电气测量技术全册配套最完整精品课件新版

1、电气测量技术全册配套最完整电气测量技术全册配套最完整精品课件新版精品课件新版 电气测量技术及信电气测量技术及信号号处理处理 第第1 1章章 电气测量基础电气测量基础 第第2 2章章 电流与电压的测量电流与电压的测量 第第3 3章章 功率和电能的测量功率和电能的测量 第第4 4章章 电路参数的测量电路参数的测量 第第5 5章章 测试信号调理技术测试信号调理技术 第第6 6章章 测量信号的数字化处理测量信号的数字化处理 第第7 7章章 虚拟测量系统虚拟测量系统 第第8 8章章 电气测量系统实验电气测量系统实验选用教材：陈立周选用教材：陈立周, 电气测量电气测量M.北京北京:机械工业出版机械工业出版

2、社，社，2009.参考书：参考书：1 图曼斯基图曼斯基(S.Tumanski),电气测量原理与应用电气测量原理与应用M.北北京京:机械工业出版社，机械工业出版社，2009.2现代电气测量技术现代电气测量技术M. 天津：天津大学出版社，天津：天津大学出版社，2008.3 靳希，杨尔滨，赵玲靳希，杨尔滨，赵玲 信号处理原理与应用信号处理原理与应用M.北京：北京：清华大学出版社，清华大学出版社，2008.4 申忠如申忠如 电气测量技术电气测量技术M.北京北京:科学出版社，科学出版社，2003.第一章第一章 电气测量基础电气测量基础 第一第一节节 电气测量概述电气测量概述 第二节第二节 电工仪表的组成

3、和基本原理电工仪表的组成和基本原理 第三第三节节 测量误差及其分析测量误差及其分析第一节第一节 电气测量概述电气测量概述什么是测量什么是测量? 测量是从物理世界来收集信息的一个感知过程测量是从物理世界来收集信息的一个感知过程!测什么测什么? 电测量电测量:电流、电压、功率、频率、电阻、电流、电压、功率、频率、电阻、电容、电感等。电容、电感等。 磁测量：磁场强度、磁通量、磁导率等。磁测量：磁场强度、磁通量、磁导率等。 11、测量方式分类测量方式分类( (怎么测怎么测) ) 直接测量直接测量间接测量间接测量组合测量组合测量指被测量与中间量的函数式中还有其他未知数，须通过改变测量条件，得出不同条件下

4、的关系方程组，然后解联立方程组求出被测量的数值。指要利用某种中间量与被测量之间的函数关系，先测出中间量，再算出被测量。例如用伏安法测电阻。指仪表读出值就是被测的电磁量，例如用电流表测量电流，用电压表测量电压。2、测量方法、测量方法(即数据读取方法即数据读取方法)分类分类测量方法测量方法直读法直读法比较法比较法利用仪表直接读取测量数据。零值法零值法较差法较差法替代法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量值。从比较仪求得差值，根据度量器数值和比较差值，求得被测量的数值。比较仪表指零时，从度量器读出被测量的数值将被测量

5、与度量器放在比较仪器上进行比较，从而求得被测量的数值。第二节第二节 电工仪表的组成和基本原理电工仪表的组成和基本原理 1、模拟指示仪表、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。 2、数字仪表、数字仪表 数字仪表是将被测电磁量转换为电压，再转换为数字量，并以数字方式直接显示。 3 3、比较仪器、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。返回本章首页二、模拟指示仪表的组成二、模拟指示仪表的组成

6、模拟指示仪表中的三大部件模拟指示仪表中的三大部件1.产生转动力矩的装置：产生转动力矩的装置：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。2.产生反作用力矩的装置：产生反作用力矩的装置：主要有游丝、悬丝等。3.产生阻尼力矩的装置：产生阻尼力矩的装置：可以利用电磁阻尼、空气阻尼、油阻尼等。三、数字仪表的组成三、数字仪表的组成 返回本章首页第三节第三节 测量误差及其表示方法测量误差及其表示方法 一、测量误差的分类一、测量误差的分类测量误差 分类 系统误差 基本误差：由仪表结构造成的误差附加误差：偏离规定的工作条件造成的误差随机误差：偶发原因引起大小方向都不确定

7、的误差疏忽误差：测量人员疏忽造成 二、测量误差的表示方法二、测量误差的表示方法 1. 绝对误差绝对误差 用测量值与被测量真值之间的差值所表示的误差称为绝对误差。 2.2.相对误差相对误差绝对误差与被测量真值之比，称为相对误差。0AAX%1000A%100 XA或写成 3. 3. 引用误差引用误差 以绝对误差与仪表上量限的比值所表示的误差称为引用误差，其中绝对误差若取可能出现的最大值则称为最大引用误差，可以用来评价仪表性能,即仪表的准确度等级。%100 mmmA 4.、正确度、精密度、准确度、正确度、精密度、准确度 表征系统误差的大小。 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

8、的大小。 表示测量中系统误差和随机误差两者的综合影响，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。 正确度正确度：精密度：精密度：准确度：准确度：返回本章首页三、工程上最大测量误差的估计及系统三、工程上最大测量误差的估计及系统误差的消除误差的消除1、直接测量方式的最大误差直接测量方式的最大误差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。% 100 % mmmAK2、间接测量方式的最大误差、间接测量方式的最大误差若被测量为若被

9、测量为n个中间量之和个中间量之和332211321321321321 ， yxyxyxyxyxyx。yxyxyxyyyx、x、xnyy、即之时量的相对误差符号相同最大误差出现在各中间可能产生的相对误差为则生的相对误差测量每个中间量可能产为之和个中间量为若被测量若被测量为两个中间量之差221212112 121 y xxxxxx，、xxyy、的相对误差为所产生则被测量对误差个中间量可能产生的相为测量每之差为中间量若被测量 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

10、可取。若被测量为若干中间量之积或商321332211321321321 。 dddd 、 、) pmnxxpxxmxxnyyy，、x、xxm、（n、x、xxyypmn即相同时最不利情况发生在符号的相对误差为则被测量误差中间量可能产生的相对为测量每个的指数为之积或商为若干中间量若被测量3、系统误差的消除方法、系统误差的消除方法 从制造角度：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

11、值，以消除地磁的影响，或利用校正值求得被测量的真值。四、随机误差的估计四、随机误差的估计1.随机误差的特点随机误差的特点 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。 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。 2、计算步骤、计算步骤 第一步第一步：先从多次测量值中求得其算术平均值。nAnAAAAAniin 1321 第二步第二步：求出每次测量值的剩

12、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0 1niiiAA要满足 第三步第三步：用贝塞尔公式求出标准差的估计值 第四步第四步：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。1)1121212nAAnnniiniinii3inxx3第二章第二章 电流与电压的测量电流与电压的测量第一节第一节 电流与电压的测量方法电流与电压的测量方法第二节第二节 磁电系仪表磁电系仪表第三节第三节

13、 磁电系检流计磁电系检流计第四节第四节 电磁系仪表电磁系仪表第五节第五节 电动系仪表电动系仪表第六节第六节 测量用互感器测量用互感器第七节第七节 万用电表万用电表第第八节八节 直流电位差计直流电位差计第九节第九节 电流表与电压表的使用电流表与电压表的使用本章要点本章要点 本章主要介绍磁电系、电磁系和电动系三种仪表，以及用它测量电压、电流的方法。这三种仪表不仅可以用来测量电压、电流。而且在配置某些变换电路之后，还可以用于测量其他电磁量或作为指示器件。是从事电气技术的人员应具备有关仪表知识的最基本内容。 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

14、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。第一节第一节电流与电压的测量方法电流与电压的测量方法一、直接测量一、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、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，但应注意连接在电路中的位置，如图所示。电流表线圈应接在低电位端电压表接地标志应接在低电位端二、间接测量二、间接测量： 在特殊情况下，可以用间接法测量。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

15、测量通过电阻的电流，求出电阻两端的压降。在不断开电路的状态下测量电流返回本章首页 第二节第二节 磁电系仪表磁电系仪表一、磁电系仪表结构一、磁电系仪表结构1、外磁式磁电系仪表结构、外磁式磁电系仪表结构2、内磁式磁电系仪表结构、内磁式磁电系仪表结构3、内外磁结合式结构、内外磁结合式结构 二、磁电系仪表工作原理二、磁电系仪表工作原理 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ISIDBNsDBlINrMMIa2CUCUSRUDBNsIDBNs 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

16、系为 三、技术性能三、技术性能 1.灵敏度高灵敏度高、准确度高、准确度高、表耗功率低表耗功率低 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。 2.2.具有均匀等分的刻度具有均匀等分的刻度 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。 3,3,

17、只能用于直流电路只能用于直流电路 若在交流范围使用，必须配整流器。四、电流表分流器四、电流表分流器 磁电系仪表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。多量程分流器电路多量程分流器电路分流器电路分流器电路分流器电路加温度补偿电阻分流器电路加温度补偿电阻1R 分流器电阻的计算分流器电阻的计算 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cshcshccRRRRIRI 如用 n n 表示比值 ，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

18、 n 求得分流器电阻阻值的关系式。即1nRRcshCII /五、电压表的附加电阻五、电压表的附加电阻 扩大电压表量程可以串联附加电阻，设直接测量的量程为 ，测量机构内阻为 ，串联附加电阻 后，可将电压量程扩大为 ，则 与 的关系可由下式求得 cccadcIRURRUcUcRadRU 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cadRmR)1(cUUcUU返回本章首页第三节第三节磁电系检流计磁电系检流计一、结构一、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。

19、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。 光标指示和指针指示的示意图光标式指针式 二、可动部分的运动特性二、可动部分的运动特性 检流计的灵敏度高，动圈不用铝制框架，没有框架的阻尼效果，全靠动圈与外电阻构成的回路产生阻尼。动圈一旦施加了驱动力矩，就会因为惯性冲力摆过平衡点，加上可动部分的重量轻、阻力小，又没有轴承磨擦力，所以在定位力矩作用下，会在平衡点左右摇摆不停，不能很快停在平衡位置上，这种摇摆甚至会延续了几分钟或者几十分钟。 根据阻尼大小，可动部分的

20、运动状态可能出现如图所示的三种形式。 三、可动部分的运动方程三、可动部分的运动方程 设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。 当阻尼系数不同时，方程的解将有三种不同形式，并分别称为过阻尼、欠阻尼和临界阻尼。DPJMDtPtJ力矩系数为反作用为阻尼系数为转动惯量式中, dd dd 2可动线圈运动方程及解的三种形式)1arctg1(sh(11e22022000tt1.欠阻尼状态欠阻尼状态)1 (e0000tt)1 tgarc1sin(11e22022000tt2.临界阻尼状态临界阻尼状态

21、3.过阻尼状态过阻尼状态返回本章首页第四节第四节 电磁系仪表电磁系仪表 一、电磁系仪表的结构一、电磁系仪表的结构电磁系仪表结构有吸引型和推斥型、吸引-推斥型三种形式吸引型推斥型 二、二、电磁系仪表的工作原理电磁系仪表的工作原理 驱动力矩：驱动力矩：吸引型的驱动力矩是利用线圈通电后，对可动铁心产生吸引力，使指针偏转。推斥型则靠线圈同时对固定、可动铁心进行磁化，由于磁化的极性相同，产生互斥而形成驱动力矩。dd212LIM 反作用力矩反作用力矩：采用游丝，设其反作用力矩系数为D。 当驱动力矩与反作用力矩相等时，指针停止转动，可推出，不同电流产生的驱动力矩与仪表偏转角关系为 阻尼力矩：阻尼力矩：一般采

22、用磁感应阻尼。 DMa2dd2ILDI 三、电磁系仪表技术性能三、电磁系仪表技术性能 1.由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。 2.如果通以交流电，则指针偏转角与被测电流瞬时值平方成正比，当瞬时值变化很快时，由于可动部分惯性，指针偏转角将决定于瞬时力矩在一个周期内的平均值， 即指针偏转角与交流有效值平方成正比，所以电磁系仪表可用于测量交流，并可与直流共用同一标尺。 返回本章首页dd21dd)1(21202LILdtiTMTcp 3.防干扰性能改变电压量程改变电流量程改变电流量程，可改变线圈的安匝数。改变电压量程，可改变线圈的附加电阻。电磁系电流表和电压表电磁系

23、电流表和电压表第五节第五节电动系仪表电动系仪表一、电动系仪表的结构一、电动系仪表的结构二、电动系仪表的工作原理二、电动系仪表的工作原理由固定、可动两组线圈所构成的系统，通电后的磁场能量为21122222112121IIMILILW可动线圈所受的驱动力矩为dddd1221MIIWM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ddcos11221MIID 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。三、电动系仪表的技

24、术性能三、电动系仪表的技术性能 1.适用范围 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。 2.刻度特性 3.准确度和坚固性 4.防干扰性能返回本章首页作为电压表使用时，可以根据量程大小，串联不同的附加电阻。小量程电流表，固定线圈可与可动线圈串联大量程电流表，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作为小量程电流表使用时，固定线圈与可动线圈串联，但作为大量程使用时，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。第六节第六节测量用互感器测量用互感器一、互感器的用途一、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

25、如下特点1.隔离高压。2.降低表耗。3.节省设备投资。4.可统一使用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。高压部分低压部分 二、工作原理工作原理 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。212121NNEEUUKU1221NNIIKI 三、互感器的误差三、互感器的误差 1.变比误差：变比误差：由于负载过大，互感器内压降加大

26、，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。 2.相角误差：相角误差： 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。四、互感器的连接四、互感器的连接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 五、钳式电流表五、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。外型内部结构示意返回本章首页第七节第七节万用电表万用电表万用电表的结构

27、万用电表的结构 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。500型万用表外形 500 500型万用表电路型万用表电路 500 型万用表的面板设两个多刀多投转换开关，分别为 ，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，下面仅分析几个电路，其余读者可自行分析。2111SS、 一、直流电流测量电路、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50A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

28、坏仪表。使用红线所示电路 二、直流电压测量电路二、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。使用红线所示电路返回本章首页三、交流电压测量电路三、交流电压测量电路 四、直流电阻测量电路四、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。直流电阻测量电路原理直流电阻测量电路原理从简化图可推出通过表头电流。，IRIR，

29、R，RERREICXCXXCXCC位于机械零点标尺的所以零为时最大时从式可看出为被测电阻为等效表头内阻为测电阻用的电池电压其中 0 欧姆中心值欧姆中心值 测量电阻在测量电阻在 0.1-10倍的欧姆中心值倍的欧姆中心值 改变电阻挡的量程，可采用两种方法： 1.保持电源电动势不变，改变分流电阻值。 2.改变分流电阻的同时，提高电源电动势。五、音频电平测量电路五、音频电平测量电路除一般测量电压、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。1212lg20lg10UUSPPS 当表示功率电平时，可用负载为600、 1mW作为功率的 0电平。

30、 当表示电压电平时，可用0.775V作为 电压的 0电平。功率电平功率电平电压电平电压电平万用表的使用万用表的使用万用表的使用实例万用表的使用实例寻找交流电源的火线寻找交流电源的火线选万用表交流电压选万用表交流电压250V250V或或500V500V档，将一只表笔接在电源的一端，另一只表笔接档，将一只表笔接在电源的一端，另一只表笔接在大地端（如接地线、水管、暖气管或潮湿的地面上）若万用表的读数为在大地端（如接地线、水管、暖气管或潮湿的地面上）若万用表的读数为220V220V左右时，则表笔所接的电源端为左右时，则表笔所接的电源端为“火火”线端，若读数为零左右，说明所接端子线端，若读数为零左右，说

31、明所接端子为为“零零”线端。线端。 电解电容器的特点是：电解电容器的特点是：正向电阻比反向电阻大。正向电阻比反向电阻大。 测量方法：测量方法：1 1）先将表笔接在电容器两端，读出电阻值。）先将表笔接在电容器两端，读出电阻值。2 2）再将电容器两端短接放电。）再将电容器两端短接放电。3 3）将万用表表笔对调接于电容器两端，再读电阻值。）将万用表表笔对调接于电容器两端，再读电阻值。4 4）比较测量结果，测量阻值大的黑表笔所接的端子）比较测量结果，测量阻值大的黑表笔所接的端子为电容器的正极。为电容器的正极。 判断电解电容的极性判断电解电容的极性 判断电容器的好坏判断电容器的好坏 好电容的测量特点好电

32、容的测量特点 万用表指针接触电容两端时指针很快顺时针摆动一下，万用表指针接触电容两端时指针很快顺时针摆动一下，然后又逐渐回到然后又逐渐回到R=R=附近。指针顺时针摆动越大说明电容越附近。指针顺时针摆动越大说明电容越大。大。 坏电容的测量特点坏电容的测量特点 漏电严重的电容指针瞬时摆动后不能逐渐回到漏电严重的电容指针瞬时摆动后不能逐渐回到R=R=附近。附近。 内部开路的电容接入万用表后指针不动。内部开路的电容接入万用表后指针不动。 内部短路的电容指针顺时针摆动至电阻内部短路的电容指针顺时针摆动至电阻R=0R=0后不再返回后不再返回。 测量电容时的注意事项：测量电容时的注意事项： 小电容不能用万用

33、表测量，因为偏转不明显。小电容不能用万用表测量，因为偏转不明显。 测量电容前要对其短接放电，以免残余电荷太多，指针偏测量电容前要对其短接放电，以免残余电荷太多，指针偏转太快将指针损坏。转太快将指针损坏。判断二极管的极性判断二极管的极性 二极管的特点：二极管的特点： 具有单向导电性，即反向电阻远大于其正向具有单向导电性，即反向电阻远大于其正向电阻。电阻。 判断方法判断方法 将万用表的表笔接在二极管的两端，测量其将万用表的表笔接在二极管的两端，测量其阻值。然后将表笔对调，再测量其阻值。比较阻值。然后将表笔对调，再测量其阻值。比较两次测量结果，测量阻值较小的时，黑表笔所两次测量结果，测量阻值较小的时

34、，黑表笔所接端即是二极管的正极性端。接端即是二极管的正极性端。判断二极管的极性判断二极管的极性 直流电位差计是用比较法进行测量的电工测量直流电位差计是用比较法进行测量的电工测量仪器仪器. .它的它的原理原理是：利用是：利用标准电池标准电池和和标准电阻标准电阻这两种基本这两种基本的标准度量器，使的标准度量器，使未知的电动势未知的电动势与仪器内部与仪器内部已知电已知电阻的电压降阻的电压降进行比较，也就是说，用已知的电动势进行比较，也就是说，用已知的电动势和未知的电动势相互补偿，从而准确地测量未知电和未知的电动势相互补偿，从而准确地测量未知电动势的大小。动势的大小。 第八节第八节直流电位差计直流电位

35、差计直流电位差计可以用来测量电动势、电压、电流、电阻直流电位差计可以用来测量电动势、电压、电流、电阻和电功率等，由于它在测量时几乎不损耗被测对象的能和电功率等，由于它在测量时几乎不损耗被测对象的能量，所以测量的结果稳定可靠，具有很高的精度，其准量，所以测量的结果稳定可靠，具有很高的精度，其准确度可以达到确度可以达到0.001%，甚至，甚至0.0001%。 一、直流电位差计工一、直流电位差计工作原理作原理 直流电位差计由三个回路组成。其中 回路称为校准回路 回路称为测量回路 回路称为工作电流回路。1.0186V 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 合向回路时，调节R改变工

36、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 。SRSsIRESRSIR 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 和 能得到一个稳定的压降。 aRSR 测量回路：当开关S合向回路时，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 abssabxRREIRE为已知从 可求出被测电压值。 补偿电阻abRSEabR 二、电位差计特点二、电位差计特点 1.1.利用补偿原理利用补偿原理: :电位差计的平衡是利用电

37、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，不从标准电池标准电池取用电流，保持了标准电池电动势的稳定。 2.2.采用高准确度的元件：采用高准确度的元件：在式 中，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%。 abSSXRREE 三、实用电位差计的结构三、实用电位差计的结构 1.要考虑标准电池的电动势受温度的影响:实用电位差计的工作调定电阻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

38、度补偿电阻温度补偿电阻，以补偿标准电池因温度而发生的变化。 2.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。 3.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。 4.电源结构 （三端稳压集成电路）返回本章首页SR四、四、 直流电位差计分类及主要技术特性直流电位差计分类及主要技术特性1.1.准确度准确度按使用条件及准确度等级分按使用条件及准确度等级分 （1 1）实验室型）实验室型 0.001 0.001、0.0020.002、0.005

39、0.005、0.010.01、0.020.02、0.050.05（2 2）携带型）携带型 0.02 0.02、0.050.05、0.10.1、0.20.22.2.量限范围量限范围按测量范围分按测量范围分 （1 1）高电势型）高电势型 2V 2V( (应使被测值的第一位数字出现在第一个读数盘上，以保证有最高准确度应使被测值的第一位数字出现在第一个读数盘上，以保证有最高准确度) )（2 2）低电势型）低电势型 20mV 20mV3.稳定性稳定性要选用性能好的电池或稳压电源。要选用性能好的电池或稳压电源。电池容量要超过电池容量要超过1000倍的放电电流，电压相对变化量应小于倍的放电电流，电压相对变化

40、量应小于(1/5)K%五五 直流电位差计的应用直流电位差计的应用 1 1、测量电压、测量电压 测量标准电池的电动势和检定电压表测量标准电池的电动势和检定电压表（热电偶）（热电偶）直流电位差计的测量范围一般不超过直流电位差计的测量范围一般不超过2V2V，如，如果被测的电压小于电位差计测量的上限，可果被测的电压小于电位差计测量的上限，可以直接接入直流电位差计去测量。如果被测以直接接入直流电位差计去测量。如果被测的电压大于电位差计测量的上限，就需要应的电压大于电位差计测量的上限，就需要应用分压箱，将被测量的电压降低到适应于直用分压箱，将被测量的电压降低到适应于直流电位差计测量的范围。分压箱是由几个串

41、流电位差计测量的范围。分压箱是由几个串联连接的准确度很高的电阻组成的，如图所联连接的准确度很高的电阻组成的，如图所示。示。 显然，用分显然，用分压箱配合直流电压箱配合直流电位差计来测量电位差计来测量电压时，被测量的压时，被测量的对象将输出电流对象将输出电流通过分压箱的全通过分压箱的全部电阻。部电阻。2 2、测量电流或检定直流电流表、测量电流或检定直流电流表 在用直流电位差计去测量电流时，需要在用直流电位差计去测量电流时，需要在被测量电流的电路里，串联接入一个标准在被测量电流的电路里，串联接入一个标准电阻电阻R Rn n，如图，如图8-38-3所示。所示。 这时，先用直流电位差计测量出这时，先用

42、直流电位差计测量出RnRn上的上的电压降电压降UnUn，然后即可以算出电流值，然后即可以算出电流值 标准电阻的选择应该考虑以下两点：标准电阻的选择应该考虑以下两点：（1 1）标准电阻的额定电流应该大于被测电流；）标准电阻的额定电流应该大于被测电流；（2 2）标准电阻上的电压降不能超过电位差计）标准电阻上的电压降不能超过电位差计的测量上限。的测量上限。 我们可以利用直流电位差计测量电流来我们可以利用直流电位差计测量电流来校准直流电流表。校准直流电流表。 nnRUI 第九节第九节 电流表与电压表的使用与选择电流表与电压表的使用与选择 一、选择仪表类型一、选择仪表类型1、要根据被测电流、电压的性质，

43、是交流还是直流，、要根据被测电流、电压的性质，是交流还是直流，直流-直流电位差计、磁电系，交流-电磁系、电动系，（交流转换成直流）2、被测电流或电压是低频交流还是高频交流。、被测电流或电压是低频交流还是高频交流。工频-电磁系、电动系、感应系几KHz-电动系、整流系1000Hz-电子伏特计、热电系仪表3、被测电流或电压的波形是正弦还是非正弦。、被测电流或电压的波形是正弦还是非正弦。电动系、电磁系-转动力矩-有效值整流系（万用表）-转动力矩-平均值 波形因数转换 二、选择仪表准确度二、选择仪表准确度 从测量要求出发，根据实际需要选择合适的准确度。 0.1、0.2-标准表、精密测量 0.5、1.0-

44、实验室测量 1.5以下-一般工程测量 要根据测量误差要求，选择仪表的准确度和相应配套扩程设备的准确度，例如选用互感器的准确度要比仪表本身的准确度高出23倍。 三、选择量程三、选择量程 要根据被测量的大小选择仪表的量程，一般不要使用标尺的前四分之一段。 返回本章首页 四、选择内阻四、选择内阻 要根据被测电路的阻抗大小，选择仪表的内阻，避免接入时影响电路状态。 电压表-内阻大、量程越大内阻应越大电流表-内阻小、量程越大内阻应越小 五、选择工作条件五、选择工作条件 要根据使用环境，选择适合该环境使用的电压电流表，如是否要求防尘、防爆。 环境温度湿度、震动、外磁场。 高频-电子系仪表 高精度-准确度较

45、高的仪表 测量电压-如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。第三章 功率和电能的测量第一节第一节 功率和电能的测量方法功率和电能的测量方法第二节第二节 电动系功率表电动系功率表第三节第三节 低功率因数功率表低功率因数功率表第四节第四节 三相功率的测量三相功率的测量第五节第五节 感应系电能表及电能的测量感应系电能表及电能的测量第六节第六节 三相有功电能表三相有功电能表第七节第七节 三相无功电能表和无功电能的测量三相无功电能表和无功电能的测量第八节第八节 电子式单相电子式单相电能表电能表第九节第九节 电子式三相电能表电子式三相电能表第十第十节节 电子式单相复费电子式单相复费率率

46、电能表电能表第十一节第十一节 集中抄表与电子式集中抄表与电子式IC卡预付费卡预付费电能表电能表本章要点本章要点 本章介绍电动系功率表、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。 本章第八、九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。第一节第一节 功率和电能的测量方法功率和电能的测量方法 一、功率测量方法一、功率测量方法 1.直接法：直接法：用电动系或数字的单相功率表

47、测量单相功率。用单相功率表接成两表法或三表法或用三相功率表测量三相功率，两表法或三表法虽然有求和过程，但一般仍将它归为直接法。 2.间接法：间接法：直流通过测量电压、电流间接求得功率。交流则需要通过电压、电流和功率因数求得功率。 二、电能测量方法二、电能测量方法 1.直接法：直接法：直接测量电能，直流可使用电动系电能表，交流用感应系或电子电能表。 2.间接法：间接法：电能测量一般不用间接法，只有在功率稳定不变的情况下用功率表和记时时钟进行测量。 三、变换式功率表三、变换式功率表 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

48、。表的结构如图。 四、变换式功率表的工作原理四、变换式功率表的工作原理 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。 然后然后利用半导体二极管的平方律特性，使得磁电系指示仪表的两端电压利用半导体二极管的平方律特性，使得磁电系指示仪表的两端电压 与负载与负载的的u u、i i 乘积即功率成正比。完成功率到电压的变换。并在标尺上刻以功率值。乘积即功率成正比。完成功率到电压的变换。并在标尺上刻以功率值。)()(212211iRuNNiiRuNNiAA)14()()()(2022120220

49、121uiRRNNKRiKRiKuuuAppu返回本章首页返回本章首页1u二极管平方律特性二极管平方律特性第二节第二节 电动系功率表电动系功率表 一、工作原理一、工作原理 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。PKRUKIIKIP21PKIUKRtUtIKiiKPP cos sin2)sin(2 21 如果如果U、I 为交流，同样可推出可动线为交流，同样可推出可动线圈的偏转角正比于交流负载功率圈的偏转角正比于交流负载功率P。 二、扩大功率表电流

50、量程二、扩大功率表电流量程 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。 固定线圈串联固定线圈串联 固定线圈并联固定线圈并联 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。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。 三、扩大功率表电压量程三、扩大功率表电压量程 扩大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。 四四、功率表正确接线功率表正确接线 功率表正确接线应遵守“电源端”守则，即接线时应将“

51、电源端”接在电源的同一极性上。*号表示号表示“电源端电源端” 五五、功率表的错误接线功率表的错误接线电源端电源端*不接同不接同一极性的错误一极性的错误可动线圈与固定线圈间可动线圈与固定线圈间存在电位差的错误存在电位差的错误第三节第三节 低功率因数功率表低功率因数功率表 用一般功率表测量低功率因数的功率存在如下问题 在低功率因数的情况下，电流大功率小，若按功率选用，电流的额定值太小。若按电流选用，在满电流的情况下，也只能使用功率表标尺的前几个小格，无法准确读数。 以测量功率因数为0.1，额定电压为500V，额定电流为10A，功率为500W的电路为例。选用500V、500W的的普通功率表，额定电流

52、只有1A。选用500V、10A的普通功率表，其最大示值为5000W。500W只能使用标尺的前1/10部分。 可见测量低功率因数的功率表必须具备大电流和低功率示值两个特点。在结构上必须采取一些措施，一方面提高仪表的灵敏度，使它能测量低功率，另一方面要提高功率表的电流额定值，在加大电流额定值的时候，还要注意不使表耗功率太大。 一、带补偿线圈的低功率因数功率表一、带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

53、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。补偿线圈补偿线圈 二、带补偿电容的低功率因数功率表二、带补偿电容的低功率因数功率表 由于功率表的电压线圈存在感抗，通过由于功率表的电压线圈存在感抗，通过电压线圈的电流与电压的相位差为电压线圈的电流与电压的相位差为 ，功率，功率表指针偏转角为表指针偏转角为 上式与无感抗的功率表指针偏转角相比上式与无感抗的功率表指针偏转角相比其误差为其误差为 功率因数越低功率因数越低

54、 ， 越大，造成的误差就越大，对于测量低功率因数的功率，十分不利，加接补偿电容越大，造成的误差就越大，对于测量低功率因数的功率，十分不利，加接补偿电容后，可消除感抗影响，使后，可消除感抗影响，使 减少，误差下降。减少，误差下降。)cos(cos cos121adRUKIIKI tg1cos)sin tg(coscoscos-)-cos( cos补偿电容补偿电容 三、采用张丝结构低功率因数功率表三、采用张丝结构低功率因数功率表 1.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

55、下，能得到较大的偏转角度。 2.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。 张丝张丝 四、使用低功率因数功率表的注意点四、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 1.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 2.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。返回本章首页返回本章首页第四节第四节 三相功率的测量三相功率的测量 一、用单相功率表测三相功率一、用单相功率表测三相

56、功率 一表法一表法 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。PP3 二表法二表法 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。1.负载对称并为阻性时，两表读数相等。负载对称并为阻性时，两表读数相等。2.负载对称且功率因数为负载对称且功率因数为0.5，有一只功率表读数为，有一只功率表读数为0。3.负载对称且功率因数小于负载对称且功率因数小于0.5，一只功率表读数为负值。，一只功率表读数为负值。21)cos()cos(PPIUIUIUIUPBBCBBCAACAAC 三表法三表法 适用于三相四线制，电压、负载不对

57、称的系统，被测三相总功率为三表读数之和，即321PPPP二、用三相功率表测三相功率二、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。返回本章首页返回本章首页两元件三相功率表结构两元件三相功率表结构第五节第五节 感应系电能表及电能的测量感应系电能表及电能的测量一、感应系电能表感应系电能表结构结构二、工作原理二、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CPq

58、PKqPKqMPKMWWTW , , 即正比关系可求得转速与功率的矩时当转动力矩等于制动力。 2 , 2 2 2 成正比与电能所转过的转数上式表示铝盘经过时间即可得乘以等式两边各除以WNtWCNtCPtt返回本章首页返回本章首页第六节第六节 三相有功电能表三相有功电能表 一、三相有功电能表的结构一、三相有功电能表的结构 三相电能表和三相功率表一样，也有二元件和三元件两种结构， 二元件用于三相三线制，三元件可用于三相四线制。不论是二元件或三元件都有两种形式，一种是一个公共转轴上装三个铝盘或两个铝盘分别由三个元件或两个元件驱动，另一种转轴上只有一个铝盘由三个元件或两个元件共同驱动。以二元件为例，其

59、结构如图。二元件单铝盘二元件单铝盘二元件二铝盘二元件二铝盘 二、三相有功电能表的接线二、三相有功电能表的接线 感应式三相有功电能表，是利用两只或三只单相有功电能表，驱动一个公共转轴，使转数直接反映三相电能。积算器的示值就是三相总电能，连接方法及使用范围与功率表的两表法或三表法相同。返回本章首页返回本章首页第七节第七节 三相无功三相无功电能表和电能表和无功无功电能的测量电能的测量 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。 DX1型三相无功电能表 DX2型三相无功电能表。适用于

60、电源对称的三相四适用于电源对称的三相四线制线制适用于三相三线制适用于三相三线制 一、三相四线制无功一、三相四线制无功电能的测量电能的测量 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。 DX1型三相无功电能表测量无功电能的原理型三相无功电能表测量无功电能的原理： 。，QKMMMIUKMIUKMUUUUIIIIIIUKMIUKM，III、IIIIIIWCPCPCPLLWCPLLWCPLCABCABCBABCBACBABWCPAB