第2章 电气测量课件

第二章电流与电压的测量第一节电流与电压的测量方法第二节磁电系仪表第三节磁电系检流计第四节电磁系仪表第五节电动系仪表第六节测量用互感器第七节万用电表第八节直流电位差计第九节电流表与电压表的使用

ElectricalMeasure本章要点本章主要介绍磁电系、电磁系和电动系三种仪表，以及用它测量电压、电流的方法。这三种仪表不仅可以用来测量电压、电流。而且在配置某些变换电路之后，还可以用于测量其他电磁量或作为指示器件。是从事电气技术的人员应具备有关仪表知识的最基本内容。电压表和电流表的附属装置，包括分流器、附加电阻和互感器的结构原理及其计算方法。也是测量电压和电流必须掌握的技术。本章还介绍万用表、检流计和电位差计。万用表是现场工作最常用的工具之一，检流计和电位差计则是校准和精密测量中常用的仪器。其内容可根据教学时数和专业需要选择讲授或布置学生自学。第一节 电流与电压的测量方法一、直接测量：

测量电流、电压一般都用直接测量，即用直读式模拟或数字的电流、电压表。测电流时与被测电路串联，测电压时与被测电路并联，但应注意连接在电路中的位置，如图所示。电流表线圈应接在低电位端电压表接地标志应接在低电位端二、间接测量：在特殊情况下，可以用间接法测量。例如在已焊好元件的印制板上，通过测量某电阻两端电压求得电流，或测量通过电阻的电流，求出电阻两端的压降。在不断开电路的状态下测量电流返回本章首页

第二节磁电系仪表一、磁电系仪表结构二、磁电系仪表工作原理二、磁电系仪表工作原理

可动线圈通电后，由于线圈在磁场中受到电磁力矩的作用使指针产生偏转，当可动线圈稳定后，可认为驱动力矩等于反作用力矩，并推出仪表偏转角与电流关系为若与被测电压并联，仪表的内阻为R，则仪表偏转角与电压关系为

三、技术性能

1.灵敏度高、准确度高、表耗功率低

由于永久磁铁与铁心间的气隙小，气隙间的磁感应强度比较强，所以磁电系仪表有比较高的灵敏度。且磁感应强度较强时，驱动力矩大，可采用反作用力矩系数比较大的游丝。有较大的定位力矩，使摩擦力矩的影响减小。内部磁场强度大，外磁场影响相对弱，可获得较高的准确度。且表耗功率低，对被测电路的影响小。所以磁电系仪表是一种应用广泛具有高灵敏度、高准确度、低表耗功率的仪表。

2.具有均匀等分的刻度

磁电系仪表的指针偏转角与可动线圈的电流成正比，标尺的刻度均匀等分，易于标尺的制作。

3,只能用于直流电路

若在交流范围使用，必须配整流器。四、电流表分流器

磁电系仪表可以通过分流器扩大其量程，也可以并联若干个电阻，通过更换输入接头，可组成多量程的电流表。多量程分流器电路分流器电路分流器电路加温度补偿电阻

分流器电阻的计算

按分流器的电路结构，被测电流只有一部分通过电流表线圈，其余则通过分流器，可以证明通过电流表线圈的电流与被测电流的关系为

如用n表示比值，它的数值代表电流表并联分流器之后的量程扩大倍数。将上式移项，可推出按量程扩大倍数n求得分流器电阻阻值的关系式。即五、电压表的附加电阻

扩大电压表量程可以串联附加电阻，设直接测量的量程为，测量机构内阻为，串联附加电阻后，可将电压量程扩大为，则与的关系可由下式求得

用m表示比值，其值代表串联附加电阻后电压表量程扩大的倍数，可按m值求得串联的附加电阻值返回本章首页第三节 磁电系检流计一、结构检流计是一种具有极高灵敏度的电流表，为提高检流计的灵敏度，动圈采用无骨架结构，减少厚度，既减轻动圈重量，又缩短磁路的工作气隙。使气隙中的磁感应强度增大。 可动部分不用轴和轴承的支撑方式，改用张丝或吊丝悬挂动圈，以消除因轴尖所产生的摩擦，使之可在很小的力矩下都能工作。对非便携式的检流计，还可以用光标代替指针。

光标指示和指针指示的示意图光标式指针式二、可动部分的运动方程

检流计的可动线圈通电后产生力矩为M，并在M作用下绕轴运动，根据牛顿第二定律，力矩M随时要与阻力矩、阻尼力矩以及惯性力矩相平衡，或用转角的运动方程表示为。

三、动圈从静止至稳定过程

动圈从静止到稳定过程所需时间决定于阻尼，动圈无铝制框架，全靠动圈与外电阻所构成的回路产生阻尼。加上可动部分的重量轻、阻力小、没有轴承磨擦力，一旦施加驱动力矩，因惯性冲力会越过平衡点。超过后又会在弹簧游丝定位力矩作用下返回，使动圈左右摇摆不停，不能快速停在平衡位置上，甚至会延续了几分钟或者几十分钟。但如果动圈与外电阻所构成的回路电阻较小，能产生足够大的阻尼，就能避免这种振荡发生。根据阻尼大小，可动部分的运动状态可能出现过阻尼、欠阻尼和临界阻尼等三种形式。可动线圈运动方程及解的三种形式1.欠阻尼状态2.临界阻尼状态3.过阻尼状态可动线圈三种运动形式所对应的运动曲线曲线1：欠阻尼状态曲线2：过阻尼状态曲线3：临界阻尼状态返回本章首页稳定后动圈的转角第四节电磁系仪表一、电磁系仪表的结构

电磁系仪表结构有吸引型和推斥型两种形式吸引型推斥型二、电磁系仪表的工作原理二、电磁系仪表的工作原理二、电磁系仪表的工作原理驱动力矩：吸引型的驱动力矩是利用线圈通电后，对可动铁心产生吸引力，使指针偏转。推斥型则靠线圈同时对固定、可动铁心进行磁化，由于磁化的极性相同，产生互斥而形成驱动力矩。反作用力矩：采用游丝，设其反作用力矩系数为D。当驱动力矩与反作用力矩相等时，指针停止转动，可推出，不同电流产生的驱动力矩与仪表偏转角关系为阻尼力矩：一般采用磁感应阻尼。三、电磁系仪表技术性能

1.由于指针偏转角与被测电流的平方成正比，所以标尺呈平方律特性，前密后疏。2.如果通以交流电，则指针偏转角与被测电流瞬时值平方成正比，当瞬时值变化很快时，由于可动部分惯性，指针偏转角将决定于瞬时力矩在一个周期内的平均值，

即指针偏转角与交流有效值平方成正比，所以电磁系仪表可用于测量交流，并可与直流共用同一标尺。 3.防干扰性能改变电压量程改变电流量程4.改变电流量程，可改变线圈的安匝数。改变电压量程，可改变线圈的附加电阻。返回本章首页第五节 电动系仪表一、电动系仪表的结构二、电动系仪表的工作原理二、电动系仪表的工作原理

由固定、可动两组线圈所构成的系统，通电后的磁场能量为可动线圈所受的驱动力矩为根据指针稳定时驱动力矩等于反作用力矩，可求得指针偏转角作为电流或电压表使用时，如果两线圈通以同一电流，或被测电流的一部分，且互感变化率为常数，则指针偏转角与被测电流平方或被测电压平方成正比，或与交流电流或电压有效值平方成正比。如作为功率表使用，指针偏转角正比于被测功率。三、电动系仪表的技术性能

1.和电磁系一样刻度呈平方律特性，可用于测量直流也可以测量交流，或交直流两用。准确度高于电磁系。2.作为小量程电流表使用时，固定线圈与可动线圈串联，但作为大量程使用时，由于可动线圈不允许通过大电流，故可动线圈只能与固定线圈并联。3.作为电压表使用时，可以根据量程大小，串联不同的附加电阻。小量程电流表，固定线圈可与可动线圈串联大量程电流表，固定线圈可与可动线圈并联电压表根据量程串联不同的附加电阻返回本章首页第六节 测量用互感器一、互感器的用途互感器主要用于扩大交流电流表、电压表、功率表和电能表的量程，而且具有如下特点：1.隔离高压；2.降低表耗；3.节省设备投资；4.可统一使用5A、100V的标准表芯，配上不同的互感器，可组成各种不同量程的电压、电流表。高压部分低压部分二、互感器的构造二、工作原理

电压互感器相当于空载变压器，与电压表联用。被测电压等于接在二次绕组的电压表读数乘以电压互感器的电压变比。注意！电压互感器二次绕组不许短路。电流互感器相当于短路的变压器，与电流表联用。被测电流等于接在二次绕组的电流表读数乘以电流互感器电流变比。注意！电流互感器二次绕组不许开路。变压器等效电路图

三、互感器的误差

1.变比误差：由于负载过大，互感器内压降加大，引起输出电压下降，使得电压比不等于匝数比。或电流互感器二次绕组磁化电流过大，使得电流比不等于匝数比所造成的变比误差。

2.相角误差：由于绕组内阻抗过大，或铁心材料和气隙的影响，使得磁化电流过大，电压互感器的一、二次绕组的电压相位差，或电流互感器的一、二次绕组的电流相位差不等于180°，造成相角误差。四、互感器的连接电压互感器在供电系统中的连接电流互感器在供电系统中的连接电流互感器（TA）的接线方式1）电流互感器（TA）的V形混相接线方式电流互感器（TA）的V形混相接线在二次侧的公共线上可获得电流

缺点：接线容易出错，且发生错误接线后，不易查找

常用于三相三线系统（V形接法又称为不完全星形接法）2）电流互感器（TA）的V形分相接线方式各相电流相互独立，使得错误接线机率相对减少，提高了准确度与可靠性DL/T448-2000《电能计量装置技术管理规程》中，将分相接法列为三相三线系统标准接线方式电流互感器（TA）的V形分相接线两台电流互感器宜采用四线连接3）电流互感器（TA）的Y形混相接线方式当三相电流平衡时中线电流为零，否则中线电流不为零

常用于高压大电流接地系统，发电机二次回路，低压三相四线电路严禁公共线断开，否则,会造成较大的计量误差电流互感器（TA）的Y形混相接线4）电流互感器（TA）的Y形分相接线方式电流互感器（TA）的Y形分相接线各相电流相互独立，使得错误接线机率相对减少，提高了准确度与可靠性DL/T448-2000《电能计量装置技术管理规程》中，将分相接法列为三相四线系统标准接线方式三台电流互感器宜采用六线连接1、电压互感器（TV/PT）的选择额定电压准确度等级额定容量

—TV一次侧额定电压，kV；—电网电压，kV

—TV额定容量，VA；—二次负荷，VA在发电厂、变电站、电力用户运行的电能计量装置按其所计量的电量不同和计量对象的重要程度分为五类（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ）。Ⅰ、Ⅱ采用0.2级，Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ用0.5级，0.1级以上用于实验室和精密测量或校验低等级的互感器五、互感器的选择2、电流互感器（TA/CT）的选择额定电压准确度等级额定容量额定变比为保证良好的电流特性，不应使其工作在一次额定电流的1/3以下，应该尽量使其在额定电流的2/3以上运行

—TA安装处电压，kV；—TA额定电压，kV

—TA额定容量，VA；—二次总负载视在功率，VADL/T448-2000《电能计量装置技术管理规程》规定，Ⅰ、Ⅱ类电能计量装置，应选用0.2S级的电流互感器，对其它类电能计量装置应选用0.5S级的电流互感器。

1、电压互感器六、互感器的使用要正确接线。将电压互感器的一次侧与被测电路并联，二次侧与电压表（或仪表的电压线圈）并联；电压互感器的一次侧、二次侧在运行中不允许短路，一二次侧都应装设熔断器，以免一次侧短路影响高压供电系统，二次侧短路会烧毁电压互感器；为防止故障时二次侧电压升高，电压互感器的二次侧绕组、外壳和铁心要可靠接地，以确保人身和设备安全。2、电流互感器要正确接线。将电流互感器的一次侧与被测电路串联，二次侧与电流表（或仪表的电流线圈）串联；电流互感器的二次侧在运行中不允许开路，二次侧严禁加装熔断器，需要更换或拆除测量仪表时，用开关先将二次侧短路，更换仪表后，再将开关打开；电流互感器的二次侧绕组、外壳和铁心要可靠接地，以确保人身和设备安全；接在同一互感器上的仪表不能太多，否则接在二次侧的仪表消耗的功率将超过互感器二次侧的额定功率，从而导致测量误差增大。七、钳式电流表钳式电流表是电流互感器和电流表的组合，可以在不断开交流电路，并在设备仍运行的条件下，测量交流电流。1、钳式电流表的结构外型内部结构示意2、钳式电流表的工作原理 电流互感器的铁心在捏紧扳手时可以张开；被测电流所通过的导线可以不必切断就可穿过铁心张开的缺口，当放开扳手后铁心闭合。穿过铁心的被测电路导线就成为电流互感器的一次线圈，其中通过电流便在二次线圈中感应出电流。从而使二次线圈相连接的电流表便有指示——测出被测线路的电流。返回本章首页测量前先估计被测电流的大小，选择合适的量程；测量时应将被测载流导线至于钳口中央，以避免增大误差；钳口要结合紧密；测量5A以下的较小电流时，为确保读数准确，在条件许可的情况下，可将被测导线多绕几圈再放入钳口进行测量，被测的实际电流值应等于仪表读数除以放进钳口中导线的圈数；测量完毕后，一定要将仪表的量程开关置于最大量程位置上，以防下次使用时操作者疏忽而造成仪表损坏。3、钳式电流表的使用第七节 万用电表一、万用电表的结构万用表的组成：测量机构、测量线路和转换开关组成。外观组成：外壳、表头、表盘、机械调零旋钮、电阻挡调零电位器、转换开关、专用插座、表笔及其插孔。内部组成：电池及电阻、电容、二极管、三极管、集成电路等元器件。符号含义万用表准确度

准确度也叫精确度。万用表是一种直读式电工测量仪表。其准确度不高，但因功能繁多、使用方便而获广泛使用。用仪表进行测量时，仪表示值与被测量真值间存在一定误差。在符合仪器校准试验所规定的基准条件下对仪器测定的误差称基本误差。国家规定，根据仪表基本误差的大小，直读式电工测量仪表的精确度划分为7级，如表所示。表中基本误差是以测量仪器的绝对误差与该仪器刻度尺上量限(称量程)之比的百分数来定义的。不同型号或同一型号但工作在不同功能和量程时的万用表，其准确度可不同。各量程的准确度级别均于电表面板或使用说明书上标明。技术指标

万用表是利用多刀多投转换开关，改变电路连接方式，测量不同量程的电压、电流或电阻，是电气维修中常用的工具。除一般测量电压、电流和电阻外，还可测量电子电路的电平，测量电平实际上就是测量电压，不过是被测值与标准值之比的对数形式表示。

当表示功率电平时，可用负载为600Ω、1mW作为功率的0电平。当表示电压电平时，可用0.775V作为电压的0电平。500型万用表外形功率电平电压电平电平是一种用来表示功率或电压相对大小的参数，单位是dB(分贝)。首先指定某一功率P0或电压U。作为基准(称零电平基准)，被测功率PX或电压U。的电平值N定义为dB,当Px>P0或Ux>U。时，N为正值，反之为负值。工程上通常规定在600Ω电阻上消耗1MW的功率为零电平基准。由此可以推算出对应的基准电压值。由此可知，万用表上分贝(dB)刻度的0dB对应交流刻度的0.775V处。若已知电平N值，则可换算出电压Ux值。在电平刻度上，N值为一10～+22dB，实际对应的Ux值为0.24—9.76V，相当于交流10V量程。当被测电平值大于+22dB时，应将万用表置于交流电压50V或250V挡进行测量，但应注意，在50V挡测量时，N值应是分贝刻度上读到的值加14dB。同样，在250V挡测量时，应加28dB。

MF500型万用表面板刻度二、500型万用表