常用电工仪表 演示文稿

第3单元

常用电工仪表

内容提要

本章对万用表的工作原理、操作使用方法进行重点介绍；对电流表、电压表、钳形电流表、兆欧表、接地电阻测定仪、功率表、电度表等的测量原理及使用方法逐一分析和介绍。3．1常用电工仪表知识测量电流、电压、功率等电量的指示仪表，称为电工测量仪表。3．1．1电工仪表的基本组成和工作原理基本组成框图如图3．1所示:

图3．1电工指示仪表基本组成框图基本工作原理：测量线路将被测电量或非电量转换成测量机构能直接测量的电量时，测量机构活动部分在偏转力矩的作用下偏转。同时，测量机构产生反作用力矩的部件所产生的反作用力矩也作用在活动部件上，当转动力矩与反作用力矩相等时，可动部分便停止下来。指出被测量的大小。3．1．2常用电工仪表的分类

按仪表的工作原理不同，可分为磁电式、电磁式、电动式、感应式等；按测量对象不同，可分为电流表（安培表）、电压表（伏特表）、功率表（瓦特表）、电度表（千瓦时表）、欧姆表以及多用途的万用表等；按测量电流种类的不同，可分为单相交流表、直流表、交直流两用表、三相交流表等；按使用性质和装置方法的不同，可分为固定式（开关板式）、携带式；按测量准确度不同，可分为0．1、0．2、0．5、1．0、1．5、2．5、5．0共七个等级。3．1．3电工仪表的精确度

指在规定条件下使用时，可能产生的基本误差占满刻度的百分数。测量准确度的七个等级中，数字越小，仪表精确度越高，基本误差越小。0．1级到0．5级的仪表，精确度较高，常用于实验室作校检仪表。1．5级以下的仪表，精确度较低，通常用作工程上的检测与计量。3．2电流表与电压表

电流表又称为安培表，用于测量电路中的电流。电压表又称为伏特表，用于测量电路中的电压。按其工作原理的不同，分为磁电式、电磁式、电动式三种类型，其原理与结构分别如图3．2（a）、（b）、（c）所示。

图3．2电流表、电压表的原理与结构（a）磁电式

（b）电磁式

（c）电动式

3．2．1结构与工作原理

1．磁电式仪表的结构与工作原理

结构：主要由永久磁铁、极靴、铁心、活动线圈、游丝、指针等组成。工作原理：当被测电流流过线圈时，线圈受到磁场力的作用产生电磁转矩绕中心轴转动，带动指针偏转，游丝也发生弹性形变。当线圈偏转的电磁力矩与游丝形变的反作用力矩相平衡时，指针便停在相应位置，在面板刻度标尺上指示出被测数据。2．电磁式仪表的结构与工作原理结构：主要由固定部分和可动部分组成。以排斥型结构为例，固定部分包括圆形的固定线圈和固定于线圈内壁的铁片，可动部分包括固定在转轴上的可动铁片、游丝、指针、阻尼片和零位调整装置。仪表的结构与工作原理

工作原理：当固定线圈中有被测电流通过时，线圈电流的磁场使定铁片和动铁片同时被磁化，且极性相同而互相排斥，产生转动力矩。定铁片推动动铁片运动，动铁片通过传动轴带动指针偏转。当电磁偏转力矩与游丝形变的反作用力矩相等时，指针停转，面板上指示值即为所测数值。3．电动式仪表的结构与工作原理

结构：由固定线圈、可动线圈、指针、游丝和空气阻尼器等组成。

工作原理：当被测电流流过固定线圈时，该电流变化的磁通在可动线圈中产生电磁感应，从而产生感应电流。可动线圈受固定线圈磁场力的作用产生电磁转矩而发生转动，通过转轴带动指针偏转，在刻度板上指出被测数值。

3．2．2电流的测量

测量电流时，电流表必须与被测电路串联。

1．

交流电流的测量通常采用电磁式电流表。

在测量量程范围内将电流表串入被测电路即可，如图3．3所示。

测量较大电流时，必须扩大电流表的量程。可在表头上并联分流电阻或加接电流互感器，其接法如图3．4所示。

图3．3交流电流的测量

图3．4用互感器扩大交流电流表量程

2.直流电流的测量

通常采用磁电式电流表。

直流电流表有正、负极性，测量时，必须将电流表的正端钮接被测电路的高电位端，负端钮接被测电路的低电位端，如图3．5所示。

被测电流超过电流表允许量程时，须采取措施扩大量程。对磁电式电流表，可在表头上并联低阻值电阻制成的分流器，如图3．6所示。

对电磁式电流表，可通过加大固定线圈线径来扩大量程。也可将固定线圈接成串、并联形式做成多量程表，如图3．7所示。图3．5直流电流的测量

图3．6用分流器扩大量程

电磁式电流表扩大量程

图3．7电磁式电流表扩大量程3．2．3电压的测量测量电压时，电压表必须与被测电路并联。

1.交流电压的测量测量交流电压通常采用电磁式电压表。在测量量程范围内将电压表直接并入被测电路即可，如图3．8所示。用电压互感器来扩大交流电压表的量程，如图3．9所示。图3．8交流电压的测量图3．9用互感器扩大交流电压表量程

2．

直流电压的测量通常采用磁电式电压表。

直流电压表有正、负极性，测量时，必须将电压表的正端钮接被测电路的高电位端，负端钮接被测电路的低电位端，如图3．10所示。

在电压表外串联分压电阻扩大量程，如图3．11所示。图3．10直流电压的测量图3．11串分压电阻扩大量程

3．3万用表

以MF30型指针式万用表和DT840型数字式万用表为例，了解其结构和性能，学会使用万用表正确测量电压、电流、电阻等基本电量的方法，熟悉有关使用的注意事项。3．3．1指针式万用表1．指针式万用表的结构主要由表头、测量线路、转换开关三部分组成。外形结构如图3．12所示。使用指针式万用表，主要注意下面几点：

(1)使用前，应将表头指针调零。(2)测量前，应根据被测电量的项目和大小，将转换开关拨到合适的位置。

(3)测量完毕，应将转换开关拨到最高交流电压档，有的万用表（如500型）应将转换开关拨到标有“．”的空档位置。

MF30型万用表的外形结构图3．12MF30型万用表的外形结构

2．

交流电压的测量

（1）测量前，将转换开关拨到对应的交流电压量程档。如果事先不知道被测电压大小，量程宜放在最高档，以免损坏表头。（2）测量时，将表笔并联在被测电路或被测元器件两端。严禁在测量中拨动转换开关选择量程。（3）测电压时，要养成单手操作习惯，且注意力要高度集中。（4）由于表盘上交流电压刻度是按正弦交流电标定的，如果被测电量不是正弦量，误差会较大。（5）可测交流电压的频率范围一般为45HZ∽1000HZ，如果超过范围，误差会增大。3．

直流电压的测量

测量方法与交流电压基本相同，但要注意下面二点：

（1）与测量交流电压一样，测量前要将转换开关拨到直流电压的档位上，在事先不清楚被测电压高低的情况下，量程宜大不宜小；测量时，表笔要与被测电路并联，测量中不允许拨动转换开关。（2）测量时，必须注意表笔的正负极性。红表笔接被测电路的高电位端，黑表笔接低电位端。若表笔接反了，表头指针会反打，容易打弯指针。如果不知道被测点电位高低，可将表笔轻轻地试触一下被测点。若指针反偏，说明表笔极性反了，交换表笔即可。

直流电流、电阻的测量

4．直流电流的测量

（1）测量时，万用表必须串入被测电路，不能并联。

（2）必须注意表笔的正、负极性。测量时，红表笔接电路断口高电位端，黑表笔接低电位端。

（3）在不清楚被测电流大小情况下，量程宜大不宜小。严禁在测量中拨动转换开关选择量程。

5．

电阻的测量

（1）正确选择电阻倍率档，使指针尽可能接近标度尺的几何中心，可提高测量数据的准确性。

（2）严禁在被测电路带电的情况下测量电阻。

（3）测量时，直接将表笔跨接在被测电阻或电路的两端，注意不能用手同时触及电阻两端，以避免人体电阻对读数的影响。

（4）测量热敏电阻时，应注意电流热效应会改变热敏电阻的阻值。

3．3．2数字式万用表

1．数字式万用表的结构

DT840型数字式万用表的面板结构如图3．13所示。

图3．13DT840型数字式万用表的面板结构

数字万用表的使用2．直流电压、交流电压的测量

先将黑表笔插入COM插孔，红表笔插入V／Ω插孔，然后将功能开关置于DCV（直流）或ACV（交流）量程，并将测试表笔连接到被测源两端，显示器将显示被测电压值。

如果显示器只显示“1”，表示超量程，应将功能开关置于更高的量程（下同）。

3．直流电流、交流电流的测量

先将黑表笔插入COM插孔，红表笔需视被测电流的大小而定。如果被测电流最大为2A，应将红表笔插入A孔；如果被测电流最大为20A，应将红表笔插入20A插孔。再将功能开关置于DCA或ACA量程，将测试表笔串联接入被测电路，显示器即显示被测电流值。

数字万用表的使用4．电阻的测量

先将黑表笔插入COM插孔，红表笔插入V／Ω插孔（注意：红表笔极性此时为“＋”，与指针式万用表相反），然后将功能开关置于OHM量程，将两表笔连接到被测电路上，显示器将显示出被测电阻值。

5．二极管的测试

先将黑表笔插入COM插孔，红表笔插入V／Ω插孔，然后将功能开关置于二极管档，将两表笔连接到被测二极管两端，显示器将显示二极管正向压降的mV值。当二极管反向时则过载。根据万用表的显示，可检查二极管的质量及鉴别所测量的管子是硅管还是锗管。（1）测量结果若在1V以下，红表笔所接为二极管正极，黑表笔为负极；

（2）测量显示若为550∽700mV者为硅管；150∽300mV者为锗管。

数字万用表的使用（3）如果两个方向均显示超量程，则二极管开路；若两个方向均显示“0”V，则二极管击穿、短路。6．晶体管放大系数hFE的测试

将功能开关置于hFE档，然后确定晶体管是NPN型还是PNP型，并将发射极、基极、集电极分别插入相应的插孔。此时，显示器将显示出晶体管的放大系数hFE值。（1）基极判别

将红表笔接某极，黑表笔分别接其它两极，若都出现超量程或电压都小，则红表笔所接为基极；若一个超量程，一个电压小，则红表笔所接不是基极，应换脚重测。

（2）管型判别

在上面测量中，若显示都超量程，为PNP管；若电压都小（0．5∽0．7V），则为NPN管。

数字万用表的使用（3）集电极、发射极判别

用hFE档判别。在已知管子类型的情况下（此处设为NPN管），将基极插入B孔，其它两极分别插入C、E孔。若结果为hFE＝1∽10（或十几），则三极管接反了；若hFE＝10∽100（或更大），则接法正确。

7．带声响的通断测试

先将黑表笔插入COM插孔，红表笔插入V／Ω插孔，然后将功能开关置于通断测试档（与二极管测试量程相同），将测试表笔连接到被测导体两端。如果表笔之间的阻值低于约30Ω，蜂鸣器会发出声音。

3．4钳形电流表

用钳形电流表可直接测量交流电路的电流，不需断开电路。3．4．1结构和工作原理

外形结构如图3．14所示。测量部分主要由一只电磁式电流表和穿心式电流互感器组成。穿心式电流互感器铁心做成活动开口，且成钳形，。

图3．14钳形电流表的外形结构

钳形电流表原理：当被测载流导线中有交变电流通过时，交流电流的磁通在互感器副绕组中感应出电流，使电磁式电流表的指针发生偏转，在表盘上可读出被测电流值。

3．4．2使用方法1．测量前，应检查指针是否在零位，否则，应进行机械调零。

2．测量时，量程选择旋钮应置于适当位置，以便测量时指针处于刻度盘中间区域，减少测量误差。

3.如果被测电路电流太小，可将被测载流导线在钳口部分的铁心上缠绕几圈再测量，然后将读数除以穿入钳口内导线的根数即为实际电流值。4.测量时，将被测导线置于钳口内中心位置，可减小测量误差。5.钳形表用完后，应将量程选择旋钮放至最高档.

3．5兆欧表

一种测量电器设备及电路绝缘电阻的仪表。

3．5．1结构和工作原理

外形如图3．15（a）所示。主要包括三个部分：手摇直流发电机（或交流发电机加整流器）、磁电式流比计、接线桩（L、E、G）。

工作原理可用图3．15（b）来说明。

图3．15兆欧表的外形和工作原理示意图（a）外形

（b）工作原理

3．5．2使用方法

1．

测量前的检查（1）检查兆欧表是否正常。

（2）检查被测电气设备和电路，看是否已切断电源。

（3）测量前应对设备和线路进行放电，减少测量误差。2.使用方法

（1）将兆欧表水平放置在平稳牢固的地方，

（2）正确连接线路。

（3）摇动手柄，转速控制在120r/min左右，允许有±20%的变化，但不得超过25%。摇动一分钟后，待指针稳定下来再读数。

（4）兆欧表未停止转动前，切勿用手触及设备的测量部分或摇表接线桩。

（5）禁止在雷电时或附近有高压导体的设备上测量绝缘。

（6）应定期校验，检查其测量误差是否在允许范围以内。

3．5．3兆欧表的选用

选用兆欧表主要考虑它的输出电压及测量范围。

表3-1兆欧表选择举例

被

测

对

象

被测设备或线路额定电压（V）选用的摇表（V）

线圈的绝缘电阻

500V以下

500500V以上

1000电机绕组绝缘电阻500V以下

1000变压器、电机绕组绝缘电阻500V以上

1000∽2500电器设备和电路绝缘

500V以下

500∽1000500V以上

2500∽50003．6接地电阻测定仪

又称接地摇表，主要用于测量电气系统、避雷系统等接地装置的接地电阻和土壤电阻率。

以ZC-8型接地电阻测定仪为例介绍其结构、工作原理、使用方法.外形及附件如图3．16所示。图3．16ZC-8型接地电阻测定仪外形及附件

3．6．1结构和工作原理

结构：ZC-8型接地电阻测定仪由高灵敏度的检流计G、交流发电机M、电流互感器LH及调节电位器RP、测量用接地极E、电压辅助电极P、电流辅助电极C等组成。原理：交流发电机M以120r/min的速度转动时，产生90HZ∽98HZ的交变电流i，通过互感器LH的原边、接地极E、电流辅助电极C形成回路。在接地电阻RX上产生电压降i

RX，其电位分布如图3．17中EP段曲线所示。通过PC之间地电阻RC产生的电压降iRC的电位分布如图3．17中曲线PC所示。图3．17ZC-8型接地电阻测定仪原理电路接地电阻测量

设电流互感器比率为k，则副绕组中电流为ki，在调节电位器RP上产生电压kiRP。由图3．17可看出，检流计G所测电压实际是kiRP和i

Rx之间的电位差。调节RP，使检流计指示为零，则有kiRP=iRX

RX=kRP

（3．4）

可见，所测得的接地电阻值，就是互感器比率与调节电位器RP阻值的乘积。3．6．2使用方法

ZC-8型接地电阻测定仪测量连接如图3．18所示。

图3．18接地电阻测量连接示意图

接地电阻测量测量方法：1．

将仪表水平放置，对指针机械调零，使其指在标度尺红线上。2．

将量程（倍率）选择开关置于最大量程位置，缓慢摇动发电机摇柄，同时调整“测量标度盘”，使检流计指针始终指在红线上，这时，仪表内部电路工作在平衡状态。当指针接近红线时，加快发电机摇柄转速，使其达到额定转速（120r/min），再次调节“测量标度盘”，使指针稳定在红线上，所测接地电阻值即为“测量标度盘”读数（RP）乘以倍率标度。若“测量标度盘”读数小于1，应将量程选择开关置于较小一档，重新测量。3．

可用ZC-8型接地电阻测定仪测量导体电阻：先用导线将P1、C1接线桩短接，再将被测导体接于E（或P2、C2短接的公共点）与P1之间，其余步骤与测量接地电阻相同。4.用ZC-8型接地电阻测定仪还可测土壤电阻率，具体操作见仪器说明书。

3．7功率表

又叫瓦特表、电力表，用于测量直流电路和交流电路的功率。

结构：主要由固定的电流线圈和可动的电压线圈组成，电流线圈与负载串联，电压线圈与负载并联。测量原理：如图3．19所示。图3．19功率表测量原理图直流、交流电路功率的测量

1.直流电路功率的测量用功率表测量直流电路的功率时，指针偏转角α正比于负载电压和电流的乘积。即α∝UI＝P（3．5）可见，功率表指针偏转角与直流电路负载的功率成正比.2.交流电路功率的测量在交流电路中，电动式功率表指针的偏转角α与所测量的电压、电流以及该电压、电流之间的相位差Φ的余弦成正比，即

α∝UIcosф（3．6）可见，所测量的交流电路的功率为所测量电路的有功功率。

3．测量单相交流电路功率的接法功率表的电流线圈、电压线圈各有一个端子标有“＊”号，称为同名端。测量时，电流线圈标有“＊”号的端子应接电源，另一端接负载；电压线圈标有“＊”号的端子一定要接在电流线圈所接的那条电线上，但有前接和后接之分，如图3．20所示。

图3．20单相功率表的接线用电流互感器和电压互感器扩大单相功率表量程

如果被测电路功率大于功率表量程，则必须加接电流互感器与电压互感器扩大其量程，其电路如图3．21所示。电路实际功率为P＝k1k2P1（3．7）

图3．21用电流互感器和电压互感器扩大单相功率表量程

2.三相电路功率的测量

（1）用两只单相功率表测三相三线制电路的功率

接线如图3．22所示。电路总功率为两只单相功率表读数之和。即P＝P1＋P2图3．22用两只单相功率表测三相三线制电路功率

此电路也可用于测量完全对称的三相四线制电路的功率。

三相电路功率的测量

（2）用三相功率表测三相电路的功率相当两只单相功率表的组合，直接用于测量三相三线制和对称三相四线制电路。测量接线如图3．23所示。图3．23用三相功率表测三相电路功率3．8电度表按结构分，有单相表、三相三线表和三相四线表三种；按用途分，有有功电度表和无功电度表二种。

常用规格：3、5、10、25、50、75、100安等多种。

3．8．1电度表的结构和工作原理

结构：以交流感应式电度表为例，主要由励磁、阻尼、走字和基座等部分组成。工作原理：如图3．24（a）所示，铝盘受力情况如图3．24（b）所示。三相三线表、三相四线表的构造及工作原理与单相表基本相同。三相三线表由两组如同单相表的励磁系统集合而成，由一组走字系统构成复合计数；三相四线表则由三组如同单相表的励磁系统集合而成，也由一组走字系统构成复合计数。

交流感应式电度表结构及原理图3．24交流感应式电度表结构及原理示意图

3．8．2单相电度表的接线方法

在低压小电流线路中，电度表直接接在线路上，如图3．25（a）所示。

在低压大电流线路中，必须用电流互感器将电流变小，其接线如图3．25（b）示。