第1章电工仪表与测量的基本知识

1、第一节第一节第二节第二节第三节第三节第四节第四节第五节第五节第一章第六节第六节电工仪表与测量的基本知识电工仪表与测量的基本知识常用电工仪表的分类、型号和标志第一节 电工测量就是将被测的电量、磁量或电参数与同类标准量进行比较，从而确定出被测量大小的过程。 在电工测量中，除了应根据测量对象正确选择和使用电工仪表外，还必须采取合理的测量方法，掌握正确的操作技能，才能尽可能地减小测量误差。一、常用电工仪表的分类一、常用电工仪表的分类 在电工测量中，测量各种电量、磁量及电路参数的仪器仪表统称为电工仪表。 电工仪表种类很多,按结构和用途不同,主要分为指示仪表、比较仪表、数字仪表和智能仪表四大类。指示仪表指

2、示仪表 特点：特点：能将被测量转换为仪表可动部分的机械偏转角，并通过指示器直接指示出被测量的大小，故又称为直读式仪表。 按工作原理分类按工作原理分类 ： 主要有磁电系仪表、电磁系仪表、电动系仪表和感应系仪表。此外,还有整流系仪表、铁磁电动系仪表等。 典型仪表：典型仪表：安装式仪表、便携式仪表常见的安装式仪表便携式仪表比较仪表比较仪表 比较仪表的特点：比较仪表的特点：在测量过程中，通过被测量与同类标准量进行比较，然后根据比较结果才能确定被测量的大小。 比较仪表分类：比较仪表分类：直流比较仪表和交流比较仪表。直流电桥和电位差计属于直流比较仪表，交流电桥属于交流比较仪表。 典型仪表：典型仪表：比较式

3、直流电桥比较式直流电桥数字仪表数字仪表 数字仪表的特点：数字仪表的特点：采用数字测量技术，并以数码的形式直接显示出被测量的大小。 数字仪表的分类：数字仪表的分类：常用的有数字式电压表、数字式万用表、数字式频率表等。 典型仪表：典型仪表：数字式电压表数字式电压表智能仪表智能仪表 智能仪表的特点：智能仪表的特点：利用微处理器的控制和计算功能，这种仪器可实现程控、记忆、自动校正、自诊断故障、数据处理和分析运算等功能。 智能仪表的分类：智能仪表的分类：智能仪表一般分为两大类：一类是带微处理器的智能仪器；另一类是自动测试系统。 典型仪表：典型仪表：数字式存储示波器数字式存储示波器二、电工指示仪表的型号安

4、装式指示仪表的型号便携式指示仪表的型号电能表的型号 安装式仪表型号的编制规则42C10A形状第二位代号形状第一位代号系列代号设计序号用途号表示一块设计序号为10的安装式磁电系电流表便携式仪表型号的编制规则系列代号设计序号用途号T19A注意：便携式仪表和安装式仪表的区别在于其系列代号前面是否有数字！电能表型号的编制规则系列代号设计序号DD282系列代号中DD单相电能表DS三相电能表DX无功电能表三、电工仪表的标志 不同的电工仪表具有不同的技术特性，为方便选择和使用仪表，规定用不同的符号来表示这些技术特性，并标注在仪表的面板上，这些图形符号叫做仪表的标志。测量单位的符号测量单位的符号按外界条件分组

5、的符号按外界条件分组的符号识别电流表的表盘上的符号上面仪表面板上的型号符号及图形符号的含义是什么？思考与练习 电工仪表按结构和用途的不同，分为哪几类？各自的特点是什么？ 电工指示仪表按工作原理分为哪几类？画出各自的标志图形符号。 解释下列电工仪表型号的含义： 45T1cosj T62V DS36 DT12 D3Hz DD862返回章目录电工指示仪表的误差和准确度第二节 误差误差：在电工测量中，无论哪种电工仪表，也不论其质量多高，它的测量结果与被测量的实际值之间总会存在一定的差值，这个差值叫做误差。 准确度准确度：是指仪表的测量结果与实际值的接近程度。 可见，仪表的准确度越高，误差越小。误差值的

6、大小可以用来反映仪表本身的准确程度。一、仪表的误差一、仪表的误差 基本误差：基本误差：仪表在正常工作条件下，由于仪表本身的结构、制造工艺等方面的不完善而产生的误差叫基本误差。基本误差是仪表本身所固有的误差，一般无法消除。 附加误差：附加误差：仪表因为偏离了规定的工作条件而产生的误差叫附加误差。附加误差实际上是一种因外界工作条件改变而造成的额外误差，一般可以设法消除。绝对误差绝对误差相对误差相对误差引用误差引用误差二、误差的表示方法二、误差的表示方法 仪表的指示值Ax与被测量实际值A0之间的差值，叫做绝对误差。 AxA0在计算值时，通常可用标准表的指示值作为被测量的实际值。 将上式变形可得 A0

7、AxAx+（）Ax +C 上式中的C称为仪表的校正值。绝对误差绝对误差 实际中在测量同一被测量时，实际中在测量同一被测量时，我们可以用绝对误差的绝对值来比我们可以用绝对误差的绝对值来比较不同仪表的准确程度，越小的仪较不同仪表的准确程度，越小的仪表越准确。表越准确。例例 用一只标准电压表来校验甲、乙两只电压表，当标准表的指示值为220V时，甲、乙两表的读数分别为220.5V和219V，求甲、乙两表的绝对误差。 解：代入绝对误差的定义式得 甲表的绝对误差 1Ax1A0 220.52200.5V 乙表的绝对误差 2Ax2A0 2192201V 绝对误差与被测量实际值A0比值的百分数，叫做相对误差，即

8、 一般情况下实际值A0难以确定，而仪表的指示值AxA0，故可用以下公式计算%100 xA%1000A相对误差相对误差 实际测量中，相对误差不仅常实际测量中，相对误差不仅常用来表示测量结果的准确程度，而用来表示测量结果的准确程度，而且便于在测量不同大小的被测量时，且便于在测量不同大小的被测量时，对其测量结果的准确程度进行比较。对其测量结果的准确程度进行比较。例例 已知甲表测量200V电压时l+2V，乙表测量10V电压时2+1V，试比较两表的相对误差。解：甲表相对误差为 乙表相对误差为%1%1002002%1000111A%10%100101%1000222A 在测量不同大小的被测量时，在测量不同

9、大小的被测量时，不能简单地用绝对误差不能简单地用绝对误差来判断测来判断测量结果的准确程度。只能用相对误量结果的准确程度。只能用相对误差来比较测量结果的准确程度。差来比较测量结果的准确程度。 绝对误差与仪表量程（最大读数）Am比值的百分数，叫做引用误差m，即 %100mmA 工程中，一般采用引用误差来反映工程中，一般采用引用误差来反映仪表的准确程度。仪表的准确程度。引用误差引用误差 引用误差实际上就是仪表在最引用误差实际上就是仪表在最大读数时的相对误差，即满度相对大读数时的相对误差，即满度相对误差。因为绝对误差误差。因为绝对误差基本不变，基本不变，仪表量程仪表量程Am也不变，故引用误差也不变，故

10、引用误差m可以用来表示一只仪表的准确程度。可以用来表示一只仪表的准确程度。 国家标准中规定以最大引用误差来国家标准中规定以最大引用误差来表示仪表的准确度。表示仪表的准确度。三、仪表的准确度三、仪表的准确度 仪表的准确度：仪表的准确度：仪表的最大绝对误差m与仪表量程Am比值的百分数，叫做仪表的准确度（K）。即 %100%mmAK K表示仪表的准确度等级，它的百分数表示仪表在规定条件下的最大引用误差。 最大引用误差越小，仪表的基本误差越小，准确度越高。 准确度等级0.10.20.51.01.52.55.0基本误差（%）0.10.20.51.01.52.55.0仪表的基本误差仪表的基本误差 若已知仪

11、表量程，可求出不同准确度等级仪表所允许的最大绝对误差m，即100mmAK 例例用准确度等级为5.0级、量程为500V的电压表，分别测量50V和500V的电压。求其相对误差各为多少?解：先求出该表的最大绝对误差 测量50V电流时产生的相对误差为 测量500V电流时产生的相对误差为 V251005000.5100mmAK%50%1005025%1000111A%5%10050025%1000222A 由以上计算结果可以看出: 一般情况下,测量结果的准确度并不等于仪表的准确度，只有当被测量正好等于仪表量程时，两者才会相等。 实际测量时，为保证测量结果的准确性，不仅要考虑仪表的准确度，还要选择合适的量

12、程。 通常测量时要使仪表指针处在满刻度通常测量时要使仪表指针处在满刻度的后三分之一段。的后三分之一段。仪表指针的正确位置 思考与练习 仪表的误差分哪几类？外磁场变化引起的误差叫什么误差？能否消除？ 误差的表示方法有哪几种？各自适用于哪些场合？ “仪表的准确度越高，测量准确度也越高”这话对吗？为什么？ 什么叫“合适的仪表量程”？返回章目录测量误差及消除方法 第三节 根据产生测量误差的原因不同，测量误差可分为： 系统误差 偶然误差 疏失误差 定义：指在相同条件下多次测量同一量时，误差的大小和符号均保持不变，而在条件改变时遵从一定规律变化的误差。 一、系统误差一、系统误差 测量仪表的误差。包括基本误

13、差和附加误差。 测量方法的误差。 仪表受外磁场的影响。 仪表本身不完善和外界因素影响造成的误差。系统误差产生的原因系统误差产生的原因 重新配置合适的仪表或对仪表进行校正。 采用合理的测量方法。 采用正负误差补偿法。 采用替代法。 引入校正值。消除系统误差的方法消除系统误差的方法二、偶然误差二、偶然误差 定义：定义：偶然误差是一种大小和符号都不固定的误差，又称为“随机误差”。偶然误差产生的原因及消除方法偶然误差产生的原因及消除方法 原因原因：偶然误差主要由外界环境的偶发性变化引起。 消除方法消除方法：采用增加重复测量次数取算术平均值的方法来消除偶然误差对测量结果的影响。 定义：定义：疏失误差是一

14、种严重歪曲测量结果的误差。三、疏失误差三、疏失误差疏失误差产生的原因及消除方法疏失误差产生的原因及消除方法 原因原因：主要由于操作者的粗心和疏忽造成。另外也包括由于操作者素质太差，不懂正确读数而造成的误差。 消除方法消除方法：对含有疏失误差的测量结果应抛弃不用。消除疏失误差的根本方法是加强操作者的工作责任心，倡导认真负责的工作态度，同时要提高操作者的素质和技能水平。 以前学过的各种误差小结以前学过的各种误差小结 基本误差 附加误差 绝对误差 误差的表示方法 相对误差 引用误差 系统误差 测量误差 偶然误差 疏失误差仪表误差思考与练习 什么叫测量误差？它分为哪几类？ 测量误差和仪表误差之间有什么

15、关系？ “正负误差补偿法可以消除系统误差”，这句话对吗？为什么？ 如何消除偶然误差？ 如何消除疏失误差？返回章目录电工指示仪表的技术要求第四节电工指示仪表的技术要求要有足够的准确度要有合适的灵敏度要有良好的读数装置要有良好的阻尼装置仪表本身消耗功率小要有足够的绝缘强度要有足够的过载能力仪表的变差要小一、要有足够的准确度一、要有足够的准确度 标准表或精密测量时可选用0.1级或0.2级的仪表。 实验室一般选用0.5级或1.0级的仪表。 一般的工程测量可选用1.5级以下的仪表。仪表的灵敏度仪表的灵敏度 在电工指示仪表中，仪表可动部分偏转角的变化量与被测量的变化量x之比值叫做仪表的灵敏度。用S表示。即

16、 灵敏度描述了仪表对被测量的反应能力，即反映了仪表所能测量的最小被测量。xS二、要有合适的灵敏度二、要有合适的灵敏度 在实际测量中，要根据被测量的要求选择合适的灵敏度。 例如万用表的测量机构就要选用灵敏度较高的仪表，而一般工程测量就不要选用灵敏度较高的仪表，以降低成本。三、要有良好的读数装置三、要有良好的读数装置 良好的读数装置是指仪表的标度尺刻度应尽量均匀，以便于准确读数。对刻度不均匀的标度尺，应标明读数的起点，并用符号“ ”表示。 均匀刻度便于读数不均匀刻度易出现读数误差四、要有良好的阻尼装置四、要有良好的阻尼装置 良好的阻尼装置是指当仪表接入电路后，指针在平衡位置附近摆动的时间要尽可能短

17、，在仪表测量时指针能够均匀地、平稳地指向平衡位置,以便迅速读数。 若阻尼装置失效，则仪表会出现指针在平衡位置左右摆动，长时间不能停留在平衡位置，从而延长读数的时间。 五、仪表本身消耗功率小五、仪表本身消耗功率小 如果仪表本身消耗功率太大，轻者会改变被测电路原有的工作状态，从而产生较大的测量误差，重者可能造成仪表损坏。 六、要有足够的绝缘强度六、要有足够的绝缘强度 使用中严禁测量电路的电压超过仪表的绝缘强度试验电压，否则将引起危害人身和设备安全的事故。 七、要有足够的过载能力七、要有足够的过载能力 在实际使用中，由于某些原因使仪表过载的现象经常发生，因此要求仪表具有足够的抗过载能力，以延长仪表的

18、使用寿命。否则仪表一旦过载，轻者指针被打弯，重者可能损坏仪表。 八、仪表的变差要小八、仪表的变差要小 仪表在反复测量同一被测量时，由于摩擦等原因造成的两次读数不同，它们的差值称为“变差”。 一般要求仪表的“变差”不应超过其基本误差的绝对值。 思考与练习 仪表的准确度越高越好吗？为什么？ 为什么仪表要有良好的读数装置？ 仪表不加装阻尼力矩装置会出现什么现象？ 如何选择一块适合自己使用的万用表？ 为什么要求仪表具有足够的过载能力？返回章目录常用电工测量方法第五节 实践证明，测量结果准确与否，除了与所使用的电工仪表有关之外，还与所选择的测量方法有关。 所谓电工测量就是把被测的电量、磁量或电参数与同类

19、标准量(即度量器)进行比较，从而确定被测量大小的过程。 常见的标准度量器常见的标准度量器标准电阻 标准电感 标准电容 特点：特点：凡能用直接指示的仪器仪表读取被测量数值，而无需度量器直接参与的测量方法，叫做直接测量法。 适用范围：适用范围：适用于准确度要求不太高的场合。一、直接测量法一、直接测量法直接测量法的优缺点直接测量法的优缺点 优点：优点：方法简便，读数迅速。 缺点：缺点：由于仪表接入被测电路后，会使电路工作状态发生变化，因而这种测量方法的准确度较低。 举例：举例：电流表测量电流，电压表测量电压，功率表测量功率等。 特点：特点：测量时先测出与被测量有关的电量，然后通过计算求得被测量数值的

20、方法，叫做间接测量法。 适用范围：适用范围：在准确度要求不高的特殊场合。二、间接测量法二、间接测量法间接测量法的优缺点间接测量法的优缺点 优点：优点：在准确度要求不高的一些特殊场合应用十分方便。 缺点：缺点：误差较大。 举例：举例：伏安法测量电阻；通过测量晶体三极管发射极电压求得放大器静态工作点IC的方法。 用间接法测量晶体管放大器的直流静态工作点用间接法测量晶体管放大器的直流静态工作点+UCC+USCUE1UE2 特点：特点：凡在测量过程中需要度量器的直接参与，并通过比较仪表来确定被测量数值的方法叫做比较测量法。 适用范围：适用范围：适用于测量要求准确度较高的场合。 三、比较测量法三、比较测

21、量法比较测量法的分类比较测量法的分类 零值法：零值法：在测量过程中，通过改变标准量，使其与被测量相等（即两者差值为零），从而确定被测量数值的方法叫零值法。如用电桥测量电阻就属于这种方法。 差值法：差值法：利用被测量与标准量的差值作用于测量仪表，从而确定被测量数值的方法，叫差值法。如用不平衡电桥测量电阻就属于这种方法。 代替法：代替法：在测量过程中，用已知标准量代替被测量，若维持仪表原来的读数不变，则被测量必等于已知标准量，这种测量方法叫做代替法。比较测量法的优缺点比较测量法的优缺点 优点：优点：准确度高。 缺点：缺点：设备复杂，价格较高，操作麻烦。 举例：举例：电桥测量电阻。小小 结结 测量中

22、实际使用的标准量是测量单位的复制体，叫度量器。度量器分为基准度量器和标准度量器。 常用的电工测量方法有直接测量法、间接测量法和比较测量法三种。它们各自的优点和缺点不同，适用范围也不同。思考与练习 什么叫度量器？基准度量器和标准度量器相比，谁的准确度更高一些？ 常用的电工测量方法分哪几类？各自的优缺点有哪些？各适合于哪些场合？ 为什么要用间接测量法测量晶体管放大器的静态工作点，而不用直接测量法？返回章目录电工指示仪表的组成第六节测量线路测量机构作用是把不同的被测电量按一定比例转换成能被测量机构接受的过渡电量作用是把过渡电量转换成仪表可动部分的机械偏转角被测电量x 过渡电量y指针偏转角y=f (x)=F(y)=(x)一、电工指示仪表的组成一、电工指示仪表的组成测量机构是整个仪表的核心测量机构是整个仪表的核心 为使仪表指针的偏转角能够正确反映被测量的数值，要求偏转角一定要与被测电量（过渡电量）保持一定的函数关系。 转动力矩装置 反作用力矩装置 阻尼力矩装置 读数装置 支撑装置 二、测量机构的主要装置二、测量机构的主要装置转动力矩装置转动力矩装置 产生转动力矩的装置都由固定部分和可动部分组成。 转动力矩M的大小与被