电工仪表与测量

1、第六章第六章 电工仪表与测量电工仪表与测量 第一节 电工仪表与测量的基本知识一、电工仪表的分类一、电工仪表的分类（1）按测量方法分类： 分为直读式和比较式两类。直读式仪表将测量数值由仪表指针在刻度盘上直接指示出来，如电流表、电压表等；比较式仪表需将被测量与标准量进行比较后才能得出被测量的数量，如电桥、电位差计等。（2）按被测量的种类分类： 分为电流表、电压表、功率表、欧姆表、电度表、功率因数表、频率表、万用表等。（3）按准确度分类： 按准确度可分为0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5和5.0共7个等级，数值越小表示准确度越高。（4）按工作原理分类：分有电磁式、磁电式、电动式、感应式、

2、整流式、热电式、静电式、电子式等。二、仪表的误差及分类1.误差：测量结果与被测量的实际值之间的差值叫误差。2.准确度：仪表的测量结果与实际值的接近程度。3.按产生的原因不同，仪表的误差主要分为两类： a.基本误差：是仪表本身所固有的，一般无法消除 b.附加误差：是因为外界工作条件改变而造成的额外误差，一般可设法消除。工程中，一般采用相对额定误差来反映仪表的准确程度。相对额定误差：仪表的最大基本误差A与仪表最大量程Am的比值。用表示。 %100AmmA实际测量中，不仅要考虑仪表的准确度，还要选择合适的量程，通常测量时要使仪表指针处在满刻度的后三分之一段。三、电工指示仪表的组成三、电工指示仪表的组

3、成电工指示仪表的测量原理是通过测量线路把被测量信号转换成测量机构可以直接测量的电磁量，再转换成转动力矩产生偏转而反映在指示器上。1.磁电系测量机构(1)磁电系测量机构的结构磁电系测量机构主要由固定的磁路系统和可动线圈两部分组成。(2)磁电系测量机构的工作原理磁电系测量机构可根据通电线圈在磁场中受到电磁力矩而发生偏转。(3)磁电系仪表的特点优点：准确度高，灵敏度高；功率消耗小；刻度均匀缺点：过载能力小；只能测量直流2.电磁系测量机构的结构(1)电磁系测量机构主要由固定线圈和可动软磁铁片组成。 (2)电磁系测量机构的工作原理利用通电流的固定线圈产生磁场，使铁片磁化。然后利用铁片与铁片的相互作用产生

4、转动力矩，带动指针偏转。(3)指针偏转角与线圈中电流的关系电磁系测量机构的转动力矩与线圈磁势的平方成正比.(4)电磁系仪表的特点优点：既可测量直流又可测量交流；可直接测量较大电流，过载能力强，结构简单成本低。缺点：标度尺刻度不均匀，易受外磁场影响。四、电工四、电工仪表的产品型号仪表的产品型号电工仪表的产品型号可以反映出仪表的用途及工作原理，必须按有关规定的标准编制。 五、电工五、电工仪表的选择和使用仪表的选择和使用（1）仪表类型的选择。按测量对象的性质选择仪表类型，首先视被测量的是直流还是交流，以便选用直流仪表或交流仪表。如果测量交流量，要注意是正弦波还是非正弦波，还要区分被测量的是平均值、有

5、效值、瞬时值，还是最大值，对于交流量还要注意信号的频率。（2）仪表准确度等级和量程的选择 测量结果的准确程度不仅与准确度有关，且还与量程有关，因此，在考虑准确度的同时必须考虑到量程，要根据待测量的大小，选择量程合适的仪表，以减小测量误差。（3）仪表内阻的选择 按测量对象和测量线路的电阻大小选择仪表内阻，仪表内阻的大小直接反映仪表本身的功率损耗。对电压表要并联在电路中，对电流表要串联在电路中。1、直流电流表的组成磁电系电流表是由磁电系测量机构与分流电阻并联组成。a分流电阻的计算 只要配上不同的分流电阻，就能制成不同量程的直流电流表.分流电阻多用电阻率较大、电阻温度系数很小的锰铜制成。b多量程直流

6、电流表一般采用并联不同阻值分流电阻的方法来扩大电流量程。100IIRRA第二节 电流的测量二、交流电流表1、电磁系交流电流表由电磁系测量机构组成，制造不同量程电流表时，只要改变线圈的线径和匝数即可。2、安装式电磁系电流表一般制成单量程，但最大量程不得超过200A。3、扩大量程:电流互感器(1)电流互感器的构造与原理电流互感器实际上是一个降流变压器，它能把一次侧的大电流变换成二次侧的小电流。 结 构：一次侧只有一匝到几匝，使用时与被测电路串联正常工作状态 接近于变压器的短路状态。 原理： I1=KT2I2(2)电流互感器的正确使用（a）电流互感器的二次侧在运行中绝对不允许开路。严禁加装熔断器。（

7、b）电流互感器的铁心和二次侧的一端必须可靠接地，以确保人身和设备的安全。（c）接在同一互感器上仪表不能太多，以免导致测量误差增大。三、钳形电流表v钳形电流表是一种携带方便、可以在不断开电路时直接测量电流的仪表。v1 1钳形电流表的工作原理及结构钳形电流表的工作原理及结构v钳形电流表由电流互感器和磁电系表头组成，其外形结构如图所示。1-可开合钳口；2-手柄；3-被测载流导线；4-铁芯；5-表盘；6-量程转换开关v使用钳形表测量时，将量程开关转到合适位置，捏紧钳形电流表的扳手，其电流互感器的铁心便可张开，被测电流的导线穿过铁心张开的缺口，放松扳手，铁心闭合，被测电流产生的感应磁场使电流表互感器产生

8、感应电流，带动表头指针发生偏转，指示出被测电流的数值。第三节 电压的测量一、直流电压表的组成 1.磁电系直流电压表是由磁电系测量机构与分压电阻串联组成的。 分压电阻的计算) 1(00UURRV2.多量程直流电压表多量程直流电压表由磁电系测量机构与不同阻值的分压电阻串联组成。二、交流电压表 电磁系交流电压表由电磁系测量机构与分压电阻串联组成。 安装式交流电压表一般都做成单量程，但最大量程不超过600V。扩大量程:电压互感器1.电压互感器的构造与原理（1）结构：一次侧匝数远多于二次侧匝数。正常工作状态接近于变压器的开路状态。（2）原理：电压互感器实际上就是一个降压变压器。UUKNNTV21 U1=

9、KTVU22.电压互感器的正确使用（1）要正确接线（2）电压互感器的一次侧和二次侧运行中绝对不允许短路，所以应加装熔断器（3）电压互感器的铁心和二次侧的一端必须可靠接地。 第四节 电阻的测量一、伏安法 分别测电流电压，载用欧姆定理计算。二、电阻表法1.欧姆表法2.万用表法万用表v万用表是一种多用途、多量程、便携式电量测量仪表，可以用于测量交直流电流、交直流电压、电阻以及音频信号电平、三极管共发射极直流电流放大系数等参数。v1 1万用表的使用方法万用表的使用方法v（1）电压、电流档使用v 测量电压时应使仪表与被测元件并联，测量电流时应使仪表与被测元件串联。表笔接插与档位适应，直流档还应注意被测量

10、的极性，严禁以电流档测量电压。v 测量前根据需要对指针的位置进行机械调零，对被测量有大致的估计，粗选量程档位应按由高到低顺序进行，以指针偏转接近于2/3满刻度为参照。v 刻度盘提供两组换算比例刻线，涵盖了各档换算比例关系。读数时应根据指针相对于最小刻线之间的位置进行估计，并结合档位与刻线进行换算。v 交流电压挡测量结果以正弦波电压为基础，频率范围为451000Hz，v 测量2500V高压时应严格遵守安全操作规程。v（2）电阻档使用v 测量前以及换挡时均应对电阻档进行调零，具体做法：将表笔短接，调节使指针到达电阻刻线零位置。v 严禁带电测量元件电阻值，储能元件（电容）放电后测量；避免双手同时触及

11、表笔与元件的连接点，防止产生较大的测量误差。v 在判别某些电子元件的偏置状态时应注意：电阻档测量时，红表笔接内部电池负极，黑表笔接正极。三、兆欧表v兆欧表是用来检测电气设备、供电线路的绝缘电阻的种可携式仪表，俗称摇表，也叫绝缘电阻表。v使用兆欧表测量时，以120转/分速度均匀摇动手柄，表内的直流发电机发电输出额定电压，在可动线圈1与被测电阻间产生电流I1；在可动线圈2与表内附加电阻R2间产生电流I2，两种电流与磁场作用产生相反的力矩。当两个力矩平衡时，指针静止，即指针指在被测电阻的数值。 图2-4 兆欧表外形v2 2兆欧表的选择兆欧表的选择v选用兆欧表时，主要是选择绝缘电阻表的电压及测量范围。

12、其额定电压一定要与被测电气设备或线路的工作电压相适应，兆欧表的测量范围也应与被测绝缘电阻的范围相适应，以免读数时产生较大的误差。 v3 3兆欧表的使用方法兆欧表的使用方法v在测量时，用表夹夹住被测物体上选出的两个极点，以不低于规定的速度摇动手柄，表内的手摇直流发电机能发出较高的电压，测量出被测物体在规定电压下的绝缘性。四、直流电桥1.直流单臂电桥的工作原理 直流单臂电桥原理图如图所示。电阻R1、R2、R3、Rx组成电桥的四个桥臂，其中，Rx称为被测臂，R1、R2构成比例臂，R3称为比较臂，A、C两端接直流电源E，B、D之间有一检流计G。xRRRR231测量电阻时，接通按钮开关SE和SG，调节R

13、1、R2、R3，使检流计的指示为零，这时电桥达到平衡，根据电桥平衡的条件：可求得被测电阻的阻值3321KRRRRRx式中，Rx为待测电阻，R3为标准比较电阻，KR1/R2。一般情况下，惠斯登电桥的K有0.001、0.01、0.1、1、10、100、1000等。根据待测电阻大小，选择K后，只要调节R3，使电桥平衡，得到待测电阻Rx之值。第五节 功率表 功率表又称瓦特表，用于测量直流电路和交流电路中的电功率。1 1功率表的工作原理和结构功率表的工作原理和结构 电功率由电路中的电压和电流决定，因此功率表的测量结构主要由固定线圈和可动线圈组成。固定线圈导线较粗、匝数较少，称为电流线圈，与被测负载串联；

14、可动线圈导线较细、匝数较多，并串有一定的分压电阻，称为电压线圈，与被测负载并联。 功率表结构原理如图1所示，外形如图2所示。图1 功率表结构原理图图2 功率表的外形2 2功率表的使用功率表的使用（1）单相电路的功率测量用功率表测量功率时，需使用四个接线柱，两个电压线圈接线柱和两个电流线圈接线柱；电压线圈并联接入被测电路，电流线圈串联接入被测电路。 “前接法”的连接如图（a）所示。“前接法”接线的电流线圈中流过的电流是负载电流，但电压线圈两端电压包含负载电压和电流线圈的电压降，使得功率表的读数中多出了电流线圈的损耗。因此，“前接法”适用于负载电阻远大于电流线圈电阻的测量。 “后接法”的连接如图（b）所示。“后接法”的电压线圈上的电压等于负载电压，但电流线圈中的电流包含负载电流和电压线圈的电流，即功率表的读数中多出了电压线圈的损耗。因此，“后接法”比较适用于负载电阻远小于电压线圈电阻及大电流、大功率负载的测量。图2-7 功率表的两种接线方式（2）三相电路功率的测量三相电路功率的测量可以采取一表法、二表法和三表法。 一表法的接线如图所示，此方法用于对称三相电路，即用一只功率表测出其中一相的功率，则三相功率P3P1。图 一表法接线图 二表法接线如图（a）