电工测量课件

1、 电工测量电工测量 电工测量电工测量 1.1 电工仪表的分类电工仪表的分类 1.2 常用电工仪表的工作原理常用电工仪表的工作原理 1.3 电工测量技术电工测量技术 1.4 万用表万用表 1.5 电桥电桥 1.6 兆欧表兆欧表 思考题与习题思考题与习题 电工测量电工测量 1、仪表分类及工作原理 (1)电工仪表是实现电工测量过程所需技术工具的总称。 1）按测量方法可分为比较式和直读式两类： 2）按显示方法可分为指针式和数字式： (2)基本工作原理 2、仪表误差和准确度 (1) 误差的基本概念 真值：在一定条件下，被测量客观存在的确定值，称为真值。 误差：是测量值与真值相差的程度。 误差的产生原因：

2、 仪器本身、环境的变更、实验方法所限、操作人员的素质。 1.1 电工仪表的分类电工仪表的分类 电工测量电工测量 根据国家标准GB77676， 电工测量仪表可以分为0.1、 0.2、 0.5、 1.0、 1.5、 2.5和5.0七个精度等级， 这些数 字是指仪表的最大引用误差值， 如表1-1所示。 其中， 0.1、 0.2级和0.5级的较高准确度仪表常用来进行精密 测量或作为校正表； 1.5级的仪表一般用于实验室； 2.5和5.0级的仪表一般用于工程测量。 1.1.1 按准确度分类 电工测量电工测量 表1-1 电工仪表的准确度和最大引用误差 准确度等级 最大引用误差最大引用误差 符 号 0.1

3、0.1 0.1 0.2 0.2 0.2 0.5 0.5 0.5 1.0 1.0 1.0 1.5 1.5 l.5 2.5 2.5 2.5 5.0 5.0 5.0 %100 m m A k 最大绝对误差m与仪表的满量程Am之比 电工测量电工测量 误差有两种： 1.基本误差， 它是由仪表本身的因素引起的， 比如由 弹簧永久变形或刻度不准确等造成的固有误差； 2. 附加误差， 它是由外加因素引起的， 如测量方法不 正确， 读数不准确， 电磁干扰等。 仪表的附加误差是 可以减小的， 使用者应尽量让仪表在正常情况下进行 测量， 这样可以近似认为只存在基本误差。 不管仪表的质量如何， 仪表的指示值与实际值之

4、间总 有一定的差值， 称为误差 电工测量电工测量 误差的表示方法误差的表示方法 1) 1) 绝对误差绝对误差 某被测量的指示值Ax与其真值A0之间的差值，称为绝对误 差 AxA0 2) 2) 相对误差相对误差 绝对误差与被测量的实际值A0比值的百分数，用表 示： %100 0 A 电工测量电工测量 3）引用误差引用误差:指仪表在正常工作条件下测量时可能产生 的绝对误差与仪表的满量程Am之比， 习惯上用百分数表示 %100 m m A 由此可以求得仪表的最大绝对误差m 4)仪表的准确度 k% 仪表的准确度是根据仪表的最大引用误差来分级的 最大绝对误差m与仪表的满量程Am之比 电工测量电工测量 例

5、：一准确度为1.0, 量程为10 A的仪表， 可能产生的最大 绝对误差为 m = k% Am=1.0%10=0.1 A 最大绝对误差最大绝对误差m准确度准确度 正常工作条件下， 仪表的最大绝对误差是不变的。 要衡量 测量值的准确度， 必须使用相对误差 电工测量电工测量 相对误差是指绝对误差与被测量实际值A0比值的百分 数， 即 %100 0 A 要衡量测量值的准确度， 必须使用相对误差。 电工测量电工测量 例：一准确度为1.0, 量程为10 A的仪表， 可能产生的最大 绝对误差为 m = k% Am=1.0%10=0.1 A 用上述电流表分别来测量用上述电流表分别来测量8A和和2A的电流，的电

6、流， 则相对误差分别是多少？则相对误差分别是多少？ 相对误差越小， 测量的准确度越高 电工测量电工测量 为为1.25%和和5%。 因此，因此， 在选用仪表的量程时，在选用仪表的量程时， 应该使被测量的应该使被测量的 值尽量接近满标值。值尽量接近满标值。 通常当被测量的值接近满刻度的通常当被测量的值接近满刻度的2/3时，时， 测量结测量结 果较为准确。果较为准确。 相对误差越小， 测量的准确度越高 电工测量电工测量 例 某待测电压为8 V， 现用0.5级量程为030 V和1.0级量程为 010 V的两个电压表来测量， 问用哪个电压表测量更准确？ 准确度准确度最大绝对误差相对误差相对误差 电工测量

7、电工测量 解 用0.5级量程为030 V的电压表来测量， 可能产生的最大绝对误差为 m1 = k% Am=0.5%30=0.15 V 最大可能出现的相对误差为 %88. 1%100 8 1 15. 0%100 01 1 1 A m 电工测量电工测量 用1.0级量程为010 V的电压表来测量， 可能产生的 最大绝对误差为 m2= k% Am =1.0%10=0.1 V 最大可能出现的相对误差为 %25. 1%100 8 1 1 . 0%100 02 2 2 A m 电工测量电工测量 相对误差越小，相对误差越小， 测量越准确，测量越准确， 用用1.0级量程为级量程为010 V的的 电压表来测量更为

8、准确。电压表来测量更为准确。 例题说明，例题说明， 为了获得较为准确的测量结果，为了获得较为准确的测量结果， 除了选用准除了选用准 确度等级较高的仪表外，确度等级较高的仪表外， 还要注意选择合适的量程。还要注意选择合适的量程。 电工测量电工测量 按照被测量的种类可以将电工仪表分为电流表、 电压表、 欧姆表、 功率表、 频率表、 电度表、 功率因数表等， 如表所示。 1.1.2 按被测量的种类分类 电工测量电工测量 表1-2 电工仪表按被测量的种类分类 电工测量电工测量 1.1.3 按被测电流种类分类 按被测电流种类可以将电工仪表分为直流仪表、 交流仪表和交直流仪表三种， 如表所示。 表1-3

9、电工仪表按被测电流种类分类 被测电流 仪表名称 符 号 直流 直流表_ 交流 交流表 交流、直流交、直流两用表 电工测量电工测量 1.1.4 按工作原理分类 电工仪表按工作原理不同可分为磁电式仪表、 电磁 式仪表、 电动式仪表、 整流式仪表等 电工测量电工测量 表1-4 电工仪表按工作原理分类 电工测量电工测量 在仪表的表面上通常都标有仪表类型、 准确度等 级、 所通电流种类、 仪表的绝缘耐压强度和放置位置 等， 如表1-5所示。 表1-5 某一电工仪表上的符号 电工测量电工测量 电工测量电工测量 电工测量电工测量 1电工指示按仪表测量机构的结构和工作原理分，有（ ）等。 A、直流仪表和电压表

10、 B、电流表和交流仪表 C、磁电系仪表和电动系仪表 D、安装式仪表和可携带式仪表 2电工指示仪表的准确等级通常分为七级，它们分别为0.1级、0.2级、0.5级、 ( )等。 A、0.6级 B、0.8级 C、0.9级 D、1.0级 3为了提高被测值的精度，在选用仪表时，要尽可能使被测量值在仪表满 度值的（ ） 。 A、1/2 B、1/3 C、2/3 D、1/4 4电工指示仪表在使用时，通常根据仪表的准确度等级来决定用途，如0.1级 和0.2级仪表常用于()。 A、标准表 B、实验室 C、工程测量 D、工业测量 C D C A 电工测量电工测量 1严重歪曲测量结果的误差叫（ ） 。 A绝对误差 B

11、系统误差 C偶然误差 D疏失误差 2.采用增加重复测量次数的方法可以消除（ ）对测量结果的影响。 A系统误差 B偶然误差 C疏失误差 D基本误差 3疏失误差可以通过（ ）的方法来消除。 （A）校正测量仪表 （B）正负消去法 （C）加强责任心，抛弃测量结果 （D）采用合理的测试方法 4采用合理的测量方法可以消除（ ）误差。 （A）系统 （B） 读数 （C）引用（D）疏失 D B C D 电工测量电工测量 1.2.1 磁电式仪表 磁电式仪表是指利用仪表可动线圈中的被测电流 产生的磁场和固定的永久磁铁产生的恒定磁场之间的 相互作用来工作的仪表。 1.2 常用电工仪表的工作原理常用电工仪表的工作原理

12、电工测量电工测量 磁电式仪表的结构如图所示。 它的固定部分主要 是磁路， 包括永久磁铁、 极掌（永久磁铁靠近圆柱形 铁心的端面）和圆柱形铁心， 极掌与铁心间有均匀分 布的气隙； 它的可动部分套在圆柱形铁心的外面， 由 转轴、 指针、 线圈、 旋转弹簧（游丝）及铝框等组成。 线圈绕在铝框的外边， 工作时可动线圈中通以被测电 流。 转轴分为前后两部分， 每半部分均与铝框相连， 前面的转轴上安装旋转弹簧， 旋转弹簧一端固定， 一 端与线圈的出线端相连， 用以将被测电流引入线圈中， 同时旋转弹簧用来产生反作用力矩。 电工测量电工测量 电工测量电工测量 用磁电式仪表进行测量时， 可动线圈中通入被测 电流

13、， 由于永久磁铁产生恒定磁场， 通电线圈在恒定 磁场中受到电磁力的作用， 根据左手定则， 可以判断 线圈的两个有效边受到的力大小相等， 方向相反（上 下两个方向）， 对线圈所连接的转轴形成力矩的作用， 其大小为 T=Fb=B(NI)lb=NBIS 电工测量电工测量 式中, B为磁感应强度； l为线圈的有效长度； b为 线圈的宽度； S为线圈的面积； N为线圈的匝数。 上面的这个电磁转矩使得转轴带动指针偏转， 同 时旋转弹簧随转轴旋转， 产生反作用力矩。 显然旋转 弹簧的反作用力矩与指针的偏转角成正比， 即 Tf=Kf 电工测量电工测量 当反转矩与转动转矩平衡时， 指针停止偏转， 即 T=Tf

14、这时， 偏转角 KI K NBIS f 电工测量电工测量 上式说明， 指针偏转角与仪表所通电流成正比， 所以磁电式仪表的刻度是线性的。 磁电式仪表的阻尼 装置是由铝框兼顾的。 当铝框上的线圈受到电磁力的 作用转动时， 铝框一起转动， 将切割永久磁场的磁力 线， 在框内感应出电流， 该电流又与恒定磁场作用， 使得铝框受到与其运动方向相反的力的作用， 产生制 动力矩。 仪表的可动部分将受到阻尼力矩的作用， 可 以消除振荡， 使指针迅速停止在平衡位置。 电工测量电工测量 磁电式仪表能不能测交流电磁电式仪表能不能测交流电? 电工测量电工测量 从前面的分析可知， 磁电式仪表只能通入直流电， 若通入交流电

15、， 由于可动部分的转动惯量大， 电流频 率变化较快， 因而来不及随转矩的变化而转动， 偏转 角只能由平均转矩来决定。 因为转矩由电流产生， 正 弦交流电的平均值为零， 平均转矩也为零， 指针摇摆 后最终回到零， 所以磁电式仪表不能测交流电。磁电式仪表不能测交流电。 电工测量电工测量 若在测量电路中增加一个整流环节， 即将交流电 整流后再加给线圈， 则电流的平均值不再为零。 将此 平均值与交流电的有效值的比例关系考虑到刻度中去， 就可以用来测量交流电的有效值。 一般这类仪表都是 针对正弦交流电来设计的， 所以可以直接用来测量正 弦交流电的有效值。 对于非正弦交流电， 由于刻度并 不是按照其有效值

16、进行标注的， 故不能测量其有效值。 电工测量电工测量 磁电式仪表的优点磁电式仪表的优点是刻度均匀， 仪表内部耗能小， 灵敏度和准确度较高。 另外， 由于仪表本身的磁场较 强， 所以抗外界磁场干扰能力较强。 这种仪表的缺点 是结构复杂， 价格较高， 过载能力小， 且只能用来测 量直流。 由于磁电式仪表准确度较高， 所以经常用作 实验室仪表和高精度的直流标准表， 通常用来测直流 电流、 直流电压， 也用作万用表的表头。 电工测量电工测量 1.2.3 电磁式仪表 电磁式仪表的测量机构分为吸引型、 排斥型两大 类， 常用排斥型仪表的结构如图所示， 下面以排斥型 电磁式仪表为例讲述其工作原理。 电磁式仪

17、表主要由固定的圆形线圈、固定的圆形线圈、 线圈内部的线圈内部的 固定铁片、固定铁片、 固定在转轴上的可动铁片以及阻尼片等构固定在转轴上的可动铁片以及阻尼片等构 成。成。 当线圈中通以被测电流时， 在线圈周围产生磁场， 定铁片和动铁片同时被磁化， 这称为同一磁性， 即同 一端的极性相同。 由于同性相斥， 可动铁片带动指针 偏转， 当转动力矩与游丝产生的反作用力矩平衡时， 指针就稳定在某一位置上， 指示被测值。 电工测量电工测量 排斥型电磁式仪表的结构 圆形线圈 固定铁片 可动铁片 阻尼片 屏蔽层 阻尼片 固定铁片 可动铁片 圆形线圈 屏蔽层 游丝 电工测量电工测量 可以近似认为作用在仪表可动部分

18、的转动力矩与被 测电流的平方成正比。 若通入直流电， 则仪表的转动 力矩为 T=K1 I2 与磁电式仪表相同， 旋转弹簧产生的反作用力矩也与指 针的偏转角成正比， 即 Tf=Kf 当转动力矩与反力矩平衡时， 指针停止偏转， 即 22 1 KII K K f 电工测量电工测量 电磁式仪表能不能测交流电电磁式仪表能不能测交流电? 电工测量电工测量 若通交流电， 仪表内仍然可以产生相互排斥的作 用力， 因为当电流方向改变时， 可动铁片和固定铁片 的磁化方向也随之改变， 由它们产生的转动力矩的瞬 时值仍然与电流瞬时值的平方成正比， 又因为转动力转动力 矩与电流的平方成正比，矩与电流的平方成正比， 所以

19、电流方向改变时，所以电流方向改变时， 转动转动 力矩的方向不变。力矩的方向不变。 习惯上用平均力矩来衡量仪表的偏 转， 则平均力矩为 2 1 2 1 0 1 IKdtiK T T T 式中, I为交流电的有效值， K1与K1 均为常数。 电工测量电工测量 可以推导得出， 仪表的偏转角仍然与电流的平方 成正比， 只是该电流指的是交流电的有效值。 电磁式 仪表测交流量时， 仪表的指示值为交流量的有效值。 由于转动力矩与电流的平方成正比，由于转动力矩与电流的平方成正比， 所以电磁式所以电磁式 仪表的刻度不均匀仪表的刻度不均匀。 电磁式仪表的阻尼装置采用的是 空气阻尼器。 阻尼片固定在转轴上， 并且放

20、在一个密 闭的小室中， 当仪表的转轴转动时， 阻尼片随之移动， 使阻尼片两侧的空气压力不同而产生一个阻碍可动部 分转动的力矩， 该力矩就是阻尼力矩， 其作用与磁电 式仪表的阻尼力矩相同， 使得指针迅速稳定。 电工测量电工测量 电磁式仪表的优点是结构简单， 价格便宜， 过载 能力较大， 能用来测量直流、 正弦和非正弦交流电量， 不需辅助设备， 可直接测量大电流； 缺点是刻度不均 匀， 准确度和灵敏度不高， 耗能较大， 由于其本身磁 场是由被测电流产生的， 所以防电磁干扰能力较差。 一般用电磁式仪表来测量交流电压和电流。 电工测量电工测量 1.2.4 电动式仪表电动式仪表 电动式仪表是指可动线圈中

21、的电流与固定线圈中的电流 相互作用而工作的仪表， 其结构如图所示。 固定线圈 可动线圈 固定线圈 可动线圈 旋转弹簧 电工测量电工测量 固定线圈 可动线圈 固定线圈 可动线圈 旋转弹簧 电动式仪表主要由固定线圈和可动线圈组成。 固定线圈分两部 分绕在框架上，以产生均匀磁场； 可动线圈固定在转轴上， 轴 上还固定有指针、 旋转弹簧、 空气阻尼片等。 和磁电式仪表相 同， 可动线圈的电流也是从旋转弹簧引入的。 电工测量电工测量 当固定线圈中通以电流I1时， 根据电磁感应原理， 将在线圈周围产生磁场， 其磁感应强度B与电流I1成正 比。 若可动线圈也通入电流I2， 则可动线圈在磁场B中 将受到电磁力

22、的作用， 根据左手定则可判断出， 可动 线圈的左右两侧有效边受到的电磁力的方向刚好相反， 大小与磁感应强度B和电流I2的乘积成正比。 该力矩可 以表示为 T=K1I1I2 电工测量电工测量 此力矩将带动转轴和指针一起偏转。 同时旋转弹 簧将产生反作用力矩， 与指针的偏转角成正比， 即 Tf=Kf 当反力矩与转动力矩相等时， 指针稳定下来， 偏 转角为 2121 1 IKIII K K f 电动式电动式仪表能不能测交流电仪表能不能测交流电? 电工测量电工测量 上式说明， 当测直流电时， 偏转角与两个线圈所通电流的 乘积成正比， 依此可以刻出表盘， 但表盘刻度不均匀。 指针的偏转方向取决于两个电流

23、的方向， 改变其中任何一 个线圈的电流方向即可改变指针的偏转方向。 若固定线圈和可动 线圈的电流同时改变， 则指针的偏转方向不变。 因此， 电动式 仪表既可以测量直流量， 也可以用来测量交流量。 2121 1 IKIII K K f 电工测量电工测量 对电动式仪表通入正弦交流电i1和i2， 与电磁式仪 表相似， 其转动力矩的瞬时值与两电流的瞬时值乘积 成正比， 同样， 习惯上用平均值衡量被测量， 则平均 力矩为 cos 1 211211 0 IIKdti iK T T T 式中, I1和I2为交流电的有效值； cos为交流电i1 和i2相位差的余弦。 电工测量电工测量 当用电动式仪表测交流电时

24、， 其偏转角为 coscos 2121 1 IKIII K K f 从上式可以看出， 测交流电时， 偏转角不仅与交流 电的有效值有关， 还与两电流的相位差的余弦成正比。两电流的相位差的余弦成正比。 因此，因此， 可以用电动式仪表来测量交流电功率可以用电动式仪表来测量交流电功率。 电工测量电工测量 电动式仪表的优点是既可以测量交流、 直流量， 还可以测量非正弦交流量的有效值， 由于没有铁心的由于没有铁心的 磁滞和涡流影响，磁滞和涡流影响， 所以准确度比电磁式仪表要高所以准确度比电磁式仪表要高； 缺 点是刻度不均匀， 过载能力差， 仪表内部耗能大， 由 于可动线圈的电流从旋转弹簧引入， 所以抗电磁

25、干扰 能力较差。 电动式仪表一般适用于制作交、 直流两用 仪表和交流校准表， 或用来制作功率表。 电工测量电工测量 1.3 电工测量技术电工测量技术 电工测量是指在直流或低频时用电工仪表或数字 仪表对电学量电学量（电压、 电流、 电功率、 电阻、 电容 等）、 磁学量磁学量（磁场强度、 磁通、 磁动势等）以及有 些非电量进行测量， 其中， 各种电学量的测量是电工 测量的主要任务。 下面介绍一些常用电量的测量技术。 电工测量电工测量 进行电流测量时，进行电流测量时， 通常选用电流表。通常选用电流表。 测量某一支路的电流时，测量某一支路的电流时， 只只 有被测电流流过电流表，有被测电流流过电流表，

26、 电流表才能指示其结果，电流表才能指示其结果， 因此电流表应因此电流表应 串联在被测量电路中，串联在被测量电路中， 考虑到电流表有一定的电阻，考虑到电流表有一定的电阻， 串入之后不串入之后不 应该影响电路的测量结果，应该影响电路的测量结果， 所以电流表的内阻必须远小于电路的负所以电流表的内阻必须远小于电路的负 载电阻。载电阻。 A R0 I RL 1.3.1 电流的测量 电工测量电工测量 具有分流器的电流表测量电路具有分流器的电流表测量电路 A R0 I RL I0 RA 测量直流电流一般用磁电式电流表。测量直流电流一般用磁电式电流表。 磁电式电流表的测量机磁电式电流表的测量机 构只能通过几十

27、微安到几十毫安的电流，构只能通过几十微安到几十毫安的电流， 要测量较大的电流时，要测量较大的电流时， 应该在测量机构上并联一个低值电阻以进行分流，应该在测量机构上并联一个低值电阻以进行分流， 如图所示。如图所示。 这这 样仪表所测的电流是被测电流的一部分，样仪表所测的电流是被测电流的一部分， 但它们之间有如下关系：但它们之间有如下关系： 电工测量电工测量 例 一磁电式电流表， 其满量程为10 mA， 内 阻10 。 现要将其量程改为1 A， 问应并联多大的 分流电阻？ 解 应并联的电阻为多少？ 1 . 0 1 1010 1 10 1 0 3 0 I I R RA 电工测量电工测量 测量交流电流

28、一般用电磁式电流表，测量交流电流一般用电磁式电流表， 进行精密测量时用进行精密测量时用 电动式电流表。电动式电流表。 由于所测的是交流电流， 所以其测量机构既有电阻又有 电感， 要想扩大量程就不能单纯地并联分流电阻， 而应 将固定线圈绕组分成几段， 采用线圈串联、 并联及混联 的方法来实现多个量程。 当被测电流很大时， 可利用电 流互感器来扩大量程。 电工测量电工测量 测量某一段电路的电压时， 应将电压表并联在被测电压 的两端， 电压表的端电压才等于被测电压，电压表并入 电路必然会分掉原来支路的电流， 影响电路的测量结 果， 为了尽量减小测量误差， 不影响电路的正常工作状 态， 电压表的内阻应

29、远大于被测支路的电阻。 但电压表 的测量机构本身电阻不大， 所以在电压表的测量机构中 都串联一个阻值很大的电阻。 测量直流电压时还要注意仪表 的极性。 1.3.2 电压的测量 电工测量电工测量 直流电压的测量一般使用磁电式电压表。直流电压的测量一般使用磁电式电压表。 要扩大仪表的量要扩大仪表的量 程，程， 应该在测量机构中串联分压电阻，应该在测量机构中串联分压电阻， 此分压电阻称为倍压器，此分压电阻称为倍压器， 此时，此时， 测量机构上所测电压为被测电压的一部分，测量机构上所测电压为被测电压的一部分， 即即 V RR R UU 0 0 0 由上式可得分压电阻 ) 1( 0 0 U U RR V

30、 电工测量电工测量 电压表要扩大的量程越大，电压表要扩大的量程越大， 所串联的倍压器的阻值应越所串联的倍压器的阻值应越 大。大。 多量程的电压表内部具有多个分压电阻，多量程的电压表内部具有多个分压电阻， 不同的量不同的量 程串接不同的分压电阻程串接不同的分压电阻。 电工测量电工测量 例例 一磁电式电压表，一磁电式电压表， 量程为量程为50 V， 内阻内阻2000 。 现想将其量程改为现想将其量程改为200 V， 问应串联多大的电阻？问应串联多大的电阻？ 6000)1 50 200 (2000)1( 0 0 U U RRV 解 应串联的电阻为 电工测量电工测量 测量交流电压时，测量交流电压时，

31、一般采用电磁式电压表，一般采用电磁式电压表， 精密精密 测量则采用电动式电压表测量则采用电动式电压表。 要想扩大交流电压表的量 程， 可以采用线圈串、 并联的方法来实现， 也可以在 电磁式电压表内部串联倍压器来实现。 电工测量电工测量 1.若被测电流超过测量机构的允许值，就需要在表头（ ）一个称为分流 器 的低值电阻。 A、正接 B、反接 C、串联 D、并联 2.便携式交流电压表，通常采用( )测量机构。 A、磁电系 B、电磁系 C、静电系 D、电动系 3.多量程的电压表是在表内备有可供选择的( )阻值倍压器的电压表。 A、一种 B、两种 C、三种 D、多种 4.测量电压时，电压表应与被测电路

32、( )。 A、并联 B、串联 C、正接 D、反接 D D D A 电工测量电工测量 电动式仪表的偏转角不仅与两线圈电流的有效值有关， 而且与它们的相位差的余弦有关， 所以通常用电动式仪 表来测量电功率。 测量功率时， 电动式仪表可动线圈的电流从旋转弹簧流 入， 因为线圈的导线较细， 所通过的电流较小， 所以用 可动线圈作为电压线圈(即可动线圈)串联倍压器后， 与 测量电路并联以测量负载电压。 1.3.3 电功率的测量 电工测量电工测量 电工测量电工测量 电工测量电工测量 固定线圈的电流可直接流入线圈， 因为线圈的导线较粗， 可以 通过较大电流， 所以可作为电流线圈(即固定线圈)与被测电路串 联

33、以测量电流， 功率表的结构如图所示。 电工测量电工测量 直流电功率可以用电压表和电流表间接测量求得，直流电功率可以用电压表和电流表间接测量求得， 也可以用功率表也可以用功率表 来直接测量。来直接测量。 直接测量时的接线如图所示。直接测量时的接线如图所示。 注意注意： 电压线圈与电流线圈的进线端一般标记为电压线圈与电流线圈的进线端一般标记为“*”， 应把两个进线端应把两个进线端 接到电源的同一端，接到电源的同一端， 使得两个线圈的电流参考方向相同。使得两个线圈的电流参考方向相同。 1. 直流电功率的测量 电工测量电工测量 在测量直流功率时，电动式仪表的偏转角=KI1I2， 可动线圈作为电压线圈，

34、 电压与电流同相， 有 IUK R U KI P 2 1 由上式可知， 电动式功率表的偏转角与功率UI成正比。 也就是说， 只要测出了指针的偏转格数， 就可以算出 被测量的电功率, 即 式中式中C为功率表每格所代表的功率，为功率表每格所代表的功率， 用量程除以满标值求得。用量程除以满标值求得。 电工测量电工测量 例 功率表的满标值为1000， 现选用电压为100 V， 电流为5 A的量程， 若读数为600， 求被测功率为多少？ 格/5 . 0 1000 1005 W UI C m mm 解若选用题目中的量程， 则功率表每格所代表的功率为 被测功率为 ：P=C=0.5600=300 W 从上例可

35、以看出，从上例可以看出， 功率表的量程选择实际上是通过选择电压和电功率表的量程选择实际上是通过选择电压和电 流量程来实现的。流量程来实现的。 电工测量电工测量 在测量交流电时， 电动式仪表的偏转角不仅与电压电流有效值的乘积有 关， 而且与它们的相位差的余弦有关。 电动式功率表的电压线圈上的电 压与其所通过的电流有一定的相差， 但电动式仪表的电压线圈串有很大 的分压电阻， 其感抗与电阻相比可忽略， 认为电压线圈上的电压与其电 流基本同相， 则有： coscoscos 2 121 IUK R U KIIKI p 2. 单相交流电功率的测量 电工测量电工测量 则单相交流电的功率 C K UIP p

36、cos 由功率表测得的单相交流电的功率是平均功率， 它与 功率表的偏转角成正比。 同理， 只要测出了仪表的偏 转表格， 即可算出被测功率。 实验室用的单相功率表一般都有两个相同的电流线 圈， 可以通过两个线圈的不同连接方法（串联或并联） 来获得不同的量程， 电压线圈量程的改变是通过改变倍 压器来实现的。 电工测量电工测量 电能表一般为本月读数减去上月读数之差。 三相四线制有功电能表可以直接接入，也可以经互感器 接入。 三相交流电的功率有以下三种测量方法。 （1） 一瓦计法。 对于三相对称电路， 由于各相负载所消耗的功率 相等， 所以可以采用一瓦计法测量出一相的功率， 然 后乘以3， 则为三相的

37、功率， 即 P=3P1 3. 三相交流电功率的测量 电工测量电工测量 对于三相三线制电路， 不论负载是星形还是三角形， 都可以采用两瓦计 法来测量功率， 两个功率表的读数之和即为三相总功率， 即 P=P1+P2 P1=U13I1 cos P2=U23I2 cos 为线电压为线电压u13与线电流与线电流i1的相位差；的相位差；为线电压为线电压u23与线电流与线电流i2的相位差的相位差 （2） 两瓦计法。 电工测量电工测量 采用两表法进行测量时， 两个功率表的电流线圈 串接在三相电路中任意两相以测线电流， 电压线圈分 别跨接在电流线圈所在相和公共相之间以测线电压。 注意：注意： 电压线圈和电流线圈

38、的进线端电压线圈和电流线圈的进线端“*”仍然应该接仍然应该接 在电源的同一侧，在电源的同一侧， 否则将损坏仪表否则将损坏仪表。 电工测量电工测量 三相瞬时功率为 p =p1+p2+p3=u1i1+u2i2+u3i3 =u1i1+u2i2+u3(-i1-i2)=(u1-u3)i1+(u2-u3)i2 =u13i1+u23i2=p1+p2 平均功率为 21223113 223113 0 21 00 coscos )( 1 )( 11 PPIUIU dtiuiu T dtpp T pdt T P TTT 用两瓦计法测量功率的测量原理 电工测量电工测量 三相电路采用两瓦计法测量时，三相电路采用两瓦计法

39、测量时， 两表的读数之和确实是三相总功率。两表的读数之和确实是三相总功率。 当负载的功率因数很低时，当负载的功率因数很低时， 线电压和线电流的相位差可能大于线电压和线电流的相位差可能大于90， 功率表的指针要反偏，功率表的指针要反偏， 这时必须将功率表的电流线圈反接才能测量出结这时必须将功率表的电流线圈反接才能测量出结 果。果。 电工测量电工测量 对于三相四线制电路， 通常采用三瓦计法测量功率， 三个 功率表的代数和即为三相总功率， 即 P=P1+P2+P3 （3） 三瓦计法 电工测量电工测量 1.4 万万 用用 表表 万用表是一种常用的多功能表， 主要用来测量电 压、 电流、 电阻、 晶体管

40、放大倍数等, 虽然准确度不 高， 但使用简单， 携带方便， 是维护、 检修电气设 备的常用工具。 万用表可以分为模拟式和数字式万用 表两大类。 电工测量电工测量 模拟式万用表由磁电式微安表磁电式微安表、 测量电路测量电路、 转换开关转换开关等 几大部分组成。 测量电路的作用是把被测量转换成适合磁电式仪表测量 的小直流电流； 转换开关的作用是针对不同的测量电量 实现不同测量电路的转换和量程的转换。 1.4.1 模拟式万用表 电工测量电工测量 （一）（一） MF500MF500型万用表的介绍型万用表的介绍 MF500型万用表是一种高灵敏度、多量程的便携式整流式仪表。 能分别测量交、直流电压、直流电

41、流、电阻及音频电平等，并具有较 高的电压灵敏度。它主要由表头（测量机构）、测量线路和转换开关 组成。 500 型 万 用 表 外 形 图 欧 姆 调 零 转 换 开 关 S1 机械调零 转换开 关S2 电工测量电工测量 1.1万用表表头上的刻度线： 第一条（从上到下）标有R或，指示的是电阻值，转换开关在欧姆挡时，即读此条刻 度线。 第二条标有和VA，指示的是交、直流电压和直流电流值，当转换开关在交、直流电压 或直流电流挡，即读此条刻度线。 第三条标有10V，指示的是10V的交流电压值，当转换开关在交、直流电压挡，量程在交 流10V时，即读此条刻度线 第四条标有dB，指示的是音频电平。 1 1、

42、表头：、表头：通常采用灵敏度、准确度高的磁电式直流微安表，其满刻度电流为几 微安到几百微安。 电工测量电工测量 2 2、测量电路：、测量电路：用一只表头能测量多种电量，并且有多 种量程，其关键是通过测量线路变换，把被测电量变成 磁电系表头所能接受的微小直流电流。测量交流电压线 路还有整流元件。 2.12.1、万用表万用表的量程档位的量程档位 直流电压 ：2.5V 10V 50V 250V 500V五个量程挡位。 交流电压 ：10V 50V 250V 500V四个量程挡位。另设有一个 2500的插孔， 直流电流 ：1mA 10mA 100mA 100mA四个常用档位，及50A， 扩展量程档位。

43、电阻 ：1 10 100 1K 10K五个倍率挡位。 hFE ：测量三极管直流放大倍数的专用挡位。 电工测量电工测量 3 3、转换开关 500型万用表有两个转换开关，分别标有不同的档 位和量程。用来选择各种不同的测量要求。测量时根据 需要把档位放在相应的位置就可以进行交直流电流、电 压、电阻测量了。 电工测量电工测量 （二）磁电系万用表的结构和工作原理（二）磁电系万用表的结构和工作原理 1 1内部结构内部结构 电工测量电工测量 1A R 2A R 3A R 2 2测量原理测量原理 （1）直流电流的测量。转换开关置于直流电流档，被 测电流从+、两端接入，便构成直流电流测量电路。 图中 、 、 是

44、分流器电阻，与表头构成闭合电路。 通过改变转换开关的档位来改变分流器电阻，从而达到 改变电流量程的目的。 、 （2）直流电压的测量。转换开关置于直流电压档，被测 电压接在+、两端，便构成直流电压的测量电路。图 中 、 、 是倍压器电阻，与表头构成闭合电路。通过 改变转换开关的档位来改变倍压器电阻，从而达到改变电 压量程的目的。 1V R 2V R 3V R 电工测量电工测量 （3）交流电压的测量。转换开关置于交流电压档，被测交 流电压接在+、两端，便构成交流电压测量电路。测量交 流时必须加整流器，二极管D1和D2组成半波整流电路，表 盘刻度反映的是交流电压的有效值。 、 、 是倍 压器电阻，电

45、压量程的改变与测量直流电压时相同。 1V R 2V R 3V R （4）电阻的测量。转换开关置于电阻档，被测电阻接在 +、两端，便构成电阻测量电路。电阻自身不带电源， 因此接入电池E。电阻的刻度与电流、电压的刻度方向相 反，且标度尺的分度是不均匀的。 电工测量电工测量 （三）（三） 万用表的使用万用表的使用 1 1使用前的准备工作使用前的准备工作 （1）接线柱（或插孔）选择： 测量前检查表笔插接位置，红表笔一般插在标有“+”插 孔内，黑表笔插在“*”公共插孔内。 （2）测量种类选择： 根据所测对象是交、直流电压、直流电流、电阻的种类转 换开关旋至相应位置上。 电工测量电工测量 （3）量程的选择

46、： 根据测量大致范围，将量程转换开关旋至适当量程 上，若被测电量数值大小不清，应将转换开关旋至最大 量程上，先测试，若读数太小，可逐步减小量程，绝对 不允许带电转换量程，切不可使用电流档或欧姆档测电 压，否则会损坏万用表。 （4）正确读数： 一般读数应在表针偏转满刻度的二分之一至三分之二为 宜。 （5）万用表用完后，应将转换开关置于空挡或交流档 500V 位置上。若长期不用，应将表内电池取出。 （6）万用表的机械调零是供测电压、电流调零用。旋 动万用表的机械调零螺钉，使指针对准刻度盘左端的 “0”位置。 电工测量电工测量 2 2测量交流电压测量交流电压 （1）用交流电压档。 （2）将两表笔并接

47、线路两端，不分正负极； （3）在相应量程标尺上读数； （4）当交流电压小于10V时，应从专用表度尺读数； （5）当被测电压大与500V时，红表笔应插在2500V交直 流插孔内，必须带绝缘手套。 万用表测交流电压 + - V S 电工测量电工测量 3 3测量直流电压测量直流电压 （1）用直流电压档。 （2）红表笔接接被测电压正极；黑表笔接被测电压负极， 两表笔并在被测线路两端，如果不知极性，将转换开关置 于直流电压最大处，然后将一根表笔接被测一端，另一表 笔迅速碰一下另一端，观察指针偏转，若正偏，则接法正 确；若反偏则应调换表笔接法。 （3）根据指针稳定时的位置及所选量程，正确读数。 1.5V

48、+ - 电工测量电工测量 4 4测量直流电流测量直流电流 （1）用万用表测直流时，用直流电流档。量程mA或A档，两表笔 串接于测量电路中，如图8-18所示。 （2）红表笔接电源正极，黑表笔接电源负极。如果极性不知，请把 转换开关置于mA档最大处，然后将一根表笔固定一端，另一表笔迅 速碰一下另一端，观察指针偏转方向。若正偏，则接法正确；若反 偏则应调换表笔接法。 （3）万用表量程为mA或A档，不能测大电流。 （4）根据指针稳定时的位置及所选量程，正确读数。 万用表测直流电流 A 负载负载 + + - - 电流方向电流方向 电工测量电工测量 5 5测量电阻测量电阻 （1）用万用表电阻档测量电阻。

49、（2）测量前应将电路电源断开，有大电容必须充分放电，切不可带 电测量； （3）测量电阻前，先进行电阻调零。即将红黑两表笔短接，调节 “”旋钮，使指针对零。若指针调不到零，则表内电池不足需更 换。每更换一次量程都要重复调零一次。 （4）测量低电阻时尽量减少接触电阻，测大电阻时，不要用手接触 两表笔。以免人体电阻并入影响精度。 （5）从表头指针显示的读数乘以所选量程的倍率数即为所测电阻的 阻值。 电工测量电工测量 MF30型万用表 V 200100 50 40 30 2010 5 0 100 200 300 400 500 V/mA 2 4 6 8 10V dB 10 010 15 22 1010

50、V dB AV 1 10 100 1k10k 1 5 25 100 500 500 100 10 500 50 5 500 50 A mA V ()() 电工测量电工测量 MF30型万用表测量直流电流时的原理图。 此时转换开关打到直流电流 挡， 将万用表串联在被测电路中。 电流从“”端流入， “”端流出。 直流电流挡有五个量程， 从图可以看出， 不同的量程对应不同的分流电 阻， 改变转换开关的位置实际上是改变了分流器的分流电阻值， 也就改变 了量程。 1. 直流电流的测量 电工测量电工测量 如打到如打到5 mA挡：挡： 分流器的阻值分流器的阻值：RA1 +RA2 +RA3 ， 其余电阻与表头串

51、联； 指针偏转时，指针偏转时， 应该按照表盘上第二条线读数，应该按照表盘上第二条线读数， 但要注意量程与满标但要注意量程与满标 值之间的关系值之间的关系。 实际使用时， 如果对被测电流的大小不了解， 应该先用最大量程来 测量， 然后再根据指针的偏转程度来选用合适的量程， 以减小误 差。 转换量程时注意不可带电转换转换量程时注意不可带电转换。 电工测量电工测量 测量直流电压的原理电路图测量直流电压的原理电路图 A 100 V RV1RV2RV3RV4RV5 Rp RA 25 V 5 V 500 V 1 V 电工测量电工测量 测量直流电压时，测量直流电压时， 万用表的转换开关打到直流电压挡，万用表

52、的转换开关打到直流电压挡， 将万用表并联在将万用表并联在 被测电压两端，被测电压两端， 直流电压表由直流电流表串联不同的电阻构成，直流电压表由直流电流表串联不同的电阻构成， 串接的串接的 电阻越大，电阻越大， 电压表的量程越大。电压表的量程越大。 电压表的内阻越高，电压表的内阻越高， 从测量电路分到的电流越小，从测量电路分到的电流越小， 被测电路受到的影响被测电路受到的影响 越小。通常用仪表的灵敏度来表示这一特征，越小。通常用仪表的灵敏度来表示这一特征， 即用仪表的总内阻与电压即用仪表的总内阻与电压 量程的比值来表示。量程的比值来表示。MF30型万用表的型万用表的500 V挡，其总内阻为挡，其

53、总内阻为2500 k， 则灵敏度为则灵敏度为2500/500=5 k/V。 2. 直流电压的测量直流电压的测量 电工测量电工测量 由于磁电式仪表只能测直流，由于磁电式仪表只能测直流， 所以测交流电压时需要在测量所以测交流电压时需要在测量 电路中增加整流装置，电路中增加整流装置， 电路中设置了整流二极管电路中设置了整流二极管VD1和和VD2 3. 交流电压的测量 电工测量电工测量 测量时，测量时， 在正弦交流电的正半周，在正弦交流电的正半周， 二极管二极管VD1导通，导通， VD2截止，这时万截止，这时万 用表与测量直流电压时的电路相同；用表与测量直流电压时的电路相同； 在正弦交流电的负半周，在

54、正弦交流电的负半周， VD2导导 通，通， VD1截止，截止， 表头被短接，表头被短接， 没有电流通过万用表。没有电流通过万用表。 万用表测交流电压时，万用表测交流电压时， 测的是正弦波正半周的测的是正弦波正半周的电流平均值电流平均值， 而正半周的而正半周的 电流平均值与交流电压的有效值间有一定的比例关系，电流平均值与交流电压的有效值间有一定的比例关系， 因此可以直接用因此可以直接用 万用表来测量正弦交流电压的有效值。万用表来测量正弦交流电压的有效值。 一般万用表测量的电量频率为一般万用表测量的电量频率为 451 kHz 电工测量电工测量 测量电阻时， 万用表打到电阻挡。 把待测电阻分别与万用

55、表的两个表笔相接触， 则待测电阻与万用表内的干电池、 调节电阻、 表头形成一个闭合回路， 万用表面 板上的“+”端接内部电源的负极， 而“”端接内部电源的正极， 这样回路中将有 电流产生， 使得指针偏转， 指示被测电阻值。 4. 电阻的测量 电工测量电工测量 被测电阻越大，被测电阻越大， 回路电流越小，回路电流越小， 偏转角越小。偏转角越小。 当被测电阻为零时，当被测电阻为零时， 偏转角最大；偏转角最大； 被测电阻无穷大时，被测电阻无穷大时， 偏转角为零。偏转角为零。 因此，因此， 测量电阻时，测量电阻时， 万用表的刻度刚好与测量电压、万用表的刻度刚好与测量电压、 电流时的刻度方向相反。电流时

56、的刻度方向相反。 表盘上的刻度与量程挡之间成比例关系，表盘上的刻度与量程挡之间成比例关系， 比如对于比如对于10挡，挡， 指示值乘以指示值乘以10即为即为 当前所测电阻值。当前所测电阻值。 电工测量电工测量 实际测量时，实际测量时， 首先要将万用表调零，首先要将万用表调零， 方法是将万用表打到电阻挡，方法是将万用表打到电阻挡， 两个表笔短接，两个表笔短接， 若指针偏转后指在若指针偏转后指在0刻度，刻度， 说明该万用表不需要调零；说明该万用表不需要调零； 否则应转动调节电位器，否则应转动调节电位器， 使指针指到零。使指针指到零。 每换一个量程，每换一个量程， 需要调零一需要调零一 次。次。 如果

57、调零后指针调不到如果调零后指针调不到0刻度，刻度， 则说明表内电池不足或接触不良，则说明表内电池不足或接触不良， 需要更换电池或维修。需要更换电池或维修。 为了提高测量电阻的准确性，为了提高测量电阻的准确性， 应尽量使用刻度盘的中间段，应尽量使用刻度盘的中间段， 因此需要选择合适的量程。因此需要选择合适的量程。 使用电阻挡测量电阻时应特别注意，使用电阻挡测量电阻时应特别注意， 不要带电测量，不要带电测量， 以免外电路电压在电阻测量电路中产生电流，以免外电路电压在电阻测量电路中产生电流， 烧坏万用表。烧坏万用表。 测量低电阻时，测量低电阻时， 要注意表笔的接触电阻；要注意表笔的接触电阻； 测量大

58、测量大 电阻时，电阻时， 应注意应注意 不要与人体形成并联电路。不要与人体形成并联电路。 测量结束后，测量结束后， 应将应将 转换开关转到高电压挡，转换开关转到高电压挡， 避免造成电池的浪费避免造成电池的浪费。 电工测量电工测量 数字式万用表由转换开关、数字式万用表由转换开关、 测量电路、测量电路、 模数转换器、模数转换器、 数字显示电压表等几大部数字显示电压表等几大部 分组成。分组成。 其中转换开关、其中转换开关、 测量电路的功能与模拟式万用表相同，测量电路的功能与模拟式万用表相同， 模数转换器是模数转换器是 把测量电路测出的模拟信号转换成数字信号，把测量电路测出的模拟信号转换成数字信号，

59、数字显示电压表接受来自模数转数字显示电压表接受来自模数转 换器的数字信号，换器的数字信号， 采用七段数码、采用七段数码、 液晶等显示电路进行电压数值显示。液晶等显示电路进行电压数值显示。 1.4.2 数字式万用表 电工测量电工测量 由于电压表内部采用了半导体集成技术，由于电压表内部采用了半导体集成技术， 所以数字式万用表电流所以数字式万用表电流 挡的内阻可以做得很小，挡的内阻可以做得很小， 电压挡内阻则可以做得很大，电压挡内阻则可以做得很大， 电阻挡流过的电电阻挡流过的电 流又可以很小，流又可以很小， 从而减少了对被测电路的影响。从而减少了对被测电路的影响。 数字式万用表内部没有数字式万用表内

60、部没有 机械损耗，机械损耗， 杜绝了机械损耗所引起的读数误差，杜绝了机械损耗所引起的读数误差， 它的准确度和灵敏度比它的准确度和灵敏度比 模拟式万用表要高得多。模拟式万用表要高得多。 此外，此外， 它还具有测量速度快，它还具有测量速度快， 易于读取等优易于读取等优 点点。 电工测量电工测量 数字万 用表外 形图 数字式万用表的使用数字式万用表的使用 电工测量电工测量 以DT890型数字万用表为例说明 1 1面板说明：面板说明： (1) 显示器：数字式万用表的显示位 置用位、位等等表示，其中的“位” 指的是显示数的首位只能显示“0” 或“l”两个数码，而其余各位都能 够显示09十个完整的十进制数