《电气测量技术》CAI-教材全套课件教学教程整本书电子教案全书教案

电气测量技术

（56/48学时）

第一篇电气测量技术概论

电气测量技术是人们掌握电气知识、发展电磁理论和电磁技术的重要手段。由于电气测量具有测量方便、易于实现自动化和遥测等固有优点，它不仅可以直接对电磁参量进行测量，而且由于传感器技术的发展，几乎所有的“非电量”都可以通过传感器转换成电量进行测量，所以，它在各种测量技术中占有很重要的地位。本篇主要介绍有关电气测量技术的基本概念、基本方法和电学量具。

第1章电气测量基本知识1.1电气测量概述1.1.1测量的概念

测量是人类对自然界的客观事物取得数量概念的一种认识过程。当被测量是通过对一个或数个基本量的直接测量或利用物理常数值进行测量时，则称为绝对测量

通过物理实验方法，将被测量与作为单位的量进行比较的过程，称为相对测量

测量结果，通常是用数字标出的，这个数字就表明了被测量为测量单位的多少倍。

1.1电气测量概述

测量是将被测量与标准量进行比较的过程。测量过程一般包括三个阶段：（1）准备阶段。首先要明确“被测量”的性质及测量所要达到的目的，然后选定测量方式，选择合适的测量方法及相应的测量仪器。（2）测量阶段。建立测量仪器所必须的测量条件，慎重地进行操作，认真记录测量数据。（3）数据处理阶段。根据记录的数据，考虑测量条件的实际情况，进行数据处理，以求得测量结果和测量误差。研究一个完整的测量过程，主要考虑：（1）测量对象；（2）测量方式和方法；（3）测量设备，真中包括度量器与测量仪器仪表。1.1电气测量概述

测量常用的名词术语：

（1）准确度—是指测量结果与被测量真实值间相接近的程度，测量结果准确程度的量度；（2）精密度—是指在测量中所测数值重复一致的程度，它表明在同一条件下进行重复测量时，所得到的一组测量结果彼此之间相符合的程度，测量重复性的量度；（3）灵敏度—是仪器仪表读数的变化量（响应）与相应的被测量的变化的比值；（4）分辨率—是指仪器仪表所能反映的被测量的最小变化值。实际上，分辨率是灵敏度的倒数；（5）误差—是指测量结果对被测量真实值的偏离程度；（6）量限（量程）—是指仪器仪表在规定的准确度下对应于某一测量范围内所能测量的最大值（测量上限－测量下限）

1.1电气测量概述1.1.2电气测量的发展和地位电气测量就是借助于各种电气测量器具（测量仪器仪表、量具及附属设备），对科学技术和工程实际中的各种电磁现象和电磁过程进行定量分析研究的过程。它的成长和发展是与电磁学理论及电磁技术的成长和发展密切相关、互相促进的。电气测量技术发展过程：摩擦生电现象

库仑定律

伏打电池

欧姆定律

电磁感应定律

麦克斯韦方程

发电机、电动机现代电子技术电磁理论和电磁技术的发展推动着电气测量技术的提高；而电气测量技术的提高又促进了电磁理论和电磁技术的发展。

1.1电气测量概述1.1.3电气测量的任务任务：利用一定的电气测量器具和电气测量技术，测量各种电磁参量。

电参量：电量(电压、电流、电功率、电能、…)和电路参数(电阻、电感、电容、互感、…)。

磁参量：磁量(磁通、磁感应强度、磁场强度、…)和磁路参数(磁阻、磁性材料的磁导率、…)。

电气测量器具是为了测量目的而采用的技术装备：

电气测量仪器（仪表）可将被测电磁参量转换成示值或其等效信息。

电磁量具以固定形式复现某个量的一个或多个已知量值。

电气测量技术是为了进行测量而采用的原理、方法、手段和技术措施。1.2电气测量的方法和分类1.2.1根据获得测量结果的过程分类

1．直接测量将被测量与作为标准的量具直接比较，或用事先刻度好的测量仪表进行测量，从而直接获得被测量的数值，这种测量方式称为直接测量。如电流表、电压表测电流、电压

2．间接测量测量中，通过对与被测量有一定函数关系的几个量进行直接测量，然后再按这个函数关系通过计算而获得被测量数值，这种测量方式称为间接测量。如用伏安法测电阻，R=U/I。间接测量比直接测量要复杂一些，一般在不能使用直接测量或直接测量达不到测量要求时，才采用间接测量。1.2电气测量的方法和分类

3．组合测量如果被测量有多个，而且能以某些可测量的不同组合形式（函数关系）表示时，可先通过直接或间接地测量这些组合的数值，再通过解联立方程组求得未知的被测量数值，这种测量方式称为组合测量。例如金属导体的电阻Rt与温度t之间的函数关系为

测出电阻在温度t1、t2、t3时的阻值Rt1、Rt2、Rt3

求解以上方程组，即可求得

、

、R20的值，从而确定Rt与t之间的确切函数关系。

1.2电气测量的方法和分类1.2.2根据所用器具分类

1．直读测量法用直接指示被测量数值的指示仪表进行测量，能够直接在仪表上读取读数的测量方法称为直读测量法。度量器具不直接参与作用。

2．比较测量法将被测量与度量器具通过较量仪器进行比较，从而获得被测量数值的方法称为比较测量法。度量器具直接参与作用。（1）平衡法（零值法）这种测量方法是将被测量x与已知的标准量A相比较。在测量过程中，连续改变标准量，使它产生的效应与被测量产生的效应相互抵消或平衡，这种测量方法称为平衡法。平衡时指示器指零，又称零值法。电桥、电位差计测量。

1.2电气测量的方法和分类

（2）微差法平衡法过程中，被测量x与标准量A不能平衡或标准量不便于调节，则可以通过测量仪器测量二者的差值a＝x–A或正比于差值a的量，进而根据标准量的数值A和差值a确定被测量x的大小（x＝A+a），这种方法就称为微差法。（3）替代法将被测量x与标准量A分别接入同一测量装置，在标准量替代被测量的情况下，调节标准量使测量装置的工作状态保持不变，从而可以用标准量的数值来确定被测量的大小（x=A)），这种方法称为替代法。（4）重合法重合法是将被测量的一系列均匀交替的信号与某个已知参考量相比较，当两者的信号出现重合的状态或现象时，就可以确定被测量的大小。1.2电气测量的方法和分类

测量方法间的关系①用功率表测功率；②用电流表、电压表测电阻；③用电桥测电阻；④用电位差计测量电流。1.3电气测量仪器仪表的分类1．指示仪表指示仪表是基于直读法来进行测量的仪表—模拟式仪表或机电式指示仪表。

2．积算仪表积算仪表用以测量与时间有关的量，在测量时间内仪表对被测量进行累计。如电度表。

3．较量仪器较量仪器是基于比较法来进行测量的仪器。如电位差计和电桥

4．记录仪表和示波器记录仪表是把被测量与另一变量的函数变化关系连续记录下来，如X–Y记录仪等。示波器是用来观察和记录变化迅速的被测量的仪器。1.3电气测量仪器仪表的分类5．数字仪表数字仪表是采用逻辑电路，用数码显示被测量的仪表。近年来数字仪表的种类越来越多，如数字电压表、数字频率表、数字相位表、数字万用表、数字电能表等。

6．测磁仪器用于测量基本磁学量及磁性材料磁特性的仪器。

7．扩大量限装置扩大量限装置是用来扩大电工仪器仪表测量范围的装置。如分流器、附加电阻、测量用互感器、放大器等。

8．校验装置按一定测量方法和电路，将一些测量仪器、度量器和附属设备组合而成的整体称为校验装置，它们有指示仪表校验装置、电度表校验装置、互感器校验装置、电位差计装置和电桥装置等。1.4测量误差及其消除方法1.4.1测量误差的分类和来源一般可分为系统误差、偶然误差和疏失误差三类。

1．系统误差系统误差是一种在测量过程中或者遵循一定的规律变化，或者保持不变的误差。产生系统误差的原因：（1）测量器具误差—基本误差（2）环境误差—附加误差（3）方法误差（4）人员误差

系统误差决定了测量的正确度。1.4测量误差及其消除方法2．随机误差随机误差是一种大小和符号都不固定的具有偶然性的误差，因此也称为偶然误差。产生随机误差的原因很多，例如温度、湿度的起伏，电磁场的微变，电源电压、频率的变化，以及操作人员感觉器官的生理变化等。

随机误差决定了测量的精密度。系统误差和随机误差反映测量的准确度。

3．疏失误差疏失误差是由于测量过程中操作、读数、记录和计算等方面的疏失错误所引起的误差，这是一种明显地歪曲测量结果的误差。凡是含有疏失误差的实验数据是不可靠的，应当剔除。1.4测量误差及其消除方法1.4.2测量误差的消除方法

1．系统误差的消除（1）引入校正值—校正曲线或校正表格

（2）消除产生环境误差（附加误差）的根源（3）采用特殊测量方法①正负误差补偿法②替代法③等时距对称观测法—测电阻时电源不稳定产生的误差1.4测量误差及其消除方法

消除这种电流线性变化所带来的系统误差，可采用等时距对称观测法。

t1：Ux(t1)＝I1Rx＝(I＋

I)Rxt2：Un(t2)＝I2Rn＝IRnt3：Ux(t3)＝I3Rx＝(I－

I)Rx

取t1和t3时刻对应的电压Ux的平均值：

1-3电流随时间变化的曲线1.4测量误差及其消除方法2．随机误差的消除对于随机误差，不具有确定的规律性，不能用试验的方法加以检查和消除，但随机误差遵从统计规律，可以采用概率论和数理统计学的方法加以处理。在足够多次数（约10次）的测量中，随机误差的算术平均值必然趋近于零。

3．对于疏失误差，由于它是显然的错误，并且常常严重地歪曲了测量结果，因此，包含有疏失误差的观测结果是不可信的，应予剔除。

1.4测量误差及其消除方法1.4.3仪表误差用任何仪器仪表对某一被测量进行有限次的测量都不能求得被测量的真值（即实际值），仪器仪表的读数与真值之间总存在一定的差值，即测量误差。

1．仪表误差的分类仪表误差可分为基本误差和附加误差两类。（1）基本误差仪表在规定的正常工作条件下进行测量时，由于仅表本身的结构、制造工艺、材料性能不完善所造成的误差称为仪表的基本误差。这种误差是无法消除的，故又称为仪表的固有误差。1.4测量误差及其消除方法

仪表正常工作条件：①仪表指针调整到机械零位；②仪表按规定的工作位置安放；③除地磁场外，没有外来的电磁场或铁磁物质的影响；④周围温度为20℃或仪表所标注的工作温度；⑤交流仪表的使用频率和波形符合仪表的规定。（2）附加误差由于仪表偏离其规定的正常工作条件时所引起的误差称为附加误差。使仪表产生附加误差的那些工作条件的变化常称为影响量的变化，这些影响量中任何一个超出仪表使用的正常规定值，都会使仪表产生附加误差。

2．测量误差的几种表达形式

（1）绝对误差：

＝测量值Ax

真实值Ai

＝Ax－A0(Ai用相对真实值A0来代替

)绝对误差可正可负，而且还有量纲；一般保留一位有效数字

（2）相对误差:

实际相对误差：示值相对误差：

相对误差亦可正可负，纯数字；保留一位或两位有效数字。

测量误差是对某一次具体测量好坏的评价。1.4测量误差及其消除方法1.4测量误差及其消除方法3．仪表误差（1）引用误差仪表的准确性能通常用引用误差来衡量。引用误差用仪表的基本误差与量限之比的百分数来表示，即

双向标度尺的仪表

无零位标度尺的仪表

对于标度尺为对数、双曲线或指数为3及3以上的仪表，引用误差是以工作部分的长度的百分比表示的，即1.4测量误差及其消除方法

（2）仪表的准确度与准确度等级仪表的准确度是用仪表的最大引用误差

m来表示，仪表的准确度等级a以

m的大小来划分，其定义为

a=0.1，0.2；0.5，1.0，1.5，

2.5，5.0；等

标准表实验室用工程测量

仪表的基本误差（固有误差）：

m＝仪表量程

a%（不随测量值变）

仪表误差（准确度）整体上评价仪表在其测量范围内测量的好坏。在使用仪表进行测量时所产生的测量误差

往往低于仪表的准确度等级。

如果Ax越小，

越大；Ax越大，

越小；当Ax＝Am时，

＝

m，这时测量的准确度最高。因此，为了提高测量的准确度，一方面要选择准确度等级a合适的仪表，更应该注意根据被测量Ax的大小选择量限合适的仪表，一般应使被测量Ax

Am/2，最好使Ax

2Am/3。否则所选仪表的准确度等级虽高，但测量的准确度却可能较低。

1.4测量误差及其消除方法

例1-1

有两只直流毫安表，它们的准确度等级和量限分别为：0.5级，0～500mA；1.5级，0～100mA现要测50mA的直流电流，选用哪一只表测量的准确度高？

解用第一只表测量时，测量的绝对误差可能为：

m1＝

a1%

Am＝

0.5%

500＝

2.5(A)

相对误差为

用第二只表测量时：

m2＝

a2%

Am＝

1.5%

100＝

1.5(A)

结论：第二只表测量准确度高！1.4测量误差及其消除方法第1章电气测量基本知识作业：

1-2，1-3，1-4，1-5，1-6，1-7第2章电学度量器

2.1度量器

主要内容：

1、度量器的基本特点；

2、电学标准量具：

标准电池；标准电阻；标准电感；标准电容。

四种电学标准量具的单位定义、结构及其基本特性和使用方法。2.1度量器

度量器(或称为量具)的定义：作为测量单位或测量单位的分数、整数倍的复制体，就是度量器(或称量具)。在进行电气测量时，实际上就是将被测电学量直接或间接与作为测量单位的同类量进行比较，以确定被测电学量的大小。度量器(或称量具)的分类：

基准度量器(基准器)

标准度量器(标准器)

工作度量器(工作量具)

2.1度量器

1.基准器它是用现代科学技术所能达到的最高准确度来复现和保存测量单位的度量器，它具有最高的准确度，由国际及各国的最高计量部门保存。它是国家处理测量事务的准绳和基础。在我国，基准器被保存在中国计量科学研究院。基准器又分为国家基准（主基准）、副基准、工作基准等。

2.1度量器

电学计量基准器：

电压基准器是用经过严格考核挑选，稳定性和其它性能好的饱和标准电池组组成，并以它们成组的标准电池电动势的平均值来保存电压单位（伏特，V）的量值。

电阻基准器是用稳定性极好的1

标准电阻组组成，并以它们成组的电阻值的平均值来保存电阻单位（欧姆，

）的量值。

计算电容基准则是按“汤姆森‑蓝帕德定理”制造的交叉电容器，电容量为1微微法(pF)。

2.1度量器

2.标准器它的准确度低于基准器，供计量部门对工作度量器进行检定或标定时使用。按其用途不同又分为一等标准器和二等标准器。

3.工作量具它是专供日常测量中使用的度量器。按其准确度（或年稳定度）分为若干级别；其级别通常标在铭牌上。在电学计量中常用的工作量具有标准电池、标准电阻、标准电容、标准电感等。2.1度量器

4.对度量器的共同要求

（1）复制性好：制造容易，能较方便地用度量器形式实现测量单位。（2）稳定：能较长期地保持它所复制单位的量值不变化或只发生很小的变化。（3）可靠：外界因素变化(例如温度)对其影响小，并能进行更正。（4）准确：有足够的制造精度，在一定条件下，标准值与实际值应尽量接近。（5）可比性好：能很方便地与其它标准度量器进行比较，便于标定其量值，从而保证其准确度，同时要求使用方便。2.2标准电池

标准电池是复制电压或电动势单位—伏特(V)的量具，标准电池利用化学作用产生的电动势并不恰好是1伏特，而是稍大于1伏特(1.0185V～1.0195V)，但这个数值准确、稳定、受外界影响小，也容易校正。标准电池是一种化学电池，电池所用的化学物质均经过严格提纯，化学成分非常稳定，用量也十分准确。标准电池按电解液的浓度分为饱和标准电池及不饱和标准电池两种。2.2标准电池2.2.1饱和标准电池

结构：

H型和单管型；在任何温度下，硫酸镉溶液均呈饱和状态。

1-汞Hg(电池正极)；2-10%镉汞齐CdHg（电池负极）；3-硫酸亚汞(Hg2SO4)(去极化剂)；4-硫酸镉结晶体(3CdSO4.8H2O)；5-硫酸镉饱和溶液(CdSO4)(电解液)；6-铂引线；7-玻璃容器；8-孔塞片2.2标准电池2.2.1饱和标准电池

特点：饱和标准电池的电动势比较稳定，电动势的温度系数比较大,但可修正。电动势经验公式Et

＝f(t)：国际公式(1908年沃尔夫提出)

中国公式（1975，0～+40℃

）2.2标准电池2.2.2不饱和标准电池

结构：H型和单管型；硫酸镉溶液处于不饱和状态。

特点：稳定性较差；但电动势温度系数小，基本不修正1-汞Hg（电池正极）；2-12.5%镉汞齐CdHg（电池负极）；3-硫酸亚汞(Hg2SO4)（去极化剂）；4-微孔塞片；5-硫酸镉溶液；6-石英砂2.2标准电池2.2.3标准电池的主要技术特性（表2‑1

）（1）稳定性：饱和标准电池在一年中电动势的允许变化为几到几十微伏，级别较高；不饱和标准电池在一年中电动势的允许变化上百微伏，级别较低。对于标准电池伏特基准组电动势平均值的年变化约为千万分之二以下。（2）内阻：饱和标准电池内阻较高，一般为500～1000

，允许流过的电流极小，1分钟内允许流过的最大电流仅为0.1～1

A；不饱和标准电池内阻稍低，一般不大于500

，1分钟内允许通过的电流为1～10

A。（3）使用温度范围：级别高的标准电池，保证准确度的温度范围是比较窄，使用和保存时应注意环境温度。2.3标准电阻

标准电阻是复制电阻单位—欧姆（

）的量具。对标准电阻的要求：准确度高，稳定性好，可靠性好。

结构：标准电阻通常由锰铜材料（铜占84

，锰占12

，镍占4

）绕制的，因为锰铜的电阻系数高（约为0.00045～0.000048

.m），电阻温度系数低（约为0.00001/

C），且较为稳定，而且与铜接触热电势小（约为1.5

V/

C）。标准电阻可以做成单个的固定电阻，也可以组合成可变电阻箱。标准电阻分为直流标准电阻和交流标准电阻。交流标准电阻要采用特殊的绕法以减小它的分布电感L和分布电容C。通常用时间常数(L/R

CR)来考虑分布电感和分布电容的影响。

2.3标准电阻

标准电阻结构

图2-3标准电阻结构

1-绕线骨架；2-绕在骨架上的锰铜线；3-固定端钮的上盖；4-温度计插孔；5-电位端钮；6-电流端钮；7-镀镍黄铜或胶木外壳2.3标准电阻2.3.1固定标准电阻

标准电阻的名义值一般为10n

，n通常是-4～+5之间的整数。一套0.01级的BZ3型标准电阻为10-3

105

，共9只。标准电阻名义值是指温度为20

C时的电阻值，若在规定温度范围内的其它温度下使用这个标准电阻时，它的电阻值应按下列近似公式计算：

标准电阻不得过载，最大允许工作电流估算值：

2.3标准电阻2.3.2电位端钮和电流端钮标准电阻一般都制成四端电阻，如图2‑4(b)所示。电流端钮(C，C)

，对应结构图上较粗大的那一对端钮，利用这一对端钮可以把标准电阻接入电路中，电流I从这对端钮通入标准电阻；电位端钮(P，P)

，对应结构图上较细小的那一对端钮，位于电流端钮之间，从这一对端钮上接入测量仪器得到的电压U只是标准电阻R上的电压。四端标准电阻的电阻值为：R＝U/I

图2-4电阻的接线端钮2.3标准电阻2.3.2可变直流电阻箱测量中有时需要阻值可以调节的标准电阻，为此，可将若干标准电阻安装在一个箱子中，利用转换开关逐级改变电阻数值，这就是实验室中广泛应用的可变电阻箱。图2-5四挡十进位可变电阻箱的线路结构电阻值

R=3152

2.3标准电阻2.3.2可变直流电阻箱

5个电阻实现十进位转换的线路结构(电阻值

R=1

)

可变电阻箱分为0.0l，0.02，0.05，0.1，0.2和0.5等六个等级。基本误差应符合以下计算式：

（a

R

b）

式中，b取0.002(0.01～0.05级)；b取0.005(0.1～0.5级)。图2-6可变电阻箱的另一种线路结构2.3标准电阻2.3.4交流标准电阻用于交流测量的标准电阻，其阻值、允许通过的电流、使用温度范围等基本上与直流标准电阻相同，但在绕制方法上有所不同，这时要考虑减小分布电感L和分布电容C，即减小时间常数

＝L/R－RC。通常采用的绕制方式有双线并绕方式和交叉绕制方式。使用交流标准电阻时还要注意它的使用频率范围。例如国产ZX32型交流电阻箱的时间常数

＝(15～50)

10

8s，用于0～20000Hz的频率范围。2.3标准电阻2.3.5标准电阻的使用和维护标准电阻的主要技术特性、用途及使用条件如表2‑2。使用与保存注意事项如下：（1）应在规定的技术条件下使用和保管。（2）应避免碰撞和剧烈震动。（3）不应过载使用。（4）0.01级以上的高精度标准电阻，最好是放在有中性变压器油的恒温槽内使用。（5）如果标准电阻在偏离+20

C的情况下使用，应按式(2‑3)计算出使用温度t

C时的电阻值Rt。（6）标准电阻出厂证明书及历年检定数据应很好地保存2.3标准电阻

电感的单位是亨利（H）。它的单位值是用标准电感来保存的。标准电感包括标准自感和标准互感。

结构：标准电感通常是用绝缘铜导线绕在绝缘材料（例如大理石或陶瓷）做成的支架上面制成的平式线圈。其外形和结构，如图2‑7所示。(a)标准自感线圈的外形(b)构造图2‑7标准自感线圈的外形与结构2.3标准电阻2.4.1对标准电感的技术要求（1）电感值稳定，即电感值随时间的变化小；（2）电感线圈的品质因数尽可能高，即电阻值要低，涡流损耗要小；（3）电感值与电流无关；（4）电感值与频率的关系尽可能小。2.3标准电阻2.4.2标准电感器的主要技术性能标准电感器的主要技术性能见表2‑3。

电感基准一般是由几只10mH的标准电感组成的；也有少数国家用30rnH或50mH组成。作为工作量具使用的标准电感是由小至

H，大到H名义值不等的一整套组成（即标准电感的名义值为10nH，n在－6～0之间）。准确度级别最高的为0.001级，最低的为0.5级。

BG8型标准自感线圈的规格：额定值为1、0.1、0.01、0.001、0.0001H，共五只；基本误差为

0.01％～

0.05％。

标准互感线圈的结构、要求、技术性能与标准自感线圈相同，只不过它有两个互相绝缘的绕组。2.3标准电阻2.4.3实际线圈的等效电路

理想电感线圈没有损耗，电压和电流相差90

，如图2-8所示。

实际的自感线圈不可避免地总伴随有导线电阻R和匝间分布电容C，其等效电路如图2-9(a)所示。(a)(b)图2-8理想电感线圈及其相量图

(a)(b)(c)图2-8自感线圈及其等效电路2.3标准电阻

图2-9(a)电路的等效导纳R<<

L

(b)→(c)（(a)→(b)并联等效）串联等效2.3标准电阻

电感线圈的品质因数Q定义为一般总是要求Q值尽可能高，而且电感值尽可能不受频率的影响。2.3标准电阻2.4.4标准电感的使用和维护（1）在使用保管时，应放在适当的温度环境中(0～+35℃)，以免自感线圈的骨架和导线因温度过高而引起永久性形变，导致电感值的不稳定；（2）不可将标准电感放在湿度大的环境中，因有的电感线圈受湿度影响大，在相对湿度变化10

时，电感变化可达(2～3)

10

5H；（3）电感线圈附近（尤其在轴上），不要有导电金属物，否则会增加涡流而使电感值变小，在扩展频率使用时，要考虑分布电容及涡流的影响；（4）使用时线圈附近不应有铁磁物质和干扰磁场。2.5标准电容

电容的单位是法拉（F），它是利用标准电容来保存的。标准电容器是交流测量电路中电容的标准量具。常用的标准电容器有固定标准电容和可变标准电容两种。2.5.1对标准电容器的技术要求（1）电容值稳定，即电容值随时间的变化尽可能小；（2）电容器的损耗因数D=tan

要尽量小；（3）电容值随温度、湿度、频率和电压的变化要小。

BR13型标准空气电容器，其额定值有：1pF、10pF、100pF、1000pF四种，基本误差为：0.01

，tan

<5

10

5，用在50～10000Hz范围内电容变化小于

0.05

。

RX7型十进位式电容箱中的一套标准电容器(云母介质)2.5标准电容2.5.2实际电容器的等效电路

理想电容器没有损耗，电压和电流相差90

，如图2-10所示。实际电容器具有介质损耗，这时电压和电流的相差小于90

，等于90

－

，如图2-11所示。

称为损耗角。tan

称为损耗因数，又常用D表示，即D＝tan

（

很小）。损耗因数表示介质损耗的相对大小。图2-10理想电容器及相量图图2-11实际电容器及相量图2.5标准电容

有损耗的实际电容器，可以用一个无损耗的理想电容器Cs和一个电阻Rs的串联电路等效；或用一个Cp和Rp的并联电路等效。这两种等效电路及其相应的相量图如图2-12和图2-13所示。

(a)等效电路(b)相量图(a)等效电路(b)相量图图2-12实际电容器的图2-13实际电容器的串联等效电路及相量图并联等效电路及相量图2.5标准电容

同一个电容器的两种等效电路，其阻抗值应该是相等的，但构成等效电路的参数是互不相等的，根据Y＝1/Z，可得它们之间的关系为：由相量图得

通常Cs

CP；Rs

Rp，而且它们随着频率的改变而改变。只有当tan

很小，即Rs很小以及Rp很大时，才有Cs≈CP

。对于标准电容器，这个条件通常是满足的2.5标准电容2.5.3标准电容器的屏蔽图2‑14(a)是两个端钮的电容器。由于电容器的两个极板对地有杂散电容C10和C20，其值一般很大，而且不稳定，两端电容器的等效电路如图2‑14(b)所示。如果将这两端电容器的1、2端接入电路中，则1、2两端的等效电容是：(a)(b)图2-14两端电容器及其对地杂散电容的等效电路2.5标准电容2.5.3标准电容器的屏蔽

两端钮电容器，由于杂散电容C10和C20不稳定，则C12不稳定。金属屏蔽三端钮（A、B、P

）电容，如图2‑15(a)所示，C1P和C2P稳定，则CP0稳定。

(a)(b)图2-15三端电容器及其等效电路2.5标准电容2.5.4标准电容器的主要技术性能标准电容器的主要技术性能见表2‑4。2.5.5标准电容器的使用及维护（1）标准电容器的主要技术标准应符合表2‑4的规定；（2）精密测量时，应注意屏蔽端钮的正确接法，以设法消除对地电容的影响；（3）保存的环境温度应稳定；（4）精密测量，应确保电容内部温度与测试温度一致；（5）防潮、防外电场影响；（6）大容量的电容器(大于0.1

F)，在使用时应注意由引线电感和频率所引起的附加误差，以及引线电阻所产生的附加损耗。

第2章电学度量器作业：

2-2，2-3，2-4，2-5，2-6，2-7第3章电气测量指示仪表

的一般知识

第二篇电气测量指示仪表

及直读测量

电气测量指示仪表是电工测量中使用方法最简便仪表，可以用来测量各种电参量(如电压、电流、功率、电阻、电感、电容、相位等)，并能够直接指示出被测量的大小和单位（直读测量），应用最广泛。电气测量指示仪表：磁电系（含整流系）仪表，电磁系仪表，电动系仪表，感应系仪表等。主要内容：电气测量指示仪表的结构原理和技术特性；利用电气测量指示仪表对电参量进行直读测量的方法—合理选用仪表，正确进行测量。

3.1电气测量指示仪表的分类

（1）按仪表的工作原理分主要有：磁电系、电磁系、电动系、感应系、整流系、静电系、热电系、电子系。着重介绍前面四种，另外附带介绍整流系的电流表和电压表。（2）按被测量的名称(或单位)分有：电流表(安培表、毫安表、微安表)，电压表(伏特表、毫伏表)，功率表（瓦特表)，高阻表(兆欧表)，欧姆表，电度表(瓦时表)，相位表(功率因数表)，频率表以及多种用途的万用表、伏安表等。（3）按被测量的变化规律分有：直流表、交流表、交直流两用表。（4）按使用方式分有：安装式仪表和可携式仪表。

……3.2电气测量指示仪表的组成

3.2.1仪表的组成3.2.2仪表测量机构的组成原理

测量机构是电气测量指示仪表的核心，它的任务是将它所接受的中间量按一定比例转变为指针的偏转或位移，并能准确而迅速地指示出被测量的数值大小。任何测量机构都必须包括四个基本部分，即：驱动装置、控制装置、阻尼装置及指示装置。图3-1电气测量指示仪表的组成方框图3.2电气测量指示仪表的组成

1．驱动装置测量机构中接受中间量y以后，对活动部分产生转动力矩的装置称为驱动装置。

结构：驱动装置一般由固定的磁路系统（永久磁铁或固定线圈）及可动的线圈或铁磁元件组成。

原理：当线圈中通以电流时，电流与磁场之间相互作用产生电磁力矩，该力矩驱动与指针相连的活动部分，使之发生偏转。故称该力矩为转动力矩，用M表示。M＝

(y)[＝

(y，

)](3‑1)式中，M—作用于活动部分的转动力矩；y—测量机构所接受的量。若被测量x与中间量y间关系y＝f(x)，则

M＝

(y)＝

[f(x)]＝F(x)

(3‑3)3.2电气测量指示仪表的组成

2．控制装置测量机构中，对活动部分产生反作用力矩Mf的装置称为控制装置。控制装置一般由弹性元件—游丝或张丝组成，如图3-2（或图4-34）所示。

Mf＝D

(3-4)图3-2用盘形弹簧游丝产生反作用力矩1-指针；2-游丝；3-轴；4-平衡锤；5-调零器

3.2电气测量指示仪表的组成

由式(3‑4)可见，若测量机构没有偏转(

=0)，则Mf＝0；若活动部分在转动力矩M驱动下开始转动，则随着偏转角

的增大，反作用力矩也成比例地增大，直到它等于转动力矩时，指针才能平衡在一定的偏转角

上。M、Mf和

之间的关系如图3‑3示。当M＝Mf时

(3‑5)

由上式可知，偏转角的大小就可以反映测量机构所接受的中间量y以及被测量x的大小，达到测量目的。图3-3M、Mf与

间关系

3.2电气测量指示仪表的组成

3．阻尼装置测量机构中，对活动部分产生阻尼力矩的装置称为阻尼装置。

阻尼力矩的特点：其大小要与活动部分的偏转速度成正比，其方向与该速度的方向相反，即

(3‑6)式中，p—阻尼力矩系数；(＝d

/dt)—活动部分偏转角速度；负号表示Mp与的方向相反。阻尼力矩只对活动部分的摆动起阻碍作用，并不改变由转动力矩和反作用力矩所确定的平衡位置，也就是对测量结果没有影响。它只影响活动部分的动态特性，是一种动态力矩。3.2电气测量指示仪表的组成

阻尼状态适当选择阻尼力矩系数p，活动部分就能较快地稳定到平衡位置上，这种阻尼状态称为临界阻尼状态。临界阻尼状态时的阻尼力矩称为临界阻尼力矩，用Mc表示。当阻尼力矩Mp较大（即Mp

Mc

）时，活动部分缓慢地偏转到平衡位置，这种阻尼状态称为过阻尼状态。当阻尼力矩Mp较小(即Mp

Mc)时，活动部分偏转到平衡位置时，不能马上稳定下来，需要作一系列衰减的周期性摆动，才能稳定下来。这种阻尼状态称为欠阻尼状态。一般仪表应工作在稍欠阻尼状态。3.2电气测量指示仪表的组成

4．指示装置指示装置包括指示器和标度盘。指示器与测量机构的活动部分相连，一般为指针式或光标式。标度盘又称表盘，在它上面有一条或几条标度尺(简称标尺)，在每一条标度尺上又有若干分度线，将标尺分为若干小分格。根据仪表的不同，标尺可分为单向标尺和双向标尺（零标在中央）；标尺上的分度分为均匀分度和不均匀分度等。3.3电气测量指示仪表

的主要技术特性

1．仪表灵敏度和仪表常数仪表指示器偏转的变化量

L(或

)与被测量的变化量

x之比，称为仪表的灵敏度，用S表示，即：S＝

L/

x当

x→0时，如果仪表的标尺分度是均匀的，则式中，x—被测量数值；L—仪表指示器的偏转量；m—仪表指示器偏转的分格数。仪表灵敏度的倒数称为仪表常数或分度常数，用C表示。C＝1/S

(3‑16)3.3电气测量指示仪表

的主要技术特性

2．仪表的误差和准确度电气测量指示仪表的误差（或准确度）用准确度等级a表示，从整体上反映仪表的误差性能，在使用仪表进行具体测量时所产生的测量误差往往低于仪表的准确度等级。在规定的正常使用条件下，一只仪表在整个标尺分度线上的实际误差小于或等于该仪表准确度等级所允许的误差范围。否则仪表为不合格或降级使用。在选用仪表的准确度等级时要与进行测量所要求的准确度相适应，一味追求用高准确度的仪表既不经济也没有必要。通常0.1级和0.2级仪表多用作标准表以校准其它的工作仪表，0.5级～1.5级通常在实验室使用，配电盘使用的仪表一般准确度较低。3.3电气测量指示仪表

的主要技术特性

3．仪表的功耗

仪表在工作时都要消耗一部分功率——功耗，这部分功率来自被测电路。如果仪表功耗太大，一方面会引起仪表内部元件的温升，同时会改变被测电路的工作状态，它们都将引起测量误差。仪表的功耗愈低愈好。不同类型及不同量限的仪表内部功耗不同。仪表的内部功耗可根据仪表的参数（例如仪表的内阻）及工作电流或电压进行计算。

4．仪表的阻尼时间阻尼时间是指被测量开始变动到仪表的指示在平衡位置左右的摆幅不大于标尺全长的1

时所需要的时间。为了读数迅速，阻尼时间越短越好。一般仪表的阻尼时间不应超过4s，最多不得超过6s。

3.3电气测量指示仪表

的主要技术特性

5．表的过载能力仪表在使用中，有时由于量限选择不当或电路发生意外而使施加到仪表上的被测量超过仪表正常工作所能接受的量，这时仪表工作在过载状态。过载情况严重时，可能烧坏仪表内部的线圈或者由于瞬时转矩过大造成机械损坏，例如轴尖、轴承、游丝损坏或打弯指针等。为了适应使用中的一些意外情况，各种仪表应具有一定的耐过载能力。不同类型的仪表过载能力不同。

6．外界干扰能力仪表在工作时，要受到环境温度、湿度及外部磁场、电场的影响。

《电气测量指示仪表通用技术条件》中规定了各组仪表对温度和湿度的要求如表3‑1所示。3.3电气测量指示仪表

的主要技术特性

7．其它为了保证仪表使用安全，应有足够高的绝缘电阻和耐压能力；为了读数方便，应有良好的读数装置（例如分度清晰并尽可能均匀）等；另外还希望仪表的结构简单、坚固，价格低廉。3.3电气测量指示仪表

的主要技术特性

（1）电工仪表的标志不同种类的电工仪表具有不同的技术特性。为了便于选择和使用仪表，通常把这些技术特性用不同的符号标示在仪表的刻度盘或面板上，叫做仪表的标志。根据国家标准，每个仪表应有测量对象的单位、准确度等级、电流种类和相数、工作原理的系别、使用条件组别、工作位置、绝缘强度试验电压的大小、仪表型号以及各种额定值的标志。（2）电工仪表的型号电工仪表的产品型号是按规定的标准编制的，对于安装式和可携式指示仪表的型号各有不同的编制规则。安装式仪表型号的基本组成形式如图3‑4所示。3.3电气测量指示仪表

的主要技术特性

安装式仪表型号的基本组成形式如图3‑4所示。常用电工仪表的型号和类组代号，如表3-3所示。例如：T24‑V型交流电压表，T—表示电磁系，24—为设计序号，V—表示用来测量电压；

QJ23型直流电桥Q—电桥，J—直流，23—表示设计序号。

用途号(国际通用符号)设计序号(数字)系列代号(汉语拼音字母)形状第二位代号(数字“0”可省略)形状第一位代号(数字)第3章电气测量指示仪表

的一般知识作业：

3-1第4章磁电系仪表

4.1磁电系测量机构

利用永久磁铁的磁场对载流线圈中的电流作用而产生转矩的测量机构叫做磁电系测量机构。由磁电系测量机构组成的仪表称为磁电系仪表。4.1.1磁电系测量机构的结构仪表的测量机构由固定部分和活动部分组成，如图4‑1所示。固定部分是测量机构的磁路系统，活动部分包括铝框及绕在铝框上的线圈、转轴（或张丝、悬丝）、游丝、指示器（指针或光指示器中的反射镜等）。图4‑1磁电系测量机构的结构

4.1磁电系测量机构

驱动装置（磁路系统＋可动线圈）磁路系统包括：产生磁场的永久磁铁，连接在永久磁铁两极的半圆筒形的极掌，两个极掌空腔中固定连结于支架上的圆柱形铁芯，极掌与圆柱形铁芯间有一定的空气隙。空气隙中形成大小相等、方向为辐射状(均匀辐射形)磁场。活动部分的可动线圈就处在这个磁场中。如图4‑2所示。

图4‑2磁电系测量机构的磁场

4.1磁电系测量机构

磁电系测量机构的磁路系统根据永久磁铁和可动线圈的相对位置可分为：外磁式、内磁式和内外磁三种，如图4‑3所示。可动线圈：由很细的漆包线绕制的矩形线框。

(a)外磁式(b)内磁式(c)内外磁式图4‑3磁电系测量机构的磁路4.1磁电系测量机构

控制装置（游丝、张丝或悬丝）磁电系测量机构中的游丝有两个(见图4‑1)，它们的螺旋方向相反，游丝的内端固定在转轴上，并分别与动圈导线的两个端头相连，外端固定在支架上，电流通过游丝引入动圈。当转轴转动时，游丝变形而产生反作用力矩。高灵敏度磁电系测量机构中广泛采用张丝，其结构如图4‑4所示。张丝分上、下两根，一端与动圈相接，另一端固定在弹片上。弹片具有弹力，可以用来调整张丝的张力，从而调整动圈转动时张丝反作用力矩的大小。

图4-4磁电系张丝结构示意图

4.1磁电系测量机构

悬丝用在检流计中，其结构如图4‑5所示。悬丝2将动圈1悬挂起来，为了引入电流，还必须有导丝3，导丝用很窄的铜皮做成，不产生反作用力矩。图中4是作指示用的反射镜，它固定在悬丝上，随悬丝的扭转而转动。图4‑5磁电系检流计结构示意图

4.1磁电系测量机构

阻尼装置磁电系测量机构中，都是利用电磁感应阻尼器产生阻尼力矩，构成阻尼装置的部件是图4‑1中的铝框及动圈本身。

读数装置一端固定在转轴上的指针和表盘上的标度尺构成。4.1磁电系测量机构4.1.2磁电系测量机构的工作原理磁电系测量机构中的驱动装置主要是由磁路系统和可动载流线圈组成。由于磁路系统结构的特点，使空气隙中磁场呈均匀辐射状，如图4‑2所示。转轴和圆柱形铁芯轴线重合的矩形动圈的长边l和磁场方向垂直，并且在它的转动范围内，磁感强度B的大小是相等的。当动圈中通入电流I时，动圈与磁场方向垂直的每边导线受到电磁力的作用F＝WBlI

式中，W—动圈的匝数；B—空气隙中磁场的磁感应强度；l—与磁场方向垂直的动圈长边的长度；I—动圈中通入的电流。4.1磁电系测量机构

电磁力使动圈转动，其转动力矩式中，b—动圈的宽度；S＝lb—动圈所包围的面积。线圈转动使游丝变形而产生反作用力矩，且随活动部分偏转角

的增加而增加，即Mf＝D

(4-3)

当反作用力矩增加到与转动力矩相等时，活动部分最终将停留在某平衡位置

Mf＝M

D

＝WBSI

式中，—磁电系测量机构对电流的灵敏度。

4.1磁电系测量机构

磁电系测量机构的阻尼力矩MP是由绕有线圈的铝框架产生的。其原理：当线圈在磁场中运动时，闭合的铝框架切割磁力线产生感应电动势，从而在铝框中产生感应电流，该电流与空气隙中的磁场又互相作用，产生一个力矩，这一力矩的方向总是与线圈转动的方向相反，从而阻止线圈来回摆动，促使线圈很快地静止下来。线圈转动越快，即转动角速度越大，感应电流也越大，阻止线圈运动的力矩也越大；线圈停止转动时，感应电流消失，此力矩也不存在，所以，这个力矩是阻尼力矩MP

。当动圈与外电路构成闭合回路时，动圈本身的偏转也要产生感应电流，因而产生阻尼力矩。动圈本身产生的阻尼力矩一般远小于铝框中产生的阻尼力矩。

4.2磁电系电流表

磁电系测量机构可直接用来测量电流，做成电流表，图4‑6为测量电流的简单电路。磁电系电流表按其量限可分为微安表(

A)，毫安表(mA)，安培表(A)，千安表（kA)。磁电系测量机构只能直接测量微小的电流。为了测量较大的电流，则必须配上一定的测量线路扩大量限。电流表的测量线路就是与测量机构(俗称表头)相并联的分流器。构成分流器的电阻称为分流电阻。利用分流器可以构成多种单量限电流表和多量限电流表。图4-6用电流表测电流的简单电路图4-7单量限电流表的分流器

4.2磁电系电流表4.2.1单量限电流表单量限电流表的分流器是由一个分流电阻构成的，如图4-7所示。图中I

g为通过表头的电流(满偏电流为Ig)；Rg为表头的内阻，它是游丝和动圈导线的总电阻；RP为分流电阻。由于RP与测量机构并联，测量时，被测电流只有一部分通过表头，而其余部分则通过RP

，因此可以扩大电流量限。其关系为：而则当I

g＝Ig时电流量限扩大K倍时，所需分流电阻

4.2磁电系电流表4.2.2分流器构成单量限电流表的分流器称为单量限分流器。测量较小电流的电流表分流器一般都放在仪表内部，称为“内附分流器”；测量较大电流的分流器作成单独的装置，放在仪表外壳之外，称为“外附分流器”；“外附分流器”的结构型式如图4‑8(a)所示。具有两对接线端钮，粗的一对叫“电流端钮”，串接于被测的大电流电路中；细的一对叫“电位端钮”，与测量机构(表头)并联，如图4‑8(b)所示。图4-8“外附分流器”结构形式及接法

4.2磁电系电流表“外附分流器”又分为专用分流器和定值分流器两种。专用分流器只能用于与它一起校准过的电流表；定值分流器上一般标明额定电流值和额定电压值，根据国家标准GB776‑76规定，定值分流器电位端钮间的额定电压在额定电流下统一规定为30mV、45mV、75mV、100mV、150mV和300mV。只要表头的额定电压(等于表头的内阻Rg与表头满偏电流Ig的乘积)与分流器铭牌上标明的额定电压相同时，即可配合使用，这时电流表的量限就等于分流器的额定电流值。当利用分流器扩大量限时，只有在分流器的电阻值RP和测量机构的电阻值Rg都保持不变的条件下才能得到准确的测量结果。

4.2磁电系电流表1.串联温度补偿在测量机构支路中串联一个温度补偿电阻Rt

，即构成温度补偿电路，如图4‑9所示。图中电阻Rt也是用锰铜制成的，而且其电阻值要比测量机构的电阻Rg大得多。这样，当温度变化时，虽然Rg有所改变，但由于Rt基本上不变，所以测量机构支路的总电阻(Rt＋Rg)的相对变化很小，电流分配的比例几乎不变，这就有效地补偿了温度误差。这种温度误差补偿的方式比较简单，但补偿精度较差，通常只在安装式仪表中采用。例如：国产1C2‑A型直流电流表就是采用这样的补偿电路。

图4-9串联温度补偿电路

4.2磁电系电流表

2．串并联温度补偿电路这种补偿电路是由电阻的串并联构成的，如图4‑10所示。图中R1和R3为锰铜电阻，R2是铜电阻，Rg是测量机构线圈的铜电阻，而Rp为锰铜的分流电阻。图中被测电流I进入仪表电路后要经两次分流：首先经过Rp的分流(I＝Ip+I3)，然后又有R2的分流(I3＝I1+I2)，最后得到的I1才是真正通过测量机构的电流。

图4-10串并联温度补偿电路

4.2磁电系电流表

当温度变化时，由于电阻随温度的变化造成电流I3和Ip、I1和I2的分配比例发生变化。当温度上升时，前面的分流中，I3随温度的上升而减小；在后面的分流中，I1将随温度的上升而有增大的趋势。适当地选择各电阻的数值，可以做到当温度上升时，I1的较大分配正好被I3的较小分配所补偿。这样，流进测量机构的电流I1就只取决于被测电流I的大小，而不再随温度变化，达到温度补偿。温度下降亦然（读者自己分析）4.2磁电系电流表

当温度变化时，由于铜的电阻温度系数较大，所以支路R2的阻值有较大的变化；而在测量机构支路中，Rg虽然也是铜电阻，但是因为串联了锰铜电阻R1的结果，使这个支路的总电阻(R1+Rg)随温度的相对变化较小。由此造成电流I1和I2的分配比例就发生了变化。当温度上升时，如果电流I3不变，则电流I1就会增大。但是在另一方面，从电流I3和Ip的分配比例来看，Ip支路的电阻Rp不随温度变化，而I3支路中由于铜电阻R2和Rg存在，使得其总电阻将随温度的上升而增加，因此电流I3将随温度的上升而减小。总之，如果被测电流I一定，则在后面的分流中，I1将随温度的上升而有增大的趋势，但是在前面的分流中，I3却因温度的上升而减小。适当地选择各电阻的数值，可以做到当温度上升时，I1的较大分配正好被I3的较小分配所补偿。这样，流进测量机构的电流I1就只取决于被测电流I的大小，而不再随温度变化，达到温度补偿。4.2磁电系电流表4.2.3多量限电流表在一个仪表中采用不同阻值的分流电阻，便可以制成多量限的电流表。

1.独立分流线路多量限电流表如图4‑11所示。

优点：各量限具有独立分流电阻，互不干扰，调整方便

缺点：温度误差随量限的变化而变化；换接开关的接触电阻将引起很大的误；如果接触不良会造成分流电路断开，则被测电流将全部通过测量机构使表头过载甚至烧坏。少用。

分流电阻：Ki＝Ii/Ig—分流系数。图4-11用独立分流电阻扩大量限

4.2磁电系电流表2.环形分流线路多量限电流表如图4‑12所示。

优点：无论量限如何改变，表头总是与同一电阻相闭合，所以仪表的阻尼时间和温度误差不随量限而变；开关的接触电阻与被测电路相串联，而不包括在分流电阻内，因此对仪表的准确度没有影响；转换开关接触不良也不会造成表头过载。

缺点：各分流电阻计算较为复杂；调整阻值时，相互牵连，较为麻烦。

图4-12用环形分流电阻扩大量限

4.2磁电系电流表

分流电阻：电阻r1、r2、r3

、…、rn与表头串联接成环形，最大量限为Il，最低量限为In，用R1、R2

、R3

、…、Rn分别表示各量限的分流电阻，则最低量限的总分流电阻为Kn＝In/Ig—最低量限的分流系数。任一量限时（Ri和Ii）

Ig(Rg＋Rn－Ri)＝(Ii－Ig)Ri∑R＝Rg＋Rn—表头回路总电阻。

Ri＝KU/Ii

4.2磁电系电流表

例4‑2

一只毫安表的接线如图4‑13所示。己知表头内阻Rg＝900

，满偏电流Ig＝1mA，各量限电流分别为10、50、250和1000mA，求电阻r1、r2、r3和r4的阻值。解

4.3磁电系电压表

磁电系测量机构（即表头，Ig、Rg

）不仅能直接测量直流电流，也能直接测量直流电压。直接测量的最大电压Ug＝IgRg（表头的额定电压）。由于Ig很小，Rg也不大，一般Ug只有毫伏级。同样，只要配上一定的测量线路，就可以构成单量限和多量限的磁电系电压表。磁电系电压表的测量线路就是在磁电系表头上串联一附加电阻器，如图4-14所示。被测电压的大部分可分配在附加电阻Rf上，而测量机构的电压可以限制在允许的数值内，这样就扩大了测量电压的量限。附加电阻起分压的作用。

图4-14电压表的附加电阻

4.3磁电系电压表

原理：如果被测电压为U，则通过测量机构的电流为只要附加电阻Rf恒定不变，则I

g便与被测两点间电压U成正比，仪表的偏转可以直接指示被测电压，并按扩大量限后的电压值刻度。

附加电阻：因为串联的附加电阻为—电压量限的扩大倍数

4.3磁电系电压表

例4-3

一个满偏电流Ig＝500

A，内阻Rg＝200

的磁电系测量机构，要制成30V量限的电压表，应串联多大的附加电阻?

解测量机构的额定电压为其电压扩大倍数m为故附加电阻为

4.3磁电系电压表

多量限电压表：按量限串联不同的附加电阻。多量限电压表的测量线路如图4-15所示。有各量限单独使用附加电阻和各量限共用附加电阻两类。（1）各量限单独使用附加电阻的多量限电压表电压量限扩大倍数为则(a)各量限单独使用附加电阻(b)各量限共用附加电阻图4-15多量限电压表的测量线路4.3磁电系电压表

（2）各量限共用附加电阻的多量限电压表

令m0＝U0/Ug＝1，即U0＝Ug

或更简单的计算方法（自证！）

4.3磁电系电压表

例4‑4

已知表头满偏电流Ig＝3mA，内阻Rg＝25

，要制成量限为1.5V、3V、15V、30V的四量限电压表，试求所需串联的电阻rf1、rf2、rf3、rf4。

解表头的额定电压为各量限的扩大倍数

也可直接利用式（4‑16）求串联电阻rfi

。4.3磁电系电压表

附加电阻器也是用锰铜丝绕制的。与分流器一样，附加电阻器也有“内附附加电阻器”和“外附附加电阻器”两种。“外附附加电阻器”又有专用和定值两种之分。“专用外附附加电阻器”只能用于和它一起校准过的仪表；“定值外附附加电阻器”则应标明其额定电压值和额定电流值。根据国家标准规定，其额定电流值在额定电压下规定为0.05、0.1、0.2、0.5、1.0、5.0、7.5、15、30和60mA。只要表头的满偏电流Ig与附加电阻器上标明的额定电流相同，即可配合使用，这时电压表的量限就是“外附附加电阻器”上所标明的额定电压值。

4.3磁电系电压表

电压表的内阻：RV＝Rg+Rf，RV愈大，对被测电路影响愈小。（电压表并联在被测电路上使用）电压表内阻参数（或电压灵敏度）SU

：电压表各量限的内阻与相应的电压量限的比值（实际是电压表表头额定电流的倒数）为一常数，其单位为“

/V”。电压表并联在被测电路上，它消耗的功率为PV＝U2/RV，RV愈大，PV愈小，对被测电路的影响也愈小。

4.4磁电系欧姆表4.4.1欧姆表的基本原理磁电系测量机构配上适当的测量线路还可以构成测量电阻用的欧姆表。欧姆表测电阻的原理电路如图4‑16，增设辅助电源U。

测量电阻原理欧姆刻度尺为反向刻度；刻度尺分度不均匀。图4‑17。图4-16欧姆表测量电阻原理电路图

图4-17欧姆表标尺

4.4磁电系欧姆表

固定电阻R起限流作用，R的值应满足当a、b端短接(即Rx＝0)时，表头的指针满偏，即此时表头中的电流应正好等于满偏电流Ig，故有

R0＝Rg＋R—欧姆表的等效内阻。式(4‑17)可以改写为当Rx＝0时，I＝Ig，指针满偏；当Rx＝

时，I＝0，指针不偏转；当Rx＝R0时，I＝U/(2R0)＝Ig/2，指针偏转到标尺的中心位置。因此欧姆表标尺中心位置的电阻值为R0

，故R0也称为欧姆表的中值电阻或欧姆表中心。

4.4磁电系欧姆表4.4.2欧姆表的倍率欧