常用电工仪表及测量讲稿

常用电工仪表及测量主讲戴金华第3章常用电工仪表及测量电流、电压、电功率、电阻及电能的测量方法电流表、电压表、功率表、万用表、兆欧表及电度表的使用方法磁电式、电磁式及电动式仪表的结构和工作原理学习要点3.1电工测量仪表的基础知识3.2

电工测量仪表的工作原理3.3电气测量3.4常用测量仪表的安全使用第3章常用电工仪表及测量3.1电工测量仪表的基础知识电工仪表是实现电工测量过程所需技术工具的总称。电工仪表的测量对象主要是电学量与磁学量。电学量又分为电量与电参量。通常要求测量的电量有电流、电压、功率、电能、频率等；电参量有电阻、电容、电感等。通常要求测量的磁学量有磁感应强度、磁导率等。按测量方法可分为比较式和直读式两类。比较式仪表需将被测量与标准量进行比较后才能得出被测量的数量，常用的比较式仪表有电桥、电位差计等。直读式仪表将被测量的数量由仪表指针在刻度盘上直接指示出来，常用的电流表、电压表等均属直读式仪表。直读式仪表测量过程简单，操作容易，但准确度不可能太高；比较式仪表的结构较复杂，造价较昂贵，测量过程也不如直读法简单，但测量的结果较直读式仪表准确。按被测量的种类可分为电流表、电压表、功率表、频率表、相位表等。按电流的种类可分为直流、交流和交直流两用仪表。按工作原理可分为磁电式、电磁式、电动式仪表等。按显示方法可分为指针式（模拟式）和数字式。指针式仪表用指针和刻度盘指示被测量的数值；数字式仪表先将被测量的模拟量转化为数字量，然后用数字显示被测量的数值。按准确度可分为0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5和5.0共7个等级。3.1.1电工仪表的分类3.1.2常用电工仪表的符号和意义3.1.2常用电工仪表的符号和意义3.1.3电工仪表的误差和准确度电工仪表的准确度是指测量结果（简称示值）与被测量真实值（简称真值）间相接近的程度，是测量结果准确程度的量度。误差是指示值与真值的偏离程度。准确度与误差本身的含义是相反的，但两者又是紧密联系的，测量结果的准确度高，其误差就小，因此，在实际测量中往往采用误差的大小来表示准确度的高低。由于制造工艺的限制及测量时外界环境因素和操作人员的因素，误差是不可避免的。根据引起误差的原因不同，仪表误差可分为基本误差和附加误差。基本误差是在规定的温度、湿度、频率、波形、放置方式以及无外界电磁场干扰等正常工作条件下，由于仪表本身的缺点所产生的误差。附加误差是由于外界因素的影响和仪表放置不符合规定等原因所产生的误差。附加误差有些可以消除或限制在一定范围内，而基本误差却不可避免。误差的表示方法（1）绝对误差：（2）相对误差：（3）引用误差：仪表的准确度：示值误差：Ax：示值Ao：真值Am：满标度值即量限ΔAm：最大绝对误差示值误差用于误差很小或要求不高的场合。直读仪表的准确度用最大引用误差来分级，分为0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5和5.0共7个等级。如准确度为2.5级的仪表，其最大引用误差为2.5％。最大相对误差：例如：用一量程为150V的电压表在正常条件下测某电路的两点间电压U，示值为100V，绝对误差为1V。这时U的真值为100－1=99V，相对误差r=1%。如果示值为10V，绝对误差为－0.8V。则其真值为10.8V，相对误差8%。如果已知该电压表可能发生的最大绝对误差为1.5V，则仪表的最大引用误差为：注意：被测量比仪表量程小得越多，测量结果可能出现的最大相对误差值也越大。例如用1.0级量程为150V的电压表测量30V的电压，可能出现的最大相对误差为5％，而改用1.0级量程为50V的电压表测量30V的电压，可能出现的最大相对误差为1.67％。所以选用仪表的量程时应使读数在2／3量程以上。所以该仪表的准确度等级为1.0级。3.2.1指针式仪表的结构及工作原理

电工测量中常用的指针式仪表有磁电式、电动式、电磁式3种。这些仪表的结构虽然不同，但工作原理却是相同的，都是利用电磁现象使仪表的可动部分受到电磁转矩的作用而转动，从而带动指针偏转来指示被测量的大小。3.2

电工测量仪表的工作原理3.2.2磁电式仪表的工作原理

直流电流I通过可动线圈时，线圈与磁场相互作用使线圈产生转动力矩，带动指针偏转。指针偏转后扭紧弹簧游丝，使游丝产生反抗力矩。当反抗力矩和转动力矩相平衡时，线圈和指针便停止偏转。由于在线圈转动的范围内磁场均匀分布，因此线圈的转动力矩与电流的大小成正比。又由于游丝的反抗力矩与线圈的偏转角度成正比，所以仪表指针的偏转角度与流过线圈的电流的大小成正比，即：α=KI。可见磁电式仪表标尺上的刻度是均匀的。磁电式仪表的优点：刻度均匀、灵敏度高、准确度高、消耗功率小、受外界磁场影响小等。磁电式仪表的缺点：结构复杂、造价较高、过载能力小，而且只能测量直流，不能测量交流。

使用注意事项：电表接入电路时要注意极性，否则指针反打会损坏电表。通常磁电式仪表的接线柱旁均标有+、－记号，以防接错。3.2.3电磁式仪表的工作原理线圈通入电流时产生磁场，使其内部的固定铁片和可动铁片同时被磁化。由于两铁片同一端的极性相同，因此两者相斥，致使可动铁片受到转动力矩的作用，从而通过转轴带动指针偏转。当转动力矩与游丝的反抗力矩相平衡时，指针便停止偏转。由于作用在铁心上的电磁力与空气隙中磁感应强度的平方成正比，磁感应强度又与线圈电流成正比，因此仪表的转动力矩与电流的平方成正比。又由于游丝的反抗力矩与线圈的偏转角度成正比，所以仪表指针的偏转角度与线圈电流的平方成正比，即：α=KI2。可见电磁式仪表标尺上的刻度是不均匀的。推斥型电磁式仪表也可以测量交流，当线圈中电流方向改变时，它所产生磁场的方向随之改变，因此动、静铁片磁化的极性也发生变化，两铁片仍然相互排斥，转动力矩方向不变，其平均转矩与交流电流有效值的平方成正比。3.2.4电动式仪表固定线圈中通入直流电流I1时产生磁场，磁感应强度B1正比于I1。如果可动线圈通入直流电流I2，则可动线圈在此磁场中就要受到电磁力的作用而带动指针偏转，电磁力F的大小与磁感应强度B1和电流I2成正比。直到转动力矩与游丝的反抗力矩相平衡时，才停止偏转。仪表指针的偏转角度与两线圈电流的乘积成正比，即：α=KI1I2。对于线圈通入交流电的情况，由于两线圈中电流的方向均改变，因此产生的电磁力方向不变，这样可动线圈所受到转动力矩的方向就不会改变。设两线圈的电流分别为i1和i2，则转动力矩的瞬时值与两个电流瞬时值的乘积成正比。而仪表可动部分的偏转程度取决于转动力矩的平均值，由于转动力矩的平均值不仅与i1及i2的有效值成正比，而且还与i1和i2相位差的余弦成正比，因此电动式仪表用于交流时，指针的偏转角与两个电流的有效值及两电流相位差的余弦成正比。即：α=KI1I2cos。3.3电气测量3.3.1电流的测量测量直流电流通常采用磁电式电流表，测量交流电流主要采用电磁式电流表。电流表必须与被测电路串联，否则将会烧毁电表。此外，测量直流电流时还要注意仪表的极性。扩大量程的方法是在表头上并联一个称为分流器的低值电阻RA，分流器的阻值为：RA=Ro/(n－1)。式中Ro为表头内阻，n=I/Io为分流系数，其中Io为表头的量程，I为扩大后的量程。3.3.2电压的测量测量直流电压通常采用磁电式电压表，测量交流电压主要采用电磁式电压表。电压表必须与被测电路并联，否则将会烧毁电表。此外，测量直流电压时还要注意仪表的极性。扩大量程的方法是在表头上串联一个称为倍压器的高值电阻RV，倍压器的阻值为：RV=(m－1)Ro。式中Ro为表头内阻，m=U/Uo为倍压系数，其中Uo为表头的量程，U为扩大后的量程。3.3.3功率的测量测量功率时采用电动式仪表。测量时将仪表的固定线圈与负载串联，反映负载中的电流，因而固定线圈又叫电流线圈；将可动线圈与负载并联，反映负载两端电压，所以可动线圈又叫电压线圈。分格常数：被测功率：一表法：用一个单相功率表测得一相功率，然后乘以3即得三相负载的总功率。二表法：用两只单相功率表来测量三相功率，三相总功率为两个功率表的读数之和。若负载功率因数小于0.5，则其中一个功率表的读数为负，会使这个功率表的指针反转。为了避免指针反转，需将其电压线圈或电流线圈反接，这时三相总功率为两个功率表的读数之差。三表法：用3只单相功率表来测量三相功率，三相总功率为3个功率表的读数之和。用二元功率表和三元功率表测量三相总功率，三相总功率均可直接从表上读出。3.膏3.批4洲电能临的测驴量驱动深机构余用来嚼产生牲转动罪力矩耐，包做括电杰压线圆圈、传电流添线圈登和铝猫制转文盘。秧当电患压线泼圈和终电流乖线圈蓬通过届交流期电流缘瑞时，身就有警交变糠的磁服通穿橡过转潜盘，药在转任盘上门感应始出涡陪流，妻涡流熄与交旗变磁偏通相流互作丈用产殊生转段动力填矩，爸从而昼使转请盘转去动。制动劈燕机构熄用来下产生康制动璃力矩需，由师永久欠磁铁凳和转夫盘组合成。遵转盘话转动要后，辽涡流周与永软久磁翼铁的闯磁场巷相互范作用先，使埋转盘耍受到广一个帮反方项向的跑磁场坟力，兄从而解产生丘制动墙力矩恋，致柜使转抽盘以蛋某一摧转速就旋转坦，其殃转速拌与负耽载功充率的引大小量成正狮比。积算把机构推用来晕计算读电度孙表转耽盘的掠转数园，以蹄实现压电能盆的测昼量和怖计算怠。转赚盘转策动时刊，通勾过蜗距杆及窗齿轮铁等传惰动机泥构带邮动字毯轮转友动，勤从而狠直接摇显示丧出电练能的界度数妇。电度柜表单相挤电度规表接论线时壮，电趟流线仙圈与神负载读串联乌，电号压线筹圈与码负载周并联消。单茫相电滋度表载共有感四根活连接其导线啦，两用根输词入，改两根美输出醋。电暂流线疏圈及络电压驾线圈李的电经源端沟应接收在相桥（火内）线店上，艇并靠逮电源这侧。3.极4卫常很用测杂量仪骑表的燃安全视使用一、气钳形旅电流薄表1、斩钳形删电流赏表的辅结构谱和原达理钳形裂电流耕表可丸以在此不断非开电艘路的柔情况陵下测撑量电上流。商用电肥磁系净测量值机构触制成之的钳谱形电戏流表仔，可闯以交务直流勒两用彼，其帐外形裤如图羊3－侮23夏所示茂。在铁非心钳允口中州的被杏测电斧流导钱线相磁当于矮电磁芳系测昌量机垄构中滑的固琴定线疏圈，嗽它在席铁心愁钳口却中产蓬生磁截讯位守于铁俯心缺查口中美间的元可动返铁片姓受此匙磁场苗的作炼用而承偏转期，从完而带自动指霜针指将示被博测电批流的组数值辛。此惹外，育还有戏一种渠由电惰流互蜡感器洒和电抽流表客组成苗的钳柳形电掠流表剂，只走能测脚量交象流电恩流，宽在使扶用中矛应当次注意抓。2、宜钳形售电流赌表的浙正确支使用（l）钳形丧电流须表一攀般用狗转换翼开关绑改变周量限挨，T3挥02型钳长形电喊流表胀的电蛮流量杂限有奏周OA洪、5角0A荒、2帮50包A和1壳00换0A四档犹；电设压量温限有顾30依0V和6昆00V两档偷。当被晒测电王流小居于5A时，完为了竹得到烘较准游确的裳读数士，在盾条件侵许可袭时，替可将煎导线状多绕贡几圈寻放进征钳口笑进行刃测量猎，其孝实际劈燕电流泻数值症为仪夫表读卫数除衡以放浊进钳漆口的坛导线较根数些。（2戚）测给量交疮流电药流时候，使胡测量缸导线微位于甚钳口盐中部灯，并释使钳有口紧爽密闭叨合。（3详）钳概形电绳流表掀应保劝存在娱干燥顽的室膊内，烈使用惩前要剥擦试魄干净厘。3、蓝使用伴钳形蒸电流罗表注膛意事抽项（1鱼）应龟有二趁人进柜行，抗一人表测量代，一眯人监推护。（2仆）被杠测电坡路的吹电压贩不可吸超过够钳形竖电流覆表上用所标区明的淘规定大数值弯，否锹则由胖于表恶的绝爹缘强音度不阳够，钻容易捆引起垂接地水事故贩或发事生触薪电危夏险。（3水）测衡量时敬要戴轻绝缘茧手套则，站教在绝已缘垫销上，扛不得姜触及杰其他伞设备沈，以奸防短甩路或上接地榴。观范察表抵计时搭，要伞注意蚀保持盖头部获与带乘电部扔分的及安全索距离恢。（4及）不翁准在逃测量梦电流啄的过腊程中乐，切迁换电征流量辜限开带关，榴以免击损坏拉仪表涌；需乖要时袋应将探钳形格电流堆表从屡导线盘上取姑下来称进行乳。（5合）测于量2魂50泊V以录及高颂压电嫌缆各湾相电座流时烦，电畅缆头堂线间访距离凯应在吨30塞cm夺以上准，且企绝缘交良好歪，测亲量方映便者哄，方属可进俩行。（6秆）测推量2漆50佣V以每下低膊压熔磨断器形和水福平排雕列母粪线电劈燕流时恢，测涛量前佩应用邪绝缘裁材料巴将各烘相熔芦断器闲和母辜线用机绝缘汉材料章加以扒包护以隔离岭，以狮免引等起相诱间短断路。3.命4.漫2廊兆欧魄表兆欧屡表俗缺称摇蔑表，糊是测郊量绝陵缘体编电阻婚的专称用仪陶表，巷主要瓣由磁盐电式俊流比策计与详手摇隶直流洞发电屠机组逝成。流比资计是帽用电诉磁力沃代替竹游丝境产生侦反作台用力带矩的叔仪表美。它骡与一伟般磁象电式泡仪表性不同身，除报了不浙用游的丝产猪生反大作用看力矩垦外，选还有萌两个卸区别万：一猾是空鹊气隙仍中的挖磁感厕应强胖度不狐均匀单；二德是可源动部借分有小两个宿绕向潮相反膛且互框成一要定角顶度的象线圈政，线允圈1利用于奋产生肾转动揉力矩亿，线查圈2座用于责产生婆反作晴用力砍力矩降。被测宰电阻留接在L（线）堵和E（地）亭两个灰端子换上，斜形成宏了两巧个回岂路，透一个旗是电搂流回醋路，各一个倍是电织压回洞路。醉电流客回路剧从电感源正拍端经旱被测织电阻Rx、限流景电阻RA、可动躬线圈碗1回屿到电奋源负勤端。没电压蓄回路似从电删源正颗端经呀限流瓶电阻RV、可动秃线圈栽2回声到电职源负柜端。熟由于拆空气讽隙中零的磁翅感应无强度誉不均作匀，炊因此哑两个灾线圈相产生采的转挤矩T1和T2不仅摧与流肌过线蕉圈的责电流I1、I2有关针，还甜与可配动部涉分的介偏转哲角α有关闭。当T1=T2，可颂动部涉分处测于平蜓衡状磨态，穴其偏寻转角α是两矩个线凉圈电腰流I1、I2比值址的函樱数（艇故称因为流顾比计起），售即：因为哗限流塌电阻RA、RV为固雨定值良，在大发电肃机电刷压不鞋变时竖，电搞压回震路的视电流I2为常鹊数，株电流隶回路棒电流I1的大旁小与扮被测监电阻Rx的大炭小成陪反比酷，所挑以流超比计醉指针铸的偏盗转角α能直参接反鹅映被君测电萍阻Rx的大恨小。流比叛计指蹲针的垮偏转启角与问电源献电压坝的变播化无倚关，云电源邻电压U的波棕动对抛转动殿力矩孤和反虑作用召力矩瓣的干哪扰是界相同死的，裂因此穗流比狂计的塔准确柏度与颂电压精无关鸣。但们测量赵绝缘反电阻乌时，询绝缘须电阻异值与堵所承腾受的倒电压渣有关炎。摇痛手摇币发电蕉机时煌，摇率的速脚度须凤按规岛定，块而且金要摇瓦够一辜定的愚时间耀。常杆用的剩兆欧钢表的饿手摇让发电闹机的愚电压隆在规骨定转狸速下幸有5庸00V和1践00艺0V两种消，可列根据氧需要押选用挥。因敬电压匆很高狮，测垫量时费应注施意安妇全。兆欧旅表的纱接线脱端钮贿有3芽个，裂分别性标有射“G（屏）浮”、险“L（线）照”、终“E（地）绣”。置被测否的电全阻接触在L和E之间幕，G端的毒作用表是为掀了消镜除表条壳表符面L、展E两端蜓间的蒸漏电兆和被男测绝销缘物才表面牲漏电贺的影句响。敌在进探行一居般测肤量时近，把撤被测溉绝缘碌物接何在L、该E之间得即可让。但伐测量算表面图不干蜓净或煎潮湿嚼的对蛇象时珍，为茂了准抵确地瓦测出液绝缘糊材料虑内部朝的绝朽缘电踩阻，奥就必仙须使恒用G端，捉图示汗为测傅量电间缆绝这缘电咸阻的右接线用图。（1呼）用英摇表乒测高肾压设出备（惜25共0V终以上商）。庸应由湾二人朗担任尺。（徒2）廊测量唇用导捆线，丧应使娃用绝穿缘导炼线，被其端登部应疏有绝艘缘套殖。（3担）测躺量绝管缘时北，必钢须把无被测蹈设备常从各贼方面陪断开粪，验牺明无竹电压冬，确猾定设椒备无蒸人工踪蝶作后早，方配可进理行。牺在测绸量中苏，禁四止他扑人接个近设肺备。芦测量兼绝缘铁前后昆，必泪须将档被试芝设备旋对地题放电摧。测炒量线跌路绝走缘，费应取破得对牙方允情许后僵方可过进行洽。，（4谊）在晴有感满应电畅压的口线路职上（鸦同杆抛架设酬的双炭回线恰或单卡回路迁与另膀一线锋路有购平行炸段）地测绝除缘时屋，必捉须将厅另一哲口路柔同时绸停电忆，方肺可进堤行。进雷电凯时，径严禁墙测线谎路绝吴缘电易阻。（5芳）在而带电排设备透附近即测绝百缘电缩慧阻时源，应活保持康足够圈的安助全距雾离。用兆集欧表倍测绝由缘电铜阻的委安全件规定3.耳4.姨3链万用窃表磁电州式万求用表（1你）直树流电厕流的具测量菠。转功换开冻关置创于直但流电僻流档也，被壤测电怜流从脾+、万－两挣端接巩入，叛便构配成直程流电迅流测苏量电草路。暑图中RAl、RA2、RA3是分恐流器蝴电阻寒，与介表头时构成熊闭合斯电路速。通阻过改京变转林换开帅关的局档位哈来改国变分比流器坑电阻脸，从蛮而达胸到改般变电差流量端程的援目的引。（2笨）直芳流电肺压的击测量坟。转丘换开紧关置龙于直居流电独压档砍，被北测电坝压接扇在+夏、－钢两端扑，便横构成骨直流眯电压瓜的测被量电辱路。水图中RVl、RV2、RV3是倍泡压器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