常用电工仪表.ppt

,第一节常用电工仪表的基本知识,常用电工仪表,进行电量或磁量测量所需的仪器仪表，统称电工仪表。,一、电工仪表的分类：,2比较仪器：用于比较测量，包括交直流电桥、交直流电位差计。其测量准确，但操作复杂，测量速度慢。,3数字仪表：将被测量转换成数字量，以数字显示结果，准确度高，读数方便，可自动量程切换和编码输出，便于自动测量。,4记录仪表：用来记录被测量随时间的变化情况，如示波器、xY记录仪。,5扩大量程装置和变换器：分流器、附加电阻、电流互感器、电压互感器等。用来实现不同电量之间的变换，或将非电量转换为电量的装置。,1电测量指示仪表：先将被测量转换为可动部分的角位移，然后通过可动部分的指示器在标尺上直接读出被测量的值。,电测量指示仪表的分类,(1)按工作原理：磁电系C、电磁系T、电动系D、感应系G、静电系Q、热电系、整流系L、电子系等。(2)按用途：电流表、电压表、功率表、电能表、功率因数表、频率表、相位表、欧姆表、兆欧表、万用表。(3)按电流种类：直流表、交流表及交直流两用表等。(4)按使用环境：A、A1、B、B1、C5个组。C组条件最差。(5)按使用方式：安装式、便携式；(6)按防御外电场、外磁场：I、等级。(还有：高原用、寒带用等),二、电测量指示仪表的组成和基本原理,1组成,(1)测量电路：作用是把被测量x转换为测量机构可以接受的过渡量y。(2)测量机构：仪表的核心部件，作用是将接受到的过渡量y变换为活动部分的角位移即偏转角，从而确定被测量的数值。,三、仪表的误差及准确度,1.仪表的误差按产生原因分类,(1)基本误差：指仪表在规定的工作条件下，由于本身结构和工艺不完善而产生的误差。如线路设计不理想、存在摩擦、零件装配不当、标尺刻度不准等引起的误差属于基本误差，是固有误差。-校验室测出的误差是基本误差。,(2)附加误差：指仪表因偏离规定的工作条件所额外造成的误差。（如温度过高、波形非正弦、外界电磁场的影响等）,（工作条件指：温度、湿度、放置方式、外电场、外磁场等）,2.仪表误差按表示方法分类：,(1)绝对误差：仪表的指示值Ax与被测量的真值A0之间的差值，称为绝对误差，用表示，即,的大小和符号表示了测量值偏离真值的程度和方向，但是不能反映测量的准确程度。,(2)相对误差:绝对误差与被测量真值A0的百分比值，称为相对误差，用表示，即,相对误差表明了误差对测量结果的相对影响，可以表征测量的准确程度。,电流表和电压表准确度等级分为：0.05、0.1、0.2、0.3、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、5.0等11级；功率表和无功功率表分为：0.05、0.1、0.2、0.3、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.5等10级；,四、电工仪表的表面标记p6,1.电工仪表的标记,2.电工仪表的型号,(1)安装式仪表：,按面板最大尺寸编制,按外壳形状尺寸编制,电压表为V电流表为A功率表为W,C表示磁电系，T表示电磁系,D表示电动系，G表示感应系，L表示整流系，Q表示静电系。,电桥第一个字母：QQJ23、QJ23数字仪表第一个字母：P,(2)便携式仪表：去掉形状代号。如T62V型电压表。,五、电测量指示仪表的主要技术要求,1有足够的准确度,2有适当的灵敏度：仪表的灵敏度S是指仪表可动部分的偏转角的变化量(格数)与被测量的变化量之比,灵敏度高，量限就小，仪表就容易过载，因而选用仪表不能片面追求高灵敏度。,3仪表本身消耗的功率要小。4有良好的读数装置-刻度要尽量均匀。5示值升降变差要小。仪表升降变差为仪表测量同一量时，指针由零上升的指示值与由上限下降的指示值之间的差值。不能超过基本误差的绝对值。6其它：附加误差要小；过载能力要强；阻尼和绝缘性能要好。,外磁式,磁电系测量机构的磁路分为外磁式、内磁式和内外磁式,内磁式,一、磁电系测量机构,第二节常用指示仪表的测量机构,内外磁式,磁电系测量机构的结构,固定部分：是测量机构的磁路系统。包括:永久磁铁、极掌和圆柱形铁芯。圆柱形铁芯与极掌间形成均匀的辐射状磁场。,活动部分：包括绕在铝框上的可动线圈、转轴、指针、游丝及平衡锤等。,外磁式磁电系仪表的结构1.永久磁铁2.极掌3.轴4.可动线圈5.圆柱形铁心6.平衡锤7.游丝8.指针,磁电系测量机构的工作原理,（1）转动力矩,利用通电线圈在磁场中受到电磁力的作用，从而产生转矩的原理制成。,线圈通电后，在磁场中受到电磁力的作用，从而产生转矩。其瞬时转动力矩为,二、电磁系测量机构,（一）电磁系测量机构的结构,1、吸引型测量机构,扁形线圈（通电后产生磁场）、磁屏蔽（屏蔽外磁场）、永久磁铁（与阻尼片组成磁感应阻尼器）,（1）结构：,固定部分：,可动部分：,可动铁片、转轴、指针、游丝（产生反作用力矩）、阻尼片,1.指针2.阻尼翼片3.动铁心4.固定线圈5.游丝,（2）工作原理：,当线圈通入电流后，铁片被磁化，从而被吸入线圈夹缝，驱动转轴和指针偏转。当电流方向改变时转动力矩方向不变。,（3）特点：,由于结构上的原因，不能达到较高的准确度。,3、排斥吸引测量机构,圆柱形线圈（通电后产生磁场）、定铁片（2个）、磁屏蔽（屏蔽外磁场）,（1）结构：,固定部分：,可动部分：,可动铁片（2个）、转轴、指针、游丝（产生反作用力矩）、阻尼片、空气阻尼器,（2）工作原理：,线圈通入电流后，两组铁片同时被磁化，铁片A与B之间、A与B之间相互排斥，而铁片A与B之间、A与B之间相互吸引，驱动转轴和指针偏转，且随着可动部分的转动，排斥力逐渐减弱而吸引力逐渐增强。,（3）特点：,转动力矩较大，可制成广角度指示仪表，但准确度不高。,2、排斥型测量机构,圆柱形线圈（通电后产生磁场）、定铁片、磁屏蔽（屏蔽外磁场）,（1）结构：,固定部分：,可动部分：,可动铁片、转轴、指针、游丝（产生反作用力矩）、阻尼片、空气阻尼器,1.游丝2.阻尼翼片3.动铁片4.定铁片5.固定线圈,（2）工作原理：,（3）特点：,准确度高，标度尺刻度较为均匀。,当线圈通入电流后，定铁片和动铁片同时被磁化，且两铁片同侧的磁极性相同，从而二者相互排斥，驱动转轴和指针偏转。当电流方向改变时转动力矩方向不变。,三、电动系测量机构,（一）电动系测量机构的结构,1、无铁芯的电动系测量机构（简称为电动系测量机构）,固定部分：固定线圈,该线圈导线粗，匝数多，它分成完全相同的两部分，这两部分平行排列，中间留有空隙。,采用这种结构形式的原因：,便于转轴穿过；可获得较均匀的磁场；通过这两部分的串并联，还可以改变电流的量程。,可动部分：放置于固定线圈内部的可动线圈转轴指针游丝阻尼片,可动线圈导线细，匝数少。,游丝作用：产生反作用力矩导入导出电流,由于线圈磁场很弱，只能采用空气阻尼器。为了避免外界磁场对测量机构的影响，需加磁屏蔽。,2、铁磁电动系测量机构,固定部分：固定线圈（绕在相互绝缘的硅钢片叠成的铁芯上）,可动部分：套在圆柱形铁芯外面的可动线圈转轴指针游丝阻尼器,铁磁电动系测量机构灵敏度高，但准确度低。,（二）电动系测量机构的工作原理,1、通入直流电流时,转动力矩：,定圈通入电流时，产生磁感应强度为的磁场，处在此磁场中动圈通入电流，在磁场中受到电磁力的作用而偏转。,反作用力矩：,当反作用力矩与转动力矩平衡时仪表偏转角为,与可动部分偏转角有关的系数，取决测量机构的结构和尺寸及偏转角。适当安排两定圈间的距离和形状。可使其在一定的偏转角范围内为常数。,另外，当、同时改变方向时，可动线圈转动力矩的方向不变，因此该结构可交直流两用。但只有一个电流方向改变时，动圈反向偏转，故在仪表上标有同极性端“*”。,2、通入正弦交流电流时,可动部分的偏转角为,可见，电动系测量机构的偏转角不仅取决于两线圈电流的有效值的大小，还与两电流之间的相位差有关，因此，测量机构可能出现正偏、反偏或不偏转三种情况。,设表头满偏电流IC，内阻RC，欲扩展量程n倍(n=I/IC)，求分流电阻Rfl,第三节电流表,单量程电流表,（1）原理电路,（2）分流电阻（分流器）的计算,一、磁电系电流表由于磁电系测量机构（俗称表头）中的游丝和动圈允许通过的电流很小，所以只能直接用作检流计、微安表和小量限毫安表。为测量较大的电流，必须配上一定的测量电路，即给表头并联一定电阻进行分流。,由,得：,内附分流器：适用于量程小于100A的小量程电流表。,外附分流器：适用于量程大于100A的电流表。,（3）分流器的形式,分流器常采用电阻温度系数很小的锰铜制成，有两种形式：,如“100A，100mV”的分流器。,额定电压，有30、45、75、100、150、300mV几种,额定电流,多量程的磁电系电流表采用环形分流器的形式，如右图所示,多量程电流表,（1）原理电路,（2）各分流电阻的计算,可见：,由电路知识可得:,从而有：,即：各量程的电流值与其分流电阻的乘积相等。,二、电磁系电流表,1、单量程电流表,（1）200A以下量程：使用由电磁系测量机构直接制成的电流表。采用加粗导线直径和线圈匝数的方法扩大量程。（2）200A以上量程：采用由电磁系电流表+电流互感器方式。仪用电流互感器，二次绕组的额定电流均为5A，凡与电流互感器配套使用的电磁系电流表的量程也都5A。测量不同范围的电流，必须采用不同电流比的电流互感器。,2、便携式多量程电流表,（1）改变量程的方式,通过将固定线圈分段绕制，利用转换开关改变各分段的串、并联方式改变量程。,（b）线圈并联,（a）线圈串联,（2）标度尺特点,可以使用同一条标度尺。标尺通常按I标注，采用并联接法时，将指针指示值乘以2。,用电磁系电流表测量电流时，由于仪表的标尺刻度不均匀，在标尺的开始部分刻度较密，读数不准，应避免在这一范围内读数。,3、注意,三、电动系电流表,1、构成,将电动系测量机构中的固定线圈和可动线圈串联运来，就构成电动系电流表。,2、偏转角与被测量的关系,即电动系电流表的偏转角与电流平方成正比，故其标尺的分度是不均匀的。,3、扩大量程方法,通常将定圈和动圈并联，或用分流电阻对动圈分流来实现。,4、电动系双量程电流表,通过改变定圈两部分的连接方式(串联或并联)及改变与动圈并联的分流电阻来变换量限。,5、电动系电流表的缺点,所需的励磁安匝数很大。从而内阻大，功耗大。,四、电流表的使用1、按被测对象的性质正确选择仪表。2、电流表应串联接入被测电路。在测直流电流时，还要注意极性，即应使电流从电流表的“+端纽流入，从”-“端纽流出。3、为减小仪表的负载效应对测量结果的影响，测量时应尽量选择内阻小的电流表。,设表头满偏电流IC，内阻RC，现欲将量程扩大到U，需串联的附加电阻Rf为,第四节电压表,一、磁电系电压表单量程电压表,（1）原理电路,（2）附加电阻的计算,磁电系测量机构串联附加电阻（称倍压器），即可构成磁电系电压表。,内附式：适用于量程小于100V的小量程电压表。,外附式：适用于量程大于600V的电压表。（注意，此时表头接在低电位端。）,（3）附加电阻的形式,附加电阻常用电阻温度系数很小的锰铜制成，有两种形式：,多量程电压表,（1）原理电路,（2）各附加电阻的计算,档的附加电阻为,档的附加电阻为,档的附加电阻为,常采用分段抽头式，见右图,可知：,二、电磁系电压表,1、单量程电压表,（1）600V以下量程：使用由电磁系测量机构串联附加电阻而制成的电压表。（2）600V以上量程：采用由电磁系电压表+电压互感器方式。仪用电压互感器，二次绕组的额定电压均为100V，从而与电压互感器配套使用的电磁系电压表的量程也是100V。测量不同范围的电压，必须采用不同变压的电压互感器。,2、便携式多量程电压表,由电磁系测量机构串联不同的附加电阻而制成,内阻小，功耗大，灵敏度低。只能用于设计规定的频率，频率改变时会出现频率误差，不宜进行低量程电压测量。当被测电压为非正弦波时，会出现波形误差。,3、电磁系电压表的缺点：,三、电动系电压表,1、构成,将电动系测量机构的定圈和动圈串联后再与附加电阻串联，就构成电动系电压表，如图所示。,2、偏转角与被测量的关系,指针的偏转角与被测电压的平方有关，即,3、电动系多量程电压表,4、电动系电压表的缺点,仪表的内阻比较小，从而功耗大。,通过串接几个附加电阻，可以制成多量程的电压表，如右图所示。其中与附加电阻R1并联的电容C称为频率补偿电容。,四、电压表的使用1、按被测对象的性质正确选择仪表。2、电压表应并联在被测电路两端。在测直流电压时，还要注意极性，即应使“+”端接高电位，“-”端接低电位。3、为减小仪表的负载效应对测量结果的影响，测量时应尽量选择内阻大的电压表。,第五节欧姆表与兆欧表,一、欧姆表,1、欧姆表的工作原理,欧姆表的基本原理见右图：,可得：,为与和串并联后的等效电阻。,，称为欧姆表的等效内阻,可见，当电源电压一定时，I随着RX的大小而变，通过测量机构的电流也就随着RX的不同而不同，所以指针的偏转角可以反映被测电阻的大小。,当时，指针不偏转，标尺左端刻度为“”,可见，欧姆表的标尺反向刻度，且不均匀。为减小误差，通常在（1/1010）倍中心电阻的一段读数。,由欧姆表原理可知，测量（1/1010）倍中心电阻范围内的电阻时容易读数，因此要测量各种不同大小的电阻值，应当做成具有不同中值电阻的多档欧姆表。为了共用一条标度尺，各档的中值电阻是十进制的。例如若R1档的中值电阻为24，那么其他各档的欧姆中心值就取240、2400，从而构成R1、R10、R100等多倍率档的欧姆表。,2、欧姆表的倍率,由于干电池的端电压在使用时间长了后会下降，这时，即使RX0，表头的指针也不可能达到满刻度偏转；另外，即使电池电压不变，由于不同量程所接的附加电阻不一样，同是RX0情况下，流过表头的电流也不同。为此设置零位调节电阻R0。为保证测量的准确性，在使用万用表欧姆档前或换档后，都需在RX0的情况下调节零位调节电阻R0的触头，使指针指示在零欧姆。,3、零欧姆调节器,兆欧表又称摇表，是一种常用的测量高电阻的直读式仪表，一般用于测量电气线路、电缆、电气设备等的绝缘电阻。,二、兆欧表（绝缘电阻表）,1、兆欧表的结构,测量线路手摇发电机：直流发电机或交流发电机与整流电路配合的装置，其容量很小但电压却很高。其额定电压由500、1000、2000、5000V等几种。磁电系比率表,标尺特点：,可见，兆欧表的标尺反向刻度，且不均匀。,当时，指针停止转动，处于标尺最左端，对应刻度“”。,当时，最大，指针向右偏转到最大位置即分度的“0”位置。,3、兆欧表的选择,首先要考虑其额定电压。额定电压在500V以下的设备，选用500V或1000V的兆欧表；额定电压在500V以上的设备，选用1000V或2500V的兆欧表；此外还要考虑兆欧表的测量范围不要过多地超出被测绝缘电阻值，否则测量误差较大。低压设备一般选用0200M的表，高压设备或电缆一般选用02000M及以上的表。,(2)测量前先检查兆欧表是否良好。检查的方法是：将兆欧表的接线端钮开路，摇动手柄到额定转速，指针应指在“”；再将兆欧表的接线端钮短接、慢慢摇动手柄，指针应指在“0”(注意指零后即断开端钮短接线、以免表因过热而损坏)。(3)测量时应正确接线。兆欧表一般有三个接线拄，分别标有“线”(L)、“地”(E)和“屏”(G)。在进行一般测量时，只要将被测绝缘电阻接在L和E之间即可。对表面不干净或潮湿的对象进行测量时，为了消除绝缘体表面泄漏电流的影响，就必须使用G接线柱。,4、兆欧表的使用,(1)测量前必须先切断电源，对变压器、电缆、电容器等设备应进行充分放电，以保障人身、仪表的安全。用兆欧表测量过的电气设备，也可能带有残余电压，测量后应及时放电。,(4)测量绝缘电阻时，发电机手柄应由慢逐渐至快，不要忽快忽缓，通常额定转速为l20rmin，并可以有20的变化。通常规定以1min后的读数为准。(5)测量完毕后，当兆欧表没有停止转动或被测物没有放电前，不可用于触及被测物测量部分及进行拆线工作。特别是测试大电容电气设备后，必须先将被测物对地短路放电，然后再停止手柄的摇动，以防止因电容器放电而使兆欧表损坏。(6)测量过程中，若发现指针指示为零，说明被测绝缘材料有短接现象，应马上停止摇动手柄以防止动圈过热。,第六节万用表,一、万用表的结构,1、表头,通常采用高灵敏度的磁电系测量机构。其作用是指示被测电量的数值。,2、测量线路,其作用是把各种不同的被测电量转换成磁电系表头所能接受的微小直流电流，从而达到一表多用的目的。,3、转换开关,转换开关由许多固定触头和可动触头组成。其作用是选择不同的测量电路，从而达到改变各种测量对象以及选择不同量程的目的。,二、万用表的基本原理,1、直流电流测量电路,实质上就是一个多量程分流器，利用分流电阻的切换得到不同的分流，从而获得不同的量程。,2、直流电压测量电路,由不同的附加电阻组成。采用共用式附加电阻。,3、交流电压测量电路,实际上就是一个多量程的整流系交流电压表的线路，不同的量程靠接入不同的附加电阻来实现，并由转换开关加以切换。,4、电阻测量电路,万用表的电阻测量线路实际上就是一个多量程的欧姆表的线路。,三、万用表的使用,1、接线要正确,测量时，红色测试棒的连线应接到标有“+”符号的插孔内，黑色测试棒应接到标有“”或“*”符号的插孔内。用欧姆挡测量晶体管参数时，红色测试棒与表内电池的负极相接，而黑色测试棒与表内电池的正极相连接。且一般应选择Rx100档或Rx1K的倍率挡。此外，测电流时，仪表应和电路串联；测电压时，仪表则应和电路并联。,2、正确选择测量对象的种类及量程,测量前对测量的对象及其大小的粗略估计，选择相应的档位。不知被测量是交流还是直流时，先用交流档试测。不用时，将万用表拨到交流最高档上。,3、使用前要调零,用万用表测量电流或电压之前，要检查指针是否在零位，若未指在零位，则微调机械零位调节，使指针指零。用万用表测量电阻时，每一次测量都必须进行电调零。当调零无法使指针达到欧姆零位时，则说明电池的电压太低，应更换新电池。,4、严禁带电测量电阻,否则，不仅是测量结果不准确，而且很有可能烧坏表头。,5、不允许带电转动转换开关,尤其是当测量高电压和大电流时，否则在转换开关的刀及触点分离和接触的瞬间产生电弧，使刀和触点氧化，甚至烧毁。,一、电动系功率表,第七节功率表,1、结构和工作原理,定圈是用较粗的导线绕制，与负载串联，并通过负载电流，称为电流线圈或串联线圈；动圈由细导线绕制，与一个适当的分压电阻串联后，跨接在负载两端，称为电压线圈或并联线圈。,（1）直流电路,测量机构的偏转角正比于电路消耗的有功功率。,（2）交流电路,即测量机构的偏转角正比于电路消耗的有功功率。,可见，电动系功率表既可用于测量直流功率，又可测量交流功率，且可用同一条标度尺。,需要指出的是：如果功率表电压回路两端的电压为，流入电流线圈的电流为，则不论、是否同一回路的电量（但频率相同)，功率表的读数均为,式中，为电压与电流之间的相位差，该相位差通常可借助于相量图分析确定。,便携式功率表往往是多量程的，其不同量程是通过选择不同的电流量程和电压量程来实现的。改变量程的方法为：,、多量程功率表,电流量程通过串联或并联电流线圈的两个完全相同的绕组的方法来加以改变。,电压量程通过电压线圈串联不同的附加电阻来加以改变。,1量程选择：选择功率表必须从功率、电压及电流量程三方面考虑。,二、功率表的选择及使用方法,2正确接线：接线时，应遵循“发电机端接线守则”。,如果两个线圈的端钮都接反了，虽然指针仍正偏，但定圈与动圈之间的电压接近于负载或电源电压，这样不仅会产生较大的静电误差，而且可能导致线圈间绝缘损坏。,如果一个线圈接反，功率表将反偏，在接线正确的情况下，如果负载端实际含有电源向外输出功率，功率表也将反偏；用两表法测三相功率时，若负载阻抗角大于，将有一只表反偏。,若功率表指针反偏只能更换电流线圈的接头，而不能更换电压线圈接头。对于具有“+”、“”转换开关的功率表，将此开关扳向“”，使电压线圈中的电流改变方向，指针就会正偏，所读数值应记为负。,（3）正确选择接线方式,两种接法，即电压线圈前接和电压线圈后接。,负载电阻远大于电流线圈电阻,负载电阻远小于电压线圈电阻,（4）正确读数,被测功率为:,若仪表的电压量程为，电流量程为，满偏的分格数为，则每格瓦数为,（瓦/格）,实际工作中，常遇到被测电路功率因数很低的情况，这时需使用专门的低功率因数功率表。,1、用途,2、原理,工作原理与普通功率表基本相同，标尺按较低的额定功率因数（额定功率因数有0.05、0.1、0.2几种）刻度。,三、低功率因数功率表,3、结构,（1）采用补偿线圈消除电压回路的损耗；（2）采用补偿电容以消除角误差；（3）采用带光标指示的张丝支承来消除摩擦误差。,在仪表结构上采用以下几种误差补偿措施：,4、使用,（1）正确接线：遵循“发电机端接线守则”，但带有补偿线圈的功率表只能采