电气测量技术总结和试卷及答案上课讲义

1、电气测量 总结一、课程的目的掌握基本电量（电压、电流、功率、电能、频率、相位差、功率因数）和电路参数（直流电阻、交流 阻抗，包括电感的品质因数、电容的介质损耗）的测量方法。了解电工仪表、仪器的基本工作原理，能够正确选择和使用。掌握误差估算方法，能够在工程测量中估算直接测量和间接测量的系统误差。 为从事电气方面的工作和科研奠定工程测量方面的基础。二、学习方法掌握原理，理解特点，能够正确使用。主要资料：教材，课件，习题。辅助资料：电路，电磁场。三、主要内容u，i 。 直流，交流，大，中，小。功率。 直流，交流；单相，三相；有功，无功。f ,T , ,cos 。数字测量方法。直流电阻，交流阻抗。大，

2、中，小。附件：采样电阻，分流器，分压器。互感器。误差分析及传递。重点：各量的模拟测量方法、数字测量方法、间接测量方法、其它测量方法。各方法的适用情况、原理、特点、 误差分析。四、具体内容（依据 陈立周 电气测量（第 5 版）（一）电工仪表与测量的基本知识1、模拟指示仪表 的组成和基本原理测量机构是核心。一种测量机构和不同的测量线路可以组成不同功能的电工仪表，例如，磁电系测量 机构接分流器可构成直流电流表，接分压器可构成直流电压表，接电源可构成欧姆表，接整流电路可构成 交流的电压或电流表，接传感器可用于测量非电量。不同类型的测量机构其具体结构不同，但基本原理是相同的，即必然有三个基本力矩：作用力

3、矩，反 作用力矩，阻尼力矩。这三个力矩是各种测量机构中必不可少的，它们决定了测量机构特性。当作用力矩 和反作用力矩相等时，决定了指针的平衡位置。阻尼力矩改善可动部分的运动特性，使指针尽快静止在平 衡位置。不同的测量机构产生着三个力矩的方式是不同的。2、数字仪表 的组成和基本原理核心是直流数字电压表， 将直流电压进行 A/D 转换和处理。 不同的测量线路将各种待测量转换为允许 输入的直流电压。数字法测量频率和周期不需要 A/D 转换。 相位差可转换为时间测量， 因而数字法测相位差和功率因数 也不用 A/D 转换。3、测量误差及其表示方法分类：系统误差，随机误差，疏忽误差。各自的特点，产生的原因，

4、处理的方法。工程测量中因系统 误差比较大，湮没了随机误差。表示方法：绝对误差，相对误差，引用误差。计算，特点，意义。根据最大引用误差确定仪表准确度 等级。重点。4、工程上最大测量误差的估计（系统误差）重点。包括直接测量和间接测量误差。能计算直接测量误差。对于各电量电参量的间接测量方法，能 计算其误差传递，即根据直读量计算所得的待测量中所包含的系统误差。5、系统误差的消除方法比较法。因引入了标准元件和 /或指零仪，比较法可消除元件或仪表所造成的误差，可测量得更准确。校正值（更正值）。仪表出厂时附有更正值曲线，或校表时记录更正值。（二）电流电压的测量1 T1、 磁电系测量机构的基本测量量是一 id

5、t ,反映电流的平均值，刻度均匀。上式中，i可为直流量、T 0任意的周期量（正弦或非正弦）。但通过正弦电流是指针指示为零，可电流仍旧会使可动部分发热。配合 外电路可构成直流电流表、直流电压表、欧姆表等。加整流电路可构成整流系仪表，测量正弦量。2、 电磁系测量机构的基本测量量是丄i2dt ,反映电流的有效值，刻度不均匀。上式中，i可为直流T 0量、任意的周期量（正弦或非正弦）。配合外电路可构成交直流电流表、交直流电压表。1 T3、 电动系测量机构的基本测量量是一0 i1i2dt ,式中i表示固定线圈电流，i2表示可动线圈电流，TT 0为基波周期。上式中，i和i2可为直流量、任意的周期量（正弦或非

6、正弦）。若i和i2为正弦量，则基本测量量表达式可简化为I1I2COS ,式中I1表示固定线圈电流i1的有效值，12表示可动线圈电流i2的有效值，为h、i2的夹角。电动系测量机构接外电路可构成交直流电压表和电流表，但主要是构成交直流功率表。电压表电流表刻度不均匀，功率表刻度均匀。4、测量用互感器分电压互感器和电流互感器。主要用于降低交流高电压和大电流，为一次和二次提供可靠的电气隔离，也便于仪表的标准化。电压互感器二次的额定电压一般为100V ,电流互感器二次的额定电流一般为5A。需要掌握互感器的正确使用方法。了解互感器的误差与负载有关。5、直流电位差计能够精确测量直流电压，配合采样电阻可测量直流

7、电流、电阻、功率。需注意直流 电位差计的特点。6、测量时，需综合考虑待测量的要求和仪器仪表的性能（测量对象，准确度，量限，内阻，工作条 件等），再决定测量方法和仪器仪表的选择。这一原则不仅适用于电压电流的测量，也适用于其它电量和 电参量的测量。（三）功率电能的测量1 T1、 电动系功率表可用于测量交直流功率，因电动系测量机构的基本测量量是一0 i1i2dt ,配合外电路后，T 0电动系功率表反映的是端口的平均功率，即使是非正弦周期电流电路，也能正确反映其功率。需注意 功率表的正确使用。2、功率表的角误差。什么时候需使用低功率因数功率表。3、牢固掌握单相有功、 无功的测量方法。看书、课件。4、牢

8、固掌握三相有功、 无功的测量方法。看书、课件。5、测量电能时的接线和测量方法与功率类似，但电能表的内部原理与功率表不同。（四）频率相位的测量1、掌握数字法测量频率、周期、相位、功率因数的原理。硬件计数和软件计数只是计数的方法不同，其 测量频率/周期的原理是相同的。相位可转化为时间进行测量，相位差取余弦即为功率因数。2、理解量化误差。能根据测量频率 /周期的原理和量化误差，根据测量对象和仪器的参数，选择测频率还 是测周期。（五）电路参数的测量1、掌握直流单电桥、双电桥、交流电桥、兆欧表、接地电阻测量仪。基本原理、适用情况、正确使用。2、掌握电路参数的常用间接测量方法。如伏安法，三表法等。（六）数

9、字直流电压表的基本知识掌握数字表的一些主要技术指标：显示位数，分辨力和分辨率，准确度（误差）。含义，计算。（七）应用示波器测量频率和相位差主要掌握示波器的 x-y方式（李沙育图形法）测量频率和相位。理解基本原理，能根据李沙育图形确定待 测的频率和相位。测量技术在日新月异地发展，在理解基础原理，掌握基本方法的前提下，还要不断掌握新技术、新方法，甚至是利用已有知识创造新方法，才能适应和完成不断出现的新任务。学院 电子电气工程学院班级 姓名 学号 电气测量技术A （）课程试卷B参考答案（本卷考试时间 90 分钟）题号一-二二三四五六七八九十总得分题分20204020得分选择题（本题共4小题，每小题5

10、分，共20分）请选择以下答案：（正确）（错误X）1. 在他励直流发电机的实验中，为了使发电机电枢回路输出电压提高，可以采用以下方法:2 .在进行三相变压器不对称运行实验中，接法为（1）原边由正序、负序和零序电流组成（2）副边由正序、负序和零序电流组成（3）原边由正序、负序电流组成（）。Y，yo,畐灿接单相负载，其原副边的电流为 X ）。 ）。(1)可将励磁电流调大（），(2)可将励磁电流调小（X），(3)可将发电机的速度增高（、/ )3在他励直流发电机调节特性的实验中，为了使发电机输出电压不变，可以采用以下方法：（1） 调节电枢回路的串联电阻（X ）,（2） 调节励磁回路的串联电阻（X ）,（

11、3） 调节电枢回路的电流同时，来调节励磁回路的电流（ ）4三相变压器空载与短路实验中， 空载测量时电流表接于以下两种情况。（1） 接于电源一侧（X ） （2）接于变压器一侧（）。短路测量时电压表接于以下两种情况。接于电源一侧（X ）, （2）接于变压器一侧（）填空题（本题共 4小题，每小题 5分，共 20分），电磁转矩（增1. 他励直流电机在稳定运行时，电枢回路外串电阻后，电阻减小，电枢电流（增大） 大）而（大于）负载转矩，电机转速上升。2. 在进行直流发电机实验时，原动机为电动机的输入功率为（电功率），其表达式为（ P1= UDIaD），输出功率为（ 机械功率 ），其表达式为（ P2=T ）

12、。发电机的输入功率为（ 电动机输出的机械功 率 ），其表达式为（P1= T ），输出功率为（ 电功率 ），其表达式为（ P2= UFIaF ）。3. 在三相变压器空载和短路实验中， 计算空载参数是在（ 额定电压 ）下，测到的数据进行（ Zm ）、 （ rm ）、（ xm ）计算。计算短路参数是在（ 额定电流 ）下，测到的数据进行（ZK ）、（ rk ）、（ xk ）计算。4并联运行的三相变压器必须满足以下三个条件：相同， 3、（短路电压）的标么值相等。1 、（额定电压）和（变比）相等， 2、（连接组别）三、问答题（本题共 4小题，每小题 10分，共 40分）1 、在测量三相变压器空载和短路功率

13、时，线路良好，出现一瓦特表读数为零，是否有此可能？如有 此可能试说明原因？答：在测量三相变压器空载和短路功率时，采用两瓦特表，在线路良好时，有可能出现一瓦特表读数为零，因为两瓦特表读数分别为：Pl=UlCoS (30+)、Pll=UlCoS (30-),当 =60时,PI=UlCoS (300+60) = UlCOS 90=0、即此表读数为零， PII=UICOS (30-60) = UICOS (-30002、在测量三相变压器空载和短路功率时，采用两瓦特计法时，在空载测量时，为什么会出现两瓦特 表极性相反的现象？ 答：在测量三相变压器空载和短路功率时，采用两瓦特计法时，在空载测量时，因为两瓦

14、特表读数分别为：PI=UICOS (300+)、PII=UICOS (300-),当 600时，PI=UICOS (300+ ) 0即出现两瓦特表极性相反的现象。3、三相变压器在 Y，yn情况下，副边 a相带负载不对称运行时，为什么会引起副边电压偏移和原边 三相电流不对称，试从物理概念上分析其原因。答：三相变压器在 Y，yn情况下带单相负载不对称运行时，为了补偿二次侧电流Ia的去磁作用，一次侧 A 相必须经由 B、 C 两相流回，但 B、 C 相的二次侧并无电流，因此二次侧不会产生磁 势来抵消一次侧磁势的影响，所以电流IB、IC的存在增加了 B、C相的激磁电流，因而使这两相的电压升高。 不过向

15、变压器供电的电网电压并不决定于变压器的运行情况，变压器的线电压(也就是电网的电压)不应改变，即电压三角形 A、 B、 C 三点的位置已被固定。根据推论在 B、 C两相电压升高的同时，A相电压降低，使变压器的中点由原来的O点移到的位置，这就是变压器的中点移动。4、三相变压器不对称运行时，原副边为星形接法Y , yo,副边C相接单相负载，原边 A、B、C三相之间的电流有何关系，为什么？答：三相变压器不对称运行时，原副边为星形接法 Y, yo,副边C相接单相负载，则IC=I、la=lb=0,C 相 I+C=1/3I 、 I -C=1/3I 、 I0C=1/3I 系统，在一次侧(原边)也将产生与它大小

16、相等，方向相反 的三个电流系统,以产生相应的磁势来抵消。二次侧(副边)没有中线,一次侧的零序电流无流通回路，I0C=0，而 I+C=I+c=1 ，C=Ic=1 ，IC=I+C +c+ l0c=23l，C 相电流分别由 A相、 B相流回。所以 A、B相电流应是 C相的1/2即IA=IB=1/3I 。四、计算题(本题共 2题,每小题 10分,共 20 分)1、在做三相变压器空载实验时,测得空载的数据如下表所示：空载 ,U2N=220V I 2N=7.87ALab( V)UbC( V)LCa( V)I a( A)I b(A)I( A)FWI(WPw2 ( W1101101100.170.150.16

17、50-382202202200.680.430.63246-1062642602601.480.941.28274-170试计算额定电压 UN时的激磁阻抗 Zm,激磁电阻Rm,激磁电抗Xm的阻值及各自的标么值。解：Ub=( Ub+ Ubc+ UCa) /3=( 220+220+220 /3=220VI 0=( I 0a+ I 0b+ I Oc)/3=( 0.68+0.43+0.63)3=0.58AP o= Pw+ Pw1=246+(-106)=140(W)ZmU 0、31 0220218 .9930.58RmPo3I o214030.58 2138 .72Rm、218 .99 2138 .72169.45方法ZNU N23I N 2220316.147.87Uo2203219.250.58ZmZmZN219.2516.1413.58Xm方法140Po3I o2-,Zm2Rm213.582 8.4622138.72 , Rm3 0.582Rm 138.72ZN 16.1410.628.46Io0.58F0140I 00.074, Po0.0466I N7.87PN300011Po0.0466 C ,Zm13.51, Rm28.51I 00.074Io0.074XmZ2D 2-mm 213.518.51210.492、在做三相变压器不