第11章 电工测量.ppt

1 第十一章电工测量 电工技术 第二节常用指示仪表的基本结构和工作原理 第一节电工仪表的一般知识 第十一章电工测量 第五节兆欧表 第三节电流 电压 电功率及电能的测量 第四节万用表 3 各种电工 电子产品的生产 调试 鉴定和电气设备的使用 检测 维修都离不开电工测量 电工测量主要任务 应用适当的电工仪器 仪表对电流 电压 功率 电阻等各种电量和电路参数进行测量 第一节电工仪表的一般知识 一 指示仪表的分类和符号 二 测量误差 四 仪表量程的选择 三 仪表的准确度 5 第一节电工仪表的一般知识 一 指示仪表的分类和符号 指示仪表的特点 把被测量的值变换为仪表指针的偏转角而直接读出 一 指示仪表的分类 6 第一节电工仪表的一般知识 1 按照被测量的种类分类 2 按工作原理分类 7 第一节电工仪表的一般知识 3 按被测电流种类分类 4 按准确度分类 目前国家标准规定 指示仪表按照准确度分7个等级 0 1 0 2 0 5 1 0 1 5 2 5 5 0 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 8 第一节电工仪表的一般知识 二 指示仪表的符号 mA V KW M KWb 9 1 第一节电工仪表的一般知识 2KV 1 5 60 10 第一节电工仪表的一般知识 二 测量误差 绝对误差 仪表的指示值与被测量实际数之差 A Ax A0 相对误差 绝对误差与被测实际数的比 A A0 基本误差 由仪表结构不精确造成的固有误差 附加误差 外界因素 如温度 干扰 测量方法不当 读数不准 引起的误差 11 第一节电工仪表的一般知识 指示仪表的准确度 是指正常条件下进行测量可能产生的最大绝对误差 A与仪表的最大量程 满标值 Am之比 仪表的准确度 最大绝对误差 仪表的最大量程 满标值 三 仪表的准确度差 12 第一节电工仪表的一般知识 仪表的准确度等级和基本相对误差 13 第一节电工仪表的一般知识 四 仪表量程的选择 测量值越接近仪表的满刻度 相对误差越小 例 在正常情况下用准确度为0 5级量程为10A安培表测量电流时 可能产生的最大绝对误差 被测量值愈小 测量误差愈大 测量中 通常应选用量程为被测量值1 5至2倍的仪表 如用上述安培表来测量8A电流时 相对误差为 0 05 8 100 0 525 而用它来测量1A电流时 则相对误差为 0 05 1 100 5 第二节常用指示仪表的基本结构和工作原理 一 指示仪表的基本结构 二 指示仪表的工作原理 15 第二节常用指示仪表的基本结构和工作原理 一 指示仪表的基本结构 一 驱动装置 主要是利用仪表中通过电流后产生的电磁作用力驱动指针偏转 二 反作用装置 通过反作用力矩与驱动力矩相平衡 使指针能按被测量的大小产生相应的偏转 螺旋弹簧 固定 16 第二节常用指示仪表的基本结构和工作原理 三 阻尼装置 能产生与转动方向相反的制动力矩 阻尼力矩 使仪表可动部分能迅速静止在平衡位置 阻尼力矩由与轴相联的铝制翼片在阻尼室中移动产生 称空气阻尼器 17 第二节常用指示仪表的基本结构和工作原理 二 指示仪表的工作原理 一 磁电系仪表 1 结构 1 固定部分 铁心极掌 圆柱形铁心等 2 可动部分 可动线圈及铝框 螺旋弹簧及指针 18 第二节常用指示仪表的基本结构和工作原理 2 工作原理 1 驱动力矩T的产生 2 反作用力矩TC的产生 指针转动时 螺旋弹簧被扭紧而产生反作用力矩TC 驱动力矩T K1I 线圈通入电流I 产生电磁力F 形成驱动力矩T 带动指针转动 弹簧的TC与指针的偏转角 成正比 即TC K2 19 第二节常用指示仪表的基本结构和工作原理 当弹簧反作用力矩与驱动力矩达到平衡即TC T时 指针静止在一定位置上 所以可在刻度盘上作均匀刻度 读出被测电量的大小 3 阻尼力矩的产生 当铝框随线圈一起转动 切割永久磁铁磁力线 在框内感应出电流 再与磁场作用 产生与转动方向相反的制动力 于是可转动部分受到阻尼作用 快速停止在平衡位置 即指针的偏转角 可见 指针偏转的角度与流经线圈的电流成正比 20 第二节常用指示仪表的基本结构和工作原理 4 用途 3 特点优点 准确度高 耗能小 不易受外界磁场影响 刻度均匀 测量直流电压 直流电流及作万用表的表头 缺点 只能测量直流 价格较贵 不能承受较大过载 注意 只能测量直流电 因为如果线圈中通的是交流电 则因电流的方向不断在交变 使得线圈的平均转矩等于零 指针无法偏转 21 第二节常用指示仪表的基本结构和工作原理 二 电磁系仪表 1 结构 主要部分 固定的圆形线圈 线圈内部有固定的铁片 固定在转轴上的可动铁片 分类 吸引型 排斥型和吸引 排斥型 吸引型 22 第二节常用指示仪表的基本结构和工作原理 2 工作原理 仪表的驱动力矩 T k1I 弹簧产生反作用力矩 TC k2 当T TC时 可动部分停止转动 指针的偏转角 可见 指针偏转的角度与通过线圈的电流平方成正比 所以其表盘刻度是不均匀的 线圈通入电流I 磁场 固定和可动铁片均被磁化 同一端的极性是相同的 可动片因受力而带动指针转动 23 第二节常用指示仪表的基本结构和工作原理 阻尼力矩 由空气阻尼器产生 4 用途 3 特点优点 构造简单 成本低 交直流均可用 过载能力强 缺点 刻度不均匀 易受外界磁场及铁片中磁滞和涡流 测量交流时 影响 因此准确度不高 主要用于测量工频交流电流和交流电压 注意 电磁式仪表不但能测量直流电也可测量交流电 交流有效值 仪表的驱动力矩 当输入交流电流时 24 第二节常用指示仪表的基本结构和工作原理 三 电动系仪表 1 结构 固定线圈 可动线圈 可动线圈 螺旋弹簧与指针及空气阻尼器的活塞都固定在轴上 25 第二节常用指示仪表的基本结构和工作原理 2 工作原理 固定线圈通入电流I1 i1 产生磁场此时 如再在可动线圈中通入电流I2 i2 则形成驱动力矩T K1I1I2 线圈和指针转动 随着可动线圈的转动 弹簧产生反作用力矩TC K2 当T TC时 指针的偏转角 可见 指针偏转的角度与两个线圈的电流的乘积成正比 26 第二节常用指示仪表的基本结构和工作原理 指针的偏转角 KI1I2cos 交流 4 特点 优点 可用于交直流 准确度较高 缺点 受外界磁场影响大 不能承受较大过载 3 用途 测量交直流电流 电压及电功率 如果测交流电 I1I2的方向同时改变 电磁力的方向不会改变 驱动力的方向也不会改变 i1和i2的交流有效值 i1和i2之间的相位差 注意 电动式仪表即能测直流电 也能测交流电 第三节电流 电压 电功率及电能的测量 一 电流的测量 二 电压的测量 三 电功率的测量 四 电能的测量 28 第三节电流 电压 电功率及电能的测量 一 电流的测量 若要扩大电流表的量程 可在测量机构上并联一个分流电阻RA 2 电流表应串联在电路中 为了不影响电路的原状态 表的内阻要很小 远小于电路的负载 1 通常使用磁电式电流表 一 直流电流的测量 表头的内阻 分流电阻 流过表头的电流 29 由上式 可得分流电阻 所以 需扩大的量程愈大 则分流电阻应愈小 3 应注意正负端的连接 号端为电流流入端 号为流出端 式中 R0 表头内阻 RA 分流器的电阻 流过表头的电流 第三节电流 电压 电功率及电能的测量 30 多量程共同端标 号 其他接线端都属于 号端 第三节电流 电压 电功率及电能的测量 31 2 若需扩大量程时 不并联分流器 而将固定线圈绕组分成几段 用绕组的串 并联来实现 1 通常使用电磁式电流表 精密测量时使用电动式仪表 二 交流电流的测量 3 当被测电流很大时 利用变压器的电流变换作用来扩大电流表的量程 第三节电流 电压 电功率及电能的测量 32 二 电压的测量 3 若要扩大电压表的量程 可在测量机构上串联一个倍压电阻RV 2 表应并联在被测电路两端 表的内阻要很高 1 通常用磁电式电压表 一 直流电压的测量 第三节电流 电压 电功率及电能的测量 33 由上式可得串联电阻 可知 需扩大的量程愈大 则串联电阻应愈大 式中 R0 测量机构的电阻 RV 倍压器的电阻 第三节电流 电压 电功率及电能的测量 34 二 交流电压的测量 1 通常使用电磁式仪表 2 测量600V以上高压时 应先降压后再测量 这种仪用变压器称为电压互感器 第三节电流 电压 电功率及电能的测量 35 三 功率的测量 一 直流功率的测量 1 两种测量方法 可用电流表和电压表间接测量求得 也可用功率表直接测得 2 仪表结构 功率表通常用电动式仪表制成 需有两个线圈 固定线圈为电流线圈 可动线圈为电压线圈 3 接线方法 电流线圈与负载串联 电压线圈与负载并联 还要注意 两个线圈的始端标记 或 应接于电源的同一端 第三节电流 电压 电功率及电能的测量 36 二 单相交流功率的测量 功率表的接线图 1 当负载电流为0 5A时 两个电流线圈应串联 2 当负载电流为5 10A之间时 两个电流线圈应并联 3 根据被测电压和电流大小分别取用适当的接端 并把有 符号的接线端接于电源同一侧 电流线圈 电压线圈 附加电阻 第三节电流 电压 电功率及电能的测量 37 多量程单相功率表 第三节电流 电压 电功率及电能的测量 38 三 三相功率的测量 对称三相交流电路的总功率 可用 一表法 即用1个表测出其中1路 再乘以3 三相三线制电路总功率 不论负载联成星形或三角形 也不论负载是否对称 均可采用 二表法 三相四线制电路的总功率 可用 三表法 即用3个表分别测出各相的功率 再相加 第三节电流 电压 电功率及电能的测量 测量三相交流功率 39 第三节电流 电压 电功率及电能的测量 用一表法测量三相功率 1 一表法 在对称三相交流电路中 可用用1个表测出其中1路 再乘以3 40 用两表法测量三相功率 2 二表法 三相瞬时功率 所以 p u1i1 u2i2 u3 i1 i2 u1 u3 i2 u2 u3 i2 u13i1 u23i2 p1 p2 p p1 p2 p3 u1i1 u2i2 u3i3 因为 i1 i2 i3 0 可见 三相功率可用两个功率表来测量 第三节电流 电压 电功率及电能的测量 41 接线方法 电流线圈串联在任意两根相线上 标有 号的一端接在靠电源一方 电压线圈标有 的一端与各自电流线圈标有 的接线端连接 未标 的一端接在未串联电流线圈的一根相线上 两表读数分别为 p1 U13I1cos p2 U23I2cos 三相总有功功率等于两表读数之和 p p1 p2 第三节电流 电压 电功率及电能的测量 42 用三表法测量三相功率 3 三表法 第三节电流 电压 电功率及电能的测量 在三相四线制电路中 用3个表分别测出各相的功率 再相加 43 4 三相功率表实质上就是装在公共轴上的3只或2只单相功率表 分别称三元三相功率表和二元三相功率表 第三节电流 电压 电功率及电能的测量 三相功率表的接法 三元三相功率表 测量三相四线制电路 二元三相功率表 测量三相三线制电路 44 四 电能的测量 第三节电流 电压 电功率及电能的测量 电能的测量不仅要反映负载功率的大小 还要反映负载功率延迟的时间 如电度表 感应系电度表工作原理 根据电磁感应原理 将电能转化为电度表转盘的转数 再通过积算机构记录转数 测量出电能 45 一 单相电能的测量 用单相电度表测量 内部结构 电流线圈与负载串联 电压线圈与负载并联 第三节电流 电压 电功率及电能的测量 单相电度表接法 相线1进2出 中性线3进4出 相线1进4出 中性线2进3出 46 二 三相有功电能的测量 第三节电流 电压 电功率及电能的测量 在负载对称的三相四线制电路中 用1只单相电度表测量任一相电能 读数再乘以3 在负载不对称的三相四线制电路中 用3只单相电度表分别测量一相电能 读数再相加 也可用三元件三相电度表或三元件三相电度表直接测量 读数就是三相总电能 47 第三节电流 电压 电功率及电能的测量 在三相四线制电路中 可用1只三元件三相电度表直接测量 读数就是三相总电能 在三相三线制电路中 可用1只三元件三相电度表直接测量 读数就是三相总电能 第四节万用表 一 指针式万用表 二 数字式万用表 49 第四节万用表 用途 测量电流 电压和电阻等 万用表是电工测量中最常用的多功能仪表 特点 使用方便 便于携带 功能全 万用表简化原理图 50 第四节万用表 MF 30型万用表的面板图 零欧姆调节 机械零位调整 转换开关 一 指针式万用表 以MF 30型为例 51 第四节万用表 一 直流电流的测量 1 量程 共5档 转换开关S 拨至需要的量程 2 接线方法 同直流电流表 串联在电路中 让电流从 端流进 端流出 3 读数 按表面板上第2条标有 mA 的刻度尺读数 注意 实测中 如不知被测电流大小 应先从最大档量程试测 然后再选用适当量程 以防指针被打环 52 第四节万用表 二 直流电压的测量 1 量程 5档 转换开关S 拨至需要的量程 2 接线方法 与被测电路并联 号不可接反 3 读数 按表面板上第2条标有 V 的刻度尺读数 该刻度尺与电流共用 4 灵敏度 电表总内阻与电压量程之比 测电压时 表的内阻越高 从被测电路取用的电流越小 被测电路受到的影响也就越小 灵敏度就越高 53 第四节万用表 三 交流电压的测量 1 结构变化 磁电式仪表只能测量直流 如要测交流 需加整流元件 如图D1和D2 即把交流电变成直流电后再进行测量 3 适用范围 普通万用表只适合测量频率为45 1000Hz的正弦交流电 不能测量非正弦周期电量 2 读数 面板第二条刻度尺有 符号 表示为直 交流共用 另外还有第三条标 10V 的 专供10V交流档读数用 54 第四节万用表 四 电阻的测量 1 确定测量位置 将转换开关拨向 的位置 2 先进行欧姆调零 测量前 应先将 两棒短接 看指针是否指在零 否则应调节调零电位器进行校正 然后再去测量待测电阻 每换一档量程 都要重新调零 5 严禁带电测量电阻 用毕应将转换开关转到高电压档 4 读数 电阻刻度方向与电流电压相反 刻在面板最上端 标有 3 尽量使用刻度尺的中间段 以提高准确度 55 第四节万用表 二 数字式万用表 以DT 830型为例 56 第四节万用表 一 测量范围 1 直流电压 DCV 分为五档 2 交流电压 ACV 分为五档 200mV 2V 20V 200V 1000V 3 直流电流 DCA 分为五档 200 A 2mA 20mA 200mA 10A 4 交流电流 ACA 分为五档 200 A 2mA 20mA 200mA 10A 5 电阻分为六档 200 2k 20k 200k 2000k 20M 优点 免除机械运动和磨擦 灵敏度 准确度高 还可测二极管 三极管有关参数及线路通断 200mV 2V 20V 200V 1000V 57 第四节万用表 DT 830型万用表的面板图 二 面板说明 58 第四节万用表 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 量程选择开关 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 1 液晶显示器 显示四位数字 首位只能显示1或不显示数字 算半位 故称三位半 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 蜂鸣器档可检查线路通断 若被测线路电阻小于20 时 蜂鸣器发出响声 表示线路是通的 59 第四节万用表 4 输入插口 将黑色表棒插入 COM 公共插口 红色表棒根据被测量的不同插入其它3个插口 5 晶体管插口 插入晶体管 可测量它的电流放大倍数 V 插口用于测量电压或电阻 mA 插口用于测量200 A至200mA电流 10A 插口专门用于测量10A档的电流 第五节兆欧表 一 兆欧表的结构和工作原理 二 兆欧表的使用方法 61 第五节兆欧表 一 兆欧表的结构和工作原理 用途 测量高电阻 符号是 M 主要用于检查电机 电器及线路的绝缘情况 一 结构 兆欧表构造示意图 1 磁电式流比计 两个相互垂直的线圈固定在轴上 2 手摇高压直流发电机 线圈 永久磁铁 手摇直流发电机 待测电阻 62 第五节兆欧表 二 工作原理 1 线圈A与表内的电阻R串联 线圈B与所测的电阻Rx串联 一起接到发电机上 2 摇动发电机 两个线圈同时有电流通过 产生了相反的转矩 指针转动 到两个力矩平衡时指针停止 3 指针偏转角度大小决定于两个电流的比值 因附加电阻不变 所以这个比值决定了待测电阻的大小 63 第五节兆欧表 二 兆欧表的使用方法 一 兆欧表的选择 根据被测设备的额定电压选择 一般略高一些即可 太高有击穿绝缘设备的危险 二 测量前的准备 1 断开被测设备的电源 2 电容设备进行短路放电 3 对表进行一次开路试验和短路试验 64 第五节兆欧表 三 接线 1 地 E 端钮 与被测设备外壳或接地端相联 2 线 L 端钮 与被设备的导线相联 3 屏 G 端钮 与 线 端钮外面的一个铜环连接 在测量电缆或绝缘导体对地绝缘电阻时 与被测设备中间绝缘层相联 65 第五节兆欧表 四 测量 1 摇动发电机手柄应由慢逐渐加快 待发电机调速器发生滑动时 应保持转速稳定不变 2 如表针摆到0 说明设备短路 应立即停止 3 发电机电压很高 未放电 不得用手触摸 小结 第十一章电工测量 67 一 知识结构图 电工测量 一般知识 常用仪表结构和工作原理 电流 电压电功率的测量 万用表 分类和符号 测量误差 量程的选择 基本结构 驱动装置 反作用装置 阻尼装置 工作原理 磁电式仪表 电磁式仪表 电动式仪表 电流的测量 直流电流的测量 交流电流的测量 电压的测量 直流电压的测量 交流电压的测量 电功率的测量 直流功率的测量 单相交流功率的测量 三相交流功率的测量 指针式万用表 4种测量方法 数字式万用表 使用方法 兆欧表 68 1 符号 见P260图表 一 指示仪表的分类和符号 2 准确度 是指最大绝对误差与满标值之比 分为7个等级 级数越小准确度越高 二 指示仪表的基本结构和工作原理 通常取满标值为被测值1 5至2倍为宜 1 结构 主要是驱动装置 反作用装置和阻尼装置 二 需掌握的知识要点 69 1 磁电式仪表 由固定的永久磁铁和可动线圈构成 利用永久磁铁对载流线圈的作用产生驱动力矩 3 电动式仪表 由固定线圈和可动线圈构成 利用两个线圈的互相作用产生驱动力矩 2 电磁式仪表 由固定线圈和可动铁片构成 利用通电线圈对铁片的作用产生驱动力矩 3 反作用力矩的产生 一般由螺旋弹簧 游丝 产生 2 三种仪表的