電工儀表與測(cè)量

1、第六章第六章 電工儀表與測(cè)量電工儀表與測(cè)量 第一節(jié) 電工儀表與測(cè)量的基本知識(shí)一、一、電工儀表的分類(lèi)電工儀表的分類(lèi)（1）按測(cè)量方法分類(lèi)： 分為直讀式和比較式兩類(lèi)。直讀式儀表將測(cè)量數(shù)值由儀表指針在刻度盤(pán)上直接指示出來(lái)，如電流表、電壓表等；比較式儀表需將被測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較后才能得出被測(cè)量的數(shù)量，如電橋、電位差計(jì)等。（2）按被測(cè)量的種類(lèi)分類(lèi)： 分為電流表、電壓表、功率表、歐姆表、電度表、功率因數(shù)表、頻率表、萬(wàn)用表等。（3）按準(zhǔn)確度分類(lèi)： 按準(zhǔn)確度可分為0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5和5.0共7個(gè)等級(jí)，數(shù)值越小表示準(zhǔn)確度越高。（4）按工作原理分類(lèi)：分有電磁式、磁電式、電動(dòng)式、感應(yīng)式、

2、整流式、熱電式、靜電式、電子式等。二、儀表的誤差及分類(lèi)1.誤差：測(cè)量結(jié)果與被測(cè)量的實(shí)際值之間的差值叫誤差。2.準(zhǔn)確度：儀表的測(cè)量結(jié)果與實(shí)際值的接近程度。3.按產(chǎn)生的原因不同，儀表的誤差主要分為兩類(lèi)： a.基本誤差：是儀表本身所固有的，一般無(wú)法消除 b.附加誤差：是因?yàn)橥饨绻ぷ鳁l件改變而造成的額外誤差，一般可設(shè)法消除。工程中，一般采用相對(duì)額定誤差來(lái)反映儀表的準(zhǔn)確程度。相對(duì)額定誤差：儀表的最大基本誤差A(yù)與儀表最大量程Am的比值。用表示。 %100AmmA實(shí)際測(cè)量中，不僅要考慮儀表的準(zhǔn)確度，還要選擇合適的量程，通常測(cè)量時(shí)要使儀表指針處在滿(mǎn)刻度的后三分之一段。三、三、電工指示儀表的組成電工指示儀表的組

3、成電工指示儀表的測(cè)量原理是通過(guò)測(cè)量線(xiàn)路把被測(cè)量信號(hào)轉(zhuǎn)換成測(cè)量機(jī)構(gòu)可以直接測(cè)量的電磁量，再轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)動(dòng)力矩產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)而反映在指示器上。1.磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)(1)磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)主要由固定的磁路系統(tǒng)和可動(dòng)線(xiàn)圈兩部分組成。(2)磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)的工作原理磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)可根據(jù)通電線(xiàn)圈在磁場(chǎng)中受到電磁力矩而發(fā)生偏轉(zhuǎn)。(3)磁電系儀表的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：準(zhǔn)確度高，靈敏度高；功率消耗小；刻度均勻缺點(diǎn)：過(guò)載能力小；只能測(cè)量直流2.電磁系測(cè)量機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)(1)電磁系測(cè)量機(jī)構(gòu)主要由固定線(xiàn)圈和可動(dòng)軟磁鐵片組成。 (2)電磁系測(cè)量機(jī)構(gòu)的工作原理利用通電流的固定線(xiàn)圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，使鐵片磁化。然后利用鐵片與鐵片的相互作用產(chǎn)生

4、轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，帶動(dòng)指針偏轉(zhuǎn)。(3)指針偏轉(zhuǎn)角與線(xiàn)圈中電流的關(guān)系電磁系測(cè)量機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩與線(xiàn)圈磁勢(shì)的平方成正比.(4)電磁系儀表的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：既可測(cè)量直流又可測(cè)量交流；可直接測(cè)量較大電流，過(guò)載能力強(qiáng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單成本低。缺點(diǎn)：標(biāo)度尺刻度不均勻，易受外磁場(chǎng)影響。四、電工儀表的產(chǎn)品型號(hào)四、電工儀表的產(chǎn)品型號(hào)電工儀表的產(chǎn)品型號(hào)可以反映出儀表的用途及工作原理，必須按有關(guān)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)編制。 五、電工儀表的選擇和使用五、電工儀表的選擇和使用（1）儀表類(lèi)型的選擇。按測(cè)量對(duì)象的性質(zhì)選擇儀表類(lèi)型，首先視被測(cè)量的是直流還是交流，以便選用直流儀表或交流儀表。如果測(cè)量交流量，要注意是正弦波還是非正弦波，還要區(qū)分被測(cè)量的是平均值、有

5、效值、瞬時(shí)值，還是最大值，對(duì)于交流量還要注意信號(hào)的頻率。（2）儀表準(zhǔn)確度等級(jí)和量程的選擇 測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確程度不僅與準(zhǔn)確度有關(guān)，且還與量程有關(guān)，因此，在考慮準(zhǔn)確度的同時(shí)必須考慮到量程，要根據(jù)待測(cè)量的大小，選擇量程合適的儀表，以減小測(cè)量誤差。（3）儀表內(nèi)阻的選擇 按測(cè)量對(duì)象和測(cè)量線(xiàn)路的電阻大小選擇儀表內(nèi)阻，儀表內(nèi)阻的大小直接反映儀表本身的功率損耗。對(duì)電壓表要并聯(lián)在電路中，對(duì)電流表要串聯(lián)在電路中。1、直流電流表的組成磁電系電流表是由磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)與分流電阻并聯(lián)組成。a分流電阻的計(jì)算 只要配上不同的分流電阻，就能制成不同量程的直流電流表.分流電阻多用電阻率較大、電阻溫度系數(shù)很小的錳銅制成。b多量程直流

6、電流表一般采用并聯(lián)不同阻值分流電阻的方法來(lái)擴(kuò)大電流量程。100IIRRA第二節(jié) 電流的測(cè)量二、交流電流表1、電磁系交流電流表由電磁系測(cè)量機(jī)構(gòu)組成，制造不同量程電流表時(shí)，只要改變線(xiàn)圈的線(xiàn)徑和匝數(shù)即可。2、安裝式電磁系電流表一般制成單量程，但最大量程不得超過(guò)200A。3、擴(kuò)大量程:電流互感器(1)電流互感器的構(gòu)造與原理電流互感器實(shí)際上是一個(gè)降流變壓器，它能把一次側(cè)的大電流變換成二次側(cè)的小電流。 結(jié) 構(gòu)：一次側(cè)只有一匝到幾匝，使用時(shí)與被測(cè)電路串聯(lián)正常工作狀態(tài) 接近于變壓器的短路狀態(tài)。 原理： I1=KT2I2(2)電流互感器的正確使用（a）電流互感器的二次側(cè)在運(yùn)行中絕對(duì)不允許開(kāi)路。嚴(yán)禁加裝熔斷器。（

7、b）電流互感器的鐵心和二次側(cè)的一端必須可靠接地，以確保人身和設(shè)備的安全。（c）接在同一互感器上儀表不能太多，以免導(dǎo)致測(cè)量誤差增大。三、鉗形電流表v鉗形電流表是一種攜帶方便、可以在不斷開(kāi)電路時(shí)直接測(cè)量電流的儀表。v1 1鉗形電流表的工作原理及結(jié)構(gòu)鉗形電流表的工作原理及結(jié)構(gòu)v鉗形電流表由電流互感器和磁電系表頭組成，其外形結(jié)構(gòu)如圖所示。1-可開(kāi)合鉗口；2-手柄；3-被測(cè)載流導(dǎo)線(xiàn)；4-鐵芯；5-表盤(pán)；6-量程轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)v使用鉗形表測(cè)量時(shí)，將量程開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)到合適位置，捏緊鉗形電流表的扳手，其電流互感器的鐵心便可張開(kāi)，被測(cè)電流的導(dǎo)線(xiàn)穿過(guò)鐵心張開(kāi)的缺口，放松扳手，鐵心閉合，被測(cè)電流產(chǎn)生的感應(yīng)磁場(chǎng)使電流表互感器產(chǎn)生

8、感應(yīng)電流，帶動(dòng)表頭指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，指示出被測(cè)電流的數(shù)值。第三節(jié) 電壓的測(cè)量一、直流電壓表的組成 1.磁電系直流電壓表是由磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)與分壓電阻串聯(lián)組成的。 分壓電阻的計(jì)算) 1(00UURRV2.多量程直流電壓表多量程直流電壓表由磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)與不同阻值的分壓電阻串聯(lián)組成。二、交流電壓表 電磁系交流電壓表由電磁系測(cè)量機(jī)構(gòu)與分壓電阻串聯(lián)組成。 安裝式交流電壓表一般都做成單量程，但最大量程不超過(guò)600V。擴(kuò)大量程:電壓互感器1.電壓互感器的構(gòu)造與原理（1）結(jié)構(gòu)：一次側(cè)匝數(shù)遠(yuǎn)多于二次側(cè)匝數(shù)。正常工作狀態(tài)接近于變壓器的開(kāi)路狀態(tài)。（2）原理：電壓互感器實(shí)際上就是一個(gè)降壓變壓器。UUKNNTV21 U1=

9、KTVU22.電壓互感器的正確使用（1）要正確接線(xiàn)（2）電壓互感器的一次側(cè)和二次側(cè)運(yùn)行中絕對(duì)不允許短路，所以應(yīng)加裝熔斷器（3）電壓互感器的鐵心和二次側(cè)的一端必須可靠接地。 第四節(jié) 電阻的測(cè)量一、伏安法 分別測(cè)電流電壓，載用歐姆定理計(jì)算。二、電阻表法v歐姆表法1.萬(wàn)用表法萬(wàn)用表v萬(wàn)用表是一種多用途、多量程、便攜式電量測(cè)量?jī)x表，可以用于測(cè)量交直流電流、交直流電壓、電阻以及音頻信號(hào)電平、三極管共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)等參數(shù)。v1 1萬(wàn)用表的使用方法萬(wàn)用表的使用方法v（1）電壓、電流檔使用v 測(cè)量電壓時(shí)應(yīng)使儀表與被測(cè)元件并聯(lián)，測(cè)量電流時(shí)應(yīng)使儀表與被測(cè)元件串聯(lián)。表筆接插與檔位適應(yīng)，直流檔還應(yīng)注意被測(cè)量的

10、極性，嚴(yán)禁以電流檔測(cè)量電壓。v 測(cè)量前根據(jù)需要對(duì)指針的位置進(jìn)行機(jī)械調(diào)零，對(duì)被測(cè)量有大致的估計(jì)，粗選量程檔位應(yīng)按由高到低順序進(jìn)行，以指針偏轉(zhuǎn)接近于2/3滿(mǎn)刻度為參照。v 刻度盤(pán)提供兩組換算比例刻線(xiàn)，涵蓋了各檔換算比例關(guān)系。讀數(shù)時(shí)應(yīng)根據(jù)指針相對(duì)于最小刻線(xiàn)之間的位置進(jìn)行估計(jì)，并結(jié)合檔位與刻線(xiàn)進(jìn)行換算。v 交流電壓擋測(cè)量結(jié)果以正弦波電壓為基礎(chǔ)，頻率范圍為451000Hz，v 測(cè)量2500V高壓時(shí)應(yīng)嚴(yán)格遵守安全操作規(guī)程。v（2）電阻檔使用v 測(cè)量前以及換擋時(shí)均應(yīng)對(duì)電阻檔進(jìn)行調(diào)零，具體做法：將表筆短接，調(diào)節(jié)使指針到達(dá)電阻刻線(xiàn)零位置。v 嚴(yán)禁帶電測(cè)量元件電阻值，儲(chǔ)能元件（電容）放電后測(cè)量；避免雙手同時(shí)觸及表

11、筆與元件的連接點(diǎn)，防止產(chǎn)生較大的測(cè)量誤差。v 在判別某些電子元件的偏置狀態(tài)時(shí)應(yīng)注意：電阻檔測(cè)量時(shí)，紅表筆接內(nèi)部電池負(fù)極，黑表筆接正極。三、兆歐表v兆歐表是用來(lái)檢測(cè)電氣設(shè)備、供電線(xiàn)路的絕緣電阻的種可攜式儀表，俗稱(chēng)搖表，也叫絕緣電阻表。v使用兆歐表測(cè)量時(shí)，以120轉(zhuǎn)/分速度均勻搖動(dòng)手柄，表內(nèi)的直流發(fā)電機(jī)發(fā)電輸出額定電壓，在可動(dòng)線(xiàn)圈1與被測(cè)電阻間產(chǎn)生電流I1；在可動(dòng)線(xiàn)圈2與表內(nèi)附加電阻R2間產(chǎn)生電流I2，兩種電流與磁場(chǎng)作用產(chǎn)生相反的力矩。當(dāng)兩個(gè)力矩平衡時(shí)，指針靜止，即指針指在被測(cè)電阻的數(shù)值。 圖2-4 兆歐表外形v2 2兆歐表的選擇兆歐表的選擇v選用兆歐表時(shí)，主要是選擇絕緣電阻表的電壓及測(cè)量范圍。其

12、額定電壓一定要與被測(cè)電氣設(shè)備或線(xiàn)路的工作電壓相適應(yīng)，兆歐表的測(cè)量范圍也應(yīng)與被測(cè)絕緣電阻的范圍相適應(yīng)，以免讀數(shù)時(shí)產(chǎn)生較大的誤差。 v3 3兆歐表的使用方法兆歐表的使用方法v在測(cè)量時(shí)，用表夾夾住被測(cè)物體上選出的兩個(gè)極點(diǎn)，以不低于規(guī)定的速度搖動(dòng)手柄，表內(nèi)的手搖直流發(fā)電機(jī)能發(fā)出較高的電壓，測(cè)量出被測(cè)物體在規(guī)定電壓下的絕緣性。四、直流電橋1.直流單臂電橋的工作原理 直流單臂電橋原理圖如圖所示。電阻R1、R2、R3、Rx組成電橋的四個(gè)橋臂，其中，Rx稱(chēng)為被測(cè)臂，R1、R2構(gòu)成比例臂，R3稱(chēng)為比較臂，A、C兩端接直流電源E，B、D之間有一檢流計(jì)G。xRRRR231測(cè)量電阻時(shí)，接通按鈕開(kāi)關(guān)SE和SG，調(diào)節(jié)R1

13、、R2、R3，使檢流計(jì)的指示為零，這時(shí)電橋達(dá)到平衡，根據(jù)電橋平衡的條件：可求得被測(cè)電阻的阻值3321KRRRRRx式中，Rx為待測(cè)電阻，R3為標(biāo)準(zhǔn)比較電阻，KR1/R2。一般情況下，惠斯登電橋的K有0.001、0.01、0.1、1、10、100、1000等。根據(jù)待測(cè)電阻大小，選擇K后，只要調(diào)節(jié)R3，使電橋平衡，得到待測(cè)電阻Rx之值。第五節(jié) 功率表 功率表又稱(chēng)瓦特表，用于測(cè)量直流電路和交流電路中的電功率。1 1功率表的工作原理和結(jié)構(gòu)功率表的工作原理和結(jié)構(gòu) 電功率由電路中的電壓和電流決定，因此功率表的測(cè)量結(jié)構(gòu)主要由固定線(xiàn)圈和可動(dòng)線(xiàn)圈組成。固定線(xiàn)圈導(dǎo)線(xiàn)較粗、匝數(shù)較少，稱(chēng)為電流線(xiàn)圈，與被測(cè)負(fù)載串聯(lián)；可

14、動(dòng)線(xiàn)圈導(dǎo)線(xiàn)較細(xì)、匝數(shù)較多，并串有一定的分壓電阻，稱(chēng)為電壓線(xiàn)圈，與被測(cè)負(fù)載并聯(lián)。 功率表結(jié)構(gòu)原理如圖1所示，外形如圖2所示。圖1 功率表結(jié)構(gòu)原理圖圖2 功率表的外形2 2功率表的使用功率表的使用（1）單相電路的功率測(cè)量用功率表測(cè)量功率時(shí)，需使用四個(gè)接線(xiàn)柱，兩個(gè)電壓線(xiàn)圈接線(xiàn)柱和兩個(gè)電流線(xiàn)圈接線(xiàn)柱；電壓線(xiàn)圈并聯(lián)接入被測(cè)電路，電流線(xiàn)圈串聯(lián)接入被測(cè)電路。 “前接法”的連接如圖（a）所示?！扒敖臃ā苯泳€(xiàn)的電流線(xiàn)圈中流過(guò)的電流是負(fù)載電流，但電壓線(xiàn)圈兩端電壓包含負(fù)載電壓和電流線(xiàn)圈的電壓降，使得功率表的讀數(shù)中多出了電流線(xiàn)圈的損耗。因此，“前接法”適用于負(fù)載電阻遠(yuǎn)大于電流線(xiàn)圈電阻的測(cè)量。 “后接法”的連接如圖（b）所示?！昂蠼臃ā钡碾妷壕€(xiàn)圈上的電壓等于負(fù)載電壓，但電流線(xiàn)圈中的電流包含負(fù)載電流和電壓線(xiàn)圈的電流，即功率表的讀數(shù)中多出了電壓線(xiàn)圈的損耗。因此，“后接法”比較適用于負(fù)載電阻遠(yuǎn)小于電壓線(xiàn)圈電阻及大電流、大功率負(fù)載的測(cè)量。圖2-7 功率表的兩種接線(xiàn)方式（2）三相電路功率的測(cè)量三相電路功率的測(cè)量可以采取一表法、二表法和三表法。 一表法的接線(xiàn)如圖所示，此方法用于對(duì)稱(chēng)三相電路，即用一只功率表測(cè)出其中一相的功率，則三相功率P3P1。圖 一表法接線(xiàn)圖 二表法接線(xiàn)如圖（a）