电工仪表与测量试题及答案

电工仪表与测量试题及答案电工仪表与测量的内容及重要性电工仪表与测量是中等职业技术学校电工专业的一门专业课。电的特殊性：看不见，听不见，闻不着，摸不得。即正常的感官不能或不允许与之接触。电工测量的重要意义：电能在生产、传输、变配及使用过程中，必须通过各种电工仪表进行测量，并对测量结果进行分析，以保证供电及用电设备和线路的可靠、安全、经济地运行。电工测量的主要对象：电流、电压、电阻、电功率、电能、频率、相位、功率因数、转速等电量、磁量及电路参数。电工仪表：测量各种电量、磁量及电路参数的仪表、仪器。本课程的内容：常用电工仪表的结构、工作原理、选择及使用方法，电工测量方法的选择，测量数据的处理等。电工仪表的发展概况19世纪20年代电流对磁针有力的作用检流计、电桥等1895年第一台感应系电能表20世纪40-60年代仪表的精度越来越高1952年第一只电子管数字电压表问世60年代晶体管数字电压表70年代中、小规模数字式电压表近年来大规模数字电压表学习本课程的方法及要求按测量机构(或数字式电压基本表)测量线路测量仪表的基本思路学习。注意理论教学、直观教学和生产实习的密切结合。§1—1常用电工仪表的分类、型号和标志常用电工仪表的分类.指示仪表按工作原理分类磁电系、电磁系、电动系、感应系、整流系等。按使用方法分类安装式、便携式。按被测量的名称分类电流表、电压表、功率表、电能表、频率表、相位表、万用表等。按准确度等级分类0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0共七级。按使用条件分类A组环境0—400CB组一200C—500CC组一400C—600C按被测电流种类分类直流仪表、交流仪表、交直流两用仪表三类。比较仪表又分为直流比较仪表和交流比较仪表。数字仪表采用数字技术，以数码形式直接显示被测量的大小。二・电工指示仪表的型号安装式指示仪表的型号P4便携式指示仪表的型号除了没有形状代号外，其余的与安装式仪表相同。电能表的型号DD表示单相电能表、DS表示三相有功电能表、DT表示三相四线制电能表、DX表示无功电能表等。仪表的误差及分类误差：仪表的测量结果与被测量的真实值之间的差值。准确度：仪表的测量结果与实际值之间的接近程度。显然，仪表的准确度越高同，误差越小。根据误差产生的原因，仪表的误差分两类：基本误差：仪表在正常工作条件下的误差，主要由仪表的结构、工艺等方面不完善而产生。附加误差：仪表偏离了规定的工作条件而产生的误差。误差的表示方法1.绝对误差A：仪表的指示值AX与被测量的实际值A0之间的差值。△=AX—A0可见，绝对误差是有正负之分的。相对误差Y：绝对误差A与被测量实际值A0比值的百分数。Y=△/A0X100%显然，绝对误差只能反映测量值与实际值的相差大小，而相对误差则能反映测量结果的准确程度。引用误差冲：绝对误差A与仪表的最大量程Am比值的百分数。引用误差可以反映仪表的准确程度。仪表的准确度士K工程上以仪表的最大引用误差来表示仪表的准确度。±K%=An/AmX100%我国生产的电工仪表准确度共分为七级：0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0。例题分析例1-3、例1-4P8（略写）例题分析说明，为保证测量结果的准确性，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。小结；电工仪表的的误差分类、绝对误差、相对误差、引用误差、准确度。电工仪表的误差和准确度。电工仪表的性能好坏有一些特定的技术指标来衡量。电工指示仪表的技术要求有：要有足够的准确度要有合适的灵敏度灵敏度：电工指示仪表中，仪表的可动部分偏转角的变化量与被测量的变化量之比值。S=Aa/△x对于刻度均匀的仪表，S为一个常数。仪表常数C：灵敏度的倒数叫做仪表常数。C=1/S要有良好的读数装置和阻尼装置变差要小变差：仪表在反复测量同一被测量时，由于摩擦等原因造成的两次读数不同，它们的差值叫做变差。变差一般不应超过仪表基本误差的绝对值。本身消耗功率要小要有足够的绝缘强度和过载能力小结；对电工仪表的主要技术要求。对电工仪表的技术要求。本节介绍主要的电工测量方法及其特点。常用的电工方法主要有以下三种：一・直接测量法凡是用直接指示仪表读取被测量的数值，而无需度量器直接参与的测量方法。如用万用表测电阻，用电流表测电流等。优点方法简便，读数迅速。缺点仪表接入电路中会改变电路的工作状态，准确度较低。比较测量法凡是在测量过程中需要度量器的直接参与，并通过比较仪表来确定被值的方法叫做比较法。零值法测量过程中通过改变标准量，使其与被测量相等，从而确定被测量的方法。如用电桥测电阻。差值法利用被测量与标准量的差值作用于测量仪表，从而确定被测量的方法。如用不平衡电桥测电阻。代替法用已知的标准量代替被测量，若能维持仪表的读数不变，则被测量必然等于已知量。如曹冲称大象。比较法的优点准确度高。比较法的缺点设备复杂，操作麻烦。间接测量法测量时先测出与被测量有关的电量，然后通过计算求得被测值的方法。如用伏安法测电阻，通过三极管的发射极电压求放大器静态工作点的IC的方法。缺点误差较大。优点在一些特殊场合应用方便。小结；直接测量法、比较测量法、间接测量法。直接测量法、比较测量法、间接测量法。根据测量误差的产生原因，测量误差可以分为三种：系统误差系统误差是指在相同的条件下，多次测量同一量时，误差的大小和符号均保持不变，而在条件变化时遵循一定规律变化的误差。产生系统误差的原因仪表的误差包括基本误差和附加误差。测量方法误差指方法不完善而带来的误差。系统误差的消除(1)校正仪表的基本误差，尽量满足仪表要求的工作的条件。(2)采用合理的测量方法。采用特殊的消除方法。如：正负误差补偿法多次测量取平均值。替代法引入校正值偶然误差是指一种大小和符号都不固定的误差。产生偶然误差的原因主要由外界环境的偶然变化引起。偶然误差的消除多次测量取平均值的方法可以消除偶然误差。疏失误差是一种严重歪曲测量结果的误差。产生羽失误差的原因操作者的粗心和疏忽造成，如读错数、记录错误、算错数据等。疏失误差的消除含有疏失误差的结果应抛弃不用，消除疏失误差的方法是加强操作者的工作责任心，倡导认真负责的工作态度。课堂小结系统误差、偶然误差、疏失误差及其消除。系统误差、偶然误差、疏失误差及其消除。电工指示仪表的组成测量机构作用将被测量(或过渡量)转换成为仪表可动部分的偏转角。测量机构是电工指示仪表的核心。.测量线路把各种不同的被测量转换成能被测量机构所接受的过渡电量。常由电阻、电容、电感等组成。测量机构的主要装置转动力矩装置M转动力矩的大小被测量、指针偏转角成某种函数关系。它是使仪表的可动部分转动的力矩。.反作用力矩Mf与转动力矩相平衡的力矩。仪表的指针平衡时，有M=Mf主要的反作用力矩有张丝、游丝等。也有用电磁感应装置来产生反作用力矩的。.阻尼力矩装置MZ缩短可动部分的的摆动时间以利于尽快读数的装置。主要的阻尼装置空气阻尼装置、电磁感应装置。特点(1)阻尼力矩只在仪表的可动部分运动时才能产生。MZ大小与速度成正比，方向都与可动部分的运动方向相反。仪表静止时的位置由M=Mf决定，与MZ没有关系。.读数装置由指示器和刻度盘组成。指示器有刀形、矛形指示器、光标指示器。刻度盘又称表盘，它是一个画有标度尺和仪表标志符号的平面。5.支撑装置

常见的有：轴尖支撑方式，有张丝弹片的支撑方式。磁电系测量机构的结构1.结构1—永久磁铁2—极掌3—圆柱形铁心4—可动线圈5—游丝61—永久磁铁2—极掌3—圆柱形铁心4—可动线圈5—游丝6—指针主要由永久磁铁、圆柱形铁心、可动线圈、游丝、转轴、指针等组成。由铝框和磁铁组成磁感应式阻尼器。游丝有两个作用：一是产生反作用力矩，二是把被测电流导入和导出可动线圈。磁电系测量机构的磁路系统有外磁式、内磁式、内外磁式。值）内磁式（b）外磁式⑹内外磁式磁电系测量机构的工作原理转动力矩的产生当被测电流流入可动线圈时，与永久磁铁相互作用产生电磁力，在转轴上形成电磁力矩M,使得可动线圈转动。值）内磁式（b）外磁式⑹内外磁式M=2NBIlr=NBSI可见，磁电系测量机构的电磁力矩M的大小与被测电流I的大小成正比。反作用力矩的产生线圈转动时引起游丝变形，产生反作用力矩Mf。并且有Mf=DXa当M=Mf时，指针静止。这样有a=NBSI/D=(NBS/D)I说明，磁电系测量机构的偏转角a的大小被测量的电流I成正比。因此，可以用偏转角的大小来衡量被测电流的大小，并由指针在标长度尺上直接显示被测电流的数值。磁电系测量机构的特点准确度高，灵敏度高功率消耗小。刻度均匀，便于准确读数。过载能力小。只能测量直流。若要测量交流电量，要配用整流器。磁电系电流表磁电系电流表的组成⑴磁电系电流表由磁电系测量机构与分流电阻并联组成的。(2)分流电阻的计算RA=RC/(n-1)其中，n=Ix//IC叫做仪表的电流扩大倍数。上式说明，给一个测量机构并联一个阻值为表头内阻1/(n-1)倍的电阻，即可以使仪表的量程扩大n倍。分流电阻锰铜材料制成，30A以下为内附式，30A以上为外附式，外附式有四个接线端子，外面的两个为电流端子，里面的两个为电位端子，这样可以消除接线电阻对测量的影响。分流电阻的额定值额定电流和额定电压。五・多量程电流表开路式分流电路多量程电流表优点各量程的电阻相互独立，互不影响。缺点转换开关的接触电阻包含在分流电阻内，特别是转换开关接触不良时，被测电流全部流过表头，会导致表头烧坏。闭路式分流电阻多量程电流表优点转换开关的接触电阻处在测量机构的分流电阻之外，保证了准确度，同时当转换开关接触不良时，不会烧坏测量机构。缺点各个量程之间相互影响，计算分流电阻比较复杂。六.磁电系电压表磁电系电压表的组成由磁电系测量机构和串联的分压电阻组成。要使电压量程扩大m倍，需要串联的分压电阻是测量机构内阻RC的(m-1)倍。即m=U/Uc时，RV=(m-1)RC例题分析例2-2(略写)分压电阻材料锰铜分类600V以内为内附式，600V以上为外附式。多量程电压表常采用共用式分压电路，如图2-9所示。优点高量程分压电阻共用了低量程的分压电阻，节约了材料。缺点一旦低量程损坏，则高量程也无法使用。电压表的灵敏度电压表的内阻与电压表的量程的比值。单位Q/V。它有两个作用：表示电压表指针偏转至满刻度时取自被测电路的电流值；能方便地计算出该电压表各量程的内阻。可见其意义是：电压灵敏度越高，相同量程下电压表的内阻越大，取用被测电路的电流越小，对被测电路的影响越小，测量准确度也高。课堂小结磁电系单量程、多量程电流表及电压表。磁电系测量机构的结构、原理和特点。磁电系单量程、多量程电流表及电压表。检流计的作用:检测微小电流的有无;检测微小电流的方向；检测微小电流的大小。一•检流的结构检流计的特点是灵敏度高，为此在结构上与普通磁电系仪表有以下两点为同:采用张丝或悬丝支撑代替轴尖支撑，以消除摩擦的影响。二.光电检流计根据光电放大原理制成的一种检流计。灵敏度比普通的检流计高一个级别。IX=0时，HL的灯光经P1反射后照到GB1、GB2上光通量相等，这时P2上无电流，指针指零。当IX不为零时，P1偏转，照射到GB1、GB2上的光通量不相等，P2上有电流，指针指示被测量的大小。RP1为输入灵敏度调节电位器，同时有防止大电流损坏P1的作用。RP21为反馈电阻，调节它即可以改变反馈深度，达到改变整个检流计的灵敏度的目的。使用检流计的注意事项搬动时轻拿轻放。使用时要按正常工作位置放置。搬动或使用完毕，应将止动器锁上。或将接线端子短接。禁止用万用表或电桥直接测量检流计的内阻，以防止过大的电流烧坏其线圈。使用光电检流计时，在未知被测电流的大小时，RP1应调至最大，灵敏度调至最低，逐步向最高灵敏度过渡。测量过程中，应缓慢调节RP1、RP2，以避免冲击电流损坏检流计。检流计应放在干燥、无尘、无振动的场所使用或保存。电磁系测量机构的结构主要组成：固定线圈和可动铁片两部分。吸引型测量机构由固定线圈、可动铁片、指针、阻尼片、游丝、永久磁铁、磁屏蔽等组成。如图2-14所示。排斥型测量机构有两片软磁铁片，一片为固定，另一片为可动，其余部分与吸引型基本相同。如图2-16所示。电磁系测量机构的工作原理吸引型的工作原理通电线圈…产生磁场…铁片被磁化吸引…指针偏转…游丝变形产生反作用平衡力矩。电流越大，磁化越强，吸引力越大，指针的偏转角越大。当电流方向改变时，磁场方向和铁片被磁化的极性方向同时改变，转动力矩的方向仍为吸引方向，因此得名为吸引型。由于电流的方向改变时，指针的偏转方向不变，所以可以制成交、直流两用仪表。排斥型工作原理线圈通电f两片铁片同时被磁化并且极性相同一同性相互排斥…固定铁片不动，可动铁片偏转f指针偏转f游丝变形产生平衡力矩。电流越大，两片铁片的排斥力也越大，指针的偏转角也越大。电流方向改变，两片铁片的极性同时改变，仍为相互排斥，由此得名。也可制成交、直流两用仪表。指针的偏转角与线圈中的电流的关系线圈中的电流越大f线圈产生的磁场越强f铁片被磁化的磁性也越强f吸引力或排斥力也越大。实验和理论都证明，转动力矩与线圈中的磁势的平方成正比。即a=K(NI)2指针的偏转角a大小与被测电流I的平方成正比。电磁系仪表的特点可以测交流，又可以测直流。可以直接测量较大的电流，过载能力强，结构简单，成本低。刻度标尺不均匀，起始段密而后疏。易受外磁的影响。常用的抗外磁措施有：(1)磁屏蔽；⑵采用无定位机构。如图2-20所示。电磁系电流表电磁系电流表的结构：实际上电磁系测量机构本身就是一个电磁系电流表。只要改变线圈的匝数和线径，即可制成不同量程的电流表。大量程：导线粗，匝数少，工作时电流大。小量程：导线细，匝数多，工作时电流小。安装式电流表常为单量程表，且电流的最大量程不超过200A；电流超过200A时常与电流互感器配合使用扩大量程。便携式电流表常制成多量程表；量程扩大方法是把固定线圈分段绕制，通过各段线圈的串联、并联连接来实现量程的改变。如图2-21所示。小量程：采用串联连接。大量程：采用并联连接。八・电磁系电压表电磁系电压表的组成：由电磁系测量机构的分压电阻串联组成。注意：电磁系电压表的线圈由于使用时并联在较高的电压上，为减小功率损耗和保证足够的测量磁势NI,要求导线很细，匝数很多，工作时电抗很大。安装式电压表多为单量程，且一般不超过600V；600V以上的电压测量时，常配合电压互感器使用。便携式电压表常为多量程表；⑵量程的扩大方法与磁电系电压表相同，即通过串联不同的分压电阻实现。同时要注意，电磁式电压表一般不宜制成低量程表，否则会因为表的内阻太小导致功率损耗太大、灵敏度降低等问题。互感器的作用1.扩大仪表的量程。交流大电流f电流互感器交流小电流一小量程电流表测量按比例变换交流大电压f电压互感器交流小电压f小量程电压表测量按比例变换测量高压时保证工作人员和仪表的安全。因为此时测量人员和仪表接触的只是低压部分，所以更安全。有利于仪表生产的标准化，降低生产成本。实际电压或电流无论其值是多少，均可通过各种不同规格的电压互感器或电流互感器，变换成额定值为100V或5A的标准输出，这样就可以使仪表的生产标准化，降低了仪表的生产成本。电压互感器构造和原理构造实际上是一个降压变压器，一次输入高压，匝数多，二次输出低压，匝数少。如图2-23所示。工作状态相当于一个工作在二次开路状态下的变压器。⑶变压比ktv=u1n/u2N常标在铭牌上。实际测量时，有U1=KTVu2即一次被测电压=变压比乘以二次仪表的读数说明：为测量方便，常按一次刻度，使得测量结果可以直读，但要求仪表与互感器必须配套。电压互感器的正确使用正确接线。一次并联在被测电路上，二次接电压表。一次、二次都要安装熔断器，以防短路发生。铁心及二次侧的一端必须可靠接地，防止高压窜入时危及仪表及测量人员。二.电流互感器构造和原理构造相当于一个降流变压器，一次的匝数很少，通常只有几匝甚至一匝，二次的匝数很多，常有几千匝。工作时一次电流很大，而二次电流不超过5A。工作状态近似于一个二次短路运行的变压器。⑶变流比kta=i1n/i2n铭牌数据。『52即被测的一次电流I1等于变流比KTA乘以二次仪表的读数12。同样，当仪表与互感器配套作用时，测量结果也常按一次刻度成为直读。电流互感器的正确使用正确接线。一次按匝数要求穿过电流互感器的中心，二次接电流表。二次侧在运行中不允许开路。不允许安熔断器。为便于更换二次的仪表，二次侧常装有短路开关。铁心及二次侧的一端应可靠挡地。注意二次侧安装的仪表和设备不能太多，若超过二次的额定功率时，会导致测量误差增大。钳形电流表钳形电流表：是一种能在不断电的情况下测量电流的便携式电流表。有的还能测量电压。钳形电流表的构造和原理互感器式钳形电流表组成互感器(二次)、整流系电流表两大部分。如图2-25所示。⑵原理把钳口张开，被测导线放入钳口中，被测的导线相当于一次侧，在二次侧感应出电流，送入整流系电流表进行测量，标尺按一次侧电流标度。注意互感器式钳形电流表只能测量交流电流。常用型号T301、T302、MG24型等。电磁系钳形电流表构造电磁系测量机构组成。原理当被测导体放入钳口中心时，铁心中产生磁场，可动铁片被磁化，产生推动力带动指针偏转，指示出被测电流的大小。⑶特点可以测量交流，也可以测量直流。特别是测量绕线式异步电动机的转子电流时，由于转子电流的频率很低，互感器式钳形电流表是无法测量其具体数值的，这时只能用电磁式钳形电流表。(4)常用型号MG20、MG21等。钳形电流表物正确使用先选用大量程估测被测电流的大小，再选用合适的量程测量。换量程时要先退出被测导线。被测导线应放在钳口的中央，以减小误差。钳口要结合紧密，若有杂声，可用煤油洗净。5A以下的小电流，绕几圈测量，读数除以放入钳口中的导线的次数即为实际的被测电流。测量完毕，要把量程放在最大电流测量位置，以防下次测量时不小心损坏仪表。电流表与电压表的选择选择仪表的类型直流电流、电压的测量：磁电系仪表。交流电流、电压的测量：电磁系仪表、整流系仪表。交流电量的精确测量可以选用电动系仪表。交、直流两用：一般情况下可选用电磁系仪表，需要精确测量时可以选用电动系仪表。选用仪表的准确度⑴标准表、精测时：0.1、0.2级。⑵实验室用表：0.5、1.0级。一般工程使用：1.5、2.5、5.0级。附加装置的准确度：分流电阻、分压电阻、仪用互感器等，其准确度应比仪表本身高2—3档。选择仪表的内阻电流表：内阻尽量小。电压表：内阻尽量大。选择仪表的量程仪表的量程要大于被测量；⑵把被测量范围选择在仪表标尺满刻度的三分之二以上范围内；无法估计被测量的大小时，应选用大量程的仪表测试后，再逐步换成合适量程的上测量。选择仪表的使用条件实验室：便携式仪表。开关板、电气设备上：安装式仪表。尽量满足仪表的使用环境要求选用A、B、C组仪表。仪表的绝缘强度选择要求仪表的绝缘强度要高于被测线路的电压。电流表与电压表的使用方法按前述的方法选择好仪表。正确接线。电流表：串联接入电路中，电压较高时，最好串在低电位端（如零线、负极线上）。电压表：并联接入电路中。直流电流表、电压表在接入电路中时，要注意仪表的极性。“+”端电流流入,“-”端电流流出，否则会导致仪表反转而不能正确读数甚至损坏仪表。万用表的组成测量机构、测量线路、转换开关三部分组成。测量机构作用过渡量——>指针偏转结构万用表常用磁电系测量机构，满偏电流一般在几微安---几百微安之间。.灵敏度满偏电流越小灵敏度越高。常用电压灵敏度来表示（Q/V），越大越灵敏。测量线路作用把不同的被测量（电流、电压、电阻等）——>过渡量（直流电流）。万用表之所以能测量多种电量，是因为其内部有多套测量线路。结构测量线路主要由分流电阻（电流档使用，多个）、分压电阻（电压档使用，多个）、整流元件（交流档使用，半波或全波）等组成。一般来说，万用表的功能越多，其测量线路也越复杂。转换开关作用把测量线路转换为所需要的测量种类和量程。结构多层多刀多掷开关。500型万用表有两个转换开关，S1和S2,如图3-1所示。S1：二层三刀十二掷开关。S2：二层二刀十二掷开关。主要技术特性及总电路图主要技术特性表3-1能理解各种电量、各种量程，灵敏度的含义，准确度的等级等技术参数。电路总图总图的读法包括以下的几个部分：表头部分转换开关S1、S2的读法分流电阻、电压电阻部分的读法整流部分的读法电源部分(1.5V、9V)的读法基本的理论知识：欧姆定律、电阻的串联和并联知识、整流电路(半波)知识。一・直流电流测量电路转换开关位置S1-A档，S2-相应的量程档，此时的电路如图3-4所示。实际上采用的是闭路式分流电路。原理分析表头50pA、2.5KQ温度补偿1KQ、1.4KQ(可调)。12KQ、2.25KQ、675Q、67.5Q、6Q、1.5Q均为分流电阻。二.直流电压测量电路转换开关的位置S2—-V档，S1—-相应的量程档。电路图如3-5所示(此时在2.5V档)，实际上是一个共用分压式电路。原理分析表头与所有的分流电阻组成50pA直流电流表，以此为基础再串联分压电阻组成电压表。测2500V时，S1放在除2.5V以外的其它档位上，黑笔插在*孔内，红笔插在2500V专用孔内。此时采用的是10MQ的分压电阻。三.交流电压测量电路1•测交流电量的原理原理：交流一-整流电路一-直流一-表头(半波或全波)500型万用表采用的是半波整流电路，如图3-6所示。其中，V1为正半周时的整流管，V2为负半周时的导通保护管，RV为分压电阻。由磁电系测量机构和整流电路组成的仪表叫整流系仪表。常按交流有效值来刻度。由于整流系仪表指示的是交流电的平均值，而交流电的大小要求按有效值来标度，所以在转换的过程中误差会更大。这正是万用表的交流准确度比直流准确度低的原因之一。正弦半波整流：I有效=2.221有效若被测量不是正弦波，误差会更大。2.交流电压测量电路转换开关的位置S2—-V档，S1—-＞相应的交流电压量程上。电路图如3-7所示。(2)原理分析2.25KQ隔离电阻、3.9KQ分流电阻的接入是为了降低测量机构的灵敏度，10MF电容与表头并联起滤波作用，以减小指针的抖动。直流电压测量与交流电压测量共用一套分压电阻，交流250V档与直流50V档的分压电阻是相同的，均为(150KQ+800KQ)，所以交流的灵敏度只有直流的1/5。这样，通过降低电阻补偿了整流效率下降的问题，同时也节省了材料，并且使得交流和直流电压的测量可以共用一条标度尺。测2500V时，红笔-2500V孔，黑笔-*孔，量程可放在10〜500V中的任一档位。由于二极管的死区0.7V影响，所以10V以下采用补偿以后的专用标尺，不能与其它的档位标尺混用。电阻测量电路欧姆表的基本原理⑴原理图3-8所示I=E/(RX+RZ)其中，RZ=R1+r+(R0RC/R0+RC),是欧姆表的内阻。那么，在E、RZ都不变的前提下，I和RX之间保持着一定的函数关系，由于I与a之间是成正比的，所以只要测出电流I，就可以反映出被测电阻RX的大小。由此可以看出，欧姆表测电阻的实质是测量电流。⑵调零当RX=0时，指针应指在电流满偏(欧姆零值)处，调节R0可以使I=E/Rz=Im⑶刻度RX=RZ时，I=E/2Rz=Im/2，指针在仪表的中心位置，RZ的值叫做仪表的欧姆中心值。Rx=2Rz时，I=E/3Rz=Im/3。即指针在1/3满刻度处。R=8时(开路时)，电流为零，指针不动，欧姆8。X欧姆表量程的扩大有效范围：(0.1〜10)倍欧姆中心值附近，超出该范围时误差会较大。共用一条标尺的措施：以RX10档为基础，按10的倍数扩大量程，各量程的欧姆中心值就是10的倍数。量程扩大时，RX、RZ都增大，必然会引起流过表头的电流变小，因此，在扩大量程的同时，还必须设法增加表头的电流。常用的措施是：保持电池电压不变，改变分流电阻值。如图3-10所示。万用表的RX1-RX1K采用的正是这种方法。提高电池电压。如图3-11所示。万用表的RX10K档采用的正是这种方法。500型万用表的电阻测量电路以50pA直流电流档为基础扩展而成欧姆表。如图3-12所示。转换开关的位置S1-。，S2-选择在相应的电阻档位。原理分析各档的欧姆中心值分析即可。万用表的使用使用之前要调零无输入的情况下机械调零。测电阻之前要欧姆调零(电流满偏)。要正确接线红笔：插在正孔(+)，黑笔：插在负孔(-)或者(*)孔。测量直流时要注意极性。测电流时要串联，测电压时要并联。测电阻时，需要使用表内电池，注意此时黑笔接的是表内电池的正极，红笔接的是表内电池的负极。要正确选择档位先选好测量对象，再选好相应的量程。由于万用表是多电量测量仪表，这点尤其重要，千万不能用错档位，如不能用电流档测量电压，不能用小量程测量大电量等。测电压时量程选择应使指针在满刻度的2/3以上。测电阻时要让指针在欧姆中心值的附近。未知被测量的大小时，应先选最大的量程粗测，而后逐步换到合适的量程测量。不准用电流档测电压，不准在带电的情况下测量电阻的阻值。要正确读数要读对标度尺。如不能在测量电压时读电阻刻度尺。看清楚指针的位置，同时还要看清量程的倍率，然后正确换算出被测量的大小。要注意操作安全测量电压、电流时要防止人身触电。同时，也要注意仪表的安全，防止仪表的表棒短接带电体的裸露部分。测电压、电流时严禁带电切换量程开关。万用表使用后，放在交流电压的最高档或者空档位置上。万用表的调零、选档、接线和使用注意事项。主要技术指标测量范围及准确度：表4-1所示。输入阻抗：10MQ。测量速度：2.5次/S。最大显示数字：1999〜-1999(3又1/2位)。电源：9V叠层电池。整机功耗：17.5〜25mW.7.外形尺寸：168X80X26(mm)二・数字式万用表的组成及原理直流电压测量电路数字式电压基本表本身可视为一个量程为200mV的电压表，在使用时常利用分压电路来扩大其电压测量量程。直流电压量程的扩大如图4-7所示。Um/Uin=(RV1+RV2)/Rv2其中Uin=200mv,Um为扩大后的量程。RV1、RV2为外接的分压电阻。多量程直流测量电路如图4-8所示，由多个分压电阻与转换开关S1组成外接多量程分压电路。直流电流测量电路原理：将被测电流在分流电阻上产生的压降作为数字电压基本表的输入电压，测量出电压的值，实际上就可以换算出被测电压的值。注意：电压基本表的输入电压不能超过200mv。多量程时也采用闭合式分流电路。如图4-10报示。交流电压测量电路方法：先将交流大电压进行降压后，由线性AC/DC转换电路变成小的直流电压，再送入电压基本表中进行测量。交流电流测量电路方法：交流电流…交流电压…线性AC/DC转换器一数字式电压基本表测量。其中交流电流f交流电压仍采用分流式电路，与直流测量时相同。电阻测量电路方法：采用比例法测量电阻。如图8-12所示。数字式欧姆表的原理WUO=IRX/IRo=RX/Ro当RX=RO时，显示值为1000，当RX=2RO时满量程。DT-830型万用表的电阻测量电路如图4-13所示。晶体三极管hfe测量电路如图8-14所示，Uin=ICRO=hfeIbRO如果已知Ib=10pA，RO=10Q，代入上式，得hfe=10UINmV,因此只要用200mV量程去测量晶体三极管的hfe，只要去掉小数点，就可以得到hfe。数字式万用表的使用方法外形结构液晶显示器电源开关：ONOFF量程开关：hFE插座：B、C、E共四个插孔。输入插孔：黑笔在COM插孔，红笔根据被测量的不同分别插在“V。Q”“mA”“10A”等插孔。并且要注意量程。电池盒2.使用方法直流电压的测量红笔在“V。Q”孔，黑笔在“COM”孔。量程置“DCV”的适当量程。交流电压的测量表笔与上相同，量程置“ACV”上即可。直流电流的测量红笔在“mA”或“10A”，黑笔在“COM”孔，量程在“DCA”。交流电流的测量量程置“ACA”即可，表笔与上相同。电阻的测量量程置“Q”的合适位置，红笔在“V。Q”孔，黑笔在“COM”孔。二极管的测量将量程开关置有二极管符号的位置，红笔在“V。Q”孔，接二极管的正极，黑笔在“COM”孔，接二极管的负极，结果是：0.150〜0.300V时为错管，显示0。550〜0。700V时为硅管，如果显示000则二极管击穿，显示1则二极管内部开路。晶体管hFE的测量将NPN或PNP管插入相应的孔，开关拔至ON，即可显示hFE的值。线路通断的检查量程开关至蜂鸣器档，表笔与测量电阻时相同，当电阻低于(20±10)Q时，蜂鸣器发出声音，表示电路接通，否则为不通。使用数字式万用表的注意事项不同型号的表使用方法不尽相同，使用前要仔细阅读说明书。测量前，要注意表笔和量程是还正确。无法估计被测值的大小时，应选最大量程。在测量大电流或高电压时，不得在测量中拔动开关。红笔带正电，黑笔带负电，这点与模拟式万用表不同。只能测量45〜500HZ范围内的交流电量有效值。不得带电测量电阻。不能正常显示时，检查电池、保险丝。使用完毕后，要放在OFF，长期不用应将电池取出。电阻按阻值大小的分类:小电阻1Q以下。中电阻1Q〜100KQ之间。大电阻100KQ以上。§5-1电阻测量方法的分类按获得测量结果方式分直接法采用直读式仪表测量，如用万用表测量电阻，兆欧表测电阻等。比较法采用比较式仪表测量电阻，如用直流电桥测电阻等。间接法测出相关电量，然后通过计算的方法得出结果，如用伏安法测电阻。按作用的仪表分类电桥是一种比较仪表，用准确度很高的元件作为标准量，用比较的方法测电阻（电感或电容），因而准确度很高。电桥的分类：直流电桥和交流电桥，直流电桥又分为单臂电桥和双臂电桥。直流单臂电桥的构造和原理构造图5-2所示。电桥的平衡状态：当电桥的检流计中的电流等于零时，即IP=0时，称为电桥的平衡状态。电桥的平衡条件（电桥的测量原理）经推导得r2r4=rxr3即对臂的电阻乘积相等时，电桥平衡。被测电阻RX=（R2/R3）R4=比例臂乘以比较臂提高准确度的条件R2、r3、r4的准确度要高；检流计的灵敏度也要高。二QJ23型直流单臂电桥简介电路图图5-3所示。⑴比例臂分析SA以上认为是R2,SA以下认为是R3。比较臂分析由四位可调电阻组成，步进值为1Q。检流计支路SB2(B)通断，可以用内附的检流计或者外接检流计。电源支路SB1(G)通断，可以用内电池或者外接电池。三・直流单臂电桥的使用检流计锁扣打开，机械调零。接入被测电阻，要求用粗线并拧紧。选择比例臂，使得比较臂的四位都能被充分利用。测电感线圈的电阻时，先按SB1，再按SB2；测量完毕，先按SB2,再按SB1。指针偏“+”(正)时，增大R4；指针偏"-”(负)时，应减小R4。指针指零时，RX=比例臂X比较臂。使用完毕后，断开SB2(B)，断开SB1(G)，再拆除电阻，将检流计的锁扣锁上。有的检流计用G的常闭触头短接检流计。电池电压不足时要及时更换，否则会影响灵敏度。外接电池或者更换电池时，要注意极性不要接反。测量1欧以下的小电阻要使用直流双臂电桥。直流双臂电桥：凯文电桥，能消除接线电阻和接触电阻的影响，专门用于测量阻值在1Q以下的小电阻。一•构造及工作原理(一)构造图5-4所示1.Rx与R4共一臂，Rn(标准电阻)与R3共一臂，Rn与Rx之间用阻值为r的导线相连，(rf0)。Rx与Rn都采用两对端钮的接法。R1、R2、R3、R4均为大于10Q的标准电阻，R为电池的限流电阻。(二)原理当电桥调节至平衡时，Ip=0,则有I1=I2，I3=14，推导得Rx=(R2/R1)Rn+rR2/(r+R3+R4)X(R3/R1夬4/R2)即被测电阻=倍率X标准电阻盘的读数+校正值为使求解Rx的公式与单臂电桥相同，常用以下找措施：R1与R3，R2与R4采用联动机构，保证R3/R1=R4/R2，从而校正项始终为零。Rn,Rx的连接导线尽量粗，使rf0。消除接线电阻和接触电阻的原理：共有3点，P48〜49。QJ103型直流双臂电桥面板介绍图5-5所示。SAf倍率转换开关，(R1上左，R2上右，R3下左，R4下右)联动，保证总有R3/R1=R4/R2。电路图的识读倍率=R2/R1，有X0.01，X0.1，X1，X10，X100，共5个倍率档位。Rn的范围：0.01〜0.11Q。测量范围：0.0011〜11Q。电源：1.5V〜2V直流，有外接端钮。直流双臂电桥的使用基本方法与单臂电桥相同，需要注意的有两点:四端接线。如图5-6所示。直流双臂电桥工作时电流较大(因为电阻都比较小)，故测量要求尽快完成，以免电池的电量消耗过大。常用电桥型号和技术特性简介表5-2所示。双臂电桥的原理与使用方法。电气设备及线路的绝缘电阻是很大的电阻，它只能用兆欧表测量。兆欧表的应用范围：测量电气设备的绝缘电阻。为什么设备的绝缘电阻测量要用兆欧表，而不能用万用表？⑴设备的绝缘电阻通常很大(几兆〜几百兆欧)，超出了万用表的测量范围。(2)由万用表的表内电池电压太低，因而测得的是设备在低压下的电阻，其值不能真正反映设备在正常工作高压下的绝缘电阻。兆欧表的结构结构组成：手摇直流发电机、磁电系比率表、测量线路三部分组成。手摇直流发电机电压有500V、1000V、2500V等，有离心调速装置，使转子能恒速转动。磁电系比率表永久磁铁形成不均匀磁场，两个固定在同一轴上且相差一定角度的线圈，一个产生转动力矩，另一个产生反作用力矩。游丝为无力游丝，仅用于传导电流。由于磁场不均匀，可动部分的平衡位置a与两个线圈中的电流的比率有关，故称为磁电系比率表。如图5-7所示。测量线路主要是限流电阻及连接线路的导线组成。兆欧表的工作原理接线：被测绝缘电阻RX接在L、E两端之间。发电：摇动手柄(120r/min左右)。转动力矩与反作用力矩M1=I1f1(a),M1驱动可动部分顺时针转，但可动部分顺转会使M1减弱，相反，若可动部分反转M1会增强。M2=I2f2(a),M2驱动可动部分逆时针转，但可动部分逆转会使M2减弱，相反，若可动部分顺转M2会增强。测量当M1=M2时，可动部分平衡，即有I1f(a)=I2f(a)/I2=f2(a)/f1(a)=f(a)=F(I1/I2)即指针的偏转角只决定于两个线圈中电流的比值。又因为=U/(R2+r2)I1=U/(R1+RX+r1)=F(I1/I2)=F[(R1+RX+r1)/(R2+r2)]其中只有RX为变量，因而a能反映RX的大小。验表：(1)验0把L、E短接，缓慢摇动手柄，由于RX=0，所以此时指针应指在0位置。⑵验8L与E开路，手柄摇至120r/min，由于I1=0，在仅有I2作用的情况下，指针偏转至最左端8处。⑶在未测量时，由于I1=0，I2=0，同时游丝是无力游丝，所以指针可以停留在任何位置。三.兆欧表的选择、使用与维护兆欧表的选择额定电压的选择：兆欧表的额定电压应比电气设备的额定电压高一到二级。表5-3。兆欧表测量范围的选择：测量范围与被测绝缘电阻相符合，否则误差大。兆欧表的接线L(线路)---被测设备(工作时带电部分)E(接地)---可靠接地(工作时不带电部分)G(屏蔽)---电缆的屏蔽层(消除表面漏电流的影响)兆欧表的检查(验表)检查8:L、E分开，手柄摇到120r/min，指针应指在-处，否则有故障。检查0:L、E短接，缓慢摇动手柄，指针应指在0处，否则有故障。兆欧表的使用注意事项⑴设备停电，电容放电(2min)后才可进行绝缘电阻的测量。不能用双股线、绞线连接表的设备，两条线必须分开。手柄摇时应由慢到快摇至120r/min，若有短路指零，立即停止。测电容时，读数后不能立即停止，应渐渐减慢并同时拆线，而后再给电容放电。记录测量时的环境状况，如温度、湿度、设备状况等，以便于分析。接地电阻的含义接地：为保证安全、正常工作，导体部分与大地相连接。例如电动机外壳的接地变压器中性点的接地等。接地装置：由接地线、接地体组成。接地电阻：包括接地线电阻、接地体电阻、接地体与土壤的接触电阻、接地体与零电位点(大地)之间的土壤电阻。测量接地电阻的意义：安全保障。接地电阻的测量方法：电桥法、电流表一电压表法、补偿法(接地电阻测量仪)。ZC-8型接地电阻测量仪补偿法测量接地电阻的原理图5-10所示。组成：手摇交流发电机、电流互感器、电位器、检流计组成。附件：两个探针，三条线。⑶原理：摇动发电机f电流TA一次一E/-大地一C/-发电机另一端。调节RP使检流计指零，则有IRx=KIRsRX=KRs=变比X读数盘的读数ZC-8型接地电阻测量仪简介仪表平放，调零。接线：E----E/或(C2---P2)---E./P1(P)---P/C1(C)---C/E/、P/、C/在一条直线上相距各20m,电阻小于1Q时，要采用四端接线方法。倍率放在最大，摇动发电机，同时，转动标度盘，检流计指正中间红线，升速到达120r/min,调节标度盘，指针指红线，此时，接地电阻=倍率X标度盘的读数读数小于1Q时，倍率减小一档，重测，直到合适档位，准确测量。一.电动系表的结构及工作原理1•结构电动系测量机构、分压电阻两部分组成。原理图如6-4所示。⑴固定线圈：又叫电流线圈，测量时与负载串联，匝数少，导线粗。(测电流)(2)可动线圈：又叫电压线圈，与分压电阻串联后再与负载并联，匝数多，导线细。(测电压)原理电压线圈上的电流】u=U/Zu其中，Zu2=(RV+Rl)2+XL2又因XL<<RV所以忽略XL，认为有Zu=RV+RlIu=u/(Rv+Rl)=UK］即电压线圈上的电流与被测电流成正比。电流线圈上的电流IA=I(负载电流)功率表指针偏转a=KIAIuCOSA中=KIA(K1U)COS中=KpIUCOS中=KpP可见，a与负载的功率成正比，因此刻度是均匀的。在直流电路中，有a=KI(K1U)=KpP功率表的量程扩大包括电流量程的扩大和电压量程的扩大。电流量程的扩大电流线圈是分成两段绕制的，可以通过串联获得小量程，通过并联获得大量程。电压量程的扩大方法：给电压线圈串联多个阻值分压电阻来实现量程的扩大。功率量程(COS6=1)P=IU=电流量程乘以电压量程。表明5-1所示。功率表的正确使用正确选择量程(1)电流线圈的电流量程要大于被测的电流。⑵电压线圈的量程略大于被测电压。注意：不能仅按功率量程略大于被测功率的方法选择量程，因为CO0尹1。例题分析例5-1分析。正确接线(1)电流的偏转方向与两个线圈的电流方向有关，规定按“发电机端守则”接线。电流线圈：电流必须从“*”端流入，与负载串联。电压线圈：电位高的端接在“*”，与负载并联。两种正确的接线方式电压表前接法和电压表后接法。指针反转的情况负载侧有电源并且发出功率。三相电路测量时，当COS中＜0.5时指针会反转。指针反转的处理方法把电流线圈的两端换接，但电压线圈不得对调接线端，否则会造成误差很大甚至会损坏仪表。要正确读数便携式多量程功率表的读数分格常数C=UNIN/am瓦/格被测功率P=Caa指针的偏转格数，am——功率表的满偏格数。例5-2分析略写。安装式功率表的读数由于安装式功率表是单量程的，所以可以直读。与配套互感器连接使用的功率表也可以直接读数。低功率因数功率表的用途用于测量低功率因数负载(如空载电动机、空载变压器等)的功率。因为若用COS中=1的功率表测量低功率因数的负载，误差会比较大。构造电动系测量机构加以改进制成，不同之处有：低功率因数功率表按较低的COS中(0.1、0.2)来标度。为提高灵敏度常用游丝来支撑，采用光标指示器等。采用误差补偿措施。如接入补偿电容、加入补偿线圈等。补偿线圈：匝数、结构与电流线圈完全相同，但绕向与电流线圈相反。补偿线圈与电压线圈串联。低功率因数功率表的使用要正确接线。遵守发电机端守则，有补偿线圈的低功率因数表，必须采用电压线圈后接的方式接线。要正确读数。分格常数C=UNINCOS%/am被测功率P=Ca注意：被测电路的COS中不得大于功率的COS中N，否则有可能发生电流、电压未达到额定值，而指针已经超出了满刻度，损坏仪表的现。一.一表法一表法的适用范围：三相对称负载。原理：一表法测出一相负载的功率P1，则三相负载的总功率为P=3P1接线图：图6-10注意：在人工中点的取得时，要求RN=RV+rvRV电压线圈的分压电阻rv电压线圈的电阻二・三表法三表法的适用范围：三相四线制不对称负载。原理：三表分别测出三相的功率P1、P2、P3，则三相负载的总功率为P=P1+P2+P3接线方法：图5-11三・二表法两表法的适用范围：三相三线制对称或不对称负载。原理设负载为星形连接（三角形可以等效变换成星形后再分析）。（D瞬时总功率：P=Pu+Pv+Pw=【uuu+Ivuv+Iwuw又L+L+顷I=-（II）=-I-iwu+vuv代入前式并整理有P=p1+p2可见，只要用两表分别测出P1、P2,两者之和即为三相负载的总功率P。即P=P1+P2（2）相量图分析图5—12P=P1+P1=IuUuwCOS^1+Ivuvwcos^2=IuUuwCOSS1-30。）+IvUvwCOSS2+300）两表法的接线图（1）根据原理可以得出接线图为图6—13（2）接线规则：P66（3）功率表的读数与负载的功率因数的关系COS中=1,中=0,即电阻负载时，有P1=P2，此时P=2P1（或2P2）COS中=0.5,中=60。，此时有一表的读数为零，则P=P1（或P2）COS中V0.5，E1>600，此时必有一表的指针是反转的，那么把反转的表的电流线圈调换接线，使其正偏，但是把其读数当成负值处理，那么P=P1-P2或P=P2-P1当负载不对称时，上述三种情况均有可能出现。一.一表跨相法适用范围三相电路完全对称的情况，包括负载和电源都对称。原理单相u=uIsin中=uIcos（900-中）只要使电压线圈的电压u与电流线圈I上的电流之间的相位差为（900叩），有功功率表就可以用来测量无功功率。由相量图6-16所示可知，【°与UVW之间的相位差正好是(900博)。接线方法电流线圈接在IU，电压线圈接在UVW即可。如图5-16。读数三相总无功功率Q="3UIsi叩="3UIcos(900-中)="3Q1Q1----一表跨相法时的功率表的读数。两表跨相法适用范围三相负载对称但三相电源有有偏差时的情况，用于减小测量的误差。原理与接线均与一表跨相法相同。图6-17。读数Q="3(Q+Q)/2="3/2X(Q+Q)1212三表跨相法适用范围三相电源电压对称，三相负载对称或者不对称的情况。接线三只功率表均按一表跨相法接线原则接线。图6-18。原理及读数Q=(Q1+Q2+Q3)/"3即三表的读数之和除以根号3就是三相总无功功率。铁磁电动系三相无功功率表结构原理结构上采用两元件铁磁电动系测量机构，按两表跨相法的原理接线。图6-19、图6-20。读数标尺直接按三相无功功率表刻度，所以可以直接读数。常用型号及使用场合1D5—VAR型：三相三线制对称负载使用。1D1—VAR型：三相三线制对称或者不对称负载使用。电能测量的基本知识电能（电功）的实际计量单位：KWh（度），测量用电设备消耗电能多少的仪表叫做电能表，千瓦小时表，俗称电度表。电能（电功）与电功率测量的差别电能（电功）：不仅反映负载的功率，还能反映负载的用电时间，并且能自动地记录下来。电功率：只测量负载的电压、电流的大小（功率）。常用的电能表是感应系电能表，有转矩大，成本低的优点，应用广泛。§7-1感应系电能表感应系电能表的结构驱动元件：产生转动力矩，由电压线圈1和电流线圈2组成。转动元件：由铝盘3和转轴4组成，转轴上装有计数的蜗杆6。.3。制动元件：永久磁铁5与铝盘3相互作用产生制动力矩，使铝盘的转速与被测的功率成正比。计度器（积算机构）：计算铝盘的转数，实现累计电能的目的。包括齿轮6、滚轮7、十进一计数器等。感应系电能表的工作原理电路及磁路图7-3（1）电压线圈磁通：中u穿过铝盘一次，而中u不穿过铝盘。（2）电流线圈磁通：中A两次穿过铝盘。转动力矩的产生当COS中=1时(电阻负载)电压线圈中的电流iu比电压u滞后900，产生中u(纯电感对待)。电流线圈中的电流iA与电压u同相，产生中A(纯电阻对待)。iA与.的关系如图7-5所示。即iA比iu超前900，实际上是中A比中°超前900，各磁通的正方向均规定为由上而下穿过铝盘。图7-6所示。在t1时刻分析⑲A博A感应的涡流与中°相互作用，产生向右(顺时针)的转动力矩，中°感应的涡流与中A叩A相互作用，产生的转动力矩也向右。其他时刻的分析均可以得到相同的结论。因此，铝盘所受的力矩方向，总是由相位超前的磁通中A指向相位滞后