电工仪表与测量讲义

1、电工仪表与测量讲义电工仪表与测量的基本知识第一节电工测量的基本知识一、电工测量电工测量就是借助于测量设备，把未知的电量或磁量与作为测量单位的同类标准电量或标准磁量进行比较，从而确定这个未知电量或磁量（包括数值和单位）的过程。一个完整的测量过程，通常包括如下几个方面。1 .测量对象电工测量的对象主要是：反映电和磁特征的物理量，如电流（ i）、电压（u）、电 功率（p）、电能（w）以及磁感应强度（b）等;反映电路特征的物理量，如电阻（r）、电容（c）、电感（l）等；反映电和磁变化规律的非电量，如频率（ f）、相位移（小）、 功率因素（入）等。2 .测量方法根据测量的目的和被测量的性质，可选择不同的

2、测量方法。3 .测量设备对被测量与标准量进行比较的测量设备，包括测量仪器和作为测量单位参与测量的度量器。进行电量或磁量测量所需的仪器仪表，统称为电工仪表。电工仪表是根据被测电量或磁量的性质，按照一定原理构成的。 电工测量中实用的标准电量或磁量是电量或 磁量测量单位的复制体，称为电学度量器。电学度量器是电气测量设备的重要组成部分， 它不仅作为标准量参与测量过程，而且是维持电磁学单位统一。保证量值准确传递的器具。电工测量中常用的电学度量器有标准电池、标准电阻、标准电容和标准电感等。 二、测量方法的分类 l按被测量的测量方式分类直接测量：在测量过程中，能够直接将被测量与同类标准量进行比较，或能够直接

3、用事先刻度好的测量仪器对被测量进行测量，从而直接获得被测量数值的测量方式， 称为直接测量。例如：用电压表测量电压、 用电度表测量电能以及用直流电桥测量电阻 等都市直接测量。直接测量方式常被广泛应用于工程测量中。间接测量：当被测量有余某种原因不能直接测量时，可以通过直接测量与被测量有一定函数关系的物理量，然后按函数关系计算出被测量的数值， 这种间接获得测量结 果的方式称为间接测量。 例如，用电压表一电流表法测量电阻， 是利用电压表和电流表 分别测量出电阻两端的电压和通过该电阻的电流，然后根据欧姆定律r 二u i计算出被测电阻r的大小。间接测量方式广泛应用于科研实验室及工程测量中。2.按度量器参与

4、测量过程的方式分类在测量过程中，作为测量单位的度量器可以直接参与，也可以间接参与。根据度量器参与测量过程的方式，可以把测量方法分为直读法和比较法。直读法：用直接指示被测量大小的电工仪表进行测量，能够直接从仪表刻度盘上 读取被测量数值的测量方法,称为直读法。用直读法测量时,""度量器不直接参与测量过 程，而是间接地参与测量过程。直读法测量的过程简单，操作容易，读数迅速，但其测 量的准确度不高。比较法：将被测量与度量器在比较仪器中直接比较，从而获得被测量数值的方法，称为比较法。在电工测量中，采用比较法具有很高的测量准确度，但测量时操作比较烦琐，相应的测量设备也比较昂贵。根据被测

5、量与度量器进行比较时的不同特点，又可将比较法分为零值法、较差法和替代法三种。零值法又称为平衡法，是利用被测量对仪器的作用与标准量对仪器的作用相互 抵消，由指零仪表作出判断的方法，即当指零仪表指示为零时，表示两者的作 用相等，仪器达到平衡状态。此时按一定的关系可计算出被测量的数值。显然，零值法测量的准确度主要取决于度量器和指零仪表的灵敏度。较差法时通过测量被测量与标准量的差值，或正比于该差值的量，根据标准来确定被测量的数值的方法。采用较差法可以达到较高的测量准确度。替代法是分别把被测量和标准量接入同一测量仪器，在标准量替代被测量时， 调节标准量，使仪器的工作状态在替代后保持一致，然后根据标准量来

6、确定被 测量的数值。用替代法测量时，由于替代前后仪器的工作状态是一样的,仪器 本身的性能和外界因素对替代前后的影响几乎是相同的，因此有效的克服了所有外界因素对测量结果的影响。使用替代法测量的准确度主要取决于替代的标 准量。三、测量单位制测量单位使确定一个被测量的标准，因此测量单位的确定和统一大合唱非常重要的。我国国务院于1984年2月27日发布了关于在我国统一实行法定计量单位的命令 ， 命令规定我国统一实行以国际单位制为基础的法定计量单位。国际单位制是1960年第11届国际计量大会通过的，其国际代码是 si。电工测量中常用的并具有专门名称的 si 导出单位见表1-1。求1-1 部分兵育专门名称

7、的sj异出m位肽ve印巾玳位星称泞号川共他st .垃 友的表小温j” si版中印佗的zi东nk愉i翦一* 1jf-l顿、rilz,助”热用：翱tjk林“乐叨章,朝肘二jffl录fil l 特 1j，" rin kji t山茴同呼！色.，：r - 电位,电伏1特in.1丘-%"也巾要ill w法丁卜心八in " kjz '' ll fill也.姆门 - x. kp： - j ' j ，电感手:利;h电w %111- k； p rr %也予西门于bnttpi -1 - r 籍遍：甲：.15 1俏：需k* in- a kg - t a 4 1的.

8、蛀.应迎1宾，质itfi临世格:斯司：ta -njkl - -' '揽氏温度0ch需要说明的是：工程测量中，电能常用的“千瓦时（ kw h ）”不是si单位。千 瓦时（kw h ）与si单位中能量单位“焦（j）”的换算关系是：1kw h =3.6 106 j第二节测量误差在测量过程中，由于受到测量方法、测量设备、测量条件及观测经验等多方面因素 的影响，测量结果不可能是被测量的真实数值，而只是它的近似值。任何测量的结果与被测量的真实值之间总是存在着差异，这种差异就称为测量误差。一、测量误差的分类根据产生测量误差的原因，可以将测量误差分为系统误差、偶然误差和疏失误差。1 .系统误差

9、在相同条件下多次测量同一量时，保持恒定不变或按照一定规律变化的测量误差，称为系统误差。产生原因：测量设备不准确、测量方法不完善和测量条件不稳定。由于系统误差表示了测量结果准确度，即反映了测量结果的准确度。系统误差越小，测量结果的准确度就越高。2 .偶然误差又称为随机误差，是一种大小和符号都不确定的误差，即在同一条件下对同一备测量重复测量时，各次测量结果很不一致， 没有确定的变化规律。 这种误差的处理依据 概率统计方法。产生原因：温度、磁场、电源频率的偶然变化及观测者本身感观分辨本领的限制。偶然误差反映了测量的精密度，偶然误差越小，精密度就越高，反之则精密度越低。系统误差和偶然误差时两类性质完全

10、不同的误差。系统误差反映在一定条件下误差出现的必然性；而偶然误差则反映在一定条件下误差出现的可能性。系统误差和偶然误差两者对测量结果的综合影响反映为测量的准确度，又称精确度。3 .疏失误差在测量过程中由于操作、读数、记录合计算等方面的错误所引起的误差。这种误 差是可以避免的。二、测量误差的消除方法测量误差是不可能动绝对消除的，但要尽可能减小误差对测量结果的影响，使其 减小到允许的范围内。消除测量误差，应根据误差的来源合性质，采取相应的措施合方法。必须指出： 一个测量结果中，、既存在系统误差又存在偶然误差时，要截然区分两者是不容易的。所以应根据测量的要求和两者对测量结果的影响程度，选择消除方法。

11、一般情况下，在对精密度要求不大的工程测量中， 主要考虑对系统误差的消除；而在科研、计量等对测 量准确度和精密度要求较高的测量中，必须同时考虑消除上述两种误差。l系统误差的消除方法对度量器、测量仪器仪表进行校正。消除产生误差的根源。采用特殊的测量方法。4 .偶然误差的消除方法在同一条件下，对被测量进行足够多次的重复测量，取其平均值作为测量结果。 三、测量误差的表示方法测量误差通常用绝对误差和相对误差表示。1,绝对误差测量结果的数值 a （测得值）与被测量的真实值 a0的差值称为绝对误差，用 3a表示，即a=ax-a(1-1)由于被测量的真实值 a0往往是很难确定的，所以实际测量中，通常用标准表的

12、指示值或多次测量的平均值作为被测量的真实值。5 .相对误差当被测量不是同一个值时，绝对误差的大小不能反映测量的准确度，这时应该用 相对误差的大小来判断测量的准确度。测量的绝对误差 aa与被测量真实值 a0之比，称为相对误差，用符号 手表示，即=-100%a0利用绝对误差和相对误差的概念，可以把一个测量结果完整地表示为测量结果=a+aa测量结果=a（1 一）也就是说，测量不仅要确定被测量的大小，还必须确定测量结果的误差，即确定 测量结果的可靠程度。第三节电工仪表的基本知识电工仪表是实现电磁测量过程所需技术工具的总称。 一、电工仪表的基本原理及组成电工仪表的基本组成原理是把被测电量或非电量变换成仪

13、表指针的偏转角。因此它也称为机电式仪表，即用仪表指针的机械运动来反映被测电量的大小。电工仪表通常由测量线路和测量机构两部分组成，如图1-1所示。测量机构是实现电量转换为指针偏转角，并使两者保持一定的关系的机构。它是电工仪表的核心。 测量线路将被测电量或非电量转换为测量机构能直接测量的电量，测量线路必须根据测量机构能够直接测量的电量与被测量的关系来确定，一般由电阻、电容、电感或其他电子元件构成。各种测量机构都包含固定部分和可动部分。从基本原理上看，测量机构都有产生转动力矩、反作用 力矩和阻尼力矩的部件，这三种力矩共同作用在测量机构的可动部分上，使可动部分发生偏转并稳定在某一位置上保持平衡。图1-

14、1电工指示仪表的组成29二、电工仪表的分类、标志和型号1 .电工仪表的分类电工仪表可以根据原理、结构、测量对象、使用条件等进行分类。根据测量机构的工作原理，可以把电工仪表分为磁电系、电磁系、电动系、感应系、 静电系、整流系等。根据电工指示仪表的测量对象，可以分为电流表、电压表、功率表、电度表、电阻表、相位表等。根据电工仪表工作电流的性质，可以分为直流仪表、交流仪表和交直流两用仪表。按电工仪表的使用方式，可以分为安装式仪表和便携式仪表等。按电工仪表使用条件，可分为a、a、b、4、c五组。按电工仪表的准确度，可分为0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0七个准确度等级。2 .电工仪表

15、的标志根据规定，每一个仪表必须有表示测量对象的单位，准确度等级，工作电流的种类、相数，测量机构的类别，使用条件组别。工作位置，绝缘强度试验电压的大小、仪表型 号和各种额定值等标志符号。1-2。电工仪表表面上常见标志符号所表示的基本技术特性见表表1 -2常见电工仪表和附件的表面标志符号a.测母单位的符号lj_一测m-物的符号名称符号jl名 称苻,勺千w一ka;i林冬.hz安i培:a上欧rn建安_ ij北欧hu瞰安|1a欧kjj千伏k)该:而li优特:名演mil有伏微喉微伏q咋仑l:兆瓦v端嵯hmvl h千瓦km毫1丁米'itht瓦：特;%.,战出西兆乏m % a i'ii皮法14

16、干乏k clj! i学.利.il更hu'坐学in h兆林mhjt的三川 干桃1khz魅氏度l;工&i.作蛆理的图形符号心工作电流种类-的符号撇电索比率上昆有单元一的:相弋衡负我交：电磁系仪表m群确度等级的符号以标攫尺址樱可分数表小的潴 珊度等级榭如l5级1标度尺长度百分数友术的盛确度等级懈如l5级i电动系仅去申电动系比率丧单j以指求值的仃分数表示的鹿确 度等级例如l5级© im !. . un . : e . 电趣系比率表e. t.作位置的符号帙施电动系仪表铁磁电动系比率收.感应系仪去标度尺位置为垂正的静电系仪衣,lt标度尺位置为水平的1-1源整流系仪表t带5导体胭流

17、器和磁电系测地机构1 -i热电系仪表（带接触式热变换器和磁电系割位机构）流c工作电流种类的符号交流（交相）标度尺位置吁水平面帼斜成一 箱度例如6r名 称符 号不进行地堤强度试旋绝缘强度情的电任为5的 ¥|,绝强度试验电压为2 kl5f绝缕强度的符号符 号g .ii湖山r_ j _ jl j- i r名 称_希 号 ia.*组僮加公共端箱（密量程仪式和曳用仪）六：b组位去a!a。小仪衷八防外磁场（例如磁电系）接地用的端螺钉或螺杆）匕端知.i周零器仃号!）比按外界条件分组的苻号 ! _ _-与外壳相连的端钮与屏帐相连的端钮级防外电场（网如静电系）口级防外蹒场发电场m级防外眩场及电场bit

18、 |制本器国或防外磁场及电场3 .电工仪表的型号仪表的产品型号可以反映出仪表的用途和工作原理。产品型号是按规定的标准编制的。对安装式和便携式仪表的型号，规定了不同的编制规定。安装式仪表型号的组成。安装式仪表型号的编制规则如图1-2所示。其中形状第一位代号按仪表面板形状最大尺寸编制；形状第二位代号按外壳形状尺寸特征编制；系列代号按测量机构的系列编制。例如44c2-a型电流表，型号中“ 44”为形状代号，“c”表示该表是磁电系仪表，“2”是设计序号，“a”表示该表用于测量电流。o o i 用途号（国际通用符号） ! i设计字号（效宁）!ii-系列代号（汉语拼音字母）.形状第二位代号数冷tr m省略

19、）形状第一位代号（数字）图1 - 2 安装式仪表型号的编制规则便携式仪表型号的组成。由于便携式仪表不存在安装问题，所以将安装式仪表中的形状代号省略后，既是它的产品型号。三、电工仪表的误差、准确度和测量数据的处理l误差电工仪表的误差分为基本误差和附加误差。 基本误差是指仪表在规定的使用条件下 测量时，由于结构上和制作上不完善引起的误差。 附加误差是因工作条件改变而造成的 额外误差。2 .准确度仪表的基本误差通常用准确度来表示，准确度越高，仪表的基本误差就越小。所以，一 般引用误差来表示仪表的准确性能。引用误差。仪表测量的绝对误差&a与该仪表量程 am的百分比，称为仪表的引用误一am 10

20、0%am(1-6)aax与仪表量程am的百分比，用k表示-k =-max 100%am(1-7)由上式可知引用误差实际是仪表最大读数的相对误差o 仪表的准确度。就是仪表的最大引用误差，即仪表量程范围内的最大绝对误差显然，准确度表明了仪表基本误差最大允许范围。最大引用误差愈小，仪表的基本误差也愈小，准确度就愈高。国家规定，各个准确度等级的仪表共分七级，在规定的使用条 件下测量时，其基本误差不应超过表1-3中规定的值。表1-3 各级仪表的基本误差准确度等级0.10.20.51.01.52.55.0基本误差（）±0.1±0.20.5士 1.0士 1.5±2.5±

21、;5.0某读数为10a,试求测量可能出现例1-3用1.5级、量程为15a电流表测量某电流时, 的最大相对误差为多少？解：由式（1-7）可得出该表最大的绝对误差“m =： k% 1mh 1. 5% a5 0.a2 2由式（1-3）可得该表测量的最大相对误差：i0 225maxmax 100% =. 100% = 2.25%im10由此可知，测量结果的准确度与仪表的准确度是不同的两个概念，测量结果的准确度并不等于仪表的准确度。因此，在实际应用中，不可把两者混淆起来。3 .测量结果准确度的评定仪表的基本误差对测量对结果的影响。当仪表不能在规定的使用条件下测量时，将有附加误差产生。4 .测量数据的处理

22、测量结果一般由数值大小与测量单位两部分表示。有效数字有效数字是那些能够正确反映测量准确度的数字，是指从一个数据的左起第一个非零数字开始，直到最右边的正确数字。有效数字的最末一位是近似数字，它可以使测量中估计读出来的近似数字， 也可以使按规定修约后的近似数字，而有效数字的其他数字都是准确数字。在测量过程中，读数、记录和运算等对数据的处理，都应按照国家标准数值修约 规则进行。所有的测量数据都必须用有效数字表示。此时要注意以下几点： 有效数字的位数的确定不是任意的，它要根据实际情况而定。数字“ 0”在数据中可以是有效数字，也可以不是，这主要根据它是否表示准确度来判断。 为了明显地表示有效数字的位数，

23、通常把数据用有效数字乘以10的哥次的形式表示。数据的运算应按有效数字的运算规则进行。加减运算。首先对各项数字进行修约，使各数修约到比小数点后位数最少的那项数 字多保留一位小数；其次进行加减运算；最后对运算结果进行修约，使其小数点后 的位数与原各项数字中小数点后位数最少的项相同。乘除运算。先对各项数字进行修约，使各数字修约到不有效数字位数最少的那项数字多保留一位有效数字；然后进行乘除运算；最后对运算结果修约，使其有效数字 的位数与原有数字位数最少的那个数相同。有效数字的修约应按照“四舍五入”的原则进行。修约时应注意以下两点： 在拟舍弃的数字中，左起第一位恰好为“5”时，若“ 5”以后的数字不全为

24、零，则舍“5”进1；若“5”以后的数字全是零，则当拟保留数字的末位为奇数时，舍“5”进1；当拟保留数字的末位为偶数时，则舍“5”不进. 当岁舍弃的数字为两位以上数字时，不能连续对数字进行多次修约，而只能按修约规定进行一次修约.四对电工仪表的主要技术要求l足够的准确度2 .合适的灵敏度3 .仪表本身消耗的功率小4 .良好的读数装置第二章磁电系仪表第一节磁电系测量机构一、结构和工作原理1 .结构通常的磁电系测量机构由固定的磁路系统和可动线圈部分组成，其结构如图2-1所示。(up的；/”树1b)出流盘行图2-1磁电系测量机构的结构示意图磁路系统由永久磁铁、固定在磁铁两极的极掌和处于两个极掌之间的圆柱

25、形铁心组 成。圆柱形铁心固定在仪表支架上， 使两个极掌与圆柱形铁心之间的空隙中形成均匀的 辐射状磁场。可动部分由绕在铝框架上的可动线圈、指针、平衡锤和游丝组成。可动线圈两端装有两个半轴支承在轴承上, 而指针、平衡锤及游丝的一端固定安装在半轴上。 当可动 部分发生转动时，游丝变形产生与转动方向相反的反作用力矩。 另外，游丝还具有把电 流导入可动线圈的作用。磁电系测量机构根据其磁路系统的结构形式不同，分为外磁式、内磁式和，内外 磁式三种，如图2-2所示。1 2-2 蟠电系测出描皿除片各工惚2 .工作原理磁电系测量机构的基本原理是利用可动线圈中的电流与气隙中磁场的相互作用产生电磁力，使可动线圈在力矩

26、的作用下发生偏转，因此称这个力矩为转动力矩。可动线圈的转动使游丝产生反作用力矩，当反作用力矩与转动力矩相等时，可动线圈将停留在某一位置上，指针也相应停留在某一位置上。磁电系测量机构产生转动力矩的原理如 图2-3所示。1*1 2-3 的电珞制机梅产， 打印h iij jjaj'ih¥i当可动线圈转动时，闭合的铝框架切割气隙磁场的磁感线而产生感应电流，这个电流与气隙磁场相互作用，产生一个与可动部分转动方向相反的电磁力矩，这个力矩称为阻尼力矩，如2-4所示。当可动线圈静止下来后，铝框架不再切割磁感线，感应电流为零，阻尼力矩也就为零。由此可见，阻尼力矩是在可动部分转动时产生，对可动部

27、分在平衡位置附近的摆动起到抑制作用， 使可动部分尽快在平衡位置静止下来。 而一旦可 动部分静止下来后，阻尼力矩消失，不影响可动部分的力矩平衡条件， 对测量结果没有影响。阻尼力矩对仪表可动部分起到保护作用，可以防止各种原因引起的可动部分的快速摆动，以免损坏轴承及指针等。转动盯向1i1 2 - 4 针相.昵"产尼1打封用:j 猫窟图/, 一感应电漉: ph jli ”二、技术特性和应用范围1 .技术特性准确度高。灵敏度高。表盘标度尺的刻度均匀，便于读数。过载能力小。只能测量直流。2 .应用范围磁电系测量机构主要用于直流仪表，在直流仪表、便携式和安装式仪表中都得到 广泛应用。磁电系测量机构

28、的过渡电流是直流电流，只要把被测量通过线路按一定关系变换 为直流电流，就可以用它来构成不同功能、不同量程的仪表。第二节磁电系电流表一、分类：根据量程不同可分为微安表、毫安表、安培表及千安表四类。二、结构和工作原理1 .结构磁电系电流表由磁电系测量机构和测量线路-分流器构成。图2-5是最基本的磁电系电流表电路 。图中rf是分流电阻，它并接在测量机构的两端。国2-5 电浮£左门勺分浮匚",:则灯t卡几卡勾内陆i : %分局11时12 .工作原理下面着重介绍分流器扩大量程的基本原理。如，图2-5所示，根据欧姆定律和并联电路的特点，可以得到icrc =ircrfrcrf所以i c

29、= -r i（2-5）rc rf由式（2-5）可知，对某一电流表而言，rc和rf是固定不变的，所以通过表头的电流ic与被 测电流成正比。根据这一正比关系对电流表标度尺进行刻度，就可以指示出被测电流i的大小。如果用n表示量程扩大的倍数，即i n 二一 ic则由式（2-5）可得1 ,rf =-rc（2-6）n -1上式表明，将表头的电流量程扩大n倍，由分流电阻rf的阻值应为表头内阻rc的1即量程扩大的倍数超期大，分流电阻的阻值就越小。另外，当确定表头及需要n -1扩大量程的倍数以后，可以由式（2-6）计算出所需要的分流电阻的阻值。例2-1有一只磁电系表头，满偏电流为 500 na,内阻为200c。

30、现在要把它制成量程为1 a的电流表，则应选用阻值为多少的分流电阻？若需利用该表头测量100 a的电流，应选用何种规格的外附分流器？解：量程扩大倍数为i 1 n = =6 =2000ic 500 10 c所以分流电阻为r 1 r1rf =rc = 200'.10.1',1n -12000 -1故应选用0.1 g的分流电阻。若要用此表测量100 a的电流，选用旬附分流器时，应考虑测量机构满偏时的电压，即 ucuicrc=500 1t 20v0 - 1m(v所以应选用“ 150 a, 100 mv ”的外附分流器。 二、技术特性和应用范围1 .技术特性磁电系电流表除臭具备磁电系测量机

31、构共有的技术特性，作为电流测量仪表还具有如下特性：内阻很小。结构比较复杂，成本较高。应用范围广。2 .应用范围磁电系电流表主要用于直流电路中电流的测量。三、使用维护方法l直流电路的测量方法在工程测量中，一般用磁电系电流表直接与负载串联，使被测电流流过电流表，如图2-6所示。o00图2-6直流电流的测量方法电流表接入被测电路后，电路的工作状态与电流表接入前是不相同的，相当于在电路中串联了一个电阻，从而使被测电路比实际值小。 为了减小电流表接入后其内阻 ra的影响ra应远小于负载电阻 ro 一般规定，内阻 ra与负载电阻r之比不大于允许相对误差尸的%。2 .合理选择电流表根据被测量准确度要求，合理

32、选择电流表准确度。根据被测电流大小选择相应量程的电流表。根据使用环境，选择适合电流表使用条件的组别。合理选择电流表内阻。3 .测量前的检查测量前，应检查电流表指针是否对准“0”刻度线。如果没对准，应调节调零器，使指针对准“ 0”刻度线。4 .测量时，应将电流表串接于被测电路的低电位一侧。5 .读数时，应让指针稳定后再进行读数，并尽量使视线与刻度盘保持垂直。6 .使用时一定要注意连接电路的极性和量程和选择。第三节磁电系检流计磁电系检流计是一种高灵敏度的检测仪表，可以测量微小电流、电压和短暂的脉 冲电量。它主要用于比较法测量中作平衡器，在磁测量和非电量测量中的应用也很广泛。 一、结构磁电系检流计分

33、为指针式和光点式。光点式检流计的结构在于，可动部分不采用轴尖与轴承支承的结构，而采用张丝或悬丝结构， 这样就消除了轴尖与轴承之间和磨擦对测量 的影响，提高了灵敏度。光点式检流计的结构示意和光标读数装置如图2-7和2-8所示。图2-7张丝及悬丝检流计结构示意图2-8光标读数装置光点式检流计分为两种：一种是便携式检流计，其光路系统和标度民主党安装在仪表的内部，所以称为内附光标指示检流计，如图 2-9所示；另一种是分装式光标指示检流计，其光路系统和标度尺中单独的部件，使用时安装在仪表的外部，如图 2-10所示。图2-19便携式检流计结构图图2-10安装式检流计结构图二、 磁电系检流计的选择和使用维护

34、方法 l正确选择磁电系检流计选择检流计时应主要根据以下几点：选择与测量电路准确度相适应的灵敏度或电流常数。选择在合适的阻尼状态下工作。应选用阻尼时间较短的检流计。2.使用维护方法使用时必须轻放，在搬动时应将活动部分用止动器锁住或用导线将两个接线端钮短接。在被测电流的大致范围未知的情况下，应注意配用一个万能分流器或串接一个很大的保护电阻进行测试，当确信不会损坏检流计时，再逐步提高其灵敏度。决不允许用万用表或电阻表去测检流计的内阻，否则会因通入的电流过大而烧坏检流计。第四节 磁电系电压表一、结构和工作原理1 .结构磁电系电压表由磁电系测量机构和测量线路一一附加电阻组成。图211是磁电系电压表的基本

35、电路，其中，r1是附加电阻，它与测量机构串联在一起。利用磁电系测量机构也可以直接测量直流电压，其接线方法是将表头并联在被测电路两端。为了能够测量较高的电压，又不使测量机构的电流超过允许的值，常采用在磁电系电压表测量机构上串联附加电阻的办法。利用多个与测量机构串联的附加电阻，可以构成多量程电压表，如图2-12所示。h077上图211 磁电系电压表的基本电路图212 多量程电压表测量线路rc表头电阻rj附加电阻2.工作原理在图2-11中，根据欧姆定律有ui cr+rc即得u =ic(r+r)和 uc=icr(2 6)由式（26）可知，附加电阻与测量机构串联后，测量机构两端的电压u,只是被测电c路a

36、、b两点间电压u的一部分，而另一部分电压被附加电阻r所分压。如果适当选择附加电阻rj的大小，即可将测量机构的电压量程扩大到所需要的范围。设需将磁电系测量机构的电压量程扩大即则故需选择串联的附加电阻二、技术特性和应用磁电系电压表除具有磁电系仪表共同的技术特性，还具有以下特性：量程范围较广。内阻较高，对被测电路影响小。三、直流电压的测量方法和磁电系电压表的使用维护方法l直流电压的测量方法在工程测量中，通常利用磁电系电压表直接与负载并联来测量负载上的直流电压，如图2 13所示。这种方法可以测量 104102v的直流电压。为了减小电压表接入m倍,m= jr_» 0ucrcrcrj =(m-1

37、)r(2 7)rj的值为测量机构内阻 q的m -1倍。电路对其工作状态的影响，要求内阻rv远大于负载电阻 r。一般规定，r与r/之比应小于相对误差¥的1/5。2 .使用维护方法使用磁电系电压表时，应注意以下几点：正确选择磁电系电压表。测量时应将电压表并联接入被测电路。对多量程电压表，当需要变换量程时，应将电压表与被测电路断开后，再改变量程。不使用电压表时，应将电压表的技术说明书的要求妥善保管。第三章电磁系仪表第一节电磁系测量机构一、结构和工作原理3 .结构电磁系测量机构分为固定部分和可动部分。 与磁电系测量机构相比较， 电磁系测量机构 的固定部分是由固定线圈等组成的， 而可动部分主要

38、由可动铁片、指针、阻尼片等组成。根据固定线圈与可动铁片之间作用关系的不同，电磁系测量机构的结构有吸引型、排斥型和排斥-吸引型三种。吸引型结构。如图 31所示，它的固定线圈和装在转轴上的偏心可动铁片构成了一 个电磁系统。吸引型结构的测量机构由于在结构上的原因，不能做到较高的准确度，一般多用于安装式仪表或 0.5级以下的便携式仪表。排斥型结构。如图 32其固定部分是由圆形的固定线圈和固定于线圈内壁的铁片组 成的。可动部分由固定在转轴上的可动铁片、游丝、指针、阻尼片和平衡锤组成。排斥 型测量机构可以用于交流电路的测量。排斥型结构可以得到刻度较为均匀的标度尺，并能对频率误差有较好的补偿。在结构上采用无

39、骨架线圈、张丝支承、陶瓷支架、高导材料铁馍合金作铁心，经过精心设计，可以制成0.2或0.1级高准确度仪表。排斥一吸引型结构。如图3 3所示，它的固定线圈也是圆形的，分别固定于线圈内 壁上的定铁片和转轴上的动铁片均有两组。4 .工作原理不论哪种结构形式的电磁系测量机构,都是由通过固定线圈的电流产生磁场,于该磁场中的铁片磁化，从而产生转动力矩的。 它与磁电系的主要区别是：它的磁场是由线圈产生的，而磁电系则是由永久磁铁产生的。可以证明，电磁系测量机构的转动力矩与渡过固定线圈的被测电流的平方有关，即m=kai2（3-1）式中，i为通过固定线圈的电流；ka为与偏转角有关的变量，它与线圈特性，铁心材料、尺

40、寸、形状以及与线圈的相对位置有关。当结构一定时，可以认为它是一个常量。当可动部分偏转一个角度 a时，其游丝产生的反作用力矩为(3-2)(33)mr - d：式中，d为游丝反作用力矩系数。若可动部分达到平衡，根据平衡条件m =mr有上i2d由此可见，电磁系测量机构指针的偏转角与被测电流值的平方有关。当被测电流为交流电流时，其指针的偏转角与被测交流电流有效值的平方有关。二、技术特性和应用1 .技术特性电磁系测量机构的结构简单，过载能力强。能够交直流两用。准确度较低。灵敏度较低。工作频率范围不宽。易受外界影响。2 .应用电磁系测量机构主要用于制成电流表、电压表，特别是安装式电流表、电压表。此外，还可

41、用电磁系测量机构做成测量电容、相位、频率等的电磁系比率表， 但精度较低。第二节 电磁系电流表和电压表一、电磁系电流表由于电磁系测量机构工作时，其电流只通过固定线圈，不通过游丝等可动部分。因此，电磁系电流表的测量线路非常简单，只需把固定线圈直接串联在被测电路中即可。对于不同量程的电流表，只要改变固定线圈的导线直径和线圈匝数就能实现。对于便携式电流表来说，一般都是做成多量程的。多量程电磁系电流表的测量线路比较简单，通常采用把固定线圈分段绕制的方法，然后通过接线片或转换开关把两个或几个绕组串接或并接，以达到改变电流量程的目的。图34是一个双量程电流表改变量程的示意图，它的固定线圈由两个完全相同的绕组

42、组成。当用金属接线片把a、c两个端钮连接时，两个绕组是串联的，设此时的量程为im,如图34(a)所示。当用两个金属片分别连接 a、b和c、d端钮时，两个线圈变换为并联，如图3 7(b)所示。当两个线圈中通过的电流均为im时，则进入电流表的总电流可达到2im,这就相当于电流表量程扩大一倍。二、电磁系电压表由于电压表的工作电流小，为了保证有足够大的磁场，电磁系电压表的固定线圈 的匝数要比电流表多得多，而导线都采用细的绝缘导线。与磁电系电压表相同， 电磁系电压表的测量线路是采用固定线圈与附加电阻串联的电路，如图3-5所示。其扩大量程的原理与磁电系电流表完全相同。对于便携式仪表来说，一般都做成多量程的

43、。多量程电磁系电压表的测量线路一 般是将分段绕制的固定线圈的绕组串联、并联后，再与多个附加电阻串联， 改变量程是通过转换开关来实现的。 一般多量程电磁系电压表只有2-4个量程，这是因为电磁系测量机构要同时满足低量程和高量程的要求是很困难的，而且当被测电压高于600v时，出于安全因素的考虑，一般应与电压互感器配合使用。最后需要注意的是，电磁系电压表和电流表的使用方法，基本上与磁电系电压表 和电流表相同，只是电磁系电压表和电流表在与被测电路连接时，不需要考虑正负端钮的问题；有些电磁系电压表和电流表可以交直流两用。第四章电动系仪表第一节电动系测量机构一、结构和工作原理1 .结构电动系测量机构的结构如

44、图41所示。它有两个线圈，固定线圈和可动线圈。定圈分为两个部分，平行排列，这样使定圈两部分之间的磁场比较均匀；动圈与转轴固定连接，一起放置在定圈的两部分之间。反作用力由游丝产生；阻尼力矩由空气阻尼器产生。h图4 1电动系测量机构的结构示意图2 .工作原理二、技术特性准确度高。可以交直流两用。能够构成多种线路测量多种参数。易受外界影响。仪表本身消耗的功率较大。过载能力小。电动系电流表、电压表的标度尺刻度不均匀，但功率表的标度尺刻度均匀。第二节 电动系电流表和电压表一"、电动系电流表图4-2是最简单的电动系电流表的测量线路，它是把定圈和动圈的电流相等，所以电动系电流表指针的偏转角正比于被

45、测电流的平方，即.2二广i图4 2电动系电流表原理电路所以，电动系电流表标度尺具有平方规律，其起始部分刻度较密，而靠近上量程 部分较疏。由于动圈电流由游丝导入，所以这种两个线圈直接串联的电流表只能用于测量 0.5a以下的电流。如果测量较大电流，通常是将定圈和动圈并联，或用分流电阻对动 圈分流来实现。由于电动系测量机构的磁路是空气，因此磁阻很大。为了能建立足够强的磁场， 线圈所需的匝数较多，所以电动系电流表的内阻较大，测量时消耗的功率较大。电动系电压表与磁电系电压表的测量线路一样，电动系电压表是将测量机构中的定圈、动圈和 附加电阻一起串联起来构成的，如图4-3所示。图43电动系电压表原理电路当附

46、加电阻一定时，由电工学的知识可知，通过测量机构的电流与仪表两端的电 压成正比。电动系电压表一般都做成多量程的便携式仪表，其量程的变换是通过改变附加电 阻来实现。由于电压表测量时的电流较小，所以电动系电压表的线圈匝数较多；但由于通过 测量机构的电流不能太小，所以串联的附加电阻就不能太大，这就限制了电动系电压表内阻的提高，测量时仪表消耗的功率较大。第三节功率表一、电动系功率表1、结构和工作原理电动系测量机构用于功率测量时，其定圈a与负载串联接入被测电路；而动圈与附加电阻rj串联后并联接入被测电路，如图 4-4(a)所示，根据国家标准规定，在测 量线路中，用一个圆加一条水平粗实线和一条竖直细实线来表

47、示电压与电流相乘的线 圈，如图4-4(b)所示；动圈支路两端的电压就是被测电路两端的电压，所以通常称动圈 为电压线圈，而动圈支路也被称为电压支路。储原理加息图山i电耕图图44电动系功率表的原理电路电工仪表与测量讲义工作原理:当用于直流电路的功率测量时，通过定圈的电流i1与被测电路电流相等，即i1=i而动圈中的电流i2可由欧姆定律确定，即i2 =由于电流线圈两端的电压降远小于负载两端的电压u ,所以可以认为电压支路两端的电压与负载电压 u是相等的。上式中r2电压支路总电阻，它包括动圈电阻和附加电阻rj的总和。对于一个已制成的功率表来说，r2是一个常数。由式(4-1)可以得出:式 ui = p(4

48、-1)即电动系功率表用于直流电路的测量时，其可动部分的偏转角a正比于被测负载功率p。当用于交流电路的测量时，通过定圈的电流i；等于负载电流i ,即而通过动圈的电流i2与负载电压u成正比，即i2工z2式中，z2为电压支路的复阻抗。由于电压支路中附加电阻 rj的阻值总是比较大，在工作频率不太高时，动圈的感抗相比之下可以忽略不计。因此，可以近似认为动圈电流i2与负载电压u是同相的,即i2与u的相位差等于零，如图 4-5所示。:二 ui cos = p(4-2)即电动系功率表用于交流电路的功率测量时，其可动部分的偏转角口与被测电路的有功功率 p成正比。虽然这一结论是在正弦交流电路的情况下得出的，但它结

49、非正 弦交流电路同样适用。综上所述，电动系功率表不论用于直流或交流电路的功率测量，其可动部分的偏 转角均与被测电路的功率成正比。因此，电动系功率表的标度尺刻度是均匀的。2、多量程功率表便携式电动系功率表通常都是多量程的，一般有两个电流量程，两个或三个电压量程。电流的两个量程是由电流线圈的两个完全相同的绕组采用串联或并联的方法来实现的，如图4-6所示。如果两个绕组串联时的电流量程为im,则两个绕组并联时的电流量程为2lm。电流量程的转换一般是通过用连接片改变额定电流来实现的。电压量程的改变与电压表改变量程的方法相同，即在电压支路中串联不同的附加电阻，如图4-7所示。这种功率表的电压电路有四个端钮

50、，其中标有“*”号的为公共端钮。39图4 6用连接片改变功率表的电流量程图4 7多量程功率表的电压电路例4-1有一感性负载，其功率约为 800w,功率因数为0.8,工作在220v电路中。如用d9-w14型功率表去测量它的实际功率，应怎样选择功率表的量程？解：因负载工作于 220v电路中，故应选择功率表的电压额定值为300v。负载电流i可以按下式计算出pucos :800200 0.8a=4.54a故应选择电流额定值为 5a。例4-2在例4-1中，如果负载工作于110v电路中，假定其他条件不变，又应如何选择功率表的量程？解：因负载在110v电路中工作，故应选择功率表的电压额定值为150v。其负载

51、电流ucos 1800110 0.8a ： 9.1a故应选择功率表的电流额定值为10a。由上述两个例子可以看出：同样的负载，其工作状态不同，功率表的量程选择是不同的。如果在例4-1中将功率表的量程误选为 10a/150v,虽然负载功率并未超出功 率量程，但由于负载电压已超出其电压支路所能承受的电压150v,则可能因电压支路电流过大而烧毁动圈或游丝。同理，如在例 4-2中误选5a/300v量程，则会因通过定 圈的电流超过额定值而烧毁定圈。 所以，在选择功率表的量程时，一定要注意同时使被 测电路的电流、电压都不要超过额定值。3、功率表的选择及使用方法正确选择功率表的量程。功率表的正确接法必须遵守“

52、发电机原则”的接线规则，即：功率表标有“ *”号的电流端必须接至电源的一端，而另一电流端则接负载端。电流 线圈是串联功率表上标有“ *”号的电压端钮可以接至电流端钮的任意一端，而另一个电压端钮 则跨接至负载的另一端。功率表的电压支路是并联接入被测电路的。功率表的正确接线如图 4-8所示。图48功率表的正确接法功率表接线方式的正确选择。功率表有两种不同的接线方式，即电压线圈前接和电压线圈后接，如图4-8(a)、(b)所不电压线圈前接法用于负载电阻远比电流线圈电阻大得多的情况。因为这时电路线圈中的电流虽然等于负载电流，但电压支路两端的电压包含负载电压和电流线圈两端的电压，即功率表的读数中多出了电流线圈的功率消耗i2rmi是负载电流，ri是电流线圈中的电阻)。如果负载电阻远比 ri大，那么i2ri对读数所引起的