第三章電工常用儀表的使用

1、第三章 電工常用儀表的使用 第一節(jié)電工儀表概述電工儀表是用于測量電壓、電流、電能、電功率等電量和電阻、電感、電容等電路參數(shù)的儀表，在電氣設備安全、經(jīng)濟、合理運行的監(jiān)測與故障檢修中起著十分重要的作用。電工儀表的結構性能及使用方法會影響電工測量的精確度，電工必須能合理選用電工儀表，而且要了解常用電工儀表的基本工作原理及使用方法。一、電工儀表的分類及符號常用電工儀表有：直讀指示儀表，它把電量直接轉換成指針偏轉角，如指針式萬用表；比較儀表，它與標準器比較，并讀取二者比值，如直流電橋；圖示儀表，它顯示二個相關量的變化關系，如示波器；數(shù)字儀表，它把模擬量轉換成數(shù)字量直接顯示，如數(shù)字萬用表。常用電工儀表按其

2、結構特點及工作原理分類：有磁電式、電磁式、電動式、感應式、整流式、靜電式和數(shù)字式等。為了表示常用電工儀表的技術性能，在電工儀表的表盤上有許多符號，如被測量單位的符號、工作原理符號、電流種類符號、準確度等級符號、工作位置符號和絕緣強度符號等，各符號表示的內容見表3-1。 如圖3-1為1T1A型交流電流表，其表盤左下角符號：1為電流種類符號，為交流；2是儀表工作原理符號，圖示符號為電磁式；3為防外磁場等級符號，為級；4是絕緣強度等級符號，儀表絕緣可經(jīng)受2KV1min耐壓試驗；5表示B組儀表；6為工作位置符號，表示盤面應位于垂直方向；7是儀表準確度等級1.5 。 二、儀表準確度等級 1 儀表的誤差

3、儀表的誤差是指儀表的指示值與被測量的真實值之間的差異，它有三種表示形式。 （1）絕對誤差，是儀表指示值與被測量的真實值之差，即 XXX0式中：X為被測物理量的指示值；X0為真實值；X為絕對誤差。（2）相對誤差，是絕對誤差X對被測量的真實值X0的百分比，用表示， （3）引用誤差，是絕對誤差X對儀表量程Am的百分比。 儀表的誤差分為基本誤差和附加誤差兩部分。基本誤差是由于儀表本身特性及制造、裝配缺陷所引起的，基本誤差的大小是用儀表的引用誤差表示的。附加誤差是由儀表使用時的外界因素影響所引起的，如外界溫度，外來電磁場，儀表工作位置等。 2儀表準確度等級儀表準確度等級共七個，見表32。表32 準確度等

4、級準確度等級0.10.20.51.01.52.55.0基本誤差% 0.10.20.51.01.52.55.0通常0.1和0.2級儀表為標準表，0.5級至1.5級儀表用于實驗室，1.5級至5.0級則用于電氣工程測量。儀表的最大絕對誤差X m與儀表量程Am之比稱為儀表的準確度K%，即K%表示準確度等級的數(shù)字愈小，儀表準確度越高。選擇儀表的準確度必須從測量的實際出發(fā)，不要盲目提高準確度，在選用儀表時還要選擇合適的量程，準確度高的儀表在使用不合理時產生的相對誤差可能會大于準確度低的儀表。如測量25V電壓，選用準確度0.5級、量程150V的電壓表，測量結果中可能出現(xiàn)的最大絕對誤差，由公式Um10.5%1

5、500.75V測量25V時的最大相對誤差為m1Um1U100%0.7525100%3% 如果選用準確度1.5級、量程30V的電壓表，則測量結果中可能出現(xiàn)的最大絕對誤差為： Um21.5%300.45V 測量25V時的最大相對誤差為m2Um2U100% 0.4525100%1.8% 所以測量結果的精確度，不僅與儀表的準確度等級有關，而且與它的量程也有關。因此，通常選擇量程時應盡可能使讀數(shù)占滿刻度三分之二以上。 第二節(jié)萬用表萬用表是一種多功能、多量程的便攜式電工儀表，一般的萬用表可以測量直流電流、直流電壓、交流電壓和電阻等。有些萬用表還可測量電容、功率、晶體管共射極直流放大系數(shù)hFE等。所以萬用表

6、是電工必備的儀表之一。 萬用表可分為指針式萬用表和數(shù)字式萬用表。本節(jié)著重介紹指針式萬用表的結構、工作原理及使用方法，數(shù)字式萬用表在電子技能訓練一書中介紹。 一、指針式萬用表的結構和工作原理1指針式萬用表的結構 指針式萬用表的型式很多,但基本結構是類似的。指針式萬用表的結構主要由表頭、轉換開關、測量線路、面板等組成。表頭采用高靈敏度的磁電式機構，是測量的顯示裝置；轉換開關用來選擇被測電量的種類和量程；測量線路將不同性質和大小的被測電量轉換為表頭所能接受的直流電流。圖3-2為MF30型萬用表外形圖，該萬用表可以測量直流電流、直流電壓、交流電壓和電阻等多種電量。當轉換開關撥到直流電流檔，可分別與5個

7、接觸點接通，用于測量500、50、5mA和500、50A量程的直流電流。同樣，當轉換開關撥到歐姆檔，可分別測量1、10、100、1K、10K量程的電阻；當轉換開關撥到直流電壓檔，可分別測量1、5、25、100、500V量程的直流電壓；當轉換開關撥到交流電壓檔，可分別測量500、100、10V量程的交流電壓。2指針式萬用表的工作原理指針式萬用表最簡單的測量原理如圖3-3所示。測電阻時把轉換開關SA撥到“”檔，使用內部電池做電源，由外接的被測電阻、E、RP、R1和表頭部分組成閉合電路，形成的電流使表頭的指針偏轉。設被測電阻為RX，表內的總電阻為R，形成的電流為I，則從上式可知：I與RX不成線性關系

8、，所以表盤上電阻標度尺的刻度是不均勻的。電阻檔的標度尺刻度是反向分度，即RX0，指針指向滿刻度處；RX，指針指在表頭機械零點上。電阻標度尺的刻度從右向左表示被測電阻逐漸增加，這與其他儀表指示正好相反，這在讀數(shù)時應注意。測量直流電流時把轉換開關SA撥到“mA”檔，此時從“”端到“”端所形成的測量線路實際上是一個直流電流表的測量電路。測量直流電壓時將轉換開關SA撥到“V”檔，采用串聯(lián)電阻分壓的方法來擴大電壓表量程。測量交流電壓時，轉換開關SA撥到“”檔，用二極管VD整流，使交流電壓變?yōu)橹绷麟妷?，再進行測量。MF30型萬用表的實際測量線路較復雜，下面以測量直流電流和直流電壓為例作簡單介紹。如圖3-4

9、為MF30型萬用表測量直流電流的原理圖，圖中轉換開關SA撥在50mA檔，被測電流從“”端口流入，經(jīng)過熔斷器FU和轉換開關SA的觸點后分成兩路，一路經(jīng)R3、R4、R59 、RP、及表頭回到“”端口；另一路經(jīng)分流電阻R2、R1回到“”端口。當轉換開關SA選擇不同的直流電流檔時，與表頭串聯(lián)的電阻值和并聯(lián)的分流電阻值也隨之改變，從而可以測量不同量程的直流電流。如圖3-5為MF30型萬用表測量直流電壓1V、5V、25V檔的原理圖，當轉換開關SA置于直流電壓1V檔時，與表頭線路串聯(lián)的電阻為R11，當轉換開關SA置于直流電壓5V檔時，與表頭線路串聯(lián)的電阻為（R11R12），串聯(lián)電阻的增大使測量直流電壓的量程

10、擴大。選擇不同的直流電壓檔可改變電壓表的量程。二、指針式萬用表的使用 1準備工作由于萬用表種類型式很多，在使用前要做好測量的準備工作：(1) 熟悉轉換開關、旋鈕、插孔等的作用，檢查表盤符號，“”表示水平放置，“”表示垂直使用。 (2)了解刻度盤上每條刻度線所對應的被測電量。 (3) 檢查紅色和黑色兩根表筆所接的位置是否正確，紅表筆插入“”插孔，黑表筆插入“”插孔，有些萬用表另有交直流2500V高壓測量端，在測高壓時黑表筆不動，將紅表筆插入高壓插口。(4) 機械調零。旋動萬用表面板上的機械零位調整螺絲，使指針對準刻度盤左端的“0”位置。2測量直流電壓（1）把轉換開關撥到直流電壓檔，并選擇合適的量

11、程。當被測電壓數(shù)值范圍不清楚時，可先選用較高的測量范圍擋，再逐步選用低檔，測量的讀數(shù)最好選在滿刻度的2/3處附近。（2）把萬用表并接到被測電路上，紅表筆接到被測電壓的正極，黑表筆接到被測電壓的負極，不能接反。（3）根據(jù)指針穩(wěn)定時的位置及所選量程，正確讀數(shù)。 3測量交流電壓 （1）把轉換開關撥到交流電壓檔，選擇合適的量程。 （2）將萬用表兩根表筆并接在被測電路的兩端，不分正負極。 （3）根據(jù)指針穩(wěn)定時的位置及所選量程，正確讀數(shù)。其讀數(shù)為交流電壓的有效值。4測量直流電流 （1）把轉換開關撥到直流電流檔，選擇合適的量程。 （2）將被測電路斷開，萬用表串接于被測電路中。注意正、負極性：電流從紅表筆流入

12、，從黑表筆流出，不可接反。 （3）根據(jù)指針穩(wěn)定時的位置及所選量程，正確讀數(shù)。5用萬用表測量電壓或電流時的注意事項： （1）測量時，不能用手觸摸表筆的金屬部分，以保證安全和測量的準確性。 （2）測直流量時要注意被測電量的極性，避免指針反打而損壞表頭。 （3）測量較高電壓或大電流時，不能帶電轉動轉換開關，避免轉換開關的觸點產生電弧而被損壞。 （4）測量完畢后，將轉換開關置于交流電壓最高檔或空檔。6測量電阻 （1）把轉換開關撥到歐姆檔，合理選擇量程。 （2）兩表筆短接，進行電調零，即轉動零歐姆調節(jié)旋鈕，使指針打到電阻刻度右邊的“0”處。 （3）將被測電阻脫離電源，用兩表筆接觸電阻兩端，從表頭指針顯示

13、的讀數(shù)乘所選量程的倍率數(shù)即為所測電阻的阻值。如選用R100檔測量，指針指示40，則被測電阻值為：4010040004K。7用萬用表測量電阻時的注意事項： （1）不允許帶電測量電阻，否則會燒壞萬用表。 （2）萬用表內干電池的正極與面板上“”號插孔相連，干電池的負極與面板上的“”號插孔相連。在測量電解電容和晶體管等器件的電阻時要注意極性。 （3）每換一次倍率檔，要重新進行電調零。 （4）不允許用萬用表電阻檔直接測量高靈敏度表頭內阻，以免燒壞表頭。（萬用表內電池電壓也可能足以使表頭過流燒壞）。 （5）不準用兩只手捏住表筆的金屬部分測電阻，否則會將人體電阻并接于被測電阻而引起測量誤差。 （6）測量完畢

14、，將轉換開關置于交流電壓最高檔或空檔。第三節(jié)兆歐表兆歐表又稱搖表，是專門用于測量絕緣電阻的儀表，它的計量單位是兆歐（M）。一、兆歐表的結構和工作原理 1兆歐表的結構常用的手搖式兆歐表，主要由磁電式流比計和手搖直流發(fā)電機組成，輸出電壓有500V、1000V、2500V、5000V幾種。隨著電子技術的發(fā)展，現(xiàn)在也出現(xiàn)用干電池及晶體管直流變換器把電池低壓直流轉換為高壓直流，來代替手搖發(fā)電機的兆歐表。磁電式流比計是測量機構。如圖3-6所示：可動線圈1與2互成一定角度，放置在一個有缺口的圓柱形鐵心5的外面，并與指針固定在同一轉軸上；極掌4為不對稱形狀，以使空氣隙不均勻。2兆歐表的工作原理 兆歐表的工作原

15、理如圖3-7所示。被測電阻RX接于兆歐表測量端子“線端”L與“地端”E之間。搖動手柄，直流發(fā)電機輸出直流電流。線圈1、電阻R1和被測電阻RX串聯(lián)，線圈2和電阻R2串聯(lián)，然后兩條電路并聯(lián)后接于發(fā)電機電壓U上。設線圈1電阻為r1，線圈2電阻為r2，則兩個線圈上電流分別是：I1I2兩式相除得 式中r1、r2、R1和R2為定值，RX為變量，所以改變RX會引起比值I1I2的變化。 由于線圈1與線圈2繞向相反，流入電流I1和I2后在永久磁場作用下，在兩個線圈上分別產生兩個方向相反的轉距T1和T2，由于氣隙磁場不均勻，因此T1和T2既與對應的電流成正比又與其線圈所處的角度有關。當T1T2時指針發(fā)生偏轉，直到

16、T1T2時，指針停止。指針偏轉的角度只決定于I1和I2的比值，此時指針所指的是刻度盤上顯示的被測設備的絕緣電阻值。當端與端短接時，I1為最大，指針順時針方向偏轉到最大位置，即“”位置；當E、L端未接被測電阻時，X趨于無限大，I10，指針逆時針方向轉到“”的位置。該儀表結構中沒有產生反作用力距的游絲，在使用之前，指針可以停留在刻度盤的任意位置。二、兆歐表的使用 1 正確選用兆歐表兆歐表的額定電壓應根據(jù)被測電氣設備的額定電壓來選擇。測量500V以下的設備，選用500V或1000V的兆歐表；額定電壓在500V以上的設備，應選用1000V或2500V的兆歐表；對于絕緣子、母線等要選用2500V或300

17、0V兆歐表。2 使用前檢查兆歐表是否完好將兆歐表水平且平穩(wěn)放置，檢查指針偏轉情況：將E、L兩端開路，以約120r/min的轉速搖動手柄，觀測指針是否指到“”處；然后將E、L兩端短接，緩慢搖動手柄，觀測指針是否指到“0”處，經(jīng)檢查完好才能使用。3 兆歐表的使用（1）兆歐表放置平穩(wěn)牢固，被測物表面擦干凈，以保證測量正確。（2）正確接線 兆歐表有三個接線柱：線路（L）、接地（E）、屏蔽（G）。跟據(jù)不同測量對象，作相應接線，如圖3-8所示。測量線路對地絕緣電阻時，E端接地，L端接于被測線路上；測量電機或設備絕緣電阻時，E端接電機或設備外殼，L端接被測繞組的一端；測量電機或變壓器繞組間絕緣電阻時先拆除繞

18、組間的連接線，將E、L端分別接于被測的兩相繞組上；測量電纜絕緣電阻時E端接電纜外表皮（鉛套）上，L端接線芯，G端接芯線最外層絕緣層上。（3）由慢到快搖動手柄，直到轉速達120r/min左右，保持手柄的轉速均勻、穩(wěn)定，一般轉動1 min ，待指針穩(wěn)定后讀數(shù)。（4）測量完畢，待兆歐表停止轉動和被測物接地放電后方能拆除連接導線。三、注意事項因兆歐表本身工作時產生高壓電，為避免人身及設備事故必須重視以下幾點：（1）不能在設備帶電的情況下測量其絕緣電阻。測量前被測設備必須切斷電源和負載，并進行放電；已用兆歐表測量過的設備如要再次測量，也必須先接地放電。（2）兆歐表測量時要遠離大電流導體和外磁場。 （3）

19、與被測設備的連接導線應用兆歐表專用測量線或選用絕緣強度高的兩根單芯多股軟線，兩根導線切忌絞在一起，以免影響測量準確度。（4）測量過程中，如果指針指向“0”位，表示被測設備短路，應立即停止轉動手柄。 （5）被測設備中如有半導體器件，應先將其插件板拆去。 （6）測量過程中不得觸及設備的測量部分，以防觸電。 （7）測量電容性設備的絕緣電阻時，測量完畢，應對設備充分放電。第四節(jié)鉗形電流表鉗形電流表是一種不需要斷開電路就可以直接測量交流電路的便攜式儀表，這種儀表測量精度不高，可對設備或電路的運行情況作粗略的了解，由于使用方便，應用很廣泛。一、鉗形電流表的結構和工作原理鉗形電流表由電流互感器和電流表組成。

20、如圖3-所示：互感器的鐵心制成活動開口，且成鉗形，活動部分與手柄4相連。當緊握手柄時電流互感器的鐵心張開（圖中點劃線所示），可將被測載流導線6置于鉗口中，該載流導線成為電流互感器的初級線圈。關閉鉗口，在電流互感器的鐵心中就有交變磁通通過，互感器的次級線圈5中產生感應電流。電流表接于次級線圈兩端，它的指針所指示的電流與鉗入的載流導線的工作電流成正比，可直接從刻度盤上讀出被測電流值。二、鉗形電流表的使用1 測量前的準備（1）檢查儀表的鉗口上是否有雜物或油污，待清理干凈后再測量（2）進行儀表的機械調零。2 用鉗形電流表測量（1）估計被測電流的大小，將轉換開關調至需要的測量檔。如無法估計被測電流大小，

21、先用最高量程檔測量，然后根據(jù)測量情況調到合適的量程。（2）握緊鉗柄，使鉗口張開，放置被測導線。為減少誤差，被測導線應置于鉗形口的中央。（3）鉗口要緊密接觸，如遇有雜音時可檢查鉗口清潔，或重新開口一次，再閉合。（4）測量5A以下的小電流時，為提高測量精度，在條件允許的情況下，可將被測導線多繞幾圈，再放入鉗口進行測量。此時實際電流應是儀表讀數(shù)除以放入鉗口中的導線圈數(shù)。（5）測量完畢，將選擇量程開關撥到最大量程檔位上。三、注意事項（1）被測電路的電壓不可超過鉗形電流表的額定電壓。鉗形電流表不能測量高壓電氣設備。（2）不能在測量過程中轉動轉換開關換檔。在換檔前，應先將載流導線退出鉗口。第五節(jié)直流單臂電

22、橋一般用萬用表測中值電阻，但測量值不夠精確。在工程上要較準確測量中值電阻，常用直流單臂電橋（也稱惠斯登電橋）。該儀表適用于測量1106的電阻值，其主要特點是靈敏度和測試精度都很高，而且使用方便。一、直流單臂電橋的結構和工作原理直流單臂電橋結構原理如圖3-10所示。它由四個橋臂R1、R2、R3、R4，直流電源E，可調電阻R0及檢流計G組成，其中R1為被測電阻RX， R2、R3、R4，均為可調的已知電阻。調整這些可調的橋臂電阻使電橋平衡，此時Ig0。則RX可由下式求得：RX式中R2、R3稱為電橋的比例臂電阻，在電橋結構中，R2和R3之間的比例關系的改變是通過同軸波段開關來實現(xiàn)的。R4稱為電橋的比較

23、臂電阻，因為當比例臂被確定后，被測電阻RX是與已知的可調標準電阻R4進行比較而確定阻值的。儀表的測試精度較高，主要是由已知的比例臂電阻和比較臂電阻的準確度所決定，其次是采用高靈敏度檢流計作指零儀。二、直流單臂電橋的使用以QJ23型直流單臂電橋為例來說明它的使用。如圖3-11為QJ23型直流單臂電橋的面板圖。（1）把電橋放平穩(wěn)，斷開電源和檢流計按鈕，進行機械調零，使檢流計指針和零線重合。（2）用萬用表電流檔粗測被測電阻值，選取合理的比例臂。使電橋比較臂的四個讀數(shù)盤都利用起來，以得到4個有效數(shù)值，保證測量精度。（3）按選取的比例臂，調好比較臂電阻。（4）將被測電阻RX接入X1、X2接線柱，先按下電

24、源按鈕B，再按檢流計按鈕G，若檢流計指針擺向“”端，需增大比較臂電阻，若指針擺向“”端，需減小比較臂電阻。反復調節(jié)，直到指針指到零位為止。（5）讀出比較臂的電阻值再乘以倍率，即為被測電阻值。（6）測量完畢后，先斷開G鈕，再斷開B鈕，拆除測量接線。三、注意事項（1）正確選擇比例臂，使比較臂的第一盤（1000）上的讀數(shù)不為0，才能保證測量的準確度。（2）為減少引線電阻帶來的誤差，被測電阻與測量端的連接導線要短而粗。還應注意各端鈕是否擰緊，以避免接觸不良引起電橋的不穩(wěn)定。（3）當電池電壓不足時應立即更換，采用外接電源時應注意極性與電壓額定值。（4）被測物不能帶電。對含有電容的元件應先放電1min后再

25、測量。第六節(jié) 技能訓練 實訓：常用電工儀表的使用 一、訓練內容 1用萬用表測量交流電壓、直流電壓、直流電流、電阻。2用直流單臂電橋測量電阻。 3用兆歐表測量三相異步電動機相對相及相對地(外殼)的絕緣電阻。 4用鉗形電流表測量三相異步電動機空載運行時的電流。 二、器材準備 1指針式萬用表、直流單臂電橋、兆歐表、鉗形電流表 各1只 2多繞組單相變壓器（原邊電壓220V，副邊電壓36V、6V）1只3晶體管穩(wěn)壓電源、小型三相異步電動機 各1臺 4各類電阻：1W10、220、1K、12K、150K電阻各1只5連接導線若干6電工常用工具。三、訓練要求（1）把單相變壓器接入220V交流電源后用萬用表交流電壓

26、檔分別測量原、副邊電壓。測量結果填入表3-3。 （2）調節(jié)穩(wěn)壓直流電源輸出旋鈕，分別輸出30V、15V、3V直流電壓，用萬用表直流電壓檔測量，測量結果填入表3-3。（3）把電阻10、220、1K、12K、150K分別接于晶體管穩(wěn)壓電源輸出直流3V電壓上，用萬用表直流電流檔測量通過各電阻的電流，測量結果填入表3-3。（4）用萬用表電阻檔測量電阻，測量結果填入表3-3。（5）用直流單臂電橋測量電阻，測量結果填入表3-4。（6）把三相異步電動機接線盒打開，拆除各相繞組連接片，用兆歐表分別測量電動機三相繞組U、V、W之間的絕緣電阻和U、V、W繞組對電動機外殼的絕緣電阻，測量結果填入表3-4。（7）在教師指導下，連接該三相異步電動機繞組（Y或聯(lián)接），接通三相電源，用鉗形電流表測量各線電流，測量結果填入表3-4。（8）注意點1）用萬用表測量