一表法测量 用于测量三相对称电路的功率 测量线路如下图 两表法测量 用于测量三相三线制电路的功率 测量线路如下图 三表法测量 用于测量三相四线制不对称负载电路的功率 测量线路如下图 三相交流电路的无功功率为 所以只要适当改变功率表的接线方法使其U I保持的相位差 就可以利用功率表来测量无功功率 三相对称负载电路无功功率的测量 可以采用有功两表相减法 测量线路与两表法测量功率的线路相同 将两表的计数之差再乘以 就是三相负载的总无功功率 单位为乏Var 四 三相无功功率的测量 五 单相交流电路电能的测量 测量交流电能用的是感应式电度表 又称千瓦时表 在单相电路中 电度表的接线方法原则上与功率表相同 测量时如果被测电路负载电流 电压超过电度表电流 电压线圈的额定值 则应通过互感器再接入电度表 应当注意 凡经过互感器的电度表 其读数应乘以互感器的变比才是实际数值 单相电度表接线图 三相交流电路电能的测量 在电力系统中 常采用三相电度表测量电能 它可以从标尺上直接读出三相总电能的数值 三相电度表 三相二元件电度表 三相三元件电度表 用于三相三线制电路电能的测量 用于三相四线制电路电能的测量 作用 作用 三相二元件电度表接线方法 三相三元件电度表接线方法 第五节电阻的测量 在电工测量中 按被测电阻的大小不同 可分为小电阻 1欧以下 中电阻 1欧 0 1兆欧 大电阻 0 1兆欧以上 的测量 其测量的方法也有所不同 本节只介绍常用的伏安法和电桥法 伏安法 根据欧姆定律 电阻R等于其两端的电压除以流过电阻的电流I 即R U I 进行测量的方法就叫伏安法 其接线方法如下 伏安法测量的优 缺点 缺点 1 必须经过计算才能求出电阻 2 受仪表内阻的影响 测量精度较低 优点 能在通电状态下进行测量 与实际工作状态接近 有实用意义 电桥法 电桥是一种利用比较法测量电路参数的仪表 其灵敏度 准确度都很高 测量电阻所用的为直流电桥 直流电桥又分为直流单臂电桥和直流双臂电桥 直流单臂电桥 原理 直流单臂电桥又称惠斯登电桥 是一种用于精确测量电阻的仪表 适用于测量中值电阻 其工作原理如右图 计算公式为 1 校正检流计零位 2 连接线路 3 选择适当的比例臂倍率 4 电桥平衡调节 5 被测电阻的计算 6 测量后的操作 直流单臂电桥 使用方法 直流双臂电桥又称凯尔文电桥 它能排除或减小引线电阻和接触电阻 测量低阻值电阻具有较高的准确度 使用直流双臂电桥时 除遵守单臂电桥的使用步骤外 还应注意以下两点 1 被测电阻应与电桥的电压端钮和电流端钮正确连接 2 工作时电流很大 要求电源容量要大 测量操作速度要快 以免耗电过多 测量结束应立即关断电源 直流双臂电桥 第六节万用表 万用表又称复用表 是一种多用途 多量程的可携式仪表 它是安装 维修电气设备时必备的仪表之一 万用表按读数方式分 机械式 数字式 功能多 量程多 使用方便 体积小 便于携带 灵敏度和准确度高显示清晰直观 功能齐全 性能稳定 特点 特点 一 万用表的组成 万用表的组成 测量机构 测量线路 转换开关 万用表的核心部件 万用表的中心环节 万用表的选择元件 二 万用表的工作原理 直流电流的测量直流电压的测量交流电流 电压档的测量直流电阻的测量 直流电流的测量 直流电流档实质上是一只采用分流器的多量程直流电流表 原理示意图如下 直流电压的测量 万用表的直流电压档 实质上是一个多量程的直流电压表 常用的原理示意图如下 三 万用表的正确使用 使用注意事项 1 接线要正确2 选档要正确3 读数要正确4 正确转换量程5 结束测量6 欧姆档的正确使用 欧姆档的正确使用方法 1 选择适当的倍率档 2 每转换一次量程 都要进行欧姆调零 3 不能带电测量 4 被测电阻不能有并联支路 不要使用两手去捏两表笔金属部分 5 测量电解电容 晶体管等有极性的元件时 必须注意表笔极性 6 用不同倍率欧姆档测量非线性元件时 测出的电阻值不同 四 万用表的测量方法 1 测量半导体二极管2 测量晶体三极管3 测量晶闸管4 测量电容 五 数字式万用表 使用方法 1 测量直流电压2 测量直流电流3 测量交流电压4 测量交流电流5 测量电阻6 测量二极管7 测量三极管8 检查线路通断 第七节钳形电流表 钳形电流表的特点 1 不需要断开电路就可以测量交流电流 2 精度不高 只能用来对电路的运行情况作粗略的了解 钳形电流表的结构和工作原理 钳形电流表实际上是一个电流互感器和电流表的组合 其结构图如右 1 机械调零2 清洁钳口3 选择量程4 测量数值5 高量程档存放 钳形电流表的使用方法 1 选择合适的量程 变换档位时 必须先将钳口打开 不允许在测量中变换量程 2 当被测电流小于5A时 可将导线绕几圈放进钳口进行测量 其实际值为仪表读数除以导线绕的圈数 3 被测电压不可超过钳形电流表上所标明的规定数值 4 测量时注意人体相对带电部分的安全距离 5 当被测导线为裸导线时 必须事先将邻近各相间用绝缘板隔离 以防钳口张开时引起相间短路 6 要有人监护 使用钳形电流表的注意事项 第八节摇表和接地电阻测量仪 一 摇表二 接地电阻测量仪 一 摇表 摇表又称兆欧表或高阻表 它是用来检测电气设备 供电线路绝缘电阻的一种可携式仪表 摇表的结构 常用的摇表 主要是由磁电系流比计和手摇直流发电机组成 输出电压有500V 1000V 2500V 5000V几种 其