豆丁电工仪表与测量教案

1、绪论一、电工仪表与测量课的内容与重要性保证供电、用电设备和线路可靠、安全、经济地运行。1、电工测量的对象：2、本课程内容：二、电工仪表的发展概况三、学习本课程的方法及要求 1、电工仪表的组成：主要由测量机构和测量线路两大部分组成。其中测量机构是整个仪表的核心。 2、学习方法：第1章 电工仪表与测量的基本知识第1节 常用电工仪表的分类、型号及标志一、常用电工仪表的分类1、电工仪表：在电工测量中，测量各种电量、磁量及电路参数的仪器仪表统称为电工仪表。2、电工仪表按结构和用途不同，主要分为四类：（1）指示仪表：按工作原理又分为磁电系C、电磁系T、电动系D和感应系G仪表。此外还有整流系仪表、铁磁电动系

2、仪表。（2）比较仪表：分为直流比较仪表和交流比较仪表。如电桥、电位差计、标准电阻箱、标准电感箱。（3）数字仪表：常用的有数字式电压表、数字式万用表等。（4）智能仪表：分为两大类即智能仪器和自动测试系统。二、电工指示仪表的型号型号是按照有关规则编制，反映仪表的用途、工作原理等。1、安装式指示仪表型号的编制规则以42C10A型仪表为例。42是仪表的形状代号，表示安装尺寸。C表示系列代号，表示工作原理；10表示设计序号；A表示用途为电流表。2、便携式指示仪表型号的编制规则除了没有形状代号外，其余的和安装式仪表相同。4、电能表的型号编制规则电能表型号的编制规则与便携式仪表形式相似，但含义不同，具体含义

3、见图13.三、电工仪表的标志用不同的的图形符号表示仪表的不同技术特性，并标注在仪表面板的显著位置上，叫做仪表标志。见图14.第2节 电工指示仪表的误差和准确度一、仪表的误差及分类（一）误差：测量结果与被测量的实际值之间的差值叫误差。（二）准确度：仪表的测量结果与实际值的接近程度。（三）仪表的误差及分类按产生的原因不同，仪表的误差主要分为两类：1、基本误差：是仪表本身所固有的，一般无法消除2、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。二、误差的表示方法1、绝对误差仪表的指示值Ax与被测量实际值Ao之间的差值叫做绝对误差，用表示。例1-1=AxAo 实际中在测量同一被测量时

4、，可以用绝对误差的绝对值来比较不同仪表的准确程度，绝对值越小的仪表越准确。2、相对误差绝对误差与被测量实际值Ao比值的百分数叫做相对误差，用表示。 例1-2 实际测量中，相对误差不仅常用来表示测量结果的准确程度，而且便于在测量不同大小的被测量时，对其测量结果的准确程度进行比较。3、引用误差m工程中，一般采用引用误差来反映仪表的准确程度。绝对误差与仪表量程Am比值的百分数，叫做引用误差m，三、仪表的准确度国家标准中规定以最大引用误差来表示仪表的准确度。仪表的最大绝对误差m与仪表量程Am的比值的百分数，叫做仪表的准确度。 例题1-3略。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

5、量时要使仪表指针处在满刻度的后三分之一段。第3节 测量误差及消除方法一、测量误差：二、分类：根据产生误差的原因不同，测量误差可分为系统误差、偶然误差和疏失误差三大类。产生的原因及消除方法见表1-6。第4节 电工指示仪表的技术要求一、要有足够的准确度。仪表准确度要根据实际测量的需要来选择，切不可片面追求仪表的高准确度。二、要有合适的灵敏度 灵敏度描述了仪表对被测量的反应能力。即反映了仪表所能测量的最小被测量。仪表的灵敏度：仪表可动部分偏转角的变化量与被测量的变化量的比值。用S来表示。灵敏度的倒数叫做仪表常数，用C来表示。仪表灵敏度以满足测量需要为宜。三、要有良好的读数装置仪表刻度尺应尽量均匀。四

6、、要有良好的阻尼装置五、仪表本身消耗功率小过大容易引起测量误差。六、要有足够的绝缘强度七、要有足够的过载能力八、仪表的变差要小。 变差：第5节 常用电工测量方法一、电工测量：二、度量器（标准量）：测量单位的复制体。分为：基准度量器和标准度量器。三、常用电工测量方法有：（一）直接测量法：用直读式仪表读取被测值。方法简便，适用于准确度要求不高的场合。（二）间接测量法：通过测出和被测量有关的量，然后计算求被测量。误差较大，但适用于一些特殊场合。（三）比较测量法：需度量器直接参与，并通过比较仪表来确定被测量数值。准确度高，但设备复杂，操作麻烦。第6节 电工指示仪表的组成一、电工指示仪表的组成为了实现被

7、测电量到仪表可动部分机械偏转角的转换，电工指示仪表都是由测量机构和测量线路两大部分组成的。二、测量机构的主要装置都是由可动部分和固定部分组成的，都可以在被测量的作用下产生转动力矩。电工指示仪表的测量机构必须包括以下五个主要装置。1.转动力矩装置产生转动力矩的结构原理不同，就构成不同系列的指示仪表。2.反作用力矩装置一般由游丝产生，也有利用电磁力来产生的。3.阻尼力矩装置有空气阻尼器和磁感应阻尼器，可以缩短指针摆动时间，尽快读数。4.读数装置由指示器和刻度盘组成。5.支撑装置轴尖轴承支撑和张丝弹片支撑，后者灵敏度较高，一般用于检流计。第2章 电流与电压的测量第1节 直流电流表与电压表直流电流表和

8、电压表的核心都是磁电系测量机构，只要配以不同测量线路就能组成各种不同用途的直流电流表和电压表。一、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是根据通电线圈在磁场中受到电磁力矩发生偏转的原理而制成的。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；只能测量直流二、直流电流表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。2、分流电阻的计算（1） （2） 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。例2-1略 分流电阻多用电阻率较大、电阻

9、温度系数很小的锰铜制成。3、多量程直流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。按照分流电阻与测量机构的连接方式不同，分为开路式分流电路和闭路式分流电路，开路式分流电路目前极少使用。三、直流电压表1、直流电压表的组成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。2、分压电阻的计算（1）UC=ICRC （2） （3）RV=（m-1）RC 例2-2略3、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。常采用共用式分压电路。四、直流磁电系检流计1、磁电系检流计是一种专门用来测量微小电流或电压的高灵敏度仪表。2、直流磁电系检流计的结构在磁电系测量机

10、构的基础上采用以下措施提高灵敏度：（1）.采用张丝或悬丝支撑代替轴尖轴承结构，消除摩擦影响（2）.用光标指示装置代替指针3、使用检流计的注意事项：1-5.第2节 交流电流表与电压表目前交流电流表和交流电压表大部分采用电磁系测量机构，也有采用整流系测量机构的。一、电磁系测量机构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。根据结构形式不同分为吸引型测量机构和排斥型测量机构两种。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，使铁心磁化。然后利用线圈与铁心（吸引型）或铁心与铁心（排斥型）的相互作用产生转动力矩，带动指针偏转。3、指针偏转角与线圈中电流的关系电磁系

11、测量机构的转动力矩与线圈磁势的平方成正比，即M=K1（NI）24、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。电磁系仪表减少外磁场影响的方法：（1）磁屏蔽（2）无定位机构二、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、便携式电磁系电流表多制成多量程的，采用固定线圈分段串并联的方法扩大量程。三、交流电压表1、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

12、般都做成单量程，但最大量程不超过600V。2、便携式交流电压表一般做成多量程的，采用共用式分压电路。四、整流系交流电压表由磁电系测量机构和整流装置组成的仪表称为整流系仪表。由于整流元件特性不稳定，受温度影响大，准确度较低，做成万用表测量交流电压时，准确度一般在2.5级左右。第3节 仪用互感器仪用互感器是用来按比例变换交流电压或交流电流的仪器，包括电压互感器和电流互感器。一、仪用互感器的用途1.扩大交流仪表的量程2.测量高压时保证工作人员和仪表的安全3.有利于仪表生产的标准化，降低生产成本二、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

13、小电流。（1）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。（2）原理： I1=KT2×I22.电流互感器的正确使用（1）要正确接线。（2）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。（3）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。（4）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、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。 U1=KTV×U22.电压互感器的正确使用（

14、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。3.常见电压互感器:见表2-4小结：作业：习题册第4节 钳形电流表钳形电流表最大的优点是能在不停电的情况下测量电流，主要分为指针式和数字式两大类。一、钳形电流表的构造及原理分类：按照用途可分为专门测量交流电流的 互感器式钳形电流表和可以交直流两用的电磁系钳形电流表两种。1.互感器式钳形电流表（1）组成：互感器式钳形电流表由电流互感器和整流系电流表原理：见39页（2）适用：只能测量交流电流。如;T301 T302 MG242.电磁系钳形电流表(1)组成：电磁系钳形

15、电流表主要由电磁系测量机构组成。（2）原理：39页（3）适用：交直流两用（与电流方向无关）如：MG20 MG21二、钳形电流表的使用（1）-（5）第5节 电流表与电压表的选择和使用一、电流表与电压表的选择根据电工测量的目的和要求，合理选择电流表和电压表。在选择时应按照仪表类型、准确度、仪表内阻、量程、工作条件以及绝缘强度等方面，既全面又有所侧重地进行选择，选用规则见表2-5（略）。二、电流表与电压表的使用方法根据被测量大小选择好合适量程，然后按要求正确接线。1.电流表的使用（1）直流电流测量：注意将电流表串联接入电路，并注意正负极性。如果错接成并联会造成电路短路，并烧毁电流表。 应严格禁止。（

16、2）交流电流的测量：注意大电流测量时电流互感器的接线。2.电压表的使用（1）测量电路电压时，应将电压表并联在被测电路两端，如果错接成串联，是测量电路呈开路状态，造成电压表无法正常工作。（2）测量600V以上的高压电注意和电压互感器的配合。第3章 模拟式万用表万用表是一种可以测量多种电量，具有多种量程的便携式仪表。主要用来测量直流电流、交直流电压和电阻。第1节 模拟式万用表的组成模拟式万用表又称为指针式万用表，一般由测量机构、测量线路和转换开关三部分组成。1.测量机构（俗称“表头”）万用表测量机构的作用是把过度电量转换为仪表指针的机械偏转角。常采用磁电系直流微安表。2.测量线路测量线路的作用是把

17、各种不同的被测电量转换为磁电系测量机构所能测量的微小直流电流。测量线路中使用的元件主要包括分流电阻、分压电阻、整流电阻、电容器等。3.转换开关转换开关的作用是把测量线路转换为所需要的测量种类和量程。万用表上的转换开关一般都采用多层多刀多掷转换开关。第2节 模拟式万用表的工作原理不同型号万用表都是建立在欧姆定律及电阻串并联规律的基础之上的。一、直流电流测量电路万用表的直流电流测量电路实质上就是一个多量程的直流电流表。二、直流电压测量电路万用表的直流电压测量电路实质上就是一只多量程直流电压表，它采用共用式分压电路，其电路是在50微安直流电流档的基础上组成的。三、交流电压测量电路用万用表测量交流电压

18、时，由于万用表的测量机构采用的是磁电系直流微安表，因此需要将交流电整流后再进行测量。万用表交流电压测量电路仍是在直流电流50微安档的基础上扩展而成的，采用半波整流和共用式分压电路。四、电阻测量电路欧姆表基本原理由于仪表指针的偏转角与电流I成正比，而电流I与RX成反比，所以欧姆表的标度尺是不均匀的，而且是反向的。欧姆表量程的扩大欧姆表量程的扩大实际上是通过改变改变欧姆中心值来实现的，随着电阻值增加会引起流过测量机构的电流减小，引起测量误差。增 加测量机构电流的方法有两种措施：1.保持电池电压不变，改变分流电阻的值。2.提高电池电压500型万用表电阻测量电路 电路组成如图3-10（略）第3节 万用

19、表的使用与维修一、万用表的使用1.使用之前要调零主要进行机械调零，测电阻注意欧姆调零。2.要正确接线3.要正确选择测量档位主要注意选择好测量对象和量程。4.要注意读数5.要注意操作安全高电压和大电流严禁带电切换量程开关，使用完毕，量程开关要置于空挡或交流电压最高挡。二、万用表常见故障及排除万用表的常见故障主要包括测量机构机械故障和电路故障。1.万用表电路图阅读方法1-42.万用表故障检查及排除（1）直流电流档的故障及排除（2）电压档的故障及排除（表3-2）（3）电阻档的故障及排除（表3-3）第4章 数字式仪表数字式仪表就是利用模拟-数字（A/D）转换器，将被测的模拟量（连续量）自动地转换成数字

20、量（离散量），然后再进行测量，并将测量的结果以数字形式进行显示的电工测量仪表。第1节 数字式电压基本表数字式仪表的核心的核心就是数字式电压基本表。一、数字式电压基本表的组成模拟部分：包括输入电路、模-数转换器和基准电压源。数字部分：包括逻辑控制器、计数器、译码驱动器、数字显示器、时钟脉冲发生器和电源。二、CC7106型A/D转换器简介A/D转换器是数字式电压基本表的核心。CC7106是目前应用较广的一种位A/D转换器，当计数大于1999时发生溢出，千位只能显示“1”。三、数码显示器一般采用发光二极管式（LED）显示器和液晶（LCD）显示器1.发光二极管式数码显示器用七个发光二极管组成，适用于安

21、装式数字式仪表。2液晶显示器属于无源显示器件，广泛应用于数字式仪表、电子表和计算器中。四、数字式电压基本表：主要构成见图4-6（略）第2节 数字式万用表国内广泛使用的数字式万用表主要有系列的位和位数字式万用表。一、数字式万用表的组成及工作原理数字式万用表主要由数字式电压基本表、测量线路和量程转换开关三部分组成，数字式电压基本表的作用相当于指针式仪表中的测量机构。1.直流电压测量电路数字式万用表直流电压测量电路是利用分压电阻来扩大电压量程的，如图-。2.直流电流测量电路原理见图4-9.3.交流电压测量电路原理见图4-114.电阻测量电路（1）数字式欧姆表的原理数字式万用表一般采用比例法测量电阻，

22、原理如图4-12（略）（2）DT-830型万用表电阻测量电路原理如图4-13（略）5.晶体三极管hFE测量电路原理如图4-14（略）二、数字式万用表的使用 （以DT-830B型为例）1. DT-830B型数字式万用表的面板结构：见图4-15所示。（1）液晶显示器 （2）量程转换开关（3）hFE插座 （4）输入插孔（5）电池盒2.数字式万用表的使用方法（1）直流电压测量 （2）交流电压测量（3）直流电流测量 （4）电阻的测量（5）二极管的测量 （6）晶体管hFE的测量第3节 数字式频率表数字式频率表是用来测量周期变化的电压、电流信号频率的仪表，电工常用来测量交流电的频率。一、数字式频率表的组成：

23、1-6二、数字式频率表的工作原理在数字式频率表中，控制门每打开一次，就完成一个测量过程，过程结束自动回到零位，接着重复下一个测量过程。三、数字式频率表的使用注意事项：1.按照要求接好电源及输入信号端。2.连接线尽量采用带屏蔽的导线，以避免外来信号的干扰。第5章 电阻的测量电阻值按大小分为三类：1欧姆以下为小电阻，1欧姆-100千欧为中电阻，100千欧以上为大电阻。第1节 电阻测量方法的分类一、按获取测量结果的方式分类1.直接法采用直读式仪表测量电阻。如用万用表测量电阻。2.比较法采用比较仪表测量电阻的方法。如用电桥测电阻。3.间接法先测量与电阻有关的电量，然后通过公式计算。如伏安法测电阻。二、

24、按使用的仪表分类按测量所用仪表分类的情况见表5-1（略）三、伏安法测量直流电阻有两种方法，即电压表前接电路和电压表后接电路；1.电压表前接电路：适用于被测电阻很大（远大于电流表内阻）的情况。2.电压表后接电路适用于被测电阻很小（远小于电压表内阻）的情况。第2节 直流单臂电桥电桥是一种比较式仪表，可分为交流电桥和直流电桥，直流电桥又分为单臂电桥和双臂电桥两种。一、 直流单臂电桥的构造及工作原理1、直流单臂电桥又称惠斯登电桥，是一种专门来测量中电阻的精密测量仪器。2、原理：如图5-2（略），其中RX叫被测臂，R2、R3构成比例臂，R4叫比较臂。3、电桥平衡条件：当电桥平衡时，检流计中电流为零，IP

25、=0，此时上式说明电桥平衡时，被测电阻RX=比例臂倍率×比较臂读数4、注意提高电桥准确度的条件(1)标准电阻R1、R2、R3、R4的准确度要高。(2)检流计的灵敏度也要高。二、QJ23型直流单臂电桥简介1、内部线路图:5-3图比例臂R2/R3：由八个标准电阻组成，共分为7挡，比较臂R4：由四个可调标准电阻组成，最小步进值为1欧姆。R4总电阻为9999欧姆，可由1-9999范围任意选取。2、面板示意图53图三、直流单臂电桥得使用与维护1.电桥调试打开电桥检流计机械锁扣，调节调零器指针指在零位。2.估测被测电阻，选择比例臂选择比例臂要适当，使比例臂得四档电阻都能充分利用，已获得四位有效数

26、字读数。3.接入被测电阻4.接通电路，调节电桥比例臂使之平衡5.计算电阻值 6.关闭电桥 7.电桥保养测量完毕应将盒盖好，存放于干燥、避光、无振动得场合。第3节 直流双臂电桥直流双臂电桥又称凯文电桥，能消除接线电阻和接触电阻对测量结果的影响，是专门用来精密测量1欧姆以下小电阻的仪器。一、直流双臂电桥的构造及工作原理电路原理图如5-8所示（略）若电桥平衡，则被测电阻RX=比例臂倍率×比较臂读数注意直流双臂电桥的结构特点二、QJ103型直流双臂电桥简介原理见图5-9a和b。三、直流双臂电桥的使用与维护步骤基本与直流单臂电桥类似。第4节 兆欧表电气设备的绝缘电阻必须用一种本身具有高压电源的仪表进行测