第11章 电工仪表与测量

2020/5/26,第11章电工常用测量仪表,测量就是将未知的被测量与已知的标准量进行直接或间接的比较，从而确定被测量数值的过程。电工测量就是将被测的电量或磁量与作为测量单位的同类电量或磁量进行比较，以确定被测的电量或磁量的值得过程。,2020/5/26,11.1电工仪表的基本知识,电工仪表的分类一般将直接指示测量结果的仪器仪表称为仪表将较量仪器称为仪器将用于电工测量的所有仪器仪表统称电工仪表电工仪表不仅可以测量电磁量，还可以通过各种变换器来测量非电磁量,根据原理、结构和用途分,1、指示仪表它是最常见的一种电工仪表，它又称为电测量指示仪表，是电工仪表的主要组成种类。特点：把被测电磁量转换为可动部分的角位移，然后根据可动部分的指针在标尺上的位置直接读出被测量的数值，所以它是一种直读式仪表。,特点,指示仪表结构简单，工作稳定，可靠性比较高缺点：测量的准确度不太高分类：工作原理分为：磁电系、电动系、感应系、静电系、振簧系、整流系工作电流分：直流表、交流表、交直流两用表,按测量名称（单位）分:电流表、电压表、功率表、瓦特表、欧姆表、高阻表、电能表、相位表、频率表按准确度等级分：0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5，5.0按使用条件分：A、A1、B、B1、C五种组别按外壳防护性能分:普通式、防尘式、防溅式、防水式、水密式、气密式、隔爆式,数值越小，准确度越高。A组：工作环境为0+40，相对湿度在85%以下。B组：工作环境为-20+50，相对湿度在85%以下。C组：工作环境为-40+60，相对湿度在98%以下。,按使用方式：安装式、可携式按外形尺寸大小分：微型、小型、中型、大型按工作位置：水平使用和垂直使用按可动部分的支撑方式、耐受机械力作用的性能、标度尺特性等进行分类,2、数字仪表,它是一种只读式仪表，将被测量转经过模数转换器把模拟量转换为数字量，然后以数字方式直接显示出被测量的数值。常见的数字仪表有：数字电压表、数字频率表、数字欧姆表、数字功率表、数字万用表,3.比较仪器,用于比较测量，它包括各类交直流电桥、交直流补偿式的测量仪器，以及电位差计等测量仪器。比较测量法的准确度都比较高，所以比较仪器可用对电磁量进行比较精密的测量场合。电工比较仪器一般分直流和交流两大类，每类包含比较仪器本体、检流设备、度量器等。,4.记录仪表,它是随时间记录电参量的仪表，一般分为测量和记录两部分。发电厂和变电站采用了大量的记录仪表。电工仪表还有扩大量程变换装置和变换器、电源装置等类型。,11.2常用仪表的符号,磁电式系仪表,电磁式系仪表,电动式系仪表,感应式系仪表,11.3电工仪表的误差和准确度,1.电工仪表的误差及分类,2.测量误差的表示方法,绝对误差用测量值与被测量真值之间的差值所表示的误差称为绝对误差。=AxA0相对误差绝对误差与被测量真值之比，称为相对误差。,引用误差以绝对误差与仪表上量限的比值所表示的误差称为引用误差，其中绝对误差若取可能出现的最大值则称为最大引用误差，可以用来评价仪表性能,即仪表的准确度等级,3.仪表准确度,正确度:表征系统误差的大小。精密度:指在多次精密测量中，测量读数重复一致的程度，表征即随机误差的大小。准确度:表示测量中系统误差和随机误差两者的综合影响，系统误差小称之为正确度高，随机误差小称之为精密度高，准确度高则是指系统误差和随机误差都比较小。指既“正确”又“精密”的测量。可见准确度可以表示测量结果与被测真值的一致程度。,4.测量误差,系统误差的消除方法从制造角度：改进仪表结构和制造工艺，如减少转动部分的摩擦，加强对外界电磁场的屏蔽等。这也是消除系统误差最根本的办法。从使用角度；使用者无法改变仪表的结构，只能在使用中采用比较法、正负误差补偿法等来减小误差，例如测量后将仪表调转180，重测一次，用两次测量平均值作为测量值，以消除地磁的影响，或利用校正值求得被测量的真值。,偶然误差又称随机误差，是一种大小和符号都不固定的误差。原因：由于仪表的工作条件发生偶然性变化引起的。消除方法：增加测量次数，再取算术平均值的方法来实现。,疏失误差是一种严重歪曲测量结果的误差。原因：由于操作者的粗心大意造成的方法：加强操作者的责任心和提倡严谨的工作态度，提升自身素质和操作水平。,11.4常用电工仪表组成及工作原理,1.指示仪表的组成和原理模拟指示仪表模拟指示仪表是将被测电磁量转换为可动部分的角位移，然后根据可动部分指针在标尺上的位置直接读出被测量的数值。,数字仪表数字仪表是将被测电磁量转换为电压，再转换为数字量，并以数字方式直接显示。,模拟指示仪表组成：,作用：,1.产生转动力矩的装置：利用电磁力的有磁电式、电磁式、电动式、感应式、振动式等。利用电荷作用力的有静电式等。2.产生反作用力矩的装置：主要有游丝、悬丝等。3.产生阻尼力矩的装置：可以利用电磁阻尼、空气阻尼、油阻尼等。,数字仪表的组成,由于A/D转换的对象必须是电压,所以需要测量线路将被测量转换为电压,通过A/D转换将电压转换为数字脉冲,数字脉冲经译码加到显示器,测量方法,2电流的测量,直流电流测量及电流表量程的扩大1.直流电流的测量采用直接测量法，采用直读式指示仪表测量时注意量程，选择电流表内阻小的，误差小，也可以采用间接测量法。,2.直流电流表量程的扩大磁电式仪表的磁电式仪表广泛地应用于直流电压和电流的测量。磁电系仪表由固定的磁路系统和可动线圈两部分组成。方法：用一个电阻与其并联，使大部分电流流到并联电阻中，而磁电系仪表只流过其允许的电流将磁电系测量机构制成量程扩大n倍的电流表，所需要的分流电阻值，应为磁电系测量机构内阻的1/n-1。,交流电流测量及电流表量程的扩大,交流电流的测量采用直接测量法，采用直读式指示仪表测量时注意量程，选择电流表内阻小的，误差小，也可以采用间接测量法。通常采用电磁系电流表一般情况下，电流表的量程越大，线圈导线越粗，匝数越少。,2.交流电流表量程扩大一般分为安装式和便携式（1）安装式交流电流表一般制成单程的，并且最大量程不超过200A。使用时需与电流互感器一起使用。（2）便携式交流电流表一般制成多量程的，扩大量程采用将固定线圈分成两段，然后利用分段线圈的串、并联来实现。,电流互感器,定义：它是一种变换交流电流大小的电器，它的实质是一个降流变压器。1.电流互感器的构造和原理它有两个互相绝缘的线圈，与被测电路串联的线圈叫一次侧，与仪表相连的叫二次侧。电流互感器能把一次侧的大电流变成二次侧的小电流，一般二次侧额定电流为5A。,2.电流互感器的选择和使用要按要求的准确度确定正确使用电流互感器使用时，一次侧与被测电路串联，二次侧与电流表串联。与功率表等一起使用时，注意互感器的极性的正确性。,2电压的测量,直流电压测量及电压表量程的扩大1.直流电压的测量采用直接测量法，采用直读式指示仪表测量时注意量程，选择电压表内阻小的，误差小，也可以采用间接测量法。一般选用磁电系测量机构,2.直流电压表量程的扩大方法：根据串联电阻可以分压的原理用一个电阻与其串联，使大部分电压分到串联电阻中，而磁电系仪表只流过其允许的电压要是电压表的量程扩大m倍，需要串联的分压电阻应是测量机构内阻的（m-1）倍。例题,交流电压测量及电压表量程的扩大,交流电压的测量一般只需要将电磁系测量机构与被测电路并联，就可以作为电压表测量电压。由定圈和附加电阻组成，只有一个量程。电压表量程的扩大分为：安装式和便携式,1.安装式通常做成单量程的，量程一般为100v，最大量程为600v。2.便携式采用分段线圈的串并连接法采用附加电阻的分段法可用内附电压互感器的办法。,3电压互感器,定义：不仅可以隔离高压和低压，以保证人员和设备的安全，也扩大了电压表的量程工作、这种降压的仪表变压器称为电压互感器。电压互感器的一次侧的额定电压应与电力系统的额定电压相同，二次侧的额定电压通常固定在100v。,1.电压互感器的构造与原理它相当于一台降压变压器，电压互感器能将一次测的高压变换成二次侧的低压，又因为电压与线圈匝数成正比，所以一次侧的匝数远多于二次侧的匝数。使用时，将一次侧与被测电路并联，二次侧与电压表并联即可。,2.电压互感器的选择和使用实际选用时，必须注意其额定电压得与被测电路的额定值相符，二次侧负载总电流不得超过二次额定电流。要正确使用为保证测量的精确度，电压互感器的准确度应比所接仪表的准确度高2级。,4电阻的测量,三种方法：伏安法、欧姆表法、电桥法伏安法：R=U/I分类：电压表前接，电压表后接电压表前接，电阻的测量值偏大，适合测量大电阻；电压表后接，电阻的测量值偏小，适合测量小电阻。它能在电阻工作时进行测量,欧姆表法对电阻的测量实际就是在一定电压下对电流进行测量，不过欧姆表的标尺刻度与电流表不同，偏转角越大，数值越小，且刻度不均。每次测量电阻时，均需调零。将表笔短接，然后调节调零电位器，直至指针为零。,电桥法直流单臂电桥：适用于精确测量中值电阻RxR3=R2R4Rx=倍率*比较臂的读数直流双臂电桥：适合测量低值电阻Rx=倍率*标准电阻的读数,11.5单相交流电路电功率及电能的测量,1.电动系功率表它既可以测量直流功率，也可以测量交流功率，其标尺以功率值刻度，刻度是均匀的。2.单相交流功率测量功率表的选用功率表的连接方法：发电机端守则,发电机端守则：对于电流线圈，要使电流从发电机端流入，电流线圈与负载串联；对于电压线圈，要使电流从发电机端流入，电压线圈支路与负载并联。两个线圈的电流参考方向都是从发电机端流入,注意在实际使用中，多采用电压线圈前接的方式，这是因为电流线圈的损耗比电压线圈的损耗要小的多。测量功率时，有时会发生指针反向偏转的情况，这时需要将该电表的电流线圈的两个端钮对调，切不可对调电压线圈的端钮。,5.2单相交流电路电能的测量,测量仪表不仅要反映出发电机发出多少功率或者负载吸收多少功率，还要反映出功率延续的时间，即要能反映出电能随时间积累的总和。感应系电能表（俗称电度表）就是测量电能的基本仪表。它不属于指示仪表，而是一种积算仪表。,1.感应系电能仪表（1）电能表的分类接通电源性质：交流电能表和直流电能表交流电能表：单相、三相三线和三相四线有功电能表结构原理分：电气机械式和电子式准确等级度：普通级和精密级按使用情况分：安装式和可携式按用途分类：有功电能表、无功电能表、标准电能表、分时计费电能表,电能表的铭牌标志：有名称、型号、绝缘耐压数值及生产厂家、出厂编号、日期等标准电流和额定最大电流值：5（10）A额定电压：三相电能表额定电压的标注方法是在线电压前乘以相数准确度等级：一般用小圆圈内的数字表示电能表常数：即每千瓦时等于圆盘转多少圈,2.单相交流电能表的测量电能表的选用：形式和负载的电压和电流电能表的连接方法：发电机端原则电流线圈与负载串联，电压线圈跨接在线路两端。电能表下部有接线盒，内有四个端子，应符合火线1进2出、零线3进4出的原则，进端接电源，出端接负载。,11.6万用表,指针式,一、万用表(又叫三用表)1、作用一般用来测量电阻、电压、电流。2、结构（1）表头组成:电磁线圈、磁石、指针（2）测量电路（配刻度）由电阻、电感、电容等组成分压及分流电路。（3）转换开关切换几十个测量功能,万用表使用方法（1）用前准备工作；（1查）正确插表笔；对准确极性装电池；检查表笔绝缘是否良好。（2）电阻档的使用合理选档位；（2选）每档重新调零；（机械调零及电子调零）正确测量；（3测）正确读数；（4读）计算实测值；置安全档位。（5关）,欧姆调零方法：将两表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使表针准确指向“0”，测量中每次更换挡位后，都应重新欧姆调零。,注意：1、不能在带电的情况下测量电阻值，否则会把万用表烧坏。2、每次换挡后，都必须重新欧姆调零。3、测量中不能换挡。4、人体电阻不能并接在被测电阻上5、万用表长期不用将电池取出。,注意事项,“+”是红表笔，接至被测电路的正极，“”是黑表笔，接至被测电路的负极，否则会逆向偏转而被打弯指针如果无法弄清电路电位的高低点，可以选用较高范围档，用两根表笔很快地碰一下测量点，弄清表针的指向，找出高低,6.2数字式万用表,数字万用表特点1、采用数字化测量技术2、显示位数及显示特点3、准确度高,数字万用表的使用要点,（1）使用之前，应熟悉电源开关、功能及转换开关、输入插孔、专用插口（例如晶体管插口hFE，电容器插座CAP或Cx）等。（2）刚开始测量时仪表会出现跳数现象，应等待显示值稳定之后再去测量。（3）尽量避免操作上的误动作，如用电流挡去测电压，用电阻去测电压或电流，用电容挡去测带电的电容器等，以免损坏仪表。,（4）在事先无法估计被测电压（或电流）的大小时，应先拨至最高量程试测一次，再根据情况选择合适的量程。（5）某些数字万用表具有自动关机功能。使用中如果发现突然消隐，说明电源已被切断，仪表进入“休眠”状态。只要重新启动电源，即可恢复正常。,（6）测量完毕，先将量程开关拨至最高电压挡，再关闭电源防止下次开始测量时不慎损坏仪表。（7）若万用表最高位显示数字“1”，其他位消隐，证明仪表已发生过载，应选