《电气测量 第7版》课件全套 陈炳煌 第1-14章 电工仪表与测量的基本知识 -虚拟仪器

电气测量(第7版)封面与目录第一篇模拟式电工仪表与测量第一章电工仪表与测量的基本知识

第二章电流与电压的测量

第三章功率与电能的测量

第四章频率与相位的测量

第五章电路参数的测量

第六章波形的测量

第七章磁的测量第二篇数字式电工仪器与测量第八章数字电压表

第九章数字功率表

第十章数字频率计

第十一章数字参数测量仪

第十二章数字示波器第三篇智能仪器与虚拟仪器

第十三章智能仪器

第十四章虚拟仪器本书总目录第一章电工仪表与测量的基本知识第一节测量方法的分类第二节电工仪表的分类第三节电工仪表的组成与基本原理第四节测量误差及其表示方法第五节工程上最大测量误差的估计及系统误差的消除第六节随机误差的估计第一章

电工仪表与测量的基本知识第一章目录

本章第一、二、三节主要介绍有关仪表的基本概念与工作原理，掌握有关变换的概念，了解各类仪表在测量过程中，都是通过变换，把被测电磁量转换为可阅读的数字或机械偏移，以达到测量的目的。

本章第四、五、六节主要是介绍产生误差的原因、误差的估计、误差的表示方法，以及如何在测量中减少误差。

第一章

电工仪表与测量的基本知识本章要点第一章

电工仪表与测量的基本知识第一节测量方法的分类第一章

电工仪表与测量的基本知识测量过程：被测物理量与国际标准相比较的过程测量的任务：通过实验的方法，将被测量（未知量）与标准单位量（已知量）进行比较，以求得被测量的值。电气测量：通过直接或间接的方法，将被测的电磁量与同类的标准单位量进行比较，以确定被测电磁量的大小。度量器：标准单位量的实体，测量单位或测量单位的分数倍或整数倍的复制体，如标准电池、标准电阻、标准电感。度量器分为基准器、标准器和工作量具。第一章

电工仪表与测量的基本知识一.测量方式分类测量方式是指获得被测电磁量的方式，分为为直接测量、间接测量、组合测量。第一章

电工仪表与测量的基本知识1.直接测量指被测电磁量与度量器直接在比较仪器中进行比较，或者使用事先已刻有被测量单位的指示仪表进行测量，从而可以直接读出被测量的数值。例如用电流表测量电流，用电压表测量电压。一.测量方式分类从电流表直接读出电流值第一章

电工仪表与测量的基本知识2.间接测量指利用被测量与某种中间量之间的函数关系，先测出中间量，然后通过计算公式，算出被测量的值。例如用伏安法测电阻。或用电压表电流表测量电路消耗功率。一.测量方式从电流表读出电流值从电压表读出电压值然后从公式R=U/I或P=UI求出负载电阻或消耗功率第一章

电工仪表与测量的基本知识3.组合测量指被测量与中间量的关系函数式中还有其他未知数，一次间接测量,仍无法求得，须改变测量条件，得出不同条件下的关系方程组，然后解出待求的被测量数值。例如求量电阻温度系数α和β，必须在不同温度条件下，分别测出20℃、t1、t2三种不同温度时的电阻值，然后解联立方程，求得α和β的值.

一.测量方式测量方法是指在直接、间接、或组合测量时获得被测数据的方法。第一章

电工仪表与测量的基本知识二.测量方法分类第一章

电工仪表与测量的基本知识二.测量方法分类1.直读法

利用仪表直接读取测量数据。2.比较法将被测量与度量器放在比较仪器上进行比较，从而求得被测数据。它又分为：(1)零值法比较仪表指零时，从度量器读出被测量的数据。(2)较差法从比较仪求得差值，根据度量器数值和比较差值，求得被测量的数据。(3)替代法将已知量与被测量先后置于同一测量装置中，若两次测量装置都处于相同状态，可认为被测量等于已知量，再从已知量读出被测数据。。第一章

电工仪表与测量的基本知识替代法实例—曹冲称象

分别刻下载上大象与石块的船体入水线，找出与大象重量相等的石块。第一章

电工仪表与测量的基本知识第二节电工仪表的分类第一章

电工仪表与测量的基本知识一.模拟指示仪表模拟指示仪表是将被测电磁量转换为可动部分的角位移，然后根据可动部分指针在标尺上的位置直接读出被测量的数值。１）按被测对象分类，可分为交直流电压表、电流表、功率表、电能表、频率表、相位表、以及各种电磁参数测量仪。２）按工作原理分类，可分为磁电系、电磁系、电动系、感应系、电子系、静电系、振簧系等。３）按外壳防护性能分类，例如可分为普通、防尘、防溅、防水、水密、气密、隔爆以及是否具备防御外界磁场或电场影响的性能等类型。４）按读数装置的结构方式分类，可分为指针式、光指示式、振簧式、数字转盘式（如电能表）等。５）按使用方式分类，可分为固定安装式、携带式等。６）按准确度等级分类，可分为0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5，5.0七个等级。第一章

电工仪表与测量的基本知识二.数字仪表数字仪表是一种直读式仪表，它的特点是把被测量转换为数字量，然后以数字方式直接显示出被测量的数值。按被测对象进行分类，例如分为数字频率表、数字电压表、数字欧姆表、数字功率表等等。外型可做成台式、配电盘嵌入安装式、携带式等。第一章

电工仪表与测量的基本知识三.比较仪器指使用电桥、补偿等方法，将标准度量器与被测量置于比较仪器中进行比较，从而求得被测量。这类仪器除需要仪表本体外（如电桥、电位差计等）还需要检流设备、度量器等参与。四.智能仪表与虚拟仪表智能仪表是在指示仪表中内嵌单片机或微处理器，使它具备有自动调节、自运算、和多功能的能力。虚拟仪表则是仪表硬件和计算机的结合，利用计算机强大的存储量和软件组成测量系统。第一章

电工仪表与测量的基本知识第三节电工仪表的组成与基本原理第一章

电工仪表与测量的基本知识一.模拟指示仪表的组成与基本原理测量线路测量机构被测量y过渡量x=f(y)指针偏转角α=F(x)=φ(y)测量机构将输入量转换为纸张偏转角。测量线路可将被测量量转换为测量机构可接受的物理量。第一章

电工仪表与测量的基本知识测量机构是模拟指示仪表的核心1.产生转动力矩的驱动装置产生利用电磁力的有磁电式、电磁式、电动式、感应式、振动式等。利用电荷作用力的有静电式等。通过固定与可动机构间的相互作用，形成以下三种力矩。第一章

电工仪表与测量的基本知识测量机构是模拟指示仪表的核心2.产生反作用力矩的控制装置主要有游丝、悬丝等。第一章

电工仪表与测量的基本知识测量机构是模拟指示仪表的核心3.产生阻尼力矩的阻尼装置可以利用电磁阻尼、空气阻尼、油阻尼等。第一章

电工仪表与测量的基本知识二、数字仪表的组成与基本原理由于A/D转换的对象必须是电压，所以需要测量线路将被测量转换为电压通过A/D转换将电压转换为数字脉冲数字脉冲经译码加到显示器第一章

电工仪表与测量的基本知识第四节测量误差及其表示方法第一章

电工仪表与测量的基本知识1.系统误差一.测量误差的分类系统误差包括基本误差和附加误差。基本误差是指仪表结构本身不完善所造成的误差。附加误差是指由于仪表使用时偏离规定的工作条件所造成的误差。2.随机误差随机误差又称偶然误差。它是由于偶发原因引起的大小方向都不确定的误差。3.疏忽误差疏忽误差是一种由于测量人员疏忽造成的误差，例如读数错误、记录错误等第一章

电工仪表与测量的基本知识二.测量误差的表示方法1.绝对误差

2.相对误差

测量时所产生的误差,可以用绝对误差或相对误差表示第一章

电工仪表与测量的基本知识二.测量误差的表示方法3.引用误差

第一章

电工仪表与测量的基本知识第五节工程上最大测量误差的

估计及系统误差的消除第一章

电工仪表与测量的基本知识正确度指在测量中可能发生的系统误差程度，它的值表征系统误差的大小。精密度指在多次精密测量中，测量读数重复一致的程度，表征即随机误差的大小。准确度其值表示测量中系统误差和随机误差两者的综合影响程度，系统误差小称之为正确度高，随机误差小称之为精密度高，准确度高则是指系统误差和随机误差都比较小。指既“正确”又“精密”的测量。可见准确度可以表示测量结果与被测真值的一致程度。第一章

电工仪表与测量的基本知识一.直接测量方式的最大误差直接测量方式可能产生的最大误差决定于仪表准确度。若直接测量所用仪表的准确度为K，则直接测量可能出现的相对误差最大值不会超过K值。

第一章

电工仪表与测量的基本知识二.间接测量方式可能产生的最大误差1.被测量y为n个中间量之和第一章

电工仪表与测量的基本知识二.间接测量方式可能产生的最大误差2.被测量y为n个中间量之差

最大误差不仅与各中间量的相对误差有关，而且与中间量之差有关，差越小，被测量y的相对误差就越大。例如在并联电路中，用测到的总电流与一个支路电流去求得另一支路的电流，这种方法不可取。

第一章

电工仪表与测量的基本知识二.间接测量方式可能产生的最大误差3.被测量y为n个中间量之积或商第一章

电工仪表与测量的基本知识三.系统误差的消除方法从制造者角度:改进仪表结构和制造工艺，如减少转动部分的摩擦，加强对外界电磁场的屏蔽等。这也是消除系统误差最根本的办法。从使用者角度:使用者无法改变仪表的结构，只能在使用中采用比较法、正负误差补偿法、利用校正值等来减小误差，例如测量后将仪表调转180°，重测一次，用两次测量平均值作为测量值，以消除地磁的影响，或利用校正值求得被测量的真值。第一章

电工仪表与测量的基本知识第六节随机误差的估计第一章

电工仪表与测量的基本知识一.随机误差的估计与计算随机误差是由一些偶发原因引起的误差，例如电磁场微变、热起伏、空气扰动、大地微振等。在一组测量数据列中，随机误差通常呈正则分布，表现为有界性、单峰性和正负误差出现几率相等的特点。如图所示.随机误差值一般都比较小，工程上的测量可以不予考虑。只有在精密实验时才需要进行计算。计算前首先要进行多次测量，取得大量数据，然后按以下步骤进行。第一章

电工仪表与测量的基本知识二.随机误差的计算第一步：先从多次测量值中求得其算术平均值。第二步：求出每次测量值的剩余误差，并且只有测量列的剩余误差总和为0时，才说明所计算的算术平均值是正确的。否则必须重算第一章

电工仪表与测量的基本知识二.随机误差的计算第三步：用贝塞尔公式求出标准差的估计值第四步：三倍标准差的估计值称为极限误差，应检查测量列中的剩余误差，是否有超过极限误差的数据，如有则该项测量值属于坏值应予剔除，然后按以上步骤重新计算。第五步：求算术平均值的标准差，并用表示测量结果的可信赖程度。第二章电流与电压的测量第一节电流与电压测量方法第二节磁电系仪表第三节磁电系检流计第四节电磁系仪表第五节电动系仪表第六节测量用互感器第七节万用电表第八节直流电位差计第九节电子系电压表第十节电流表与电压表的使用与选择第二章电流与电压的测量第二章目录本章主要介绍磁电系、电磁系、电动系和电子系四种仪表的结构，以及用它测量电压、电流的方法。这四种仪表不仅可以用来测量电压、电流。而且在配置某些变换器之后，还可以测量其他电磁量或物理量。所以本章内容是从事电气技术工作的人员所必须具备的基本知识。电压表和电流表的附属装置，包括分流器、附加电阻和互感器的结构原理及其计算方法。也是测量电压和电流必须掌握的技术。本章还介绍万用表、检流计和电位差计。万用表是现场工作最常用的工具之一，检流计和电位差计则是电压、电流校准和精密测量中常用的仪器。其内容可根据教学时数和专业需要选择讲授或布置学生自学第二章电流与电压的测量本章要点第二章电流与电压的测量第一节电流与电压的测量方法第二章电流与电压的测量一.直接测量测量电流、电压一般都用直接测量，即用直读式模拟或数字的电流表、电压表。测电流时与被测电路串联，测电压时与被测电路并联，但应注意电流表、电压表接在电路中的位置，表的一端最好要接在“地”端如图所示。第二章电流与电压的测量二.间接测量直读法在特殊情况下，有时需要用间接法测量。例如在已焊好元件的印制板上，通过测量某电阻两端电压求得电流，或测量通过电阻的电流，求出电阻两端的压降第二章电流与电压的测量三.精密测量可以采用补偿法，例如使用第八节所述的电位差计测量电压或电流。第二章电流与电压的测量第二节磁电系仪表第二章电流与电压的测量一.磁电系仪表的结构第二章电流与电压的测量二.工作原理可动线圈通电后，由于线圈在磁场中受到电磁力矩的作用使指针产生偏转，当可动线圈稳定后，可认为驱动力矩等于反作用力矩，并推出仪表偏转角与电流关系为若与被测电压并联，仪表的内阻为R，则仪表偏转角与电压关系为第二章电流与电压的测量三.技术性能1.灵敏度、表耗功率和准确度由于永久磁铁与铁心间的气隙小，气隙间的磁感应强度比较强，所以磁电系仪表有比较高的灵敏度。且磁感应强度较强时，驱动力矩大，可采用反作用力矩系数比较大的游丝。有较大的定位力矩，使摩擦力矩的影响减小。内部磁场强度大，外磁场影响相对弱，可获得较高的准确度。且表耗功率低，对被测电路的影响小。所以磁电系仪表是一种应用广泛具有高灵敏度、高准确度、低表耗功率的仪表第二章电流与电压的测量三.技术性能3.使用范围磁电系仪表的指针偏转角与可动线圈的电流成正比，标尺的刻度均匀等分，易于标尺的制作。2.刻度特性只能用于测量直流，若在交流范围使用，必须配整流器。第二章电流与电压的测量四.磁电系电流表及电压表的扩程方法磁电系仪表作为电流表使用时，可以通过分流器扩大其量程，也可以并联若干个电阻，通过更换输入接头，可组成多量程的电流表。第二章电流与电压的测量四.磁电系电流表及电压表的扩程方法按分流器的电路结构，被测电流只有一部分通过电流表线圈，其余则通过分流器，可以证明通过电流表线圈的电流与被测电流的关系为分流器电阻的计算第二章电流与电压的测量四.磁电系电流表及电压表的扩程方法分流器电阻的计算按分流器的电路结构，被测电流只有一部分通过电流表线圈，其余则通过分流器，可以证明通过电流表线圈的电流与被测电流的关系为如用n表示比值I/Ic，它的数值代表电流表并联分流器之后的量程扩大倍数。将上式移项，可推出按量程扩大倍数n求得分流器电阻阻值的关系式。即第二章电流与电压的测量四.扩程方法附加电阻计算磁电系电压表，可以用附加电阻扩大量程。设直接测量的量程为Uc，测量机构内阻为Rc，串联附加电阻Rad后，可将电压量程扩大为U，则U与Uc的关系可由下式求得用m表示比值，其值代表串联附加电阻后电压表量程扩大的倍数，可按m值求得串联的附加电阻值第二章电流与电压的测量第三节磁电系检流计第二章电流与电压的测量一.检流计的结构检流计是一种具有极高灵敏度的电流表，为提高检流计的灵敏度，动圈采用无骨架结构，减少厚度，既减轻动圈重量，又缩短磁路的工作气隙。使气隙中的磁感应强度增大。可动部分不用轴和轴承的支撑方式，改用张丝或吊丝悬挂动圈，以消除因轴尖所产生的摩擦，使之可在很小的力矩下都能工作。对非便携式的检流计，还可以用光标代替指针。第二章电流与电压的测量光标指示和指针指示的示意图光标式指针式第二章电流与电压的测量二.检流计可动部分的运动特性和参数检流计的可动线圈通电后产生力矩为M，并在M作用下绕轴运动，根据牛顿第二定律，力矩M随时要与阻力矩、阻尼力矩以及惯性力矩相平衡，或用转角的运动方程表示为式中J为转动惯量,为阻尼系数，决定于线圈外接电阻与磁场强弱，D为弹簧游丝反作用力矩系数。该方程表明，一旦施加驱动力矩，动圈所处的位置角α将增大，稳定后的α值（即平衡点）由方程前两项为零时确定。即第二章电流与电压的测量动圈从静止至稳定过程动圈从静止到稳定过程所需时间决定于阻尼，动圈无铝制框架，全靠动圈与外电阻所构成的回路产生阻尼。加上可动部分的重量轻、阻力小、没有轴承磨擦力，一旦施加驱动力矩，因惯性冲力会越过平衡点。超过后又会在弹簧游丝定位力矩作用下返回，使动圈左右摇摆不停，不能快速停在平衡位置上，甚至会延续了几分钟或者几十分钟。但如果动圈与外电阻所构成的回路电阻较小，能产生足够大的阻尼，就能避免这种振荡发生。根据阻尼大小，可动部分的运动状态可能出现过阻尼、欠阻尼和临界阻尼等三种形式。第二章电流与电压的测量动圈从静止至稳定过程欠阻尼状态临界阻尼状态过阻尼状态第二章电流与电压的测量动圈从静止至稳定过程可动线圈三种运动形式所对应的运动曲线曲线1：欠阻尼状态曲线2：过阻尼状态曲线3：临界阻尼状态稳定后动圈的转角第二章电流与电压的测量三.检流计的正确使用1)检流计的参数包括：灵敏度或电流常数、外临界电阻、内阻、阻尼时间、自然振荡周期等。使用时，必须根据检流计铭牌上注明的外临界电阻值，选好并接上相应电阻，使检流计工作在临界阻尼或微欠阻尼状态，保证检流计阻尼时间最短，以便迅速读数。2)使用时必须轻拿轻放，以防吊丝振断。搬动时或用完后，须将止动器锁上或用导线将端子短接3)使用要按规定位置放置，带有水准制示装置的，用前应调好水平。4)不要用万用表或电桥来测量检流计内阻，以防损坏检流计线圈。第二章电流与电压的测量第四节电磁系仪表第二章电流与电压的测量一.电磁系仪表的结构吸引型电磁系仪表推斥型电磁系仪表第二章电流与电压的测量一.电磁系仪表的结构吸引推斥型的线圈内壁装有两个固定铁心、转轴装两个可动铁心。两组铁心于两侧上下排列。通电时两组铁心同时被磁化而相斥，随着偏转角增加斥力减弱。但高端铁心与低端铁心靠近，两者因极性相异而相吸，而且吸力逐渐加强。使得指针在因斥力和吸力共同作用下构成了转动力矩。且不因偏转角增大而影响转动力矩第二章电流与电压的测量二.工作原理线圈对铁心的吸引力所造成的力矩为电磁系仪表的反作用力矩当可动部分平衡时，转动力矩应等于反作用力矩第二章电流与电压的测量三.技术性能电磁系仪表既能测量直流，也能测量交流。由于可动铁心受力方向与线圈电流方向无关，线圈电流方向改变时，线圈磁极性和铁心磁极性同时改变，所以能保持受力方向不变。指针与被测电流的关系式也相同1.使用范围第二章电流与电压的测量三.电磁系仪表技术性能刻度是不均匀，于指针偏转角与被测电流的平方成正比，所以标尺呈平方律特性，前密后疏。3.防干扰性能2.刻度特性电磁系仪表由于线圈磁场的工作气隙大，磁场相对比较弱，因此外磁场的影响比较明显，需要进行屏蔽或采用无定位结构。磁屏蔽无定位结构第二章电流与电压的测量四.电磁系电流表及电压表的扩程方法改变电压量程，可改变线圈的附加电阻。改变电流量程，可改变线圈的匝数。第二章电流与电压的测量四.电磁系电流表及电压表的扩程方法双量程电流表可通过外部接柱改变线圈的串并联连接第二章电流与电压的测量第五节电动系仪表第二章电流与电压的测量一.电动系仪表的结构第二章电流与电压的测量二.工作原理可动线圈所受的驱动力矩为根据指针稳定时驱动力矩等于反作用力矩，可求得指针偏转角由固定、可动两组线圈所构成的系统，通电后的磁场能量为作为电流或电压表使用时，如果两线圈通以同一电流，或被测电流的一部分，且互感变化率为常数，则指针偏转角与被测电流平方或被测电压平方成正比，或与交流电流或电压有效值平方成正比。如作为功率表使用，指针偏转角正比于被测功率。第二章电流与电压的测量三.技术性能可用于测量直流也可以测量交流，或交直流两用。准确度高于电磁系。3.准确度和坚固性1.使用范围电动系仪表和电磁系一样刻度呈平方律特性，但作为功率表使用时，则其刻度为均匀等分。2.刻度特性没有铁磁物质，所以不存在磁滞和涡流效应，准确度可达0.5级以上，最大为0.1级。4.防干扰性能工作磁场弱，抗干扰性能差。一般都采取磁屏蔽和无定位结构的措施。第二章电流与电压的测量四.电动系电流表及电压表的扩程方法作为低量程电流表使用时，固定线圈与可动线圈串联，作为大量程使用时，由于可动线圈不允许通过大电流，故可动线圈只能与固定线圈并联。低量程电流表，固定线圈可与可动线圈串联作为电压表使用时，可以根据量程大小，串联不同的附加电阻。大量程电流表，固定线圈可与可动线圈并联电压表根据量程串联不同的附加电阻第二章电流与电压的测量第六节测量用互感器第二章电流与电压的测量一.互感器的用途互感器主要用于扩大交流电流表、电压表、功率表和电能表的量程，而且具有如下特点节省设备费用。隔离高压。降低表耗功率。可一表多用。统一使用5A、100V的标准表芯，配上不同的互感器，可组成各种不同量程的电压、电流表。第二章电流与电压的测量电流互感器外形第二章电流与电压的测量电流互感器结构（以LMZJ1-0.5为例）1—铭牌2—一次母线穿孔3—铁心，外绕二次绕组，树脂浇注4—安装板5—二次接线端子第二章电流与电压的测量电压互感器外形第二章电流与电压的测量二.互感器的工作原理电压互感器相当于空载变压器，与电压表联用。被测电压等于接在二次绕组的电压表读数乘以电压互感器的电压变比。注意！电压互感器二次绕组不许短路。电流互感器相当于短路的变压器，与电流表联用被测电流等于接在二次绕组的电流表读数乘以电流互感器电流变比。注意！电流互感器二次绕组不许开路。第二章电流与电压的测量三.测量互感器的误差由于负载过大，互感器内压降加大，引起输出电压下降，使得电压比不等于匝数比。或电流互感器二次绕组磁化电流过大，使得电流比不等于匝数比所造成的变比误差。1.变比误差由于绕组内阻抗过大，或铁心材料和气隙的影响，使得磁化电流过大，电压互感器的一、二次绕组的电压相位差，或电流互感器的一、二次绕组的电流相位差不等于180°，造成相角误差。2.相位误差第二章电流与电压的测量三.测量互感器的误差第二章电流与电压的测量四.互感器的使用电压互感器在供电系统中的连接电流互感器在供电系统中的连接第二章电流与电压的测量四.互感器的使用电压互感器连接注意点

电压互感器的一次侧、二次侧在运行中不允许短路，一二次侧都应装设熔断器，以免一次侧短路影响高压供电系统，二次侧短路会烧毁电压互感器；要正确接线，将电压互感器的一次侧与被测电路并联，二次侧与电压表（或仪表的电压线圈）并联；为防止故障时二次侧电压升高，电压互感器的二次侧绕组、外壳和铁心要可靠接地，以确保人身和设备安全。第二章电流与电压的测量四.互感器的使用电流互感器连接注意点电流互感器的二次侧在运行中不允许开路，二次侧严禁加装熔断器，需要更换或拆除测量仪表时，用开关先将二次侧短路，更换仪表后，再将开关打开；电流互感器的二次侧绕组、外壳和铁心要可靠接地，以确保人身和设备安全；接在同一互感器上的仪表不能太多，否则接在二次侧的仪表消耗的功率将超过互感器二次侧的额定功率，从而导致测量误差增大。要正确接线。将电流互感器的一次侧与被测电路串联，二次侧与电流表（或仪表的电流线圈）串联第二章电流与电压的测量五.钳式电流表钳式电流表是电流互感器和电流表的组合，可以在不断开交流电路，并在设备仍运行的条件下，测量交流电流。外型内部结构示意第二章电流与电压的测量五.钳式电流表测量前先估计被测电流的大小，选择合适的量程；测量时应将被测载流导线至于钳口中央，以避免增大误差；钳口要结合紧密；测量5A以下的较小电流时，为确保读数准确，在条件许可的情况下，可将被测导线多绕几圈再放入钳口进行测量，被测的实际电流值应等于仪表读数除以放进钳口中导线的圈数；测量完毕后，一定要将仪表的量程开关置于最大量程位置上，以防下次使用时操作者疏忽而造成仪表损坏。钳式电流表的使用第二章电流与电压的测量第七节万用电表第二章电流与电压的测量万用表是利用多刀多投转换开关，改变电路连接方式，测量不同量程的电压、电流或电阻，是电气维修中常用的工具。除一般测量电压、电流和电阻外，还可测量电子电路的电平，测量电平实际上就是测量电压，不过是被测值与标准值之比的对数形式表示。当表示功率电平时，可用负载为600Ω、1mW作为功率的0电平。当表示电压电平时，可用0.775V作为电压的0电平。功率电平电压电平第二章电流与电压的测量500型万用电表外形第二章电流与电压的测量500型万用表电路500型万用表的面板设两个多刀多投转换开关，分别为S1、S2，改变开关位置可以选择测量对象和量程，包括交直流电流和电压、电阻和信号电平等。第二章电流与电压的测量一.直流电流测量电路测量直流电流左边多投开关置于A档，右边置于50µA档，作为直流电流测量电路的基本量程，改变右边开关位置，选用不同分流器，可改变量程为10、100、500mA，分流器采用闭路式，不因开关接触不良而损坏仪表。使用红线所示电路第二章电流与电压的测量二.直流电压测量电路测量直流电压右边多投开关置于V档，左边置于2.5V档，作为直流电压的最小量程，改变左边开关位置，选用不同附加电阻，可改变量程为10、50、250、500V，附加电阻采用共用式，可减少线绕电阻数量。使用红线所示电路第二章电流与电压的测量三.交流电压测量电路测量交流电压右边多投开关置于V档，左边置于10V档，作为交流电压的最小量程，改变左边开关位置，选用不同附加电阻，可改变量程为50、250、500V，附加电阻采用共用式，可减少线绕电阻数量。使用红线所示电路第二章电流与电压的测量四.直流电阻测量电路测量直流电阻右边多投开关置于乘1至乘10k档，左边置于档，其中乘1至乘1k档使用1.5V电池为电源，乘10k档用10.5V积层电池作电源。第二章电流与电压的测量四.直流电阻测量电路直流电阻测量电路原理第二章电流与电压的测量五.音频电平测量电路音频电平的测量可以用交流电压标尺，也可以用分贝标尺。分贝值实际上是以对数形式表示的相对值。当负载电阻一定(规定为600Ω)时，功率与电压直接有关。所以可以用万用表交流电压档直接测音频功率，并从分贝标尺上直接读出，例如0dB=1mW。10dB=10mW如果负载电阻不是600Ω，则负载阻抗较小时，对应功率较大，用万用表dB标尺时应加上一校正值。第二章电流与电压的测量第八节直流电位差计第二章电流与电压的测量一.直流电位差计的工作原理直流电位差计由三个回路组成。其中回路Ⅰ称为校准回路回路Ⅱ称为测量回路回路Ⅲ称为工作电流回路第二章电流与电压的测量一.直流电位差计的工作原理校准回路：利用回路中的标准电池用来校准工作电流，当开关S合向回路Ⅰ时，调节R改变工作电流，若检流计指零，则说明标准电池的电动势与工作电流在电阻上的压降相互补偿，使为已知从可求出被测电压值工作电流回路：包括辅助电源，调节工作电流用的可变电阻、测量电阻和工作调定电阻。工作回路主要任务是提供一个稳定的工作电流，使电阻

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能得到一个稳定的压降。测量回路：当开关S合向回路Ⅱ时，调节测量电阻，以改变左端ab二点间的压降（注意：此时不能再调节R，否则工作电流将发生变化），若检流计指零，则表明第二章电流与电压的测量一.直流电位差计的工作原理电位差计特点电位差计的平衡是利用电动势互相补偿的原理，因此平衡时不从测量回路的被测电源取用电流，从而消除被测电源的内阻、导线电阻、接触电阻对测量的影响。校准回路也一样，不从标准电池取用电流，保持了标准电池电动势的稳定。采用高准确度的元件利用补偿原理由于标准电池的电动势比较稳定，调定电阻和测量电阻的左端ab部分选用高准确度和高稳定度的电阻，所以测量准确度可以达到±0.001%。第二章电流与电压的测量二.实用直流电位差计的结构考虑到标准电池的电动势受温度的影响，在校准回路增设温度补偿盘实用电位差计的工作调定电阻通常由两部分电阻构成，一部分为固定，一部分为可调，可调部分作为温度补偿电阻，以补偿标准电池因温度而发生的变化3.用有读数盘的测量电阻作为Ra测量电阻应在很宽的范围内变化，而且能够准确读数，例如要读出五位数或六位数，一般可采用十进电阻盘，以便能读出多位读数，但也有用滑线电阻盘的。2.通过检流计接柱，使用外接检流计弥补灵敏度不足。要根据测量结果所需要的准确度，选择合适的测量线路和有足够灵敏度的检流计。以保证电路未完全补偿时，能为观察者所觉察。第二章电流与电压的测量二.实用直流电位差计的结构4．电源结构某些型号的电位差计，为了保持电源的稳定,往往要增加稳压措施。例如UJ59型直流电位差计的工作电流回路，其辅助电源系利用9V层叠电池，然后经三端稳压集成电路5G1403B做为稳压器件，可以保证电池电压在9-4.5V之间变化时，能保持输出电压稳定在2.5V，以免由于电池用过一段时间后造成电源电压下跌。UJ31直流电位差计可以通过外接柱，接入外部电源以代替内部电源。5.增设输入接柱UJ31直流电位差计设有两个被测电势的输入接柱，如果需要比较两个被测电势的大小，可以通过测量转换开关。迅速转换被测对象，使得比较操作更加方便。第二章电流与电压的测量三.直流电位差计的技术性能和分类1．量限范围直流电位差计按其测量范围分为高、低电位差计两种，高电势电位差计最高量限为2V，选择量限时，应使被测值的第一位数字出现在第一读数盘上，以保证有最高准确度。低电势电位差计最高量限为20mV。2.准确度实验室型：0.001、0.002、0.005、0.01、0.02、0.05。携带型：0.02、0.05、0.1、0.2。3.稳定性工作电流的稳定性，直接影响电位差计的测量准确度电池容量要超过1000倍的放电电流，电压相对变化量应小于0.2K％，其中K为准确度等级。第二章电流与电压的测量四.电位差计的应用1.测量电压用直流电位差计还可以鉴定高准确度（0.5级及以上）的电压表。当被检电压表的量程大于电位差计的量程上限时，也要用精密分压器（R1、R2）将电压表两端的电压U分压，经分压后减小到电位差计的量程范围之内，再进行测量。第二章电流与电压的测量二.实用电位差计的结构2.测量电流测量电流是通过测量已知电阻Rn上的电压降，再间接计算出被测电流选用标准电阻Rn时要注意：1）标准电阻的额定电流应大于被测电流；2）标准电阻上的压降要保证第一测量盘能读数；3）标准电阻上的压降不能超过电位差计的测量上限。第二章电流与电压的测量二.实用电位差计的结构3.测量电阻电阻Rx和标准电阻Rn串联。当开关S倒向Rn一边时，测得Rn上的电压为Un，保持电流I不变，将开关S倒向Rx一边时，用电位差计测量出Rx上的电压为Ux，则被测电阻Rx为测量时，尽量使标准电阻Rn接近被测电阻Rx，这样能使调试容易些，并且测量时更准确。第二章电流与电压的测量第九节电子系电压表第二章电流与电压的测量一.电子电压表的结构类型1.放大-检波式这种方式采取放大在前，检波在后，通过放大电路提高仪表的灵敏度，可以用来测量微弱电压。但因频率范围受放大器限制，一般只用于低频电压表。2.检波-放大式这种方式采取检波在前，放大在后，由于被测电压一开始就转换为直流，所以频率范围不受放大器限制，可用于测量视频、超高频电压，但灵敏度较低。第二章电流与电压的测量一.电子电压表的类型3.调制式检波在前的电压表灵敏度不高，是由于检波后已将信号转换为直流，只能使用直流放大器，而直流放大器的放大倍数因漂移受到很大限制。调制式则利用斩波器先把直流转换为低频交流，然后用低频交流放大器进行放大，放大后再通过解调恢复为直流，这种方式既能采用检波在前，又能避免使用直流放大器而影响灵敏度。第二章电流与电压的测量一.电子电压表的类型4.外差式这种方式先通过混频，将被测频率转换为固定的中频，经中频放大后再通过检波转换为直流。既能解决放大在前频率范围受到限制的缺点，又能解决检波在前仪表的灵敏度不足的问题。多用于高频和超高频的测量。第二章电流与电压的测量二.电子电压表的检波电路电子电压表利用检波电路把被测电压的峰值或平均值或有效值转换为直流电压，然后用磁电系进行测量，所以检波电路是电子电压表的核心，它有以下几种形式。1.峰值检波电路开路式峰值检波：开路式检波电路是利用二极管将电容器充电至峰值，它必须满足以下条件：RC>>RiCRC>>T满足该条件，其指示仪表的指针偏转角将与被测电压峰值成正比。第二章电流与电压的测量二.电子电压表的检波电路闭路式峰值检波RC>>RiCRC>>T闭路式检波电路如果满足以下条件：则其指示仪表指针的偏转角将与被测电压交流峰值成正比闭路式峰值检波电路第二章电流与电压的测量二.电子电压表的检波电路2.峰-峰值检波电路峰-峰值检波电路利用被测电压的正半波对C1充电,充至电压正半波的最大值为止，然后在负半波期间，被测电压与C1电压串接后对C2充电，因此C2电压可充至峰-峰值。指示仪表指针偏转角将与被测电压的峰-峰值成正比。峰-峰值检波电路第二章电流与电压的测量二.电子电压表的检波电路3.平均值检波电路（1）半波与全波平均值检波电路特点：由于交流电压正半波由二极管形成闭路，指针的偏转角将正比于交流电压负半波平均值半波平均值检波特点：由于仪表可动部分的惯性，指针偏转角将正比于交流电压正半波平均值。第二章电流与电压的测量二.电子电压表的检波电路全波平均值检波电路特点：正、负半波的电压所产生的电流，以同一方向流过电流表P，P的指针偏转角α正比于交流电压全波平均值。（全波平均值一般是指一个周期内，取电压瞬时值的绝对值平均所得。）第二章电流与电压的测量二.电子电压表的检波电路（2）具有负反馈的线性均值检波电路（线性放大器部分）也就是输出电流平均值，与输入电压平均值成线性的正比关系。第二章电流与电压的测量二.电子电压表的检波电路在线性放大器的基础上,再接上具有指示仪表的全波均值检波电路，即组成具有负反馈的线性平均值检波电路。在该电路中通过指示仪表的电流等于输出电流的一半，若将它化为平均值。可得可见，若开环放大倍数足够大，反馈电阻又比较准确，输出到指示仪表的电流将正比于输入电压。具有负反馈线性均值检波电路（指示仪表连接）第二章电流与电压的测量二.电子电压表的检波电路4.有效值检波电路真正的有效值检波，需要采用能直接反映有效值的传感器，例如热电偶等，才能用来测量任意波形的有效值。而利用正弦波有效值与平均值或峰值的关系，按有效值刻度的平均值或峰值电压表，其刻度只能用于正弦波。第二章电流与电压的测量三.电子电压表的放大电路对于放大－检波式的电子电压表,因为放大在前，必须采用交流放大器，如用阻容偶合放大器或运算放大器。对于检波在前的电子电压表，则需要用直流放大器或运算放大器，也可以采用调制方式，通过斩波器将直流调制成一个固定频率的低频交流，然后放大。第二章电流与电压的测量四.电子电压表实例HFJ－8型毫伏计第二章电流与电压的测量四.电子电压表实例HFJ－8型毫伏计总电路图第二章电流与电压的测量四.电子电压表实例由于HFJ－8型毫伏计是一种超高频电压表，频率上限达300MHz，对检波前的电路结构要特别考究，在超高频下工作的元件和线路，即使是很小的潜布电容，也会对高频段测量产生不利的影响，所以超高频电压表要将全部检波电路装在探头内，尽量把潜布电容减到最小程度。被测电压经探头中的衰减和检波之后，形成正负的直流信号，分别送电压表内衰减器。由于对信号正负半波分别检波，可用于测量有直流分量的不对称波形。高频检波探头第二章电流与电压的测量四.电子电压表实例检波器输出的正、负直流电压经探头电缆直接加到衰减器，其中R2～R8对正电压衰减，R9～R14对负压衰减，调节量程开关可获得七种衰减比，分别为3mV、10mV、30mV、100mV、0.3V、1V、3V七种量程，如果在探头上加接一个1：100的分压器，可将量程扩大100倍，原100mV、0.3V、1V、3V的量程就扩大为10V、30V、100V、300V。衰减器斩波器由两个三极管组成，管的导通与截止由多谐振荡器发出的方波控制。方波频率由RP13调节，RP10和RP11可调节加到输入端的方波强度，以保证正负端输入的对称，在方波作用下，将输入直流电压转换为800～1200Hz的方波，然后送到放大器进行放大。斩波器第二章电流与电压的测量四.电子电压表实例放大器分为两组，一组组成推挽差动选频放大。电路谐振频率与斩波器调制方波的频率一致，既能获得较大增益，又能把方波转换为正弦波。另一组为四级直耦放大，RP1可调节输入电压工作点，RP2、RP3、RP4调节不同档位的放大倍数。放大器放大器输出交流电压，经解调后由磁电系仪表进行指示。解调电路是一个开关电路，加到两组源极与栅极间的电压为幅度相等、相位相反的方波，解调与调制的波形频率与相位都是一致的，在方波作用下，加在指示仪表上的电压与被测电压峰峰值成正比。解调电路与指示仪表第二章电流与电压的测量四.电子电压表实例整机电源由VT18～VT22组成的串联稳压器提供较稳定的18V直流电压。整机还配有校正信号发生器，输出100kHz电压可调的校正信号，此处从略。校正信号发生器和电源第二章电流与电压的测量第十节电流表与电压表的使用与选择第二章电流与电压的测量一.测量直流或正弦交流时如何选择电流表与电压表2.选择电流表或电压表的准确度通常0.1、0.2级仪表作为标准表或用于精密测量，0.5、1.0级仪表用于实验室测量，1.5级以下的用于一般工程测量。1.选择电流表或电压表的频响范围测量直流电流或电压可选用磁电系仪表，电动系或电磁系仪表,精密测量可选用直流电位差计，50Hz的工频，电磁系、电动系、感应系仪表都可以使用，对电动系和整流系仪表(磁电系加整流电路)，测量频率还可以扩大到几个kHz，超过1000Hz的交流，一般要选用电子伏特计。超过1000kHz的还可选用热电系仪表第二章电流与电压的测量一.测量直流或正弦交流时如何选择电流表与电压表5.选择仪表的工作条件3.选择仪表量限应按标尺使用在后1/4段来选择量程，在标尺中间位置测量误差可能比后1/4段大2倍；应力求避免使用标尺的前1/4段。4.选择仪表内阻电压表内阻应尽量大些，量程越大，内阻应越大。电流表内阻应尽量小些，量程越大，内阻应越小。对于高频，测量时频率误差是主要的，因此要选用电子系仪表。高精度的测量，准确度是主要的，因此要选用准确度比较高的仪表。如果被测的两点间电阻又比较大，则应选用输入电阻比较大的电压表。第二章电流与电压的测量二.测量非正弦电流或电压时应注意的问题用正弦波有效值刻度的峰值检波或均值检波电压表，它的读数只适用于正弦波，如果被测电压不是正弦波或者波形中含有直流分量，则读数都需要通过变换才能求出被测电压的真正有效值。按峰值刻度的峰值检波电压表，测量时的读数与被测电压波形无关。可以用来测量被测电压或电流的峰值。但要注意当被测电压波形含有直流分量时，电压表电路中是否有隔直电容会影响读数。按峰－峰值刻度的峰－峰值电压表，用的是峰－峰值检波电路，由于峰－峰值本身与电压波形以及波形中是否有直流分量无关。第三章功率与电能的测量第一节功率与电能的测量方法第二节电动系功率表第三节低功率因数功率表第四节三相功率的测量第五节感应系电能表及电能的测量第六节三相有功电能表第七节三相无功电能表及无功电能的测量第八节电子式单相电能表第九节电子式三相电能表第三章功率与电能的测量第三章目录本章1-7节主要介绍电动系功率表、低功率因数功率表、三相功率表、感应系电能表的原理与使用方法,其中工作原理可作一般了解，测量方法以及测量时的电路连线，包括单相与三相，有功与无功的功率表、有功与无功电能表都必须熟练掌握本章第8-9节介绍静止式电子电能表的原理与电路结构，由于电测仪表广泛应用电子电路，通过电子电能表的电路结构，进一步了解仪表中电子器件的使用方法第三章功率与电能的测量本章要点第三章功率与电能的测量第一节功率与电能的测量方法第三章功率与电能的测量1.用电流表和电压表测量直流功率用电流表和电压表通过测量电压、电流间接求得功率。2.用功率表测量直流功率用电动系功率表进行直接测量。一.直流功率的测量4.用数字功率表测量直流功率由数字电压表配上由电流电压乘法器构成的。3.用直流电位差计测量直流功率准确度比较高，可用来校验功率表，或作为功率的精密测量之用。第三章功率与电能的测量二.单相交流功率的测量2.用功率表测量单相交流功率电动系功率表既可作为直流功率表，也可以作为交流功率表。1.用间接法测量单相交流功率视在功率S可以通过测量交流电压U和交流电流I而间接求出。有功功率P原则上也可以用间接法测量，即通过电压表、电流表、相位表分别测出U、I、cosφ，然后再间接算出P的值。无功功率可用S和P求得。第三章功率与电能的测量常用的功率表多采用电动系，由于电动系仪表的生产工艺比较复杂，抗干扰能力低，所以近年来利用磁电系表芯做成的变换式功率表。表的结构如图。变换式功率表第三章功率与电能的测量变换式功率表先通过由两个互感器组成的取样电路，检测负载的电压与电流，由于两个互感器的一次绕组接法相反，使得互感器二次绕组的电流与负载的u、i关系如下式所示。变换式功率表的工作原理磁电系仪表的指针偏转正比于被测电压平均值，所以表头P的指针偏转角正比于电压uP平均值。表头的指针偏转角正比于ui平均值。ui的平均值就是有功功率，所以表头可以用有功功率刻度。第三章功率与电能的测量四.电能的测量可以直接用三相功率表，也可以用单相功率表分别测出各相功率，然后求其总和，即所谓三表法。在一些特殊情况下，例如完全对称的三相制，也可以用一表法。三相三线制，也可以用二表法。三.三相功率的测量直接法测量直流电能可用电动系，测量交流电能可用感应系或静止式电子电能表。间接法测量电能，可用功率表测出功率，用测时仪器测出时间，然后算出电能。这种方法只适用于功率在被测时间范围内保持不变的场合，由于功率表、测时仪器的准确度大大超过电能表的准确度，所以可用这种方法校准电能表第三章功率与电能的测量第二节电动系功率表第三章功率与电能的测量电动系仪表是测量功率的最常用仪表，测功率时仪表的固定线圈与负载串联，反映负载电流I，可动线圈与负载并联，反映负载电压U，按电动系仪表工作原理，可推出可动线圈的偏转角正比于负载功率P。一.工作原理如果U、I为交流，同样可推出可动线圈的偏转角正比于交流负载功率P。第三章功率与电能的测量改变电流量程二.功率表量程的扩大扩大功率表量程可分别为扩大电流量程或扩大电压量程，扩大电流量程可将两个固定线圈从串联改为并联，量程可相应扩大一倍。但功率表的固定线圈只有两个，因此这种办法只能扩大量程一倍。固定线圈串联固定线圈并联第三章功率与电能的测量改变电压量程二.扩大功率表量程改变电压量程可改变可动线圈的串联附加电阻，阻值不同时，可得到不同的电压量程，但工程上使用的电压等级都是按标准规定的，所以功率表的电压量程也都取标准值。第三章功率与电能的测量三.功率表的正确使用1.功率表的正确接线应遵守“电源端”守则，即接线时应将“电源端”接在电源的同一极性上。第三章功率与电能的测量功率表的错误接线电源端*不接同一极性的错误可动线圈与固定线圈间存在电位差的错误第三章功率与电能的测量三.功率表的正确使用2.量程的选择功率表量程包括功率、电压、电流三个因素。功率量程按负载功率因数cosφ=1，电流和电压均为额定值时的乘积来确定。3.功率表的读数要先读出格数，然后通过功率表常数进行换算有了功率表常数，便可根据所读出的格数，求出被测功率的瓦数第三章功率与电能的测量三.功率表的正确使用4.正确接线的选择*号表示“电源端”第三章功率与电能的测量三.功率表的正确使用正确接线的选择第三章功率与电能的测量三.功率表的正确使用D26-W型便携式单相功率表第三章功率与电能的测量三.功率表的正确使用D34—W型功率表主要用于直流电路中测量小功率或交流50赫兹电路中测量功率。该表准确度等级为0.5级，额定功率因数cosφ＝0.2。基本技术特性如下：a）仪表串联电路的额定电流为双量限，供应下列五种规格：0.25－0.5A；0.5－1A；1－2A；2.5－5A；5－10A。b）仪表并联电路的额定电压为三量限，供应下列各种规格：25/50/100V；50/100/200V；75/150/300V；150/300/600V。第三章功率与电能的测量第三节低功率因数功率表被测对象功率因数为0.1电压为500V电流为10A功率为500W第三章功率与电能的测量一般功率表测量低功率因数的功率存在如下问题选用功率表额定功率因数为1额定电压为500V额定电流为1A额定功率为500W功率正好电流不够？电流够了但功率太大指针刻度只能用到在1/10选用功率表额定功率因数为1额定电压为500V额定电流为10A额定功率为5000W第三章功率与电能的测量一.应用补偿线圈的低功率因数功率表这种功率表主要着眼于解决表耗问题。本来功率表的读数中就包含有表耗功率，但一般功率表，表耗功率比功率示值小很多，可以忽略，而低功率因数功率表，因为采用大额定电流，表耗功率较大，又采用小功率示值，使得示值中所含的表耗功率所占比例加大，造成读数的误差。因此在加大额定电流的同时，要采取措施消除示值中的表耗功率部分。解决办法是在电压电路中，串联一个补偿线圈产生附加力矩以抵消表耗功率。使得所减少的读数值正好等于表耗功率读数的增加值。第三章功率与电能的测量二.应用补偿电容的低功率因数功率表实际上，电压电路不可避免的包含有感抗，电流总要比电压滞后一个相位角θ，也叫做角误差。这使功率表指针偏转角产生相对误差功率因数愈低，tanφ愈大，由角误差引起的相对误差γθ愈大，用一般功率表测量低功率因数条件下的功率会有很大误差。带补偿电容的低功率因数功率表，针对这个问题，在附加电阻Rad上并联一个电容C，从而使并联电路成了一个纯阻性电路，即θ=0，也就消除了误差γθ

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第三章功率与电能的测量三.带光标指示器的张丝结构的功率表采用张丝结构低功率因数功率表，是从提高灵敏度方面着眼，解决功率示值的问题。使得功率较小时，也能有较大示值。这是因为张丝结构不用转轴，摩擦力小，灵敏度高。在同样电流条件下，能得到较大的偏转角度。采用张丝采用张丝结构之后，如果使用光指示装置，则可得到更高的仪表灵敏度。第三章功率与电能的测量四.使用低功率因数功率表的注意点：低功率因数功率表提供三个额定值，即额定电压、额定电流和额定功率因数。使用时除电压、电流不得超过额定值外，还应注意：若被测功率因数小于额定功率因数，要注意指针虽未超过满度，电流圈的电流可能超过额定值。为此测量功率时最好再用一个电流表监视电流状态。若被测功率因数大于额定功率因数，要注意指针是否超过满度。第三章功率与电能的测量第四节三相功率的测量第三章功率与电能的测量一.用一表法测三相对称的负载功率一表法适用于电压、负载对称的系统。三相负载的总功率，等于功率表读数的三倍。第三章功率与电能的测量二.用二表法测三相三线制的功率负载对称并为阻性时，两表读数相等。负载对称且功率因数为0.5，有一只功率表读数为0。适用于三相三线制，通过电流线圈的电流为线电流，加在电压线圈上的电压为线电压，三相总功率等于两表读数之和。负载对称且功率因数小于0.5，一只功率表读数为负值。第三章功率与电能的测量三.用三表法测三相四线制的功率三表法适用于三相四线制，电压、负载不对称的系统，被测三相总功率为三表读数之和，即第三章功率与电能的测量四.用三相功率表测三相功率将两只或三只或单相功率表的可动线圈装在一个公共转轴上即组成两元件或三元件的三相功率表，分别用于三相三线制与三相四线制。其公共转轴的转矩直接反映三相总功率，因此可从标尺上直接读出三相功率。两元件三相功率表结构第三章功率与电能的测量第五节感应系电能表及电能的测量第三章功率与电能的测量一.交流单相电能表的结构第三章功率与电能的测量一.交流单相电能表的结构感应系电能表外形第三章功率与电能的测量一.交流单相电能表的结构感应系电能表字轮结构电能表计度器结构图第三章功率与电能的测量二.交流单相电能表的工作原理铝盘在电流线圈和电压线圈作用下产生的驱动力矩与负载功率成正比，由永久磁铁产生的制动力矩与转速成正比。写成等式为。第三章功率与电能的测量三.电能表的正确使用正确选择额定电压、额定电流和准确度，电能表额定电压应与电网的电压相符。电能表最大额定电流应大于或等于负载最大电流。电能表准确度分为0．5级、1．0级、2．0级和3．0级。电能表的正确接线，如同功率表一样，应遵守“电源端”守则。接线盒有四个端子，即相线(火线)的一“进”一“出”，和中性线(零)的一“进”一“出”。配线应采取进端接电源端，出端接负载端，电流线圈应接于相线，而不要接中性线。第三章功率与电能的测量第六节三相有功电能表第三章功率与电能的测量一.三元件三相电能表用于三相四线制电能的测量，它的原理与三表法测功率相同。还有两种形式，例如国产的DTl型电能表是三铝盘结构，在一个公共转轴上装三个铝盘，分别由三个元件驱动。而国产的DT2型电能表则是单铝盘结构，一个公共转轴上只有一个铝盘，在铝盘不同位置装三组驱动线圈。第三章功率与电能的测量三相三元件有功电能表的接线盒图三相三元件电能表接线方法(a)直接接入；(b)经TA接入；(c)经TA和TV接入；(d)三只单相电能表接入三相四线制接法

第三章功率与电能的测量二.二元件三相电能表二元件三相电能表跟二表法测功率一样，可用于三线制三相电能的测量，它的原理与二表法测功率相同，接法如图所示。由于二表法只适用三线制，一般只用于动力用户。二元件三相电能表也有两铝盘两元件和一铝盘两元件两种结构。第三章功率与电能的测量三相二元件有功电能表的接线盒第三章功率与电能的测量第七节三相无功电能表及无功电能的测量无功功率一般无需测量，但电力系统为了限制用户滥用无功电能，对装机容量大的用户，采取无功电能收费政策，促使用户采取措施提高功率因数。为此要对这种用户加装无功电能表。第三章功率与电能的测量适用于电源对称的三相四线制DX1型三相无功电能表DX2型三相无功电能表适用于三相三线制第三章功率与电能的测量一.三相四线制无功电能的测量对三相四线制系统，测量无功电能可用DX1型无功电能表，该表为两元件结构，两组铝盘装在同一转轴上，读数为三相总无功电能。每一组驱动元件有两个固定电流线圈，即基本线圈与附加线圈，两线圈绕在同一铁心上，匝数相等，极性相反。第三章功率与电能的测量一.三相四线制无功电能的测量DX1型三相无功电能表测量无功电能的原理：第三章功率与电能的测量二.三相三线制无功电能的测量测量三相三线制无功电能可用DX2型无功电能表，该表也是二元件结构，可直接读出三相无功电能，该表电压圈串接一电阻,调节R，使电压与工作磁通相位差为60°，接线如图。第三章功率与电能的测量三.用单相电能表测对称的三相三线制的无功电能

第三章功率与电能的测量四.用三相电能表测量三相无功电能

第三章功率与电能的测量第八节电子式单相电能表第三章功率与电能的测量一.电子式单相能表的结构图中乘法器和频率变换器可选用专用集成电路。步进电动机和字轮也有单独的部件产品，所以电子电能表实际是在电能表专用集成电路和字轮部件的基础上加上取样电路构成，生产工艺简单，可靠性高，已开始取代过去生产工艺复杂、耗材多的感应系电能表。第三章功率与电能的测量二.电子式单相电能表的专用集成电路可供选择的电能表专用集成电路有AD7755、AD7750等芯片，下图为AD7755的结构与引脚示意图。增益调节基准电压输入电流取样输入振连接点复位高通滤波器高通滤波器高通滤波器接步进电机电能输入输出判别直流电源电压取样输入输出校验脉冲第三章功率与电能的测量三.AD7755的应用第三章功率与电能的测量三.AD7755的应用AD7755需要两组直流电源，（1）片内电路所需直流电源VDD由二极管VD2整流并经IC2稳压后提供，（2）基准电压由IC4产生。使用时要根据电能表的额定电流、额定电压选择取样电阻，并进行调节，取样电阻计算步骤如下：求从F1、F2输出的脉冲频率：可根据计数器的电表常数推算。设配套用的计数器的电表常数为100imp/kWh（即字轮转动1kWh需要100脉冲推动），电能表的额定电压为220V，额定电流为10A，可求得工作在额定电压、额定电流时的脉冲频率。（若工作电流未达到额定，相应的脉冲频率将减少。）第三章功率与电能的测量三.AD7755的应用求电流通道取样电压：设电流通道取样电阻选用350μΩ，电能表额定电流为10A，可求得取样电压为 。求电压取样电路的电压值:设基准电压为2.5V,按产品目录提供的f1.4值为3.4Hz,可求出 这个电压不能超过集成电路AD7755的允许值。求电压取样电路的分压电阻：由于取样电压从220V降压得来，可推出应接入的分压电阻，例如图中R4-R14为分压电阻。可求得第三章功率与电能的测量第九节电子式三相电能表第三章功率与电能的测量一.电子式三相电能表的专用集成电路常用的专用集成电路有ADE7752、ADE7754等。ADE7752的内部结构图三相取样输入第三章功率与电能的测量一.电子式三相电能表的专用集成电路ADE7752的引脚图从内部结构图和引脚图可以看出，三相电能表的专用集成电路，是由三组单相电路组成，分别从三组电路测出每相耗用功率，然后通过求和得出三相总耗用功率。每一相的电路结构与原理，跟单相集成电路的结构与原理基本相同，所用的引脚名称于功能也类似。第三章功率与电能的测量二.电子式三相电能表的电路组成电路结构与单相主要区别是：1.必须对三相电压、电流取样。2.对于大负荷的电能表要用互感器取样。第三章功率与电能的测量二.电子式三相电能表的电路组成三相电子电能表是在单相基础上，分别对三相计量后求和。所以其结构与单相同。但三相多为高压、大负载的用户，所以一般需要通过电流、电压互感器取样。第三章功率与电能的测量二.电子式三相电能表的电路组成三相电能表和单相一样,也要计算取样电阻，其步骤与单相计算方法基本相同。第一步：求F1、F2输出的脉冲频率fF1可根据计数器每转过1千瓦小时所需要的脉冲个数（即电能表计量常数），及电能表的额定功率，求得额定状态下ADE7752的F1、F2引脚输出的脉冲频率。例如电能表的额定电压为220V，额定电流为100A，功率因数为1，可求得额定功率为66kW，计数器计量常数为100imp/Kw,可求得工作于额定状态时F1、F2输出的脉冲频率fF1应为第三章功率与电能的测量二.电子式三相电能表的电路组成第二步：选择电流通道配用的电流互感器变比及电流互感器的负载电阻:电流互感器变比：额定负载电流为100A，电流互感器变比可取2500:1二次绕组负载电阻：二次绕组电流为100/2500=0.04A。用二次绕组负载电阻的输出电压作为ADE7752专用集成电路电流通道的输入电压，该电压不得超过允许值，例如ADE7752的允许电压有效值为176mV，电流通道负载电阻上的压降可取允许值或允许值的一半，即88mV，可求得二次绕组负载电阻应为2.2Ω88mV/0.04A=2.2Ω第三章功率与电能的测量二.电子式三相电能表的电路组成第三步求电压取样电路的电压值：按ASDE7752产品目录提供的计算公式，计算电压取样电路的电压值,设芯片使用的基准电压UREF=2.4V,并用第一步求得的F1、F2输出的脉冲频率1.833,第二步求得的电流通道负载电阻上的压降U1=176mV,并按S0=1、S1=1、SCF=0选用F1.5=39.07，求得电压取样电路的电压值U2。第四步根据第3步取样电压选择电压互感器或与分压电阻结合取得。第三章功率与电能的测量电子式三相电能表可扩充功能常用的三相电子电能表，一般不需要配置单片机及相关接口，只要在电能表专用集成电路之后，用字轮进行计度即可。但在需要扩充功能的场合，如要计量负向电能或需要对所计的数值进行远程传输时才需要配置单片机及相关接口。第四章频率与相位的测量第一节频率的测量方法第二节相位的测量方法第三节电动系频率表第四节电动系相位表第五节整步表第四章频率与相位的测量第四章目录本章主要介绍测量频率的方法，以及传统使用的电动式频率计、变换式频率计的结构与原理。由于数字频率计是今后测量频率的主要手段，也是频率计的发展方向。学习传统的频率计，只是为了扩大与增强测量中的变换概念。

相位计和整步表是电力系统运行中常用仪表，本章对其作一般性介绍，以供相关专业使用。第四章频率与相位的测量本章要点第四章频率与相位的测量第一节频率的测量方法第四章频率与相位的测量1.电动系频率表：这种频率表采用比率表型的结构，例如D3-Hz型，它的标尺特点是额定频率位于标尺中央，当标尺位置偏离中心时，表示频率值产生偏移。一.工频的测量第四章频率与相位的测量2.变换式频率表：变换式频率表由磁电系测量机构和变换电路组成，变换电路包含方波形成、微分、整流、指示和偏置五个环节，通过变换电路，被测频率转换为一定大小的直流电流，然后通过磁电系测量机构进行测量。一.工频的测量双向限幅第四章频率与相位的测量变换式频率表工作原理一.工频的测量被测电压经稳压管双向限幅并经微分转换为尖脉冲，由于电容小充电时间短，可形成尖脉冲波，若用？？？表示充电电流，则电流脉冲波形可用下式表示:通过磁电系测量机构的电流平均值为:

按式可知，通过磁电系测量机构的电流可以反映被测频率的大小。由于电路中RiC0<<T，故上式可简化为第四章频率与相位的测量变换式电动系频率表标尺特性一.工频的测量工频频率表所测量的频率范围并不要求从0开始，标尺一般为45～55Hz、900～1100Hz等等。变换式频率表可通过调节偏置电阻，改变机械零点的频率读数。得到相应标尺。以45～65Hz的频率表为例，被测输入信号经微分得到的电流方向是从上到下，经过偏置电路的电流是从下到上，调节偏置电路使偏置电流平均值等于45Hz时输入尖脉冲电流的平均值，则机械零点的频率值就等于45Hz。选择指示电表的灵敏度使满度为6