电工技术PPT(席时达第四版)第12章.ppt

1、1,第十二章 电工测量,电工技术,第二节 常用指示仪表的基本结构和工作原理,第一节 电工仪表的一般知识,第十二章 电工测量,第五节 兆欧表,第三节 电流、电压和电功率的测量,第四节 万用表,3,各种电工、电子产品的生产、调试、鉴定和电气设备的使用、检测、维修都离不开电工测量。,电工测量主要任务： 应用适当的电工仪器、仪表对电流、电压、功率、电阻等各种电量和电路参数进行测量。,第一节 电工仪表的一般知识,一、指示仪表的分类和符号,二、测量误差和量程选择,5,第一节、电工仪表的一般知识,一、 指示仪表的分类和符号,指示仪表的特点：把被测量的值变换为仪表指针的偏转角而直接读出。,（一）指示仪表的分类

2、,6,第一节、电工仪表的一般知识,1.按照被测量的种类分类,2.按工作原理分类,7,第一节、电工仪表的一般知识,3.按被测电流种类分类,4.按准确度分类,目前国家标准规定，指示仪表按照准确度分7个等级：,0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5，5.0,准确度较高（0.1， 0.2， 0.5）的仪表常用来进行精密测量或校正其他仪表。,8,第一节、电工仪表的一般知识,（二）指示仪表的符号,mA,V,KW,M,KWb,9,1,第一节、电工仪表的一般知识,_,2KV,_,1.5,60 ,10,第一节、电工仪表的一般知识,二、测量误差和量程选择,绝对误差: 仪表的指示值与被测量实际数之差。AAx

3、-A0 。,相对误差: 绝对误差与被测实际数的比。A/A0 。,基本误差: 由仪表结构不精确造成的固有误差。,附加误差: 外界因素（如温度、干扰、测量方法不当、读数不准）引起的误差。,11,第一节、电工仪表的一般知识,指示仪表的准确度：是指正常条件下进行测量可能产生的最大绝对误差A与仪表的最大量程（满标值）Am之比。,仪表的准确度,最大绝对误差,仪表的最大量程（满标值）,仪表的准确度等级和基本相对误差,12,第一节、电工仪表的一般知识,例：在正常情况下用准确度为0.5级量程为10A安培表测量电流时，可能产生的最大绝对误差：,所以，被测量值愈小，测量误差愈大。测量中，一般应选用量程为被测量值1.

4、5至2倍的仪表。,如用上述安培表来测量8A电流时，相对误差为（0.05/8）100% 0.525%。,根据仪表的准确度可以确定测量误差,而用它来测量1A电流时，则相对误差为（ 0.05/1） 100%= 5%,第二节 常用指示仪表的基本结构和工作原理,一、指示仪表的基本结构,二、指示仪表的工作原理,14,第二节、常用指示仪表的基本结构和工作原理,一、指示仪表的基本结构,（一）驱动装置: 主要是利用仪表中通过电流后产生的电磁作用力驱动指针偏转。,（二）反作用装置: 通过反作用力矩与驱动力矩相平衡，使指针能按被测量的大小产生相应的偏转。,螺旋弹簧,固定,15,第二节、常用指示仪表的基本结构和工作原

5、理,（三）阻尼装置: 能产生与转动方向相反的制动力矩（阻尼力矩），使仪表可动部分能迅速静止在平衡位置。阻尼力矩由与轴相联的铝制翼片在阻尼室中移动产生（称空气阻尼器）。,16,第二节、常用指示仪表的基本结构和工作原理,二、指示仪表的工作原理,（一）磁电式仪表,1. 结构,(1) 固定部分：铁心极掌、圆柱形铁心等。,(2) 可动部分：可动线圈及铝框，螺旋弹簧及指针。,17,第二节、常用指示仪表的基本结构和工作原理,2. 工作原理,(1) 驱动力矩T 的产生,(2) 反作用力矩TC的产生,指针转动时，螺旋弹簧被扭紧而产生反作用力矩TC。,驱动力矩 T = K1I,线圈通入电流 I 产生电磁力 F 形

6、成驱动力矩 T 带动指针转动，,弹簧的TC与指针的偏转角成正比， 即 TC= K2,18,第二节、常用指示仪表的基本结构和工作原理,当弹簧反作用力矩与驱动力矩达到平衡即TC= T 时，指针静止在一定位置上。,所以可在刻度盘上作均匀刻度，读出被测电量的大小。,(3) 阻尼力矩的产生,当铝框随线圈一起转动，切割永久磁铁磁力线，在框内感应出电流，再与磁场作用，产生与转动方向相反的制动力，于是可转动部分受到阻尼作用，快速停止在平衡位置。,即指针的偏转角 ：,可见: 指针偏转的角度与流经线圈的电流成正比,19,第二节、常用指示仪表的基本结构和工作原理,4.用途,3. 特点 优点：准确度高；耗能小；不易受

7、外界磁场影响；刻度均匀。,测量直流电压、直流电流及作万用表的表头。,缺点：只能测量直流；价格较贵；不能承受较大过载。,注意：只能测量直流电。因为如果线圈中通的是交流电，则因电流的方向不断在交变，使得线圈的平均转矩等于零，指针无法偏转。,20,第二节、常用指示仪表的基本结构和工作原理,（二）电磁式仪表,1.结构,主要部分：固定的圆形线圈、线圈内部有固定的铁片、固定在转轴上的可动铁片。,分类：吸引型、排斥型和吸引-排斥型。,吸引型,21,第二节、常用指示仪表的基本结构和工作原理,2.工作原理,仪表的驱动力矩 ： T = k1 I ,弹簧产生反作用力矩： TC = k2,当 T = TC 时，可动部

8、分停止转动，,指针的偏转角：,可见: 指针偏转的角度与通过线圈的电流平方成正比，所以其表盘刻度是不均匀的,线圈通入电流 I 磁场 固定和可动铁片均被磁化(同一端的极性是相同的) 可动片因受力而带动指针转动。,22,第二节、常用指示仪表的基本结构和工作原理,阻尼力矩：由空气阻尼器产生。,4.用途,3.特点 优点：构造简单；成本低；交直流均可用；过载能力强。 缺点：刻度不均匀；易受外界磁场及铁片中磁滞和涡流（测量交流时）影响，因此准确度不高。,主要用于测量工频交流电流和交流电压。,注意：电磁式仪表不但能测量直流电也可测量交流电,交流有效值,仪表的驱动力矩：,当输入交流电流 时：,23,第二节、常用

9、指示仪表的基本结构和工作原理,（三）电动式仪表,1.结构,固定线圈、可动线圈（可动线圈、螺旋弹簧与指针及空气阻尼器的活塞都固定在轴上）。,24,第二节、常用指示仪表的基本结构和工作原理,2.工作原理,固定线圈通入电流 I1 ( i1 ) 产生磁场 此时，如再在可动线圈中通入电流 I2 ( i2 )，则形成驱动力矩T=K1I1I2 ，线圈和指针转动，,随着可动线圈的转动，弹簧产生反作用力矩TC=K2 。,当TTC时，,指针的偏转角：,可见: 指针偏转的角度与两个线圈的电流的乘积成正比,25,第二节、常用指示仪表的基本结构和工作原理,指针的偏转角：, = KI1I2 cos （交流）,4.特点：

10、优点：可用于交直流；准确度较高。 缺点：受外界磁场影响大；不能承受较大过载。,3.用途:测量交直流电流、电压及电功率。,如果测交流电，I1I2 的方向同时改变，电磁力的方向不会改变，驱动力的方向也不会改变。,i1和i2的交流有效值,i1和i2之间 的相位差,注意：电动式仪表即能测直流电，也能测交流电,第三节 电流、电压和电功率的测量,一、电流的测量,二、电压的测量,三、电功率的测量,27,第三节、电流、电压和电功率的测量,一、电流的测量,若要扩大电流表的量程，可在测量机构上并联一个分流电阻 RA 。,2.电流表应串联在电路中。为了不影响电路的原状态，表的内阻要很小，远小于电路的负载。,1.通常

11、使用磁电式电流表。,（一）直流电流的测量,表头的内阻,分流电阻,流过表头的电流,28,第三节、电流、电压和电功率的测量,由上式，可得分流电阻：,所以，需扩大的量程愈大，则分流电阻应愈小。,3. 应注意正负端的连接：“+”号端为电流流入端，“-”号为流出端。,式中：R0：表头内阻。 RA：分流器的电阻。,流过表头的电流：,29,第三节、电流、电压和电功率的测量,多量程共同端标“-”号，其他接线端都属于“+”号端。,30,第三节、电流、电压和电功率的测量,2.若需扩大量程时，不并联分流器，而将固定线圈绕组分成几段，用绕组的串、并联来实现。,1.通常使用电磁式电流表，精密测量时使用电动式仪表。,（二

12、）交流电流的测量,3.当被测电流很大时，利用变压器的电流变换作用来扩大电流表的量程。,31,第三节、电流、电压和电功率的测量,二、电压的测量,3. 若要扩大电压表的量程，可在测量机构上串联一个倍压电阻 RV 。,2.表应并联在被测电路两端，表的内阻要很高。,1.通常用磁电式电压表。,（一）直流电压的测量,32,第三节、电流、电压和电功率的测量,由上式可得串联电阻：,可知：需扩大的量程愈大，则串联电阻应愈大。,式中：R0：测量机构的电阻。 RV：倍压器的电阻。,33,第三节、电流、电压和电功率的测量,（二）交流电压的测量,1.通常使用电磁式仪表,2.测量600V以上高压时，应先降压后再测量。这种

13、仪用变压器称为电压互感器。,34,第三节、电流、电压和电功率的测量,三、功率的测量,（一）直流功率的测量,1.两种测量方法：可用电流表和电压表间接测量求得，也可用功率表直接测得。,2.仪表结构：功率表通常用电动式仪表制成，需有两个线圈：固定线圈为电流线圈；可动线圈为电压线圈。,3.接线方法：电流线圈与负载串联，电压线圈与负载并联。还要注意：两个线圈的始端标记“”或“*”应接于电源的同一端。,35,第三节、电流、电压和电功率的测量,（二)单相交流功率的测量,功率表的接线图,1.当负载电流为05A时，两个电流线圈应串联。,2.当负载电流为510A之间时，两个电流线圈应并联。,3.根据被测电压和电流

14、大小分别取用适当的接端，并把有“”符号的接线端接于电源同一侧。,电流线圈,电压线圈,附加电阻,36,第三节、电流、电压和电功率的测量,多量程单相功率表,37,第三节、电流、电压和电功率的测量,（三）三相功率的测量,对称三相交流电路的总功率：可用“一表法”，即用1个表测出其中1路，再乘以3。,三相三线电路总功率：不论负载联成星形或三角形，也不论负载是否对称，均可采用“二表法”。,不对称三相三线电路的总功率：可用“三表法”，即用3个表分别测出各相的功率，再相加。,38,第三节、电流、电压和电功率的测量,用两表法测量三相功率,1.二表法工作原理,三相瞬时功率：,所以， p = u1 i1 + u2

15、i2 + u3(i1 i2) = (u1 u3 ) i2 + ( u2 u3 ) i2 = u13 i1 + u23 i2 = p1+ p2,p = p1+ p2+ p3 = u1 i1 + u2 i2 + u3 i3,因为，i1+ i2+ i3= 0,可见：三相功率可用两个功率表来测量,39,第三节、电流、电压和电功率的测量,2.接线方法,电流线圈串联在任意两根相线上。标有“*”号的一端接在靠电源一方。,电压线圈标有“*”的一端与各自电流线圈标有“*”的接线端连接。未标“*”的一端接在未串联电流线圈的一根相线上 。,两表读数分别为：,p1= U13I1cos,p2= U23I2cos,三相总

16、有功功率等于两表读数之和。,p = p1+ p2,3.三相功率表：实质上就是装在公共轴上的3只或2只单相功率表。,第四节万用表,一、指针式万用表,二、数字式万用表,41,第四节、万用表,用途: 测量电流、电压和电阻等,万用表是电工测量中最常用的多功能仪表。,特点:使用方便，便于携带，功能全。,万用表简化原理图,42,第四节、万用表,MF-30型万用表的面板图,零欧姆调节,机械零位调整,转换开关,一、指针式万用表（以 MF-30型为例）,43,第四节、万用表,（一）直流电流的测量,1.量程：共5档，转换开关S，拨至需要的量程。,2.接线方法：同直流电流表，串联在电路中，让电流从“+”端流进，“-

17、”端流出。,3.读数：按表面板上第2条标有“mA”的刻度尺读数。,注意：实测中，如不知被测电流大小，应先从最大档量程试测，然后再选用适当量程，以防指针被打环。,44,第四节、万用表,（二）直流电压的测量,1.量程：5档，转换开关S，拨至需要的量程。,2.接线方法：与被测电路并联，“+”、“-”号不可接反。,3.读数：按表面板上第2条标有“V”的刻度尺读数（该刻度尺与电流共用）。,4.灵敏度：电表总内阻与电压量程之比。测电压时，表的内阻越高，从被测电路取用的电流越小，被测电路受到的影响也就越小，灵敏度就越高。,45,第四节、万用表,（三）交流电压的测量,1.结构变化： 磁电式仪表只能测量直流，如

18、要测交流，需加整流元件，如图D1和D2 ，即把交流电变成直流电后再进行测量。,3.适用范围：普通万用表只适合测量频率为451000Hz的正弦交流电。不能测量非正弦周期电量。,2.读数：面板第二条刻度尺有“”符号，表示为直、交流共用。另外还有第三条标“10V”的，专供10V交流档读数用。,46,第四节、万用表,（四）电阻的测量,1.确定测量位置：将转换开关拨向的位置。,2. 先进行欧姆调零：测量前，应先将“+”、“-”两棒短接，看指针是否指在零，否则应调节调零电位器进行校正，然后再去测量待测电阻。每换一档量程，都要重新调零。,5. 严禁带电测量电阻。用毕应将转换开关转到高电压档。,4.读数：电阻

19、刻度方向与电流电压相反，刻在面板最上端，标有 “”。,3.尽量使用刻度尺的中间段，以提高准确度。,47,第四节、万用表,二、数字式万用表（以DT830型为例）,48,第四节、万用表,（一） 测量范围,（1）直流电压（DCV）分为五档:,（2）交流电压（ACV）分为五档: 200mV,2V,20V,200V,1000V。,（3）直流电流（DCA）分为五档: 200A,2 mA,20mA,200mA,10A。,（4）交流电流（ACA）分为五档: 200A,2 mA,20mA,200mA,10A。,（5）电阻分为六档: 200,2k ,20k ,200k, 2000k ,20M ,优点：免除机械运动

20、和磨擦；灵敏度、准确度高。,还可测二极管、三极管有关参数及线路通断。,200mV,2V,20V,200V,1000V。,49,第四节、万用表,DT-830型万用表的面板图,（二）面板说明,50,第四节、万用表,2.电源开关：使用时将开关置于“ON”位置；使用完毕置于“OFF”位置。,3.量程选择开关：用以选择功能和量程。根据被测的电量(电压、电流、电阻等)选择相应的功能位；按被测量程的大小选择合适的量程。,1. 液晶显示器：显示四位数字，首位只能显示1或不显示数字，算半位，故称三位半（ ）。最大指示为 1999或-1999。当被测量超过最大指示值时，显示“1” 或“-1”。,蜂鸣器档可检查线路

21、通断，若被测线路电阻小于20 时，蜂鸣器发出响声，表示线路是通的。,51,第四节、万用表,4.输入插口：将黑色表棒插入“COM”公共插口，红色表棒根据被测量的不同插入其它3个插口。,5.晶体管插口：插入晶体管，可测量它的电流放大倍数。,“V”插口用于测量电压或电阻。,“mA”插口用于测量200 A至200mA电流。 “10A”插口专门用于测量10A档的电流。,第五节兆欧表,一、兆欧表的结构和工作原理,二、兆欧表的使用方法,53,第五节、兆欧表,一、兆欧表的结构和工作原理,用途：测量高电阻，符号是“M”，主要用于检查电机、电器及线路的绝缘情况。,（一） 结构,兆欧表构造示意图,1.磁电式流比计：

22、两个相互垂直的线圈固定在轴上。,2.手摇高压直流发电机,线圈,永久磁铁,手摇直流发电机,待测电阻,54,第五节、兆欧表,（二）工作原理,1.线圈A与表内的电阻R串联，线圈B与所测的电阻Rx串联，一起接到发电机上。,2.摇动发电机，两个线圈同时有电流通过，产生了相反的转矩，指针转动，到两个力矩平衡时指针停止。,3.指针偏转角度大小决定于两个电流的比值，因附加电阻不变，所以这个比值决定了待测电阻的大小。,55,第五节、兆欧表,二、兆欧表的使用方法,（一）兆欧表的选择,根据被测设备的额定电压选择，一般略高一些即可，太高有击穿绝缘设备的危险。,（二）测量前的准备,1.断开被测设备的电源。,2.电容设备

23、进行短路放电。,3.对表进行一次开路试验和短路试验。,56,第五节、兆欧表,（三）接线,1. “地”(E)端钮：与被测设备外壳或接地端相联。,2. “线”(L)端钮：与被设备的导线相联。,3.“屏”(G)端钮：与“线”端钮外面的一个铜环连接。在测量电缆或绝缘导体对地绝缘电阻时，与被测设备中间绝缘层相联。,57,第五节、兆欧表,（四）测量,1.摇动发电机手柄应由慢逐渐加快。待发电机调速器发生滑动时，应保持转速稳定不变。,2.如表针摆到0，说明设备短路，应立即停止。,3.发电机电压很高，未放电，不得用手触摸。,小结,第十二章电工测量,59,一、知识结构图,电工测量,一般知识,常用仪表结构和工作原理

24、,电流、电压电功率的测量,万用表,分类和符号,测量误差,量程的选择,基本结构,驱动装置,反作用装置,阻尼装置,工作原理,磁电式仪表,电磁式仪表,电动式仪表,电流的测量,直流电流的测量,交流电流的测量,电压的测量,直流电压的测量,交流电压的测量,电功率的测量,直流功率的测量,单相交流功率的测量,三相交流功率的测量,指针式万用表：4种测量方法,数字式万用表：使用方法,兆欧表,60,1.符号：见P260图表。,(一)指示仪表的分类和符号,2.准确度：是指最大绝对误差与满标值之比。,分为7个等级，级数越小准确度越高。,（二）指示仪表的基本结构和工作原理,通常取满标值为被测值1.5至2倍为宜。,1.结构：主要是驱动装置、反作用装置和阻尼装置。,二、需掌握的知识要点,61,（1）磁电式仪表：由固定的永久磁铁和可动线圈构成，利用永久磁铁对载流线圈的作用产生驱动力矩。,（3）电动式仪表：由固定线圈和可动线圈构成，利用两个线圈的互相作用产生驱动力矩。,（2）电磁式仪表：由固定线圈和可动铁片构成，利用通电线圈对铁片的作用产生驱动力矩。,3.反作用力矩的产生：,一般由螺旋弹簧（游丝）产生。,2.三种仪表的具体结构和驱动力矩产生,62,（三）电流、电压和电功率的测量,2.直流电流、电压的测量,1.线路连接：,测量电流串联在电路中。,测量电压并联在电路中。