第九章电工测量

第九章电工测量第1页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202329.1电工测量仪表的分类与型式

一、按准确度分类根据国家标准GB776—76，电工测量仪表可以分为0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5和5.0七个精度等级，这些数字是指仪表的最大引用误差值，如表12-1所示。其中，0.1、0.2和0.5级的较高准确度仪表常用来进行精密测量或作为校正表；1.5级的仪表一般用于实验室；2.5和5.0级的仪表一般用于工程测量。9.1.1电工测量仪表的分类第2页，课件共117页，创作于2023年2月12九月20233表9-1电工仪表的准确度和最大引用误差

准确度等级

最大引用误差

符号0.1±0.1％0.10.2±0.2％0.20.5±0.5％0.51.0±1.0％1.01.5±1.5％l.52.5±2.5％2.55.0±5.0％5.0第3页，课件共117页，创作于2023年2月12九月20234不管仪表的质量如何，仪表的指示值与实际值之间总有一定的差值，称为误差。显然，仪表的准确度与其误差有关。误差有两种：一种是基本误差，它是由仪表本身的因素引起的，比如由弹簧永久变形或刻度不准确等造成的固有误差；另一种是附加误差，它是由外加因素引起的，比如测量方法不正确，读数不准确，电磁干扰等。仪表的附加误差是可以减小的，使用者应尽量让仪表在正常情况下进行测量，这样可以近似认为只存在基本误差。第4页，课件共117页，创作于2023年2月12九月20235仪表的准确度是根据仪表的最大引用误差来分级的。最大引用误差是指仪表在正常工作条件下测量时可能产生的最大基本误差ΔA与仪表的满量程Am之比，习惯上用百分数表示，即（9-1）第5页，课件共117页，创作于2023年2月12九月20236由上式可以求得仪表的最大基本误差，如一准确度为1.0,量程为10A的仪表，可能产生的最大基本误差为

ΔA=γAm=±1.0%×10=±0.1A在正常工作条件下，仪表的最大基本误差（最大绝对误差）是不变的。要衡量测量值的准确度，必须使用相对误差。第6页，课件共117页，创作于2023年2月12九月20237相对误差是指最大基本误差ΔA与被测量真值A0之比的百分数，即(9-2)第7页，课件共117页，创作于2023年2月12九月20238相对误差越小，测量的准确度越高。比如用上述电流表分别来测量8A和2A的电流，则相对误差分别为±1.25%和±5%。因此，在选用仪表的量程时，应该使被测量的值尽量接近满标值。通常当被测量的值接近满刻度的2/3时，测量结果较为准确。第8页，课件共117页，创作于2023年2月12九月20239［例9-1］某待测电压为8V，现用0.5级量程为0～30V和1.0级量程为0～10V的两个电压表来测量，问用哪个电压表测量更准确？［解］用0.5级量程为0～30V的电压表来测量，可能产生的最大基本误差为

ΔA1=γAm=±0.5%×30=±0.15V最大可能出现的相对误差为第9页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202310用1.0级量程为0～10V的电压表来测量，可能产生的最大基本误差为

ΔA2=γAm=±1.0%×10=±0.1V最大可能出现的相对误差为第10页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202311相对误差越小，测量越准确，显然用1.0级量程为0～10V的电压表来测量更为准确。例9-1说明，为了获得较为准确的测量结果，除了选用准确度等级较高的仪表外，还要注意选择合适的量程。第11页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202312二、按被测量的种类分类按照被测量的种类可以将电工仪表分为电流表、电压表、欧姆表、功率表、频率表、电度表、功率因数表等，如表9-2所示。第12页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202313

表19-2电工仪表按被测量的种类分类第13页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202314三、按被测电流种类分类按被测电流种类可以将电工仪表分为直流仪表、交流仪表和交直流仪表三种，如表9-3所示。表9-3电工仪表按被测电流种类分类

被测电流

仪表名称

符号

直流

直流表__

交流

交流表~

交流、直流交、直流两用表

~第14页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202315四、按工作原理分类电工仪表按工作原理不同可分为磁电式仪表、电磁式仪表、电动式仪表、整流式仪表等，如表9-4所示。第15页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202316表9-4电工仪表按工作原理分类第16页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202317在仪表的表面上通常都标有仪表类型、准确度等级、所通电流种类、仪表的绝缘耐压强度和放置位置等，如表9-5所示。

表9-5某一电工仪表上的符号第17页，课件共117页，创作于2023年2月12九月2023189.1.2电工测量仪表的型式一、电工仪表的结构电工仪表通常由测量机构和测量电路两部分组成，测量机构又分为固定部分和可动部分。固定部分由磁铁、线圈、轴承和表盘等组成，可动部分包含可动线圈、转轴、指针、旋转弹簧（游丝）、阻尼器等（如图9.1.1所示）。第18页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202319图9.1.1可动部分示意图第19页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202320测量机构的主要作用是当被测量接入测量机构时，产生转动力矩，使得仪表指针转动，转动力矩的大小是被测量和偏转角的函数，同时弹簧产生一个反作用力矩，该力矩的大小是偏转角的函数。当测量被测量时，若测量机构产生的转动力矩与反作用力矩相等，则指针就停在某一位置上，指示出被测值。第20页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202321测量电路的作用是将被测量转换成测量机构可以接受的、与被测量成正比的电磁量。为了缩短测量时间，电工仪表中均设有阻尼装置。当转动力矩与反作用力矩平衡时，往往由于可动部分的惯性作用，指针在偏转角附近摇摆不定，从而延长了测量时间，这时阻尼装置产生一个与速度成正比、与运动方向相反的力矩，称为阻尼力矩，使得可动部分很快稳定。阻尼力矩既可以由电磁力产生，也可以由空气阻尼装置产生。下面介绍常用的几种电工仪表。第21页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202322二、磁电式仪表磁电式仪表是指利用仪表可动线圈中的被测电流产生的磁场和固定的永久磁铁产生的恒定磁场之间的相互作用来工作的仪表。第22页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202323磁电式仪表的结构如图9.1.2所示。它的固定部分主要是磁路，包括永久磁铁、极掌（永久磁铁靠近圆柱形铁心的端面）和圆柱形铁心，极掌与铁心间有均匀分布的气隙；它的可动部分套在圆柱形铁心的外面，由转轴、指针、线圈、旋转弹簧（游丝）及铝框等组成。线圈绕在铝框的外边，工作时可动线圈中通以被测电流。转轴分为前后两部分，每半部分均与铝框相连，前面的转轴上安装旋转弹簧，旋转弹簧一端固定，一端与线圈的出线端相连，用以将被测电流引入线圈中，同时旋转弹簧用来产生反作用力矩。第23页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202324图9.1.2第24页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202325用磁电式仪表进行测量时，可动线圈中通入被测电流，由于永久磁铁产生恒定磁场，通电线圈在恒定磁场中受到电磁力的作用，根据左手定则，可以判断线圈的两个有效边受到的力大小相等，方向相反（上下两个方向），对线圈所连接的转轴形成力矩的作用，其大小为T=Fb=B(NI)lb=NBIS（9-3）第25页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202326式中,B为磁感应强度；l为线圈的有效长度；b为线圈的宽度；S为线圈的面积；N为线圈的匝数。上面的这个电磁转矩使得转轴带动指针偏转，同时旋转弹簧随转轴旋转，产生反作用力矩。显然旋转弹簧的反作用力矩与指针的偏转角成正比，即Tf=Kfα（9-4）第26页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202327当反转矩与转动转矩平衡时，指针停止偏转，即

T=Tf这时，偏转角（9-5）第27页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202328上式说明，指针偏转角与仪表所通电流成正比，所以磁电式仪表的刻度是线性的。磁电式仪表的阻尼装置是由铝框兼顾的。当铝框上的线圈受到电磁力的作用转动时，铝框一起转动，将切割永久磁场的磁力线，在框内感应出电流，该电流又与恒定磁场作用，使得铝框受到与其运动方向相反的力的作用，产生制动力矩。仪表的可动部分将受到阻尼力矩的作用，可以消除振荡，使指针迅速停止在平衡位置。第28页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202329从前面的分析可知，磁电式仪表只能通入直流电，若通入交流电，由于可动部分的转动惯量大，电流频率变化较快，因而来不及随转矩的变化而转动，偏转角只能由平均转矩来决定。因为转矩由电流产生，正弦交流电的平均值为零，平均转矩也为零，指针摇摆后最终回到零，所以磁电式仪表不能测交流电。第29页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202330若在测量电路中增加一个整流环节，即将交流电整流后再加给线圈，则电流的平均值不再为零。将此平均值与交流电的有效值的比例关系考虑到刻度中去，就可以用来测量交流电的有效值。一般这类仪表都是针对正弦交流电来设计的，所以可以直接用来测量正弦交流电的有效值。对于非正弦交流电，由于刻度并不是按照其有效值进行标注的，故不能测量其有效值。第30页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202331磁电式仪表的优点是刻度均匀，仪表内部耗能小，灵敏度和准确度较高。另外，由于仪表本身的磁场较强，所以抗外界磁场干扰能力较强。这种仪表的缺点是结构复杂，价格较高，过载能力小，且只能用来测量直流。由于磁电式仪表准确度较高，所以经常用作实验室仪表和高精度的直流标准表，通常用来测直流电流、直流电压，也用作万用表的表头。第31页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202332三、电磁式仪表电磁式仪表的测量机构分为吸引型、排斥型两大类，常用排斥型仪表的结构如图9.1.3所示，下面以排斥型电磁式仪表为例讲述其工作原理。电磁式仪表主要由固定的圆形线圈、线圈内部的固定铁片、固定在转轴上的可动铁片以及阻尼片等构成。当线圈中通以被测电流时，在线圈周围产生磁场，定铁片和动铁片同时被磁化，这称为同一磁性，即同一端的极性相同。由于同性相斥，可动铁片带动指针偏转，当转动力矩与游丝产生的反作用力矩平衡时，指针就稳定在某一位置上，指示被测值。第32页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202333图9.1.3排斥型电磁式仪表的结构第33页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202334可以近似认为作用在仪表可动部分的转动力矩与被测电流的平方成正比。若通入直流电，则仪表的转动力矩为T=K1′I2（9-6）与磁电式仪表相同，旋转弹簧产生的反作用力矩也与指针的偏转角成正比，即

Tf=Kfα当转动力矩与反力矩平衡时，指针停止偏转，即（9-7）第34页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202335若通交流电，仪表内仍然可以产生相互排斥的作用力，因为当电流方向改变时，可动铁片和固定铁片的磁化方向也随之改变，由它们产生的转动力矩的瞬时值仍然与电流瞬时值的平方成正比，又因为转动力矩与电流的平方成正比，所以电流方向改变时，转动力矩的方向不变。习惯上用平均力矩来衡量仪表的偏转，则平均力矩为（9-8）式中,I为交流电的有效值，K1与K1′均为常数。第35页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202336可以推导得出，仪表的偏转角仍然与电流的平方成正比，只是该电流指的是交流电的有效值。换句话说，电磁式仪表测交流量时，仪表的指示值为交流量的有效值。由于转动力矩与电流的平方成正比，所以电磁式仪表的刻度不均匀。电磁式仪表的阻尼装置采用的是空气阻尼器。阻尼片固定在转轴上，并且放在一个密闭的小室中，当仪表的转轴转动时，阻尼片随之移动，使阻尼片两侧的空气压力不同而产生一个阻碍可动部分转动的力矩，该力矩就是阻尼力矩，其作用与磁电式仪表的阻尼力矩相同，使得指针迅速稳定。第36页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202337电磁式仪表的优点是结构简单，价格便宜，过载能力较大，能用来测量直流、正弦和非正弦交流电量，不需辅助设备，可直接测量大电流；缺点是刻度不均匀，准确度和灵敏度不高，耗能较大，由于其本身磁场是由被测电流产生的，所以防电磁干扰能力较差。一般用电磁式仪表来测量交流电压和电流。

第37页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202338四、电动式仪表电动式仪表是指可动线圈中的电流与固定线圈中的电流相互作用而工作的仪表，其结构如图9.1.4所示。电动式仪表主要由固定线圈和可动线圈组成。固定线圈分两部分绕在框架上，以产生均匀磁场；可动线圈固定在转轴上，轴上还固定有指针、旋转弹簧、空气阻尼片等。和磁电式仪表相同，可动线圈的电流也是从旋转弹簧引入的。由于固定线圈的电流不需经过旋转弹簧，所以固定线圈的导线可以选用较粗的导线。

第38页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202339图9.1.4第39页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202340当固定线圈中通以电流I1时，根据电磁感应原理，将在线圈周围产生磁场，其磁感应强度B与电流I1成正比。若可动线圈也通入电流I2，则可动线圈在磁场B中将受到电磁力的作用，根据左手定则可判断出，可动线圈的左右两侧有效边受到的电磁力的方向刚好相反，大小与磁感应强度B和电流I2的乘积成正比。该力矩可以表示为T=K1I1I2(9-9)第40页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202341此力矩将带动转轴和指针一起偏转。同时旋转弹簧将产生反作用力矩，与指针的偏转角成正比，即

Tf=Kfα当反力矩与转动力矩相等时，指针稳定下来，偏转角为（9-10）第41页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202342上式说明，当测直流电时，偏转角与两个线圈所通电流的乘积成正比，依此可以刻出表盘，但表盘刻度不均匀。指针的偏转方向取决于两个电流的方向，改变其中任何一个线圈的电流方向即可改变指针的偏转方向。若固定线圈和可动线圈的电流同时改变，则指针的偏转方向不变。因此，电动式仪表既可以测量直流量，也可以用来测量交流量。第42页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202343对电动式仪表通入正弦交流电i1和i2，与电磁式仪表相似，其转动力矩的瞬时值与两电流的瞬时值乘积成正比，同样，习惯上用平均值衡量被测量，则平均力矩为（9-11）

式中,I1和I2为交流电的有效值；cosφ为交流电i1和i2相位差的余弦。

第43页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202344当用电动式仪表测交流电时，其偏转角为（9-12）

从上式可以看出，测交流电时，偏转角不仅与交流电的有效值有关，还与两电流的相位差的余弦成正比。因此，可以用电动式仪表来测量交流电功率。电动式仪表的阻尼装置与电磁式的相同。第44页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202345电动式仪表的优点是既可以测量交流、直流量，还可以测量非正弦交流量的有效值，由于没有铁心的磁滞和涡流影响，所以准确度比电磁式仪表要高；缺点是刻度不均匀，过载能力差，仪表内部耗能大，由于可动线圈的电流从旋转弹簧引入，所以抗电磁干扰能力较差。电动式仪表一般适用于制作交、直流两用仪表和交流校准表，或用来制作功率表。第45页，课件共117页，创作于2023年2月12九月2023469.2电流与电压的测量电工测量是指在直流或低频时用电工仪表或数字仪表对电学量（电压、电流、电功率、电阻、电容等）、磁学量（磁场强度、磁通、磁动势等）以及有些非电量进行测量，其中，各种电学量的测量是电工测量的主要任务。下面介绍一些常用电量的测量技术。第46页，课件共117页，创作于2023年2月12九月2023479.2.1电流的测量

进行电流测量时，通常选用电流表。测量某一支路的电流时，只有被测电流流过电流表，电流表才能指示其结果，因此电流表应串联在被测量电路中，如图9.2.1所示。考虑到电流表有一定的电阻，串入之后不应该影响电路的测量结果，所以电流表的内阻必须远小于电路的负载电阻。第47页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202348图9.2.1电流的测量电路第48页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202349

图9.2.2具有分流器的电流表测量电路第49页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202350测量直流电流一般用磁电式电流表。磁电式电流表的测量机构只能通过几十微安到几十毫安的电流，要测量较大的电流时，应该在测量机构上并联一个低值电阻以进行分流，如图9.2.2所示。这样仪表所测的电流是被测电流的一部分，但它们之间有如下关系：则可得出分流电阻（9-13）第50页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202351［例9-2］一磁电式电流表，其满量程为10mA，内阻10Ω。现要将其量程改为1A，问应并联多大的分流电阻？［解］应并联的电阻为第51页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202352测量交流电流一般用电磁式电流表，进行精密测量时用电动式电流表。由于所测的是交流电流，所以其测量机构既有电阻又有电感，要想扩大量程就不能单纯地并联分流电阻，而应将固定线圈绕组分成几段，采用线圈串联、并联及混联的方法来实现多个量程。当被测电流很大时，可利用电流互感器来扩大量程。第52页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202353

9.2.2电压的测量测量某一段电路的电压时，应将电压表并联在被测电压的两端，电压表的端电压才等于被测电压，如图9.2.3所示。电压表并入电路必然会分掉原来支路的电流，影响电路的测量结果，为了尽量减小测量误差，不影响电路的正常工作状态，电压表的内阻应远大于被测支路的电阻。但电压表的测量机构本身电阻不大，所以在电压表的测量机构中都串联一个阻值很大的电阻。第53页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202354图9.2.3电压的测量电路第54页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202355图9.2.4具有倍压器的电压测量电路第55页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202356直流电压的测量一般使用磁电式电压表。要扩大仪表的量程，应该在测量机构中串联分压电阻，此分压电阻称为倍压器，如图9.2.4所示。此时，测量机构上所测电压为被测电压的一部分，即由上式可得分压电阻（9-14）第56页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202357可以看出，电压表要扩大的量程越大，所串联的倍压器的阻值应越大。多量程的电压表内部具有多个分压电阻，不同的量程串接不同的分压电阻。第57页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202358［例9-3］一磁电式电压表，量程为50V，内阻2000Ω。现想将其量程改为200V，问应串联多大的电阻？［解］应串联的电阻为第58页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202359测量交流电压时，一般采用电磁式电压表，精密测量则采用电动式电压表。要想扩大交流电压表的量程，可以采用线圈串、并联的方法来实现，也可以在电磁式电压表内部串联倍压器来实现。测量600V以上的电压时，应该使用电压互感器先把电压降低再来配合测量。第59页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202360

9.3功率的测量

前面讲过，电动式仪表的偏转角不仅与两线圈电流的有效值有关，而且与它们的相位差的余弦有关，所以通常用电动式仪表来测量电功率。测量功率时，电动式仪表可动线圈的电流从旋转弹簧流入，因为线圈的导线较细，所通过的电流较小，所以用可动线圈作为电压线圈(即可动线圈)串联倍压器后，与测量电路并联以测量负载电压。第60页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202361固定线圈的电流可直接流入线圈，因为线圈的导线较粗，可以通过较大电流，所以可作为电流线圈(即固定线圈)与被测电路串联以测量电流，功率表的结构示意如图9.3.1所示。第61页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202362

图9.3.1功率表的结构示意图(a)结构示意图；(b)图形符号第62页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202363

9.3.1.直流电功率的测量

直流电功率可以用电压表和电流表间接测量求得，也可以用功率表来直接测量。直接测量时的接线如图9.3.2所示。应该注意，电压线圈与电流线圈的进线端一般标记为“*”，应把两个进线端接到电源的同一端，使得两个线圈的电流参考方向相同。第63页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202364图9.3.2功率表的接线图第64页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202365在测量直流功率时，由式（9-10）可知，电动式仪表的偏转角α=KI1I2，可动线圈作为电压线圈，电压与电流同相，有（9-15）第65页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202366由上式可知，电动式功率表的偏转角与功率UI成正比。也就是说，只要测出了指针的偏转格数，就可以算出被测量的电功率,即（9-16）

式中C为功率表每格所代表的功率，用量程除以满标值求得。第66页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202367［例9-4］功率表的满标值为1000，现选用电压为100V，电流为5A的量程，若读数为600，求被测功率为多少？［解］若选用题目中的量程，则功率表每格所代表的功率为第67页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202368于是，被测功率为P=Cα=0.5×600=300W从上例可以看出，功率表的量程选择实际上是通过选择电压和电流量程来实现的。第68页，课件共117页，创作于2023年2月12九月2023699.3.2单相交流电功率的测量在测量交流电时，由式（9-12）可知，电动式仪表的偏转角不仅与电压电流有效值的乘积有关，而且与它们的相位差的余弦有关。电动式功率表的电压线圈上的电压与其所通过的电流有一定的相差，但电动式仪表的电压线圈串有很大的分压电阻，其感抗与电阻相比可忽略，认为电压线圈上的电压与其电流基本同相，则有（9-17）第69页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202370则单相交流电的功率（9-18）

可见，由功率表测得的单相交流电的功率是平均功率，它与功率表的偏转角成正比。同理，只要测出了仪表的偏转表格，即可算出被测功率。实验室用的单相功率表一般都有两个相同的电流线圈，可以通过两个线圈的不同连接方法（串联或并联）来获得不同的量程，电压线圈量程的改变是通过改变倍压器来实现的。第70页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202371

9.3.3三相交流电功率的测量

三相交流电的功率有以下三种测量方法。（1）一瓦计法。对于三相对称电路，由于各相负载所消耗的功率相等，所以可以采用一瓦计法测量出一相的功率，然后乘以3，则为三相的功率，即P=3P1（9-19）第71页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202372（2）两瓦计法。对于三相三线制电路，不论负载是星形还是三角形，都可以采用两瓦计法来测量功率，如图12-11所示。两个功率表的读数之和即为三相总功率，即P=P1+P2（9-20）由图可以看出P1=U13I1cosαP2=U23I2cosβ

式中,α为线电压u13与线电流i1的相位差；β为线电压u23与线电流i2的相位差。第72页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202373图9.3.3两瓦计法测三相功率第73页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202374采用两表法进行测量时，两个功率表的电流线圈串接在三相电路中任意两相以测线电流，电压线圈分别跨接在电流线圈所在相和公共相之间以测线电压。应该注意的是，电压线圈和电流线圈的进线端“*”仍然应该接在电源的同一侧，否则将损坏仪表。用两瓦计法测量功率的测量原理介绍如下。第74页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202375三相瞬时功率为

p=p1+p2+p3=u1i1+u2i2+u3i3

=u1i1+u2i2+u3(-i1-i2)=(u1-u3)i1+(u2-u3)i2

=u13i1+u23i2=p1+p2

平均功率为第75页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202376由上式可知，三相电路采用两瓦计法测量时，两表的读数之和确实是三相总功率。

当负载的功率因数很低时，线电压和线电流的相位差可能大于90°，功率表的指针要反偏，这时必须将功率表的电流线圈反接才能测量出结果，但计算总功率时，必须将此项计为负值，即式（9-20）是两表的代数和。第76页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202377（3）三瓦计法。对于三相四线制电路，通常采用三瓦计法测量功率，如图9.3.4所示。三个功率表的代数和即为三相总功率，即P=P1+P2+P3（9-21）第77页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202378

图9.3.4三瓦计法测三相功率第78页，课件共117页，创作于2023年2月12九月2023799.4万用表

万用表是一种常用的多功能表，主要用来测量电压、电流、电阻、晶体管放大倍数等,虽然准确度不高，但使用简单，携带方便，是维护、检修电气设备的常用工具。万用表可以分为模拟式和数字式万用表两大类。第79页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202380

9.4.1模拟式万用表

模拟式万用表由磁电式微安表、测量电路、转换开关等几大部分组成。测量电路的作用是把被测量转换成适合磁电式仪表测量的小直流电流；转换开关的作用是针对不同的测量电量实现不同测量电路的转换和量程的转换。图9.4.1是MF—30型万用表的外形图，下面以该万用表为例，说明其使用方法。

第80页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202381

图9.4.1MF—30型万用表第81页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202382

一.直流电流的测量

图9.4.2是用MF—30型万用表测量直流电流时的原理图。此时转换开关打到直流电流挡，将万用表串联在被测电路中。电流从“＋”端流入，“－”端流出。直流电流挡有五个量程，从图可以看出，不同的量程对应不同的分流电阻，改变转换开关的位置实际上是改变了分流器的分流电阻值，也就改变了量程。第82页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202383比如打到5mA挡，分流器的阻值为RA1

+RA2

+RA3

，其余电阻与表头串联；指针偏转时，应该按照表盘上第二条线读数，但要注意量程与满标值之间的关系。实际使用时，如果对被测电流的大小不了解，应该先用最大量程来测量，然后再根据指针的偏转程度来选用合适的量程，以减小误差。转换量程时注意不可带电转换。第83页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202384图9.4.2测量直流电流的原理电路图第84页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202385图9.4.3测量直流电压的原理电路图第85页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202386

二.直流电压的测量测量直流电压时，万用表的转换开关打到直流电压挡，将万用表并联在被测电压两端，其原理图如图9.4.3所示。直流电压表由直流电流表串联不同的电阻构成，串接的电阻越大，电压表的量程越大。电压表的内阻越高，从测量电路分到的电流越小，被测电路受到的影响越小。通常用仪表的灵敏度来表示这一特征，即用仪表的总内阻与电压量程的比值来表示。如MF—30型万用表的500V挡，其总内阻为2500kΩ，则灵敏度为2500/500=5kΩ/V。第86页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202387

三.交流电压的测量由于磁电式仪表只能测直流，所以测交流电压时需要在测量电路中增加整流装置，如图9.4.4所示。电路中设置了整流二极管VD1和VD2。第87页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202388图9.4.4测量交流电压的原理电路图第88页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202389测量时，在正弦交流电的正半周，二极管VD1导通，VD2截止，这时万用表与测量直流电压时的电路相同；在正弦交流电的负半周，VD2导通，VD1截止，表头被短接，没有电流通过万用表。可见，万用表测交流电压时，测的是正弦波正半周的电流平均值，而正半周的电流平均值与交流电压的有效值间有一定的比例关系，因此可以直接用万用表来测量正弦交流电压的有效值。一般万用表测量的电量频率为45～1kHz，只能用来测正弦交流电的电压。交流电压挡的量程改变与直流电压相同，灵敏度较直流电压挡低。

第89页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202390

四.电阻的测量测量电阻时，万用表打到电阻挡。把待测电阻分别与万用表的两个表笔相接触，则待测电阻与万用表内的干电池、调节电阻、表头形成一个闭合回路，如图9.4.5所示，万用表面板上的“+”端接内部电源的负极，而“―”端接内部电源的正极，这样回路中将有电流产生，使得指针偏转，指示被测电阻值。第90页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202391

图9.4.5测量电阻的原理电路图第91页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202392从图9.4.5可以看出，被测电阻越大，回路电流越小，偏转角越小。当被测电阻为零时，偏转角最大；被测电阻无穷大时，偏转角为零。因此，测量电阻时，万用表的刻度刚好与测量电压、电流时的刻度方向相反。表盘上的刻度与量程挡之间成比例关系，比如对于×10挡，指示值乘以10即为当前所测电阻值。

第92页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202393实际测量时，首先要将万用表调零，方法是将万用表打到电阻挡，两个表笔短接，若指针偏转后指在0刻度，说明该万用表不需要调零；否则应转动调节电位器，使指针指到零。每换一个量程，需要调零一次。如果调零后指针调不到0刻度，则说明表内电池不足或接触不良，需要更换电池或维修。

第93页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202394

为了提高测量电阻的准确性，应尽量使用刻度盘的中间段，因此需要选择合适的量程。

使用电阻挡测量电阻时应特别注意，不要带电测量，以免外电路电压在电阻测量电路中产生电流，烧坏万用表。测量低电阻时，要注意表笔的接触电阻；测量大电阻时，应注意

不要与人体形成并联电路。测量结束后，应将转换开关转到高电压挡，避免造成电池的浪费。

第94页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202395

9.4.2数字式万用表

数字式万用表由转换开关、测量电路、模数转换器、数字显示电压表等几大部分组成。其中转换开关、测量电路的功能与模拟式万用表相同，模数转换器是把测量电路测出的模拟信号转换成数字信号，数字显示电压表接受来自模数转换器的数字信号，采用七段数码、液晶等显示电路进行电压数值显示。第95页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202396由于电压表内部采用了半导体集成技术，所以数字式万用表电流挡的内阻可以做得很小，电压挡内阻则可以做得很大，电阻挡流过的电流又可以很小，从而减少了对被测电路的影响。数字式万用表内部没有机械损耗，杜绝了机械损耗所引起的读数误差，它的准确度和灵敏度比模拟式万用表要高得多。此外，它还具有测量速度快，易于读取等优点。第96页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202397图9.4.6为DT—830型数字式万用表的外形图。用数字式万用表测量电阻时，黑表笔（一般接COM端）接内电源负极，红表笔（接其余三个输入插孔中的一个）接正极，正好与模拟式万用表的接法相反。数字式万用表的使用方法与模拟式万用表基本相同。第97页，课件共117页，创作于2023年2月12九月202398

图9.4.6DT—830型数字式万用表的外形图第98页，课件共117页，创作于2023年2月12九月2023999.5电度表及电能的测量9.5.1电度表及接线方式一、电度表的分类电度表又称电能表，用于测量电能。它是生产和使用数量最多的一种仪表。根据电度表的工作原理不同，可分为感应式、电动式和磁电式三种；根据接入电源的性质不同，可分为交流电度表和直流电度表；根据测量对象可分为有功电度表和无功电度表；根据电度表接入电源相数不同可分为单相电度表和三相电度表。第99页，课件共117页，创作于2023年2月12九月2023100二、单相交流电度表的结构及接线1、单相交流电度表的结构2、单相交流电度表的接线三、三相交流电度表的结构及接线1.三相交流电度表的结构2、三相交流电度表的接线9.5.2电能测量电能的组成包括有功电能和无功电能。有功电能可用有功电表进行测量，无功电能可用无功电表进行测量。通常我们进行的是有功电能的测量。第100页，课件共117页，创作于2023年2月12九月2023101一、单相有功电能的测量单相有功电能的测量可用单相有功电表进行测量。当线路电流不太大时，可采用直接接入法，即把单相电度表直接接入电路进行测量。当线路电流较大，超过了电度表允许工作电流时，则电度表必须经过电流互感器接入电路，此时，电度表实际测量电能量为：W=K*W读式中，K为电流互感器的变化，W读为电度表的读数。二、三相有功电能的测量若三相负载对称，则W=3W1

第101页，课件共117页，创作于2023年2月12九月2023102若三相负载不对称，则W=W1+W2+W3注意：当电路中的电流太大时，三相电度表必须经电流互感器接入电路进行测量。当电路中的电流及电压都较大时，则电度表必须经过电流互感器及电压互感器接入电路进行测量。第102页，课件共117页，创作于2023年2月12九月20231039.6兆欧表9.6.1工作原理兆欧表的测量机构示意图如图9.6.1所示。它有两个可动线圈，两个线圈成一定角度固定在轴上，固定部分是永久磁铁。当线圈通以电流时，两个线圈受电磁力作用产生的力矩相反，一个是转动力矩，一个是反作用力矩，平衡时，两力矩相等。可以证明，指针的偏转与两电流的比值成正比，即α=K(I1/I2)，所以该测量机构称为比率计。第103页，课件共117页，创作于2023年2月12九月2023104不同用途的磁电式比率型测量机构采用不同形状的铁心和极掌，以获得所需要的不均匀的磁场。图9.6.1(a)所

示为有缺口的铁心结构,图9.6.1(b）为椭圆形铁心结构。第104页，课件共117页，创作于2023年2月12九月2023105图9.6.1兆欧表测量机构示意图第105页，课件共117页，创作于2023年2月12九月2023106图9.6.2兆欧表的原理电路图第106页，课件共117页，创作于2023年2月12九月2023107利用比率计制成的兆欧表，其原理电路如图9.6.2所示。

由图可以看出，被测电阻Rx与测量机构中的可动线圈1串联，流过可动线圈1的电流I1为

流过线圈2的电流为第107页，课件共117页，创作于2023年2月12九月2023108以上两式中的Rc和RV为附加电阻，则(9-31)

由上式可以看出，兆欧表的偏转角与发电机的电压及线圈的电流无关，只与被测电阻有关，兆欧表的指针偏转直接反映被测电阻的大小。第108页，课件共117页，创作于2023年2月12九月20231099.6.2使用注意事项选用兆欧表时，其额定电压一定要与被测电气设备或线路的工作电压相适应，测量范围应与被测绝缘电阻的范围相吻合。不能