第9章电工测量

1、第第9章章 电工测量电工测量 9.1 电工测量仪表的分类与型式 9.2 电流与电压的测量 9.3 功率测量 9.4 万用表 9.5 电度表及电能的测量 9.6 兆欧表及绝缘电阻测量第9章 电工测量 本章介绍了电工测量仪表的分类、型式及工作原理，电流与电压的测量，功率表及功率测量，万用表的类型及使用，电度表接线及电能的测量，兆欧表的使用及绝缘电阻的测量9.1.1 9.1.1 常用电工测量仪表的分类常用电工测量仪表的分类 电工测量的主要任务是借助各种电工仪器仪表，对电流、电压、电功率、电能等进行测量，以便了解和掌握电气设备的特性或运行状况。 电工测量的方法可分为直读法和比较法两类。直读法测量是利用

2、指示仪表直接读取被测电量的值。例如用电流表测量电流，用电压表测量电压等。这种测量方法具有简单、迅速和方便等优点，但测量准确度不高。比较法测量是将被测量和标准量在较量仪器中进行比较，以确定被测量的值，例如用电桥测量电阻等。这种测量方法准确度较高，但测量时操作比较复杂，测量速度也比较慢。9.1 电工测量仪表的分类与型式电工测量仪表的分类与型式 1 指示仪表 指示仪表是应用最为广泛的一类电工仪表。各种交直流电流表和电压表以及万用表等都是指示仪表。指示仪表的特点是，将被测电量转换为驱动仪表可动部分偏转的转动力矩，以指针偏转的大小来反映被测电量的大小，使操作者可从标度尺上直接读数，所以指示仪表是一种直读

3、式仪表。 2 较量仪器 较量仪器是将被测量与相应的标准量进行比较的装置。例如，各类交、直流电桥，电位差计等。较量仪器的灵敏度与准确度都很高，一般用于高精度测量或校对指示仪表。 一般电工测量仪表可以分成两大类一般电工测量仪表可以分成两大类 指示仪表的分类指示仪表的分类 除了指示仪表和较量仪器两大类外，常见的电工仪表还有数字式仪表、记录式仪表以及用于扩大仪表量程装置的仪表，如分流器测量用互感器等。3 其他电工仪表 按被测量的性质按被测量的性质: 电流表、电压表、功率表、频率表。 以上介绍的指示仪表八种分类方法，实际上是从不同角度来反以上介绍的指示仪表八种分类方法，实际上是从不同角度来反映仪表的技术

4、性能。通常在指示仪表的标度盘上标有一些符号来说映仪表的技术性能。通常在指示仪表的标度盘上标有一些符号来说明上述各种技术性能，常用的符号及含义可查阅有关资料。明上述各种技术性能，常用的符号及含义可查阅有关资料。按使用方式按使用方式: 安装式仪表和可携式仪表。 按防御外界磁场或电场的性能：按防御外界磁场或电场的性能：I、II、III、IV四个等级。 外壳防护性能：外壳防护性能：普通式、防尘式、防溅式、防水式、水密式、气密式、隔爆式等七种。 按动作原理按动作原理: 磁电系、电磁系、电动系、感应系、整流系等。 按测量电流种类：按测量电流种类：直流表、交流表、交直流两用表等。 按准确度等级：按准确度等级

5、：0.l、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5和5.0等七级。一般0.l和0.2级仪表用作标准仪表，0.5级至1.5级的仪表用于实验、实训时测量，1.5级至5.0级仪表用作工程测量。9.1.2 电工测量仪表的型式电工测量仪表的型式 指示仪表的测量机构按其工作原理主要分为三种：磁电系、电磁系。电动系。同一型式的测量机构配不同的附件，可组成多种用途和多量程的仪表，例如磁电系测量机构可分别制成直流电流表和电压表。测量机构可分为固定部分和可动部分，固定部分主要用来产生磁场，可动部分用来产生电磁转矩1、磁电式仪表、磁电式仪表1）磁电式仪表的结构 磁电系测量机构的固定部分由永久磁铁和处在磁极中间的圆柱形

6、铁心组成。圆柱形铁心的作用，一方面是减少磁路中的磁阻，以增强磁感应强度B；另一方面是在极掌与圆柱形铁心之间的气隙中形成均匀辐射的磁场。磁电系测量机构如下图所示。磁电系测量机构磁电系测量机构2）磁电系仪表的工作原理 当被测电流通过线圈时，线圈受到磁力矩的作用而转动时，螺旋弹簧将产生一反抗力矩与之相平衡。其电流大小与偏转的夹角成正比。3）磁电式仪表的优缺点 磁电系测量机构具有灵敏度高、准确度高、刻度均匀、阻尼强、结构精细与消耗能量小等优点，可制成0.10.5级的仪表。它的缺点是只能用来测量直流，而且结构复杂，价格较贵，过载能力小。 目前用来测量直流量的仪表，测量机构几乎全是磁电系的。1）电磁式仪表

7、结构 电磁式仪表测量机构如下图所示，它属于推斥式测量机构类型。推斥式测量机构的固定部分是由圆形线圈和装在线圈内部的弧形铁片（称为固定铁片）组成的。可动部分则由装在转轴上的铁片（称为可动铁片）、指针、弹簧游丝等部件组成。还有一种吸引式结构。2 2、电磁式仪表、电磁式仪表2）排斥型电磁式仪表的工作原理 当固定线圈通过电流时，电流产生的磁场使得两铁片磁化产生斥力，使之转动，当转动力矩与游丝产生的反作用力矩相平衡。电流的大小与转角有关。3）电磁式仪表的优缺点 电磁系测量机构具有结构简单、过载能力强与交直流两用等优点。它的缺点是刻度不均匀，测量机构本身的磁场较弱，易受外磁场影响，以致准确度不高。具有这种

8、测量机构的仪表通常为0.5级一2.5级。3、电动式仪表、电动式仪表1）电动式仪表的结构电动系测量机构如图所示。它的固定部分是两个平行排列的固定线圈2，可动部分由转轴动固定在转轴上的可动线圈人指针1、阻尼翼片4以及游丝7组成。固定线因分成两个，是为了获得均匀的磁场和便于改变电流量程。可动线圈位于固定线圈内部，可以在固定线圈内自由偏转。 电动系测量机构具有准确度高、使用范围广等优点，一般可制成0.21.0级的仪表。它不仅可测量交直流的电流和电压，还可测量交流电的功率。它的缺点是自身功耗较大，过载能力小，且价格较贵。3）电动式仪表的优缺点2）电动式仪表的工作原理 当定圈中通以电流时，在定圈中就建立了

9、磁场，当动圈中再通以另一电流时，则在定圈磁场中受到电磁力的作用而转动。9.2 电流与电压的测量电流与电压的测量 9.2.1 电流的测量 电流的测量通常是用电流表来实现的。其测量方法是将电流表串联于被测电流支路中，如图（a）所示。由于电流表的量程一般较小，为了测量更大的电流，就必须扩大仪表的量程。其方法是采用分流器（见图（b）和电流互感器（见图（C）来实现。 在测量数值较大的交流电流时，常借助于电流互感器来扩大电流表的量程。下图所示为电流互感器的接线图。使被测电流通过电流互感器一次统组从，电流表串接在电流互感器二次绕组从电路中，但电流表的读数应乘以电流互感器的变比，才是实际电流的数值。测量交流大

10、电流扩大量程 无论电流互感器一次绕组电流是多大，二次绕组的额定电流一般均设计为 5 A，例如200A/5A。600A/5A等，它们的变比分别为40和120。与电流互感器配套使用的交流电流表应选5A的量程。电流表使用注意事项 电流表量程的选择电流表量程的选择 选择电流表量程时，首先应根据被测电流的大小，使所选的量程大于被测电流的大小。若测量前无法判别电流大小，则应先选用电流表较大的量程试测后，再换适当的量程。为了减小测量误差，在选择量程时还应注意使指针尽可能接近于满刻度值，一般最好工作在不小于满刻度值2/3的区域。 电流来内阻对测量值的影响电流来内阻对测量值的影响 为了减小电流表接入电路后对电路

11、原始状态的影响，要求电流表的内阻尽可能小。电流表的内阻越小，测量结果就越接近于实际值。 电流表测量时必须串联在待测支路中。注意极性不要接错。 通常采用分流器来扩大电流表的量程，如图9.2.2所示。其扩程步骤如下： 1首先要知道表头的内阻和满刻度电流； 2根据并联电路原理，求出分流系数n，n=IfL/Ie；（IfL为扩大量程，Ie为表头满偏转电流。） 3求出分流器的阻值 例例9.2.1 已知表头的内阻为1k，满偏转电流为500A，如果将该表量程扩大为5A，问应并联的RfL为多少？ 求RfL解：求分流系数补充：钳形电流表补充：钳形电流表 测量电流时，有些场合不能断开电路，这时可以使用钳形电流表（简

12、称钳形表）。 钳形表是由电流互感器和整流系电流表组成，其外形如图所示。它的铁心如同钳子一样，用弹簧压紧。测量时将钳子压开而套入被测导线。这时该导线就是电流互感器的一次绕组，电流互感器的二次绕组绕在铁心上并与电流表接通。根据电流互感器一次、二次绕组间的一定变比关系，电流表的指示值就是被测量的数值。使用钳形表时应注意以下几点： （1）选择合适的量程，不可用小量程档测量大电流。如果被测电流较小，读数不明显，可将载流导线多绕几圈放进钳口进行测量，但应将读数除以所绕的留数才是实际的电流值。 （2）被测导线必须置于钳口中部，钳口必须闭紧。 （3）不要在测量过程中变换量程档。 （4）不允许用钳形表去测量高压

13、电路的电流，以免发生事故。9.2.2 电压的测量 电压的测量通常是用电压表来实现的。其测量方法是将电压表并联在电路中被测元件的两端，如图（a）所示。 为了测量较高电压，通常在电压表回路中串联一个高值的附加电阻（交流电路也可采用电压互感器）来扩大电压表的量程，如图（b）、（C）。 工厂中高压配电装置的电压一般为 6 kV、 10 kV、35 kV等，对高电压的测量均要通过电压互感器将高电压变低后，再用电压表来测量降低后的电压。测量交流高电压扩大量程 电压互感器二次绕组的额定电压，一般均设计为 100 V如6000/l00V、35000Vl00V等，它们的变比分别为60和350。与电压互感器配套使

14、用的交流电压表应选用l00V量程。右图为电压互感器的接线图。应用中要注意什么？应用中要注意什么？ 一般电压表的扩程采用串联附加电阻的方法，如图9.2.4点划线框内所示。这时，通过测量机构的电流Ic为 从式中可以看出，只要附加电阻Rfj不变，则Ic与两端点电压U成正比。若将电压表量程扩大m倍时，则附加电阻Rfj可通过下式求取 使用磁电系电压表测量直流电压时，还应注意电压表接线端钮上的“”、“”极性标记，应和被测两点的高低电位相一致，即“”端接高电位，“”端接低电位，不能接错，否则指针反转，会损坏电压表。 为了减小电压表接入电路后对电路原始状态的影响，要求电压表的内阻尽可能大。 选择电压表量程时，

15、应使所选量程大于被测电压的值，以免损坏电压表。例如工厂里低压配电装置的电压，一般为 380 V或 220 V，测量时应选用量程为 450 V或 300 V的电压表。此外，最好使被测电压值处在不小于电压表满刻度值附近的区域，以提高测量的准确度。电压表使用注意事项则附加电阻 例9.2.2 一个满刻度偏转电流Ic等于500A，内阻Rc等于200的表头，要制成量程为 300V的电压表，问应串联多大的附加电阻Rfj？解：表头满刻度偏转时两端的电压量程扩大倍数 9.3 功率测量功率测量 9.3.1 单相交流和直流功率的测量 功率的测量是基本的电测量之一。从电工基础可知，直流电路和交流电路的功率计算公式分别

16、为 直流功率 P=UI交流功率 P=UIcos 通常我们采用电动式瓦特表来进行交直流功率测量，其结构电路如图所示。它有两组线圈，一组电流线圈为固定，另一组串接一个附加电阻Rfj后为电压线圈，是可动的。 电动式功率表既可测量直流功率，又可测量交流功率。 单相功率表的接线如图所示。电压和电流各有一个接线端上标有“”或“”的极性符号。对于单相功率表的电压“”端，可以和电流“”端接在一起，也可以和电流的无符号端连在一起。前者称为前接法，适用于负载电阻远比功率表电流线圈电阻大得多的情况；后者称为后接法，适用于负载电阻远比功率表电压支路电阻小得多的情况。在这两种情况下，功率表电压支路中的电流可忽略不计，可

17、提高测量准确度。 使用功率表的注意事项 正确选择功率表的量程正确选择功率表的量程 选择功率表的量程，实际上是要正确选择功率表的电流量程和电压量程，务必使电流量程能允许通过负载电流，电压量程能承受负载电压，不能只从功率角度考虑。 正确读出功率表的读数正确读出功率表的读数 便携式功率表一般都是多量程的，标度尺上只标出分度格数，不标注瓦特数。读数时，应先根据所选的电压、电流量程以及标度尺满度时的格数，求出每格瓦特数（又称功率表常数），然后再乘以指针偏转的格数，即得到所测功率的瓦特数。9.3.2 三相功率的测量三相功率的测量 三相功率的测量仪表，大多采用单相功率表也有采用三相功率表。其测量方法有一表法

18、、二表法、三表法及直接三相功率表法四种。 一、一表法 一表法仅适用于三相四线制系统三相负载对称的三相功率测量，如图所示。此时，表中读数为单相功率Pl，由于三相功率相等，因此，三相功率为适用场合适用场合? 二表法适用于三相三线制系统中三相功率的测量。此时，不论负载是星形接法还是三角形接法，二表法都适用。其接线如图所示。测量结果，三相功率P等于两表中的读数之和，即二、二表法 三表法适用于三相四线制负载对称和不对称系统的三相功率测量。其接线方式如图所示。测量结果，三相功率P等于各相功率表中读数之和，即三、三表法 直接三相功率表法适用于三相三线制电路。它是利用三相功率表直接接在三相电路中，进行三相功率

19、的测量，功率表中的读数即为三相功率P。其接线方式如图所示。四、直接三相功率表法9.4 万万 用用 表表 万用表又称万能表，三用表等，是一种多功能携带式电工仪表。它可用来测量交、直流电压。电流、直流电阻以及二极管、三极管参数测量等，是电工必备的一种测量仪表。 万用表按其结构。原理不同分为模拟万用表和数字万用表两大类。9.4.1 磁电式万用表 模拟万用表主要是磁电式万用表。其结构主要由表头（测量机构）、测量线路和转换开关组成。它的外形可以做成便携式或袖珍式，并将刻度盘、转换开关、调零旋钮以及接线插孔装在面板上。 MFMF3030 1使用前需调整调零旋钮，使指针准确指示在刻度尺的零位置。使用前需调整

20、调零旋钮，使指针准确指示在刻度尺的零位置。 2直流电压测量：直流电压测量：将表笔插在“”“一”插孔内，将右边旋转开关旋至 挡，左边旋转开关旋到测量直流电压相应量程上，再将表笔跨接在被测电路两端即可。如不知测量电压的大小，可将量程旋至最大，然后根据表头指示再选择相应量程。如指针反打供需将表笔对调测量即可。 3直流电流测量：直流电流测量：将左边旋转开关旋至A（或mA）挡，将右边旋转开关旋至被测电流相应量程，然后将表笔串接在被测电路中，即可测量被测电路的电流。 4交流电压的测量：交流电压的测量：将右边旋转开关旋至 挡，左边旋转开关旋至所测交流电压相应量程上，测量方法同测直流电压。 5电阻的测量：电阻

21、的测量：将左边的旋转开关旋至 挡，右边旋转开关旋至被测电阻相应量程上。先将表笔短路调零，然后将表笔跨接在电阻两端即可测量。 其使用方法如下：万用表的内部线路直流电压测量直流电流测量交流电压的测量电阻的测量 选档要正确选档：包括测量对象的选择和量程的选择。 进行机械调零和欧姆调零：用万用表测量前，应通过面板上的调零螺钉进行机械调零，以保证测量的准确性。 读数要正确：读数时，要正视面板认清所选测量量程标度尺，同时要注意标度尺读数和各运送档倍率的配合，以免发生差错。 结束测量测量完毕后，将转换开关转到交流电压档最大量程位。 不允许在电流档或电阻档测量电压，不允许带电测量电阻。万用表使用时应注意： 随

22、着数字技术的发展，数字式万用表（DMM）由于其以十进制数字直接显示，读数直接、简单、准确，功能多（可测量交直流电压、电流、电阻、电容、二极管等参数），分辨率高，测量速率快，输入阻抗高，功耗低，保护功能齐全等优点而被广泛应用。9.4.2 数字式万用表一、数字式万用表的结构原理 数字万用表的核心部分为数字电压表（DVM），它只能测量直流电压。因此，各种参数的测量都是首先经过相应的变换器，将各参数转化成数字电压表可接受的直流电压，然后送给数字电压表 DVM，在 DVM中，经过模数（AD）转换，变成数字量，然后利用电子计数器计数并以十进制数字显示被测参数。 数字万用表的一般结构框图如图所示。其中在功能

23、变换器中，主要有电流一电压变换器、交流一直流变换器、电阻一电压变换器等。 DT890型数字万用表的面板如图所示。面板上有显示器、电源开关、hFE测量插孔、电容测量插孔、量程转换开关、电容零点调节旋钮、四个输入插孔等。二、DT890型数字万用表使用方法1DT890型数字万用表的面板 （1）直流电压挡的使用：将电源开关置于“ON”，红表笔插入“V”插孔，黑表笔插入“COM”插孔，量程开关置于“DCV”范围内合适的量程，将两表笔并联于被测电路两端即可测量直流电压。 （2）交流电压挡的使用：将量程开关置于“ACV”范围内合适的量程，将表笔并联于被测电路即可进行交流电压测量。DT890数字表交流电压最大

24、可测700 V。 （3）直流电流挡的使用：将量程开关置于“DCA”范围内合适的量程，红笔插入“A”孔，黑笔仍在“COM”插孔，将两表笔串联在被测电路中即可进行直流电流测量。当被测电流大于200 mA时，应将红表笔改插“10 A”插孔。测量大电流时，不应超过15s。 2DT890型数字万用表的使用 （4）交流电流挡的使用：将量程开关置于“ACA”范围内合适量程，表笔接法同直流电流测量接法即可进行交流电流的测量。 （5）电阻挡的使用：使用电阻挡时，红表笔应插入“V”插孔，黑表笔仍在“COM”插孔，量程开关置于“OHM”范围合适的量程即可进行电阻测量。 （6）hFE挡的使用： hFE挡可以用来测量晶

25、体三极管共发射极连接时的电流放大倍数。此时，应将三极管对应的三个极分别插入“hFE”相应的插孔，如果插错，测量结果就不正确。一般此挡测量结果只作参考用。 （7）电容挡的使用：将量程开关置于“CN”挡，即可测量电容容量。DT890有5个电容挡，最大为20F，最小为2 000pF，测量时可选择相应量程。 （1）严禁在测量高压（100V以上）或大电流（0.5 A以上）时拨动量程开关。 （2）测量交流时，交流电压或电流的频率不得超过45500 Hz的范围，否则测量结果不准确。 （3）测量电阻时，严禁带电测量。 （4）数字万用表使用完毕后，应将量程开关置于电压最高量程，再关电源。 （5）不得在高温、暴晒

26、、潮湿、灰尘大等恶劣环境下使用或存放数字万用表，长期不用时，应将万用表内电池取出。3DT890使用时的注意事项 电度表又称电能表，用于测量电能。它是生产和使用数量最多的一种仪表。根据电度表的工作原理不同可分为感应式、电动式和磁电式三种；根据接入电源的性质不同可分为交流电度表和直流电度表；根据测量对象可分为有功电度表和无功电度表；根据测量准确度可分为3.0级、2.0级、1.0级0.5级、0.1级等；根据电度表接人电源相数不同可分为单相电度表和三相电度表。下面就常用的感应式交流有功电度表的结构及接线作一介绍。9.5.1 电度表及其接线方式9.5 电度表及电能的测量电度表及电能的测量 一、电度表的分

27、类 单相交流感应式电度表的结构如图所示。它主要组成部分有电压线圈电压线圈1、电流线圈电流线圈2、转盘、转盘3、转轴、转轴4、上下轴承、上下轴承5和和6、蜗杆、蜗杆7、永久磁铁永久磁铁8、磁轭、磁轭9、计度、计度器、支架、外壳、接线端器、支架、外壳、接线端钮钮等组成。二、单相交流电度表的结构及接线1单相交流电度表的结构 单相交流电度表可直接接在电路上，其接线方式有两种，顺入式和跳入式，如图952所示。常见为跳入式。2单相交流电度表的接线 三相交流电度表的结构与单相交流电度表相似，它是把两套或三套单相电度表机构套装在同一轴上组成，只用一个“积算”机构。由两套组成的叫两元件电度表，由三套组成的叫三元

28、件电度表。前者一般用于三相三线制电路，后者可用于三相三线制及三相四线制电路。 三、三相交流电度表的结构及接线1三相交流电度表的结构2三相交流电度表的接线 三相交流电度表的接线可按图方法接入电路，其中，图（a）为二元件电度表接线，图（b）为三元件电度表接线。 在对称的三相四线制系统中，若三相负载对称，则可用一只单相电度表测量任一相电能，然后乘以3即得三相总电能，即W3W1。若三相负载不对称，测量方法有两种：一是利用三个单相电度表，分别接于三相电路中，然后将这三个电度表中的读数相加即得三相总电能，即 WW1W2W3；二是利用三相电度表直接接入电路进行测量，电度表上的读数即为三相总电能。二、三相有功

29、电能的测量 注意，当电路中的电流太大时，三相电度表必需经电流互感器接入电路进行测量。当电路中电流和电压都较大时，则电度表必须经过电流互感器及电压互感器接入电路进行测量。9.6 兆欧表及绝缘电阻测量兆欧表及绝缘电阻测量 兆欧表又称摇表，是一种测量高电阻的仪表。经常用它测量电气设备的绝缘电阻，其表盘刻度以兆欧(M)为单位。 9.6.1 兆欧表的工作原理 兆欧表的结构主要由两部分组成：一是比率型磁电系测量机构；二是一台手摇直流发电机。磁电式兆欧表的外形如图9.6.1（a）所示，其内部原理电路如图9.6.1（b）所示。被测绝缘电阻接在“线”（L）和“地”（E）两个端子上。兆欧表的读数比率表指针位置由电

30、流回路和电压回路共同作用来决定。电流回路由发电机“”极经被测电阻Rj，限流电阻Rc，流回发电机“”端，流过的电流为I1。可见，当发电机端电压U不变时，I1与Rj成反比，其产生一转动力矩M1。电压回路由发电机“”端经限流电阻RU，流回发电机“一”端，其流过电流为I2。可见，当发电机的U不变时，I1与Rj无关，其产生一反作用力矩M2。当M1=M2时，指针处于平衡位置，从而指示被测电阻Rj的值。9.6.2 绝缘电阻的测量 绝缘电阻的一般测量方法是将兆欧表平稳放置，然后将被测绝缘电阻的两端接在兆欧表的线（L）和地（E）两端钮上，均速（额定转速）摇动发电机，当指针稳定后，读取比率表中的数值，即为被测绝缘

31、电阻的值。接线如图。 1测量前应检查兆欧表在线、地短接及开路时是否为0和，若不是，则应调整。 2测量电气设备绝缘电阻时，应按被测电气设备的额定电压选取相应的兆欧表。同时切断被测电气设备的电源，并接地短路放电，以保证人身和设备安全及数据准确。对于电容量较大的电气设备，必须进行23min的充分放电后再开始测量。 3当被测绝缘电阻表面不干净或潮湿时，为了测量准确，应将兆欧表的屏蔽端“G”接入电路（一般接在被测绝缘电阻的表面），防止表面泄漏电流对测量的影响。 4测量绝缘电阻时，兆欧表放置地点应远离大电流的导体及有外磁场的场合，以免影响读数。绝缘电阻测量时，要注意以下几点： 5为获取准确的测量结果，要求手摇发电机在额定转速下工作一分钟后进行读数。 6用兆欧表时，由于发电机端口电压能达千伏级，