第八章电工仪表与测量..ppt

第八章电工仪表与测量海南大学:黄广民,电工作业安全与防爆,第八章电工仪表与测量,本章学习要点：了解电工仪器,仪表的基础知识掌握电工仪器,仪表的使用要求熟练掌握电工仪器,仪表的使用方法.,第一节电工仪表的种类,电气装置,调试,运行,检查和维修中常须测量电流,电压,电能,电阻等运行和性能参数,以判断其运行和安全状态.一.按工作原理分类电工仪表分磁电系,电磁系,电动系和感应应系等.,第一节电工仪表的种类,(1)磁电系仪表由固定永久磁铁,可转动的线圈及转轴,游丝,指针,机械调零机构等组成.线圈位于永久磁铁的极掌之间.当线圈中流过直流电流时,线圈在永久磁铁的磁场中受力,并带动指针,转轴克服游丝的反作用力而偏转.当电磁力与反作用力平衡时,指针停留在某一位置,刻度盘上给出一相应的读数.,第一节电工仪表的种类,机械调零机构用于调正零位误差,在没有测量讯号时借以将仪表指针调到指向零位.磁电系仪表灵敏度和精确度较高,刻度盘分度均匀.磁电系仪表必须加上整流器才能用于交流测量,而且过载能力较小.多用于制作携带式电压表和电流表等表计.,第一节电工仪表的种类,(2)电磁系仪表由固定的线圈,可转动的铁芯及转轴,游丝,指针,机械调零机构等组成.铁芯位于线圈的空腔内.当线圈中流过电流时,线圈产生的磁场使铁芯磁化.铁芯磁化后受到磁场力的作用并带动指针偏转主.电磁系仪表过载能力强,可直接用于直流和交流测量.电磁系仪表精确度较低,刻度盘分度不均匀;易受,第一节电工仪表的种类,外来干扰,结构上应有抗干扰设计.电磁系仪表常用于制作配电柜用电压表,电流表等表计.(3)电动系仪表由固定线圈,可转动线圈及转轴,游丝,指针,机械调零机构等组成.当两个线圈中都流过电流时,可转动的线圈受力并带动指针偏转.电动系仪表可直接用于交,直流测量;精确度较高.,第一节电工仪表的种类,电动系仪表制作电压或电流表时,刻度分度不均匀(制作功率表时,刻度盘分度均匀);结构上也应有抗干扰设计.电动系仪表常用于制作功率表,功率因数表等表计.,第一节电工仪表的种类,(4)感应系仪表由固定的开口电磁铁,永久磁铁,可转动铝盘及转轴,计数器等组成.当电磁铁线圈中流过电流时,铝盘里产生涡流,涡流与磁场相互作用使铝盘受力转动,计数器计数.铝盘转动时切割永久磁铁的磁场产生反作用力矩.感应系仪表主要用于计量交流电能.,第一节电工仪表的种类,二.按精确度等级分类电工仪表分为0.1,0.2,0.5,1.0,1.5,2.5,4.0七级.仪表精确度用引用相对误差K%表示.即:式中m最大绝对误差；Am仪表量程.0.5级仪表满量程时的相对误差为0.5%.,第一节电工仪表的种类,三.按测量方法分类电工仪表主要分为直读式仪表和比较式仪表.前者根据仪表指针所指位置从刻度盘上直接读数,如电流表,万用表,兆欧表等.后者是将被测量与已知的标准量进行比较来测量,如电桥,接地电阻测量仪等.,第二节电流和电压的测量,一.电流的测量(一)仪表型式与量程的选择(1)测量直流时,可用磁电式,电磁式或电动式仪表,磁电式灵敏度和准确度最高,故使用较普遍.(2)测量交流时,可用电磁式,电动式或感应式等仪表,电磁式应用较多.(3)测量前,要对被测量大小有个估计,根据待测量大小选择适当的仪表,如A表,mA表.,第二节电流和电压的测量,(二)测量电流的接线测量直流电流时,要注意仪表极性和量程,用带有分流器的仪表测量时,应将分流器的电流端钮(外侧二个端钮)接入电路中,表头引出线应接分流器的电位端钮.,第二节电流和电压的测量,2.交流电流的测量测量单相交流电流接线图8-3.测量大容量交流电流,常用电流互感器来扩大电表量程,接线方式图8-4.电流表内阻越小,测量结果越准确.,第二节电流和电压的测量,二.电压的测量(一)电压表的型式和量程的选择电压表和电流表结构基本相同,但仪表的附加装置和在电路中的接法不同.常根据被测电压的大小,选用伏特表或毫伏表.(二)接线方式测量电路电压时,应将电压表并联在被测电阻的两端.,第二节电流和电压的测量,使用磁电式仪表测量直流电压时,还要注意仪表接线钮上的”+”-”极性标记,不可接错.交流电压600V时,要用电压互感器,将二次侧的电压变换到100V再进行测量,其接线.,第三节功率和电能的测量,一.功率的测量交流电功率P=UIcos,须用电动式或感应式瓦特表来测量.不能用一个电压表和一个电流表来测量.电动式或感应式瓦特表指针偏转角与UIcos成正比,可测量交流电的功率.使用瓦特表的注意事项:测量中,若瓦特表接线正确,而指针反转,证明功率的实际输送方向与预期方向相反,将电流线圈两端换接即可.但不能换接电压线圈.,第三节功率和电能的测量,因为电压线圈串联有一个很大的附加电阻R,线间电压绝大部分分配于电阻上,若将电压线圈两个端线换接,则两线圈端电位差将等于电路电压,这两个线圈很近,这一电压,可能引起线圈绝缘损坏.两个不同电位的线圈之间将出现静电作用而使测量结果误差增大.错误接法.,第三节功率和电能的测量,二.电能的测量测量电能用电能表,用电动式直流电能表测量直流电能,用感应式交流电能表测量交流电能.交流电能表分单相,三相电能表两种.三相电能表分三相两元件和三相三元件电能表.三相两元件电能表用于三相三线制线路或三相设备电能的测量;三相三元件电能表用于低压三相四线制制配电线路电能的测量.,第三节功率和电能的测量,三.电能表测量原理和技术参数(1)组成和原理电能表由驱动机构,制动元件和积算机构组成.,第三节功率和电能的测量,驱动机构包括固定的电压电磁铁,电流电磁铁和可转动的铝盘.制动元件指卡着铝盘装设的永久磁铁.积算机构包括铝盘转轴上的蜗杆及蜗轮,计数器等元件.其原理如图.,第三节功率和电能的测量,电压电磁铁线圈与电路并联,获取电路电压信号;电流电磁铁线圈与电路串联,获取电路的电流信号.(二)主要技术参数单相电能表额定电压多为220V.三相电能表额定电压380V(三相两元件),380/220V(三相三元件)及110V(高压计量用).,第三节功率和电能的测量,电能表的额定电流有1A,2A,3A,5A,10A等很多等级.凡类似5(10)A标志者,括号外数字表示该电能表额定电流为5A;括号内数字表示该电表改变内部接线后其额定电流可扩大为10A.电能表上都标志有电能表常数.电能表常数指每用1kWh对应的铝盘转数.电能表电流线圈的直流电阻很小,而电压线圈直流电阻10002000.,第三节功率和电能的测量,四.电能表接线应注意分清接线端子及首尾端;三相电能表按正相顺序接线;经互感器接线极性须正确;电压线圈接线要用1.52绝缘铜线,电流线圈接线接入要用与线路导电能力相当的绝缘铜线(62用单股线),经电流互感器接入要用2.52绝缘铜线;互感器二次线圈和外壳应接地(或接零);线路开关须接在电能表的后面.,第三节功率和电能的测量,单相电能表接线见图8-9,第三节功率和电能的测量,三相三元件电能表的接线见图8-10a,b.,第三节功率和电能的测量,带电流互感器和电压互感器的三相两元件的有功电能表接线见图8-10c.,第四节万用电表,一.万用表结构及工作原理万用表是电工测量中常用的多用途,多量程的可携带式仪表.它可测量直流电流,直流电压,电阻等.好的万用表还可测量交流电流,电功率,电感量,电容量等.是电工必备的仪表.,第四节万用电表,万用表主要由表头(测量机构),测量线路,转换开关,电池,面板及表壳等组成.万用表的表头是一磁电式测量机构.如图是一个简单的万用表原理电路图.,第四节万用电表,S1是具有12个分接头转换开关,用于选择测量种类和量程.S2是单刀双投开关,测量电阻时,S2拨到”2”位,进行其他测量时,S2拨至”1”位.万用表的工作原理:(一)直流电流的测量测量直流电流时,S1拨在4,5,6位置,S2拨在1位置.,第四节万用电表,被测电流从”+”端流入,”-”端流出.R1,R2,R3,R4为并联分流电阻,拨动S1可改变测量量程,这和电流表并联分流电阻扩大量程原理一样.,第四节万用电表,(二)直流电压的测量测量直流电压,S1拨在10,11,12三位置,S2拨在1位置.被测电压加在”+”,”-”两端,R5,R6,R7为串联附加电阻,拨动S1可得到不同电压测量量程.和电压表串联附加电阻变换电压量程原理一样.,第四节万用电表,(三)电阻的测量测量电阻时,S1拨在7,8,9三个位置,S2拨在2位置,将表内电池接入电路.被测电阻接在万用表的”+”,“-”端,表头内就有电流通过,扭动S1时,就可得到不同量程.,第四节万用电表,如果被测电阻未接入,则输入端开路,表内无电流通过,指针不偏转,欧姆档标度的左侧是”符号;如果输入端短路,则被测电阻为0,此时指针偏转角最大,所以标度尺的右侧是”0”.,第四节万用电表,(四)交流电压的测量测量交流电压时,S1拨在1,2,3位置,S2在1位置.因磁电式机构只能测量直流,测量交流电压时,需把交流变成直流才能测量.图中两二极管组成整流器,分别使交流电压正,负半波时通过表头的电流为单相脉动电流.R11,R12,R13串联附加电阻,拨动S1可得到不同的电压量程.,第四节万用电表,二.万用表使用方法及注意事项万用表是多量程,结构型式多样,不同型号的仪表,其面板的布置有所不同.要做到熟练和正确使用,既要了解各个调节旋钮的用途和使用方法,还要熟悉各刻度标尺的用途,才能准确地读出所需测量的数据.,第四节万用电表,(一)识别测量表的正,负两极测量前须检查表笔位置,红表笔接”+”接线柱(内部电池”-”),黑表笔接”-”号接线柱(内部电池”+”).测量电压时,应并联接入被测电路;测量电流时,应串联接入被测电路.测量直流电流,电压时,红表笔接被测电路正极,黑表笔接被电路负极,要避免反接.有的万用表有交,直2500V测量端钮,专用于测量高电压,使用时黑笔仍接“-”,红笔接2500V的接线柱上.,第四节万用电表,(二)根据测量对象,拨转换开关到相应档位有的万用表有两个转换开关,一个是测量种类,另一个是量程,应先选测量种类,再选量程.测量种类要选择准确,若误用电流或电阻档测量电压,将会损坏表头,甚至造成测量线路短路.选量程时,应尽可能使被测值1/2或2/3量程,以减小误差,若未知被测值大小,应先选最大量程,再逐步换至适当量程.,第四节万用电表,(三)读数时,要根据测量的对象在相应的标尺读取数据标尺端有”DC”或”-”标记为测量直流电流和直流电压时用;标尺端标有”AC”或”标记是测量交流电压时用;标有”的标尺是测量电阻专用.,第四节万用电表,(四)测量电阻时应注意如下事项(1)选择适当的倍率档,使指针尽量接近标度尺中心部分,以确保读数准确.测量时,指针在标度尺的指示值乘以倍率,即为被测电阻的阻值.(2)测量电阻前,或调换不同倍率后,应将两表笔短接,用调零旋钮调零,调不到零时应更换电池.测量完毕,应将转换开关拨到交流电压最高档或空档上,以防表笔短接,造成电池放电.,第四节万用电表,(3)不能带电测量电阻,否则不仅得不到正确的读数,还有可能损坏表头.(4)用万用表测量半导体元件正,反向电阻时,应用R100档,不能用高阻档,以免损坏半导体元件.(5)严禁用万用表电阻档直接测量微安表,检流计,标准电池等类似仪器仪表的内阻.,第四节万用电表,(五)测量电压,电流时注意事项(1)要有人监护,如测量人不懂测量技术,监护人有权制止测量工作.(2)测量时人身不得触及表笔的金属部分,以保证测量的准确性和安全.(3)测量高电压和大电流时,在测量中不得拨动转换开关,若不知被测量有多大时,应将量限制于最高档,然后逐步向低量限档转换.(4)注意被测量的极性,以免损坏.,第五节直流电桥,一.直流单臂电桥(惠斯登电桥)直流单臂电桥适用于测量电阻(1108),用它可测量各种电机,变压器及各种其它电器的直流电阻,直流单臂电桥的工作原理如图示.,第五节直流电桥,被测电阻RX和标准电阻R2,R3,R4组成电桥四个臂,在四边形顶点cd间接入检流计P,在另一对顶点ab间接入电池E,在测量时按下按钮SB接通电源,调节标准电阻R2,R3和R4,使检流计指示为0,则有I1=I2,I3=I4,而且c点电位和d点电位相等,因此有Uac=UadI1Rx=I4R4Ucd=UadI2R2=I3R3,第五节直流电桥,两式相比得RX=(R2/R3)R4电阻R2和R3的比值通常配成固定的比例,称为电桥的比率臂,电阻R4称为比较臂.在测量时,首先选取一定的比率臂,再调节比较臂使电桥平衡,比率臂倍率比较臂读数=被测电阻值.二.直流双臂电桥(凯文电桥)直流双臂电桥可消除接线电阻和接触电阻的影响.是一种测量小阻值电阻的电桥.,第五节直流电桥,直流双臂电桥原理接线图如图示.测量时调节有关电阻,使检流计P指示0,电桥处于平衡,c点和d点电位相等,设连接Rn和Rx的电阻为R,利用电桥平衡原理,可求得被测电阻.Rx=(R2/R1)Rn,第五节直流电桥,为消除接线电阻和接触电阻的影响,连接Rn和Rx有两对端钮,即电流端钮Cx1,Cx2和Cn1,Cn2及电位端钮Px1,Px2和Pn1,Pn2,并且都用电位端钮接入电桥.桥臂R1,R2,R3和R4都是10的标准电阻,并用机械联调装置,电桥在调节平衡过程中,被测电阻Rx只取决于桥臂电阻R1,R2,及标准电阻Rn,而和接线电阻R无关,R2/R1的比值就称双臂电桥的比率或倍率.,第五节直流电桥,三.电桥使用及注意事项电桥是比较精密的测量仪器,若使用不当,不但不会得到准确的测量结果,而且还很容易损坏仪器.使用前,应先仔细阅读使用说明书,熟悉电桥结构,各端钮和开关的功能,才能测量.(一)直流电桥的使用方法(1)使用前,应首先将仪器置于水平位置,将检流计锁扣打开,观察指针是否准确地指在零刻度上,如有偏差,应用零位调节器调至0位.,第五节直流电桥,(2)用较粗较短的导线,将被测电阻接入,拧紧.接头接触不良,将使电桥难以平衡,甚至可能损坏检流计.(3)估计被测电阻大致阻值,以选择合适的倍率,应充分利用各旋钮,使每只旋钮都有读数(单臂电桥),使电桥易于平衡,并保证被测阻值准确度.(4)测量时,按下电源按钮,经一定时间后按下检流计P按钮,检流计开始向”+”或”-”偏转.,第五节直流电桥,若向”+”方向偏转,表示应增加比较臂电阻;若指针向”-”方向偏转,则应减小比较臂电阻.反复调节,使指针平稳准确地指在0位,便可读取被测阻值,被测阻值倍率数测量臂电阻值.(5)测量完毕,应断开检流计P按钮,再断开电源按钮,并将检流计锁扣锁上,不装锁扣的检流计,按钮断开后,自动将检流计短路,使可动部分在摆动时受到强烈阻尼作用而得到保护.,第五节直流电桥,(二)操作过程中的注意事项(1)用电桥测量电阻时,均不许带电测试,测量时必须将被测电阻与其它所有接线断开,单独测量.(2)测量时,应先接通电源按钮,然后接通检流计按钮.测量结束,应先断开检流计按钮,再断开电源按钮.防止被测元件存在电感时,因电路的通断产生很大的自感电势而使检流计损坏.,第五节直流电桥,(3)因导体的阻值是随温度变化的,因此测量时,必须记录被测导体当时所处环境的温度,所测得的结果须进行温度换算后才能和先前测得的数据比较.(4)为减小测量误差,使用双臂电桥时,须注意四根引出线C1,P1,C2,P2的连接方法,测量时应将电位接头P1,P2靠近被测电阻两端.,第六节兆欧表,绝缘电阻是电气设备最基本的性能指标.绝缘电阻是兆欧级电阻,要在较高电压下测量.一.兆欧表组成和测量原理兆欧表由作为电源的手摇发电机(或其他直流电源)和作为测量机构的磁电系比率计组成.手摇发电机是输出较高电压的直流电源.如图示.,第六节兆欧表,如图同一转轴上装有两个交叉的线圈.当有电流I1和I2流过两个线圈时,两个线圈所受到的转动力矩方向相反.指针的偏转角取决于电流I1/I2的比值,与每个电流的大小无关.,第六节兆欧表,兆欧表测量原理如图示.接上被测电阻Rx,即构成两条并联支路,摇动手摇发电机,电流I1与I1之比为式中R1,R2兆欧表内置电阻;r1,r2兆欧表两个线圈电阻.,第六节兆欧表,R1,R2,r1,r2有固定的阻值,I1与I1之比取决于被测绝缘电阻Rx.指针偏转角又取决于I1与I1之比,要使得指针偏转,只取决于被测绝缘电阻Rx,而与I1与I1的大小无关.这就克服了由于手摇时转速不稳定,兆欧表输出电压不稳定导致测量电流不稳定所引起的测量误差.,第六节兆欧表,如图示兆欧表有E(接地端),L(线路端),G(屏蔽端)三个端子,一般测量只用E端和L端.E端接外壳或接地,L端接被测导体.兆欧表上的G端是消除表面电阻影响的专用端子.其作用可由下图所示,第六节兆欧表,若不连接G端,则测量电流I2流经电缆绝缘和表面构成回路,所测的绝缘电阻是体积绝缘电阻和表面绝缘电阻的并联值.如图示,被测导体的绝缘上包有锡箔,并使之同G端连接,则流经绝缘表面的电流直流流经G端构成回路,而不流过比率计的测量线圈.因此,后一种情况下所测得的绝缘电阻只是电缆绝缘的体积电阻.,第六节兆欧表,二.兆欧表的使用使用兆欧表测量绝缘电阻的注意事项:(1)被测设备必须停电,有较大电容的设备,停电后须充分放电.(2)根据被测对象选用不同电压的兆欧表.测量额定电压500V的线路或设备应采用500V或1000V的兆欧表;测量500V的线路或设备应采用1000V或2500V兆欧表;,第六节兆欧表,测量10KV的线路或设备应采用2500V的兆欧表.测量新的和大修后的线路或设备应采用较高电压的兆欧表;测量运行中的线路或设备应采用较低电压的兆欧表.(3)测量前应检查兆欧表,先将兆欧表端子开路,转动摇把,观察指针应指”位;然后将E端和L端短接,慢慢转动摇把或慢慢转动摇把时将E端和L端短接,指针应迅速摆向”0”位.兆欧表的转轴上没有游丝,无须进行机械调零.,第六节兆欧表,(4)测量连接导线不得用双股绝缘线,应采用绝缘良好单股线分开连接,以免双股线绝缘不良引起测量误差.(5)摇把转速应由慢至快,至约120rpm,发电机输出额定电压.摇把转速要均匀,稳定,不要时快时慢.以转速约120rpm持续摇动1分钟,待指针稳定后读数.记录完毕后应将转速由快至慢,逐渐停止.,第六节兆欧表,(6)测量过程中,若指针指向”0”位,表明被测绝缘已失效.应立即停止转动摇把,防止烧坏兆欧表.(7)有较大电容的线路和设备,测量终了应进行放电.放电时间23分钟.高电压,大电容的电缆电路,放电时间还要适当延长.(8)测量尽可能在设备刚停止运转时进行,以使测量结果符合运转时的实际温度.,第六节兆欧表,温度对绝缘电阻有很大的影响.不同的温度下的绝缘电阻可按下式进行计算:Rt1=Rt220.1(t2-t1)式中t1,t2温度Rt1,Rt2相应于t1,t2时的绝缘电阻,第七节接地电阻测量仪,各种接地装置的接地电阻应当定期测量,以检查其可靠性.一般应当的雨季前或其它土壤最干燥的季节测量.雨天一般不应测量接地电阻;雷雨天不得测量防雷装置的接地电阻.一.接地电阻测量仪组成和测量原理常见的接地电阻测量仪是电位差计测量仪表.这种接地电阻测量仪本身能产生交变的接地电流,不需外加电源,电流极和电压极也是配套的,使用简单携带方便,抗干扰性能好,应用广泛.,第七节接地电阻测量仪,接地电阻测量仪由手摇发电机(或电子交流电源)和电位差计测量机构组成.其主要附件是3条测量导线和两支辅助测量电极.测量仪有R,P,C三个端子或C2,P2,P1,C1四个接线端子.测量时,在离被测接地体一定的距离向地下打入电流极和电压极.如图示.,第七节接地电阻测量仪,测量时将E端或C2,P2端连接后接被测接地体,P端或P1端接电压极,C端C1端接电流极.选好倍率,以约120rpm转速转动摇把或接通电源,可产生110115Hz的交流电流通过被测接地体和电流极构成回路.调节电位器旋钮,使仪表指针保持于中心位置,可直接由电位器旋钮(刻度盘)位置和所选的倍率读出被测接地体的电阻.,第七节接地电阻测量仪,测量仪内部接线如图.测量时,电流I1通过被测接地体,电流I2通过测量仪器内的电位器.测量过程中,当电位差计平衡时,检流计指针指向中心位置,A点与P1点(或P点)电位相等.因此有I1RE=I2R2式中RE-被测接地电阻R2-电位器左段的电阻,第七节接地电阻测量仪,则被测接地电阻为RE=(I2/I1)R2=R2/K式中K=I1/I2-电流互感器的变流比因为K是仪器设计的固定值,所以可直接由R2按比例给出RE.若被接地电阻很小,且接线很长,接线电阻可能带来较大的误差时,为消除这一误差,应将仪器上C2,P2端子拆开,分别接向被测接地体.,第七节接地电阻测量仪,二.接地电阻测量仪使用使用接地电阻测量仪应注意的事项:(1)测量前应将被测接地体与其它接地体分开,以保证测量的正确性.应尽可能把被测接地与电力网分开.这样利于测量安全,也有利于消除杂散电流引起的误差,还能防止将测量电压反馈到与被测接地体连接的其它导体上引起事故.,第七节接地电阻测量仪,(2)测量前应检查仪表,连接线和辅助电极是否完好,并做机械调零,必要时做一下短路试验,以检验仪表的误差.(3)测量电极间的连线应避免与邻近的高压架空线路平行,以防感应电压的危险.测量电极的排列应避免与地下金属管道进行,以保证测量结果的真实性.(4)必须正确选定测量电极的位置.如测量电极位置选择不当,会产生很大的测量误差.,第七节接地电阻测量仪,土壤的电阻率越高,测量误差越大.令电流极与被测接地体之间的距离为lc,电压极与被测接地体之间的距离为lp.为得到比较准确的测量结果,对于占地面积较大的网络接地体,可取lc为接地网对角线长度的23倍,取lp=0.50.6lc;对于集中埋设的小型复合接地体,可取Lc=80米,lp=20米;对于单管垂直接地体,可取lc=40米,lp=20米,第七节接地电阻测量仪,(5)接好线后,将仪表水平放置,并选择适当的倍率,以提高测量精度.(6)测量时,摇把的转速应由慢至快,至约120rpm时,调节电位器:摇把转速应均匀,稳定,不要时快时慢;调节平衡后,应将转速由快变慢,逐渐停止.,第八节数字式仪表,数字式仪表是将被测量的模拟量转换成数字量后进行运算和计数,并用数字的形式显示出来.如图示.数字式仪表由模/数(A/D)转换器,电子计数器和数字显示器组成.模/数转换器将被模拟量离散为脉冲量并转换为数字量.数字量在电子计数