完整版電工儀表與測(cè)量基本知識(shí)

1、電工儀表與測(cè)量基本知識(shí)電工儀表和電工測(cè)量是從事電工專業(yè)的技術(shù)人員必須掌握的一門知識(shí)。本章介紹電工測(cè)量和電工 儀表的基本知識(shí)。第一節(jié) 電工測(cè)量基本知識(shí)一、電工測(cè)量的意義電工測(cè)量就是借助于測(cè)量設(shè)備，把未知的電量或磁量與作為測(cè)量單位的同類標(biāo)準(zhǔn)電量或標(biāo)準(zhǔn)磁量 進(jìn)行比較，從而確定這個(gè)未知電量或磁量 （包括數(shù)值和單位 ） 的過(guò)程。一個(gè)完整的測(cè)量過(guò)程，通常包含如下幾個(gè)方面：1、測(cè)量對(duì)象電工測(cè)量的對(duì)象主要是反映電和磁特征的物理量，如電流（I）、電壓（V）、電功率（P）、電能（W）以及磁感應(yīng)強(qiáng)度（B）等；反映電路特征的物理量，如電阻 （R）、電容（C）、電感（L）等；反映電和磁變化規(guī)律的 非電量，如頻率（f）、

2、相位（0）、功率因數(shù)（COS0）等。2、測(cè)量方式和測(cè)量方法根據(jù)測(cè)量的目的和被測(cè)量的性質(zhì)，可選擇不同的測(cè)量方式和不同的測(cè)量方法（詳見(jiàn)本節(jié)二）。3、測(cè)量設(shè)備對(duì)被測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較的測(cè)量設(shè)備，包括測(cè)量?jī)x器和作為測(cè)量單位參與測(cè)量的度量器。進(jìn)行電量或磁量測(cè)量所需的儀器儀表，統(tǒng)稱電工儀表。電工儀表是根據(jù)被測(cè)電量或磁量的性質(zhì)，按照一定 原理構(gòu)成的。電工測(cè)量中使用的標(biāo)準(zhǔn)電量或磁量是電量或磁量測(cè)量單位的復(fù)制體，稱為電學(xué)度量器。 電學(xué)度量器是電氣測(cè)量設(shè)備的重要組成部分，它不僅作為標(biāo)準(zhǔn)量參與測(cè)量過(guò)程，而且是維持電磁學(xué)單 位統(tǒng)一，保證量值準(zhǔn)確傳遞的器具。電工測(cè)量中常用的電學(xué)度量器有標(biāo)準(zhǔn)電池。標(biāo)準(zhǔn)電阻、標(biāo)準(zhǔn)電容 和標(biāo)

3、準(zhǔn)電感等。除以上三個(gè)主要方面外，測(cè)量過(guò)程中還必須建立測(cè)量設(shè)備所必須的工作條件；慎重地進(jìn)行操作， 認(rèn)真記錄測(cè)量數(shù)據(jù)；并考慮測(cè)量條件的實(shí)際情況進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，以確定測(cè)量結(jié)果和測(cè)量誤差。二、測(cè)量方式和測(cè)量方法的分類1、測(cè)量方式的分類測(cè)量方式主要有如下兩種：（1）直接測(cè)量 在測(cè)量過(guò)程中，能夠直接將被測(cè)量與同類標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，或能夠直接用事先刻 度好的測(cè)量?jī)x器對(duì)被測(cè)量進(jìn)行測(cè)量，從而直接獲得被測(cè)量的數(shù)值的測(cè)量方式稱為直接測(cè)量。例如，用 電壓表測(cè)量電壓、用電度表測(cè)量電能以及用直流電橋測(cè)量電阻等都是直接測(cè)量。直接測(cè)量方式廣泛應(yīng) 用于工程測(cè)量中。（2）間接測(cè)量 當(dāng)被測(cè)量由于某種原因不能直接測(cè)量時(shí)，可以通過(guò)直接測(cè)量

4、與被測(cè)量有一定函數(shù) 關(guān)系的物理量，然后按函數(shù)關(guān)系計(jì)算出被測(cè)量的數(shù)值，這種間接獲得測(cè)量結(jié)果的方式稱為間接測(cè)量。 例如，用伏安法測(cè)量電阻，是利用電壓表和電流表分別測(cè)量出電阻兩端的電壓和通過(guò)該電阻的電流， 然后根據(jù)歐姆定律 R=U/I 計(jì)算出被測(cè)電阻 R 的大小。間接測(cè)量方式廣泛應(yīng)用于科研、實(shí)驗(yàn)室及工程測(cè) 量中。2、測(cè)量方法的分類在測(cè)量過(guò)程中，作為測(cè)量單位的度量器可以直接參與也可以間接參與。根據(jù)度量器參與測(cè)量過(guò)程的方式，可以把測(cè)量方法分為直讀法和比較法。（1） 直讀法 用直接指示被測(cè)量大小的指示儀表進(jìn)行測(cè)量，能夠直接從儀表刻度盤上讀取被測(cè)量 數(shù)值的測(cè)量方法，稱為直讀法。直讀法測(cè)量時(shí)，度量器不直接參與

5、測(cè)量過(guò)程，而是間接地參與測(cè)量過(guò) 程。例如，用歐姆表測(cè)量電阻時(shí)，從指針在刻度尺上指示的刻度可以直接讀出被測(cè)電阻的數(shù)值。這一 讀數(shù)被認(rèn)為是可信的，因?yàn)闅W姆表刻度尺的刻度事先用標(biāo)準(zhǔn)電阻進(jìn)行了校驗(yàn)，標(biāo)準(zhǔn)電阻已將它的量值 和單位傳遞給歐姆表，間接地參與了測(cè)量過(guò)程。直讀法測(cè)量的過(guò)程簡(jiǎn)單，操作容易，讀數(shù)迅速，但其 測(cè)量的準(zhǔn)確度不高。（2） 比較法 將被測(cè)量與度量器在比較儀器中直接比較，從而獲得被測(cè)量數(shù)值的方法稱為比較 法。例如，用天平測(cè)量物體質(zhì)量時(shí)，作為質(zhì)量度量器的砝碼始終都直接參與了測(cè)量過(guò)程。在電工測(cè)量 中，比較法具有很高的測(cè)量準(zhǔn)確度，可以達(dá)到土 0.001% ，但測(cè)量時(shí)操作比較麻煩，相應(yīng)的測(cè)量設(shè)備也 比

6、較昂貴。根據(jù)被測(cè)量與度量器進(jìn)行比較時(shí)的不同特點(diǎn)又可將比較法分為零值法、較差法和替代法三種。（ 1）零值法又稱平衡法 ，它是利用被測(cè)量對(duì)儀器的作用，與標(biāo)準(zhǔn)量對(duì)儀器的作用相互抵消，由 指零儀表做出判斷的方法。即當(dāng)指零儀表指示為零時(shí)，表示兩者的作用相等，儀器達(dá)到平衡狀態(tài)；此 時(shí)按一定的關(guān)系可計(jì)算出被測(cè)量的數(shù)值。顯然，零值法測(cè)量的準(zhǔn)確度主要取決于度量器的準(zhǔn)確度和指 零儀表的靈敏度。（ 2）較差法 是通過(guò)測(cè)量被測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)量的差值，或正比于該差值的量，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)量來(lái)確定被測(cè) 量的數(shù)值的方法。較差法可以達(dá)到較高的測(cè)量準(zhǔn)確度。（ 3）替代法 是分別把被測(cè)量和標(biāo)準(zhǔn)量接入同一測(cè)量?jī)x器，在標(biāo)準(zhǔn)量替代被測(cè)量時(shí)，調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)

7、量， 使儀器的工作狀態(tài)在替代前后保持一致，然后根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)量來(lái)確定被測(cè)量的數(shù)值。用替代法測(cè)量時(shí)，由 于替代前后儀器的工作狀態(tài)是一樣的， 因此儀器本身性能和外界因素對(duì)替代前后的影響幾乎是相同的， 有效地克服了所有外界因素對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。替代法測(cè)量的準(zhǔn)確度主要取決于度量器的準(zhǔn)確度和儀 器的靈敏度。第二節(jié) 測(cè)量誤差在測(cè)量過(guò)程中，由于受到測(cè)量方法、測(cè)量設(shè)備、試驗(yàn)條件及觀測(cè)經(jīng)驗(yàn)等多方面因素的影響，測(cè)量 結(jié)果不可能是被測(cè)量的真實(shí)數(shù)值，而只是它的近似值；即任何測(cè)量的結(jié)果與被測(cè)量的真實(shí)值之間總是 存在著差別，這種差別稱為測(cè)量誤差。、 測(cè)量誤差的分類根據(jù)產(chǎn)生測(cè)量誤差的原因，可以將其分為系統(tǒng)誤差、偶然誤差和疏失誤差

8、三大類。1、系統(tǒng)誤差 能夠保持恒定不變或按照一定規(guī)律變化的測(cè)量誤差，稱為系統(tǒng)誤差。系統(tǒng)誤差主要是由于測(cè)量設(shè) 備、測(cè)量方法的不完善和測(cè)量條件的不穩(wěn)定而引起的。由于系統(tǒng)誤差表示了測(cè)量結(jié)果偏離其真實(shí)值的 程度，即反映了測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度，所以在誤差理論中，經(jīng)常用準(zhǔn)確度來(lái)表示系統(tǒng)誤差的大小。系統(tǒng) 誤差越小，測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度就越高。2、偶然誤差 偶然誤差又稱隨機(jī)誤差，是一種大小和符號(hào)都不確定的誤差，即在同一條件下對(duì)同一被測(cè)量重復(fù) 測(cè)量時(shí)，各次測(cè)量結(jié)果服從某種統(tǒng)計(jì)分布；這種誤差的處理依據(jù)概率統(tǒng)計(jì)方法。產(chǎn)生偶然誤差的原因 很多，如溫度、磁場(chǎng)、電源頻率等的偶然變化等都可能引起這種誤差；另一方面觀測(cè)者本身感官分辨

9、 能力的限制，也是偶然誤差的一個(gè)來(lái)源。偶然誤差反映了測(cè)量的精密度，偶然誤差越小，精密度就越 高，反之則精密度越低。系統(tǒng)誤差和偶然誤差是兩類性質(zhì)完全不同的誤差。 系統(tǒng)誤差反映在一定條件下誤差出現(xiàn)的必然性； 而偶然則反映在一定條件下誤差出現(xiàn)的可能性。3、疏失誤差疏失誤差是測(cè)量過(guò)程中操作、讀數(shù)、記錄和計(jì)算等方面的錯(cuò)誤所引起的誤差。顯然，凡是含有疏 失誤差的測(cè)量結(jié)果都是應(yīng)該檳棄的。、測(cè)量誤差的消除方法測(cè)量誤差是不可能絕對(duì)消除的，但要盡可能減小誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，使其減小到允許的范圍 內(nèi)。消除測(cè)量誤差，應(yīng)根據(jù)誤差的來(lái)源和性質(zhì)，采取相應(yīng)的措施和方法。必須指出，一個(gè)測(cè)量結(jié)果中 既存在系統(tǒng)誤差，又存在偶然誤

10、差，要截然區(qū)分兩者是不容易的。所以應(yīng)根據(jù)測(cè)量的要求和兩者對(duì)測(cè) 量結(jié)果的影響程度，選擇消除方法。一般情況下，在對(duì)精密度要求不高的工程測(cè)量中，主要考慮對(duì)系 統(tǒng)誤差的消除；而在科研、計(jì)量等對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度和精密度要求較高的測(cè)量中，必須同時(shí)考慮消除上述 兩種誤差。1、系統(tǒng)誤差的消除方法(1) 對(duì)測(cè)量?jī)x表進(jìn)行校正在準(zhǔn)確度要求較高的測(cè)量結(jié)果中，引入校正值進(jìn)行修正。(2) 消除產(chǎn)生誤差的根源即正確選擇測(cè)量方法和測(cè)量?jī)x器，盡量使測(cè)量?jī)x表在規(guī)定的使用條件下工作，消除各種外界因素造成的影響。采用特殊的測(cè)量方法如正負(fù)誤差補(bǔ)償法、替代法等。例如，用電流表測(cè)量電流時(shí)，考慮到外磁場(chǎng)對(duì)讀數(shù)的影響，可以把電流表轉(zhuǎn)動(dòng)180度，進(jìn)行

11、兩次測(cè)量。在兩次測(cè)量中，必然出現(xiàn)一次讀數(shù)偏大, 而另一次讀數(shù)偏小，取兩次讀數(shù)的平均值作為測(cè)量結(jié)果，其正負(fù)誤差抵消，可以有效地消除外磁場(chǎng)對(duì) 測(cè)量的影響。2、偶然誤差的消除方法消除偶然誤差可采用在同一條件下，對(duì)被測(cè)量進(jìn)行足夠多次的重復(fù)測(cè)量，取其平均值作為測(cè)量結(jié) 果的方法。根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)原理可知， 在足夠多次的重復(fù)測(cè)量中，正誤差和負(fù)誤差出現(xiàn)的可能性幾乎相同，因此偶然誤差的平均值幾乎為零。所以，在測(cè)量?jī)x器儀表選定以后，測(cè)量次數(shù)是保證測(cè)量精密度的前 提。二、測(cè)量誤差的表示方法測(cè)量誤差通常用絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差表示。1、絕對(duì)誤差測(cè)量結(jié)果的數(shù)值與被測(cè)量的真實(shí)值的差值稱為絕對(duì)誤差。由于被測(cè)量的真實(shí)值往往是很難確定的

12、,所以實(shí)際測(cè)量中，通常用標(biāo)準(zhǔn)表的指示值或多次測(cè)量的平均值作為被測(cè)量的真實(shí)值。2、相對(duì)誤差測(cè)量的絕對(duì)誤差與被測(cè)量真實(shí)值之比，稱為相對(duì)誤差。實(shí)際測(cè)量中通常用標(biāo)準(zhǔn)表的指示值或多次 重復(fù)測(cè)量的平均值作為被測(cè)量的真實(shí)值，即或用百分誤差表示為Er =xiCO%X百分誤差也稱為相對(duì)誤差。顯然，相對(duì)誤差越小準(zhǔn)確度越高。第三節(jié)電工儀表的基本知識(shí)電工儀表是實(shí)現(xiàn)電磁測(cè)量過(guò)程所需技術(shù)工具的總稱。在電工專業(yè)領(lǐng)域中，經(jīng)常接觸的是電工指示 儀表和校量?jī)x器。一、電工指示儀表的基本原理及組成電工指示儀表的基本原理是把被測(cè)電量或非電量變換成儀表指針的偏轉(zhuǎn)角。因此它也稱為機(jī)電式 儀表，即用儀表指針的機(jī)械運(yùn)動(dòng)來(lái)反映被測(cè)電量的大小。電

13、工指示儀表通常由測(cè)量線路和測(cè)量機(jī)構(gòu)兩 部分組成。測(cè)量機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)電量轉(zhuǎn)換為指針偏轉(zhuǎn)角，并使兩者保持一定關(guān)系的機(jī)構(gòu)。它是電工指示儀 表的核心部分。測(cè)量線路將被測(cè)電量或非電量轉(zhuǎn)換為測(cè)量機(jī)構(gòu)能直接測(cè)量的電量，測(cè)量線路的構(gòu)成必 須根據(jù)測(cè)量機(jī)構(gòu)能夠直接測(cè)量的電量與被測(cè)量的關(guān)系來(lái)確定；它一般由電阻、電容、電感或其它電子 元件構(gòu)成。二、電工指示儀表的分類、標(biāo)志和型號(hào)1、電工指示儀表的分類電工指示儀表可以根據(jù)原理、結(jié)構(gòu)、測(cè)量對(duì)象、使用條件等進(jìn)行分類。 根據(jù)測(cè)量機(jī)構(gòu)的工作原理分類，可以把儀表分為磁電系、電磁系、電動(dòng)系、感應(yīng)系、靜電系、 整流系等。(2) 根據(jù)測(cè)量對(duì)象分類，可以分為電流表(安培表、毫安表、微安表)、

14、電壓表(伏特表、毫伏表、 微伏表以及千伏表)、功率表(又稱瓦特表)、電度表、歐姆表、相位表等。(3) 根據(jù)儀表工作電流的性質(zhì)分類，可以分為直流儀表、交流儀表和交直流兩用儀表。(4) 按儀表使用方式分類，可以分為安裝式儀表和可攜式儀表等。(5) 按儀表的使用條件分類，可以分為A、A1、B、B1和C五組。有關(guān)各組的規(guī)定可以查閱國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB76 76電測(cè)量指示儀表通用技術(shù)條件。(6) 按儀表的準(zhǔn)確度分類，有 0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5和5.0共七個(gè)準(zhǔn)確度等級(jí)。2、電工指示儀表的標(biāo)志電工指示儀表的表盤上有許多表示其技術(shù)特性的標(biāo)志符號(hào)。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，每一個(gè)儀表必 須有表示測(cè)量對(duì)

15、象的單位、準(zhǔn)確度等級(jí)、工作電流的種類、相數(shù)、測(cè)量機(jī)構(gòu)的類別、使用條件級(jí)別、 工作位置、絕緣強(qiáng)度試驗(yàn)電壓的大小、儀表型號(hào)和各種額定值等標(biāo)志符號(hào)?？蓞⒁?jiàn)表2-1。3、電工指示儀表的型號(hào)圖2-1安裝式儀表型號(hào)的編制規(guī)則(1)安裝式儀表型號(hào)的組成如圖2-1所示。其中第一位代號(hào)按儀表面板形狀最大尺寸特征編制；系列代號(hào)按測(cè)量機(jī)構(gòu)的系列編制，如磁電系代號(hào)為“C”，電磁系代號(hào)為“ T”，電動(dòng)系代號(hào)為“ D”等。(2)可攜式儀表型號(hào)的組成由于可攜式儀表不存在安裝問(wèn)題，所以將安裝式儀表型號(hào)中的形狀代號(hào)可省略，即是它的產(chǎn)品型號(hào)。表2-1常見(jiàn)電工指示儀表和附件的表面標(biāo)志符號(hào)A、測(cè)量單位的符號(hào)名稱稱號(hào)名稱稱號(hào)名稱稱號(hào)名

16、稱稱號(hào)千安KA兆兆歐T Q千瓦kW毫韋伯/米2mT安培A兆歐M Q瓦特W微法1 F毫安mA千歐kQ兆乏Mvar微微法pF微安A歐姆Q千之kvar，亨亠H千伏kV毫歐m Q乏爾var毫亨mH毫伏mV微歐兆赫MHz微亨1 H微伏1 V庫(kù)侖CT 土土_ 千赫kHz攝氏度C兆瓦M(jìn)W毫韋伯mWb赫茲Hz兆瓦M(jìn)W毫韋伯mWb赫茲Hz儀表工作原理旳圖形苻號(hào)名稱符號(hào)名稱符號(hào)嵐電系儀裹(1鐵磁電動(dòng)系儀表)磁電系比率表1廠、1鐵磁電動(dòng)系比 率表D電磁系儀表V感應(yīng)系儀表)電璇系比率表g2fi靜電系儀表1電動(dòng)系儀表整流系儀表電動(dòng)系比率表7熱電系儀表和厳皚萃測(cè)屋期相三、電工指示儀表的誤差和準(zhǔn)確度1、誤差電工指示儀表的誤

17、差有基本誤差和附加誤差。儀表的基本誤差是指儀表在規(guī)定的使用條件下測(cè)量 時(shí)，由于結(jié)構(gòu)上和制作上不完善引起的誤差。例如，儀表的可動(dòng)部分的摩擦、刻度尺刻度不均勻等原 因引起的誤差均屬基本誤差。當(dāng)儀表不能在規(guī)定的使用條件下工作時(shí)，除了基本誤差外，由于溫度、外磁場(chǎng)等因素的影響，還 將產(chǎn)生附加誤差。2、準(zhǔn)確度儀表的基本誤差通常用準(zhǔn)確度來(lái)表示，準(zhǔn)確度越高，儀表的基本誤差就越小。對(duì)于同一只儀表，測(cè)量不同大小的被測(cè)量，其絕對(duì)誤差變化不大，但相對(duì)誤差卻有很大變化，被 測(cè)量越小，相對(duì)誤差就越大，顯然，通常的相對(duì)誤差概念不能反映出儀表的準(zhǔn)確性能，所以，一般用 引用誤差來(lái)表示儀表的準(zhǔn)確度性能。儀表測(cè)量的絕對(duì)誤差與該表量

18、程的百分比，稱為儀表的引用誤差。儀表的準(zhǔn)確度就是儀表的最大引用誤差，即儀表量程范圍內(nèi)的最大絕對(duì)誤差與儀表量程的百分比。顯然，準(zhǔn)確度等級(jí)表明了儀表基本誤差最大允許的范圍。表2-2是國(guó)標(biāo)GB76 76中對(duì)儀表在規(guī)定的使用條件下測(cè)量時(shí)，各準(zhǔn)確度等級(jí)的基本誤差范圍。表2-2準(zhǔn)確度等級(jí)和基本誤差表準(zhǔn)確度等級(jí)0.10.20.51.01.52.55.0基本誤差 0.1 0.2 0.5 1.0 1.5 2.5 5.0四、對(duì)電工指示儀表的主要技術(shù)要求足夠的準(zhǔn)確度合適的靈敏度儀表本身消耗的功率小良好的讀數(shù)裝置五、電氣測(cè)量指示儀表的選擇無(wú)論用怎樣完善的測(cè)量?jī)x表進(jìn)行測(cè)量，都會(huì)產(chǎn)生誤差。引起測(cè)量誤差的原因，除了儀表的基本誤 差外，還因?yàn)閮x表使用不當(dāng)和選擇不合理而造成。為減小儀表的測(cè)量誤差，必須合理地選擇儀表。1、技術(shù)特性比較各種電氣測(cè)量指示儀表的技術(shù)特性，如表2-3所列。2、儀表的選擇原則根據(jù)被測(cè)量的性質(zhì)選擇儀表類型：根據(jù)被測(cè)量是直流電還是交流電來(lái)選擇直流儀表或交流儀表。 測(cè)量交流時(shí)，應(yīng)區(qū)別是正弦波還是非正弦波，還要考慮被測(cè)量的頻率范圍。根據(jù)工程實(shí)際，合理地選擇儀表的準(zhǔn)確度等級(jí)：儀表的準(zhǔn)確度越高，測(cè)量誤差越小，但價(jià)格貴， 維修也困難，因此在滿足準(zhǔn)確度要求的情況下，不選用高準(zhǔn)確度儀表。根據(jù)測(cè)量范圍選用量限：測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確程度，不僅與