《电子与电工技术》课件第2章

2.1电工仪表基本知识2.2电流、电压和电功率的测量2.3万用表

2.4兆欧表2.5电能表实训一利用万用表测量相关参数小结

习题

第2章常用电工测量仪表2.1.1电工仪表的种类

1．按工作原理分类

电工仪表按工作原理分为磁电式、电磁式、电动式、感应式等仪表。

2．按准确度等级分类

电工仪表按准确度等级共分七级，分别为0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0。仪表准确度γ通常用百分数表示，即2.1电工仪表基本知识

3．按测量方法分类

电工仪表按测量方法主要分为直读式仪表和比较式仪表。直读式仪表根据仪表指针所指位置从刻度盘上直接读数，如电流表、万用电表、兆欧表等。比较式仪表是将被测量与已知的标准量进行比较来测量，如电桥、接地电阻测量仪等。

【例2-1】

分别计算用量程100V、精确度1.0级的电压表和量程50V、精确度1.5级的电压表测量40V电压时，哪一个的相对误差大。

解用量程100V、精确度1.0级的电压表测量时，绝对误差为相对误差为用量程50V、精确度1.5级的电压表测量时，绝对误差为相对误差为2.1.2电工仪表的常用符号

为了正确和方便地使用电工仪表，我们应了解各种常用电工仪表的符号及其意义。

电工仪表的常用符号如表2-1所示。表2-1电工仪表的常用符号2.2.1电流的测量

电流的测量一般使用电流表。

测量电流时，无论是直流电还是交流电，都应把电流表与负载串联在电路中。

如果是直流电，则在接线时要注意仪表的极性(交流电则不用考虑仪表的极性)，并选择适当的量程；测量大电流时，应配用分流器。直、交流情况下电流表直接测量和间接测量的接法如图2-1所示。在用带有分流器的仪表进行测量时，应将分流器的电流端钮串接入电路中，表头由外导线接在分流器的电位端钮上。2.2电流、电压和电功率的测量图2-1直、交流情况下电流表直接测量和间接测量的接法

2.2.2电压的测量

电压的测量一般使用电压表。

测量电压时，无论是直流电还是交流电，电压表都应并联在线路中测量，并应根据被测电压的大小选用电压表的量程，量程要大于被测线路的电压，否则有可能损坏仪表。测量直流电压时，还应注意仪表的极性标记，不可有错。如用小量程电压表测量高电压时，必须配用电压互感器，接线如图2-2所示。图2-2直、交流情况下电压表直接测量和间接测量的接法

2.2.3电功率的测量

1．直流电路功率的测量

按图8-3所示接线测量，功率P等于电压表与电流表读数的乘积，即P=UI。图2-3(a)适用于RV远大于RZ的情况；图2-3(b)适用于RA远小于RZ的情况。RZ、RV、RA分别为负载电阻、电压表内阻和电流表内阻。

按图2-4所示接线测量，功率表的读数就是被测负载的功率。图2-3用电压表、电流表测量功率的电路

图2-4用功率表测量功率的电路

2．单相交流电路功率的测量

功率表(又叫瓦特表)是一种电动式仪表，可用于测量直流电路和交流电路的功率。它有两组线圈，一组是电流线圈，另一组是电压线圈。它的指针偏转(读数)与电压、电流以及电压与电流之间的相角差的余弦乘积成正比，因此可用它测量电路的功率。由于它的读数与电压、电流之间的相角差有关，因此电流线圈与电压线圈必须按照规定的方式进行连接。在仪表上注有“*”或“±”号的端点应接在一起，如图2-5(a)所示，如果接成图2-5(b)是不正确的。图2-5功率表测量的接线

当需要对高压电路或大电流电路进行功率测量而功率表的量程不够时，可按图2-6接线。这时电路的功率为式中：P——被测功率；

P1——功率表的读数；

K1——电流互感器一次侧电流与二次侧电流之比；K2——电压互感器一次侧电压与二次侧电压之比。图2-6用电流互感器和电压互感器测量单相交流电路功率的电路

当测量较小功率负载的有功功率时，为减小误差，需采用小功率的功率表。图2-7所示是以D26—W功率表为例的功率表接线图。图2-7D26—W型功率表的串联、并联接线及工作原理图

3．三相交流电路功率的测量

这里只介绍有功功率的测量。用单相功率表进行测量时的接线方法如图2-8所示，其中：

P=P1+P2+P3(三计瓦法)

而用三相有功功率表测量时，仪表的接法如图2-9所示。当采用电压或电流互感器时，电路的实际功率P为电表的读数P1乘以电压互感器和电流互感器的比率，即

P=P1×K1×K2

图2-8三相四线制电路功率的测量接线

图2-9三相有功功率表的接线

2.3.1万用表的结构

万用表主要由表头、测量电路及转换开关等三个主要部分组成。图2-10所示为MF500型万用表的外形和电路图。2.3万用表图2-10MF500型万用表

2．测量电路

测量电路用来把各种被测量转换成适合表头测量的直流微小电流。

3．转换开关

转换开关用来选择各种不同的测量电路，以满足不同种类和不同量程的测量要求。2.3.2万用表(MF500B型)的使用方法

在使用万用表前，必须将万用表面板上的各控制器的作用以及标尺结构和各种符号的意义搞清楚，否则容易造成测量错误或损坏电表；同时，应检查仪表指针是否指在机械零

位上，如不在零位，应旋转表盖上的调零器S3，使指针指在零位上。打开仪表后面的电池盖板，装入2号(1.5V)、层叠6F22(9V)电池各一节。将测试棒(红、黑)表笔分别插入仪表的“+”、“-”插座内，即可使用。1．直流电流测量(DCmA)

2．交流电流测量(ACA)

3．直流电压测量(DCV)

4．交流电压测量(ACV)

5．电阻测量(Ω)

6．负载电流LI(μA、mA)和负载电压LV(V)测量

表2-2是测量满度电流和测量电压时Ω挡的选择。表2-2Ω挡满度电流LI及电压参数表

7．直流电容测量(C(μF))

首先将Ω挡旋至被测电容容量大约范围的挡位上(见表2-3)(注意：应将Ω挡校准调零)。

将被测电容接表笔两端，表针摆动最大指示值即为该电容的电容容量。随后表针将逐步退回，表针停止位置即为该电容的品质因数(损耗电阻值)。表盘读数为第七条刻度

C(μF)。

8．音频电平测量(dB)表2-3电容测量范围挡位选择2.3.3操作注意事项

在使用万用表时，要注意手不可触及测试棒的金属部分，以保证安全和测量的准确性。

在测量较高电压或大电流时，不能带电转动转换开关，否则有可能使开关烧坏；同时，测量未知量的电压或电流时，应先选择最高量程来测量，再降至合适挡位测量。万用表用完后，最好将转换开关转到交流电压最大量程挡。平时要养成正确使用的习惯，每当测试棒接触被测线路前，应再作一次全面的检查，看看各部分是否有误。兆欧表又叫摇表，是一种简便、常用的测量高电阻的直读式仪表。例如，型号为ZC25—3的兆欧表如图2-11所示。兆欧表一般用来测量电路、电机绕组、电缆、电气设备等的绝缘电阻。如果用万用表来测量设备的绝缘电阻，那么测得的只是在低电压下的绝缘电阻值，不能真正反映在高电压条件下工作时的绝缘性能。2.4兆欧表图2-11兆欧表外形

2.4.1兆欧表的结构与原理

兆欧表主要由两部分组成：一部分是手摇直流发电机，另一部分是磁电式流比计测量机构及接线柱(L、E、G)。手摇发电机有离心式调速装置，摇动发电机时使发电机能以恒定的速度转动，保持输出稳定。

图2-12为具有丁字形线圈的磁电式流比计测量机构图，图中可动线圈1和线圈2呈丁字形交叉放置，并共同固定在转轴上。圆柱形铁芯5上开有缺口，且极掌4做成不均匀的空气隙。电路中的电流靠不产生力矩的游丝导入可动线圈。图2-12磁电式流比计测量机构图

当用兆欧表测量绝缘电阻时，用手摇发电机使其达到额定转速。此时发电机发出的电压U加在仪表可动线圈和被测电阻Rx上，如图2-13所示。可动线圈1、电阻R1和被测电

阻Rx串联，可动线圈2和R2串联，形成两个并联支路。两个可动线圈的电流分别是：式中：r1是可动线圈1的电阻；r2是可动线圈2的电阻。两式相比得：式中R1、R2、r1、r2为定值，只有Rx是变量。可见，被测电阻Rx的改变必将引起电流比值I1／I2的改变。由于两个绕组绕向相反，当电流I1和电流I2分别流过两个线圈时，在永久磁场的作用下分别产生两个相反的力矩，即转动力矩M1和反作用力矩M2。当M1=M2时，仪表可动部分达到平衡，使指针停留在某一位置上，指示出被测电阻的数值。指针偏转角只随Rx的大小而改变，而与发电机端电压无关。图2-13兆欧表原理电路图

2.4.2兆欧表的使用方法及注意事项

使用兆欧表前的准备工作如下：

(1)检查兆欧表是否能正常工作。

(2)检查被测电气设备和电路，看是否已全部切断电源。

(3)测量前，应对设备和线路先行放电，以免设备或线路的电容放电危及人身安全和损坏兆欧表，这样还可以减少测量误差。

(4)兆欧表应按被测电气设备或线路的电压等级选用，一般额定电压在500V以下的设备可选用500V或1000V的兆欧表，若选用过高电压的兆欧表，可能会损坏被测设备的绝缘。在测量电气设备对地绝缘电阻时，“L”用单根导线接设备的待测部位，“E”用单根导线接设备外壳；在测电气设备内两绕组之间的绝缘电阻时，应将“L”和“E”分别接两绕组的接线端；在测量电缆的绝缘电阻时，为消除因表面漏电产生的误差，应将“L”接线芯，“E”接外壳，“G”接线芯与外壳之间的绝缘层。“L”、“E”、“G”与被测物的连接线必须用单根线且绝缘良好，不得绞合，表面不得与被测物体接触，如图2-14所示。图2-14兆欧表测量时的接线

电能表又叫电度表，是用来测量某一段时间内发电机发出的电能或负载消耗的电能的仪表。测量交流电路的有功电能时，为了显示不断增加的被测电能值，而采用一种“积算机构”，将仪表可动部分的转数换成被测电能的数值，并用数字显示出来。电能表按用电设备可分为单相、三相三线和三相四线电能表；按结构和工作原理可分为感应式(机械式)、静止式(电子式)、机电一体式(混合式)电能表，如图2-15所示。2.5电能表图2-15单相和三相电能表的外形

2.5.1铭牌名称及型号

以单相电能表为例，机械式电能表的型号为DD862-4，电子式电能表的型号为DDSY54。2.5.2电能表的技术参数

我们常用的单相电能表的额定电压多为220V，三相电能表的额定电压多为380V和220V/380V，带电压互感器的电能表的额定电压多为100V。而频率不分电压多少都为50Hz。2.5.3电能表的工作原理

当把电能表接入被测电路时，电流线圈和电压线圈中就有交变电流流过，这两个交变电流分别在它们的铁芯中产生交变的磁通；交变磁通穿过铝盘，在铝盘中感应出涡流；涡流又在磁场中受到力的作用，从而使铝盘得到转矩(主动力矩)而转动。负载消耗的功率越大，通过电流线圈的电流越大，铝盘中感应出的涡流也越大，使铝盘转动的力矩就越大。2.5.4电能表的接线

机械式单相电能表的接线如图2-16所示，表的电流线圈与负载串联，电压线圈与负载并联。

三相三线有功电能表、三相四线有功电能表的结构基本上与单相有功电能表相同，不同的是三相电能表具有二组(三线表)或三组(四线表)电压、电流线圈。机械式三相四线有功电能表的接线如图2-17所示。图2-16机械式单相电能表的接线

图2-17机械式三相四线电能表的接线

2.5.5电能表使用注意事项

(1)选择电能表时，应注意电能表的额定电压、额定电流是否合适。

(2)电能表应安装在干燥、清洁、较明亮、不易损坏、无振动、无腐蚀性气体、不受强磁场影响及便于装拆表和抄表的场所。

(3)接线时应分清接线端子及其首尾端；三相电能表应按正相序接线；经电流互感器接线者极性必须正确；电压线圈连接线应采用1.5mm2铜芯绝缘导线，电流线圈连接线直接接入者应采用与线路导电能力相当的铜芯绝缘导线；若经电流互感器接入者，应采用2.5mm2铜芯绝缘导线。互感器的二次线圈和外壳应当接地。

(4)凡经互感器接入的电度表，其读数要乘以互感器的变流比，才是实际读数值。

(5)在低电压(不超过500V)和小电流(几十安)的情况下，电能表可直接接入电路进行测量。一、实验目的

(1)认识实验中的常用设备，了解日常的电源设备。

(2)学习万用表的用法。

二、实训要点

阅读电工实验室规则、实验须知和电工实验安全规则及本次实验指导。

实训一利用万用表测量相关参数三、设备及仪表四、实验内容、方法及步骤

(1)了解实验台的组成及其电源的引入和分配情况(听教师介绍)。

(2)学习万用表的一般用法。

(3)电压的测量。

测量电压前，先分清是测量直流或交流电压，然后将开关打到相应的位置。对被测电压的大小应预先有个估计，再选择适当的量程(表示最大测量范围)。

(4)直流电流的测量。

电流量程和电压量程一样表示最大的测量范围，如把开关旋到500mA的量程，就是说它的测量范围不能超过500mV，否则就会烧毁电表。

(5)电容、电感、音频电平、hFE、lceo的测量。五、练习

(1)测量一只干电池的端电压为()V。

(2)测量两只干电池、三只干电池串联的电池组的端电压为()V。

(3)测量台面上的两只电阻分别为()Ω和()Ω。

(4)用万用表的R×100挡测量一只二极管的正反向电阻，确定该二极管的正负极。

(5)把电阻与干电池串联起来，测量线路中的直流电流是()。注意，不得在带电情况下旋转开关。

(6)在老师的指导下测量三相四线制的线电压和相电压，区分相线和中线。相电压为()V，线电压为()V。

(7)利用伏安法测量电阻，如图2-18所示。

六、作业

总结正确使用万用表的方法及注意事项。图2-18伏安法测量图

(1)电工指示仪表按工作原理分为磁电式、电磁式、电动式、感应式等仪表；按准确度等级分为七级，分别是0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0；按测量方法分为直读式仪表和比较式仪表。每种仪表用不同的符号表示。

(2)电工测量时要根据实际需要选择所用仪表的种类和准确度，并按测量大小的正确选择相应的量