常用電工儀表及測量講稿

1、常用電工儀表及測量主講 戴金華第3章 常用電工儀表及測量電流、電壓、電功率、電阻及電能的測量方法電流表、電壓表、功率表、萬用表、兆歐表及電度表的使用方法磁電式、電磁式及電動式儀表的結(jié)構(gòu)和工作原理學習要點3.1 電工測量儀表的基礎(chǔ)知識3.2 電工測量儀表的工作原理3.3 電氣測量3.4 常用測量儀表的安全使用第3章 常用電工儀表及測量3.1 電工測量儀表的基礎(chǔ)知識電工儀表是實現(xiàn)電工測量過程所需技術(shù) 工具的總稱。電工儀表的測量對象主要是電學量與磁學量。電學量又分為電量與電參量。通常要求測量的電量有電流、電壓、功率、電能、頻率等；電參量有電阻、電容、電感等。通常要求測量的磁學量有磁感應(yīng)強度、磁導率等

2、。按測量方法可分為比較式和直讀式兩類。比較式儀表需將被測量與標準量進行比較后才能得出被測量的數(shù)量，常用的比較式儀表有電橋、電位差計等。直讀式儀表將被測量的數(shù)量由儀表指針在刻度盤上直接指示出來，常用的電流表、電壓表等均屬直讀式儀表。直讀式儀表測量過程簡單，操作容易，但準確度不可能太高；比較式儀表的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，造價較昂貴，測量過程也不如直讀法簡單，但測量的結(jié)果較直讀式儀表準確。按被測量的種類可分為電流表、電壓表、功率表、頻率表、相位表等。按電流的種類可分為直流、交流和交直流兩用儀表。按工作原理可分為磁電式、電磁式、電動式儀表等。按顯示方法可分為指針式（模擬式）和數(shù)字式。指針式儀表用指針和刻度盤指示

3、被測量的數(shù)值；數(shù)字式儀表先將被測量的模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，然后用數(shù)字顯示被測量的數(shù)值。按準確度可分為0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5和5.0共7個等級。3.1.1 電工儀表的分類3.1.2常用電工儀表的符號和意義3.1.2 常用電工儀表的符號和意義3.1.3 電工儀表的誤差和準確度 電工儀表的準確度是指測量結(jié)果（簡稱示值）與被測量真實值（簡稱真值）間相接近的程度，是測量結(jié)果準確程度的量度。誤差是指示值與真值的偏離程度。準確度與誤差本身的含義是相反的，但兩者又是緊密聯(lián)系的，測量結(jié)果的準確度高，其誤差就小，因此，在實際測量中往往采用誤差的大小來表示準確度的高低。 由于制造工藝的限制及測

4、量時外界環(huán)境因素和操作人員的因素，誤差是不可避免的。根據(jù)引起誤差的原因不同，儀表誤差可分為基本誤差和附加誤差。基本誤差是在規(guī)定的溫度、濕度、頻率、波形、放置方式以及無外界電磁場干擾等正常工作條件下，由于儀表本身的缺點所產(chǎn)生的誤差。附加誤差是由于外界因素的影響和儀表放置不符合規(guī)定等原因所產(chǎn)生的誤差。附加誤差有些可以消除或限制在一定范圍內(nèi)，而基本誤差卻不可避免。誤差的表示方法（1）絕對誤差：（2）相對誤差：（3）引用誤差：儀表的準確度：示值誤差：Ax：示值A(chǔ)o：真值A(chǔ)m：滿標度值即量限 Am ：最大絕對誤差示值誤差用于誤差很小或要求不高的場合。直讀儀表的準確度用最大引用誤差來分級，分為0.1、0.

5、2、0.5、1.0、1.5、2.5和5.0共7個等級。如準確度為2.5級的儀表，其最大引用誤差為2.5。最大相對誤差：例如：用一量程為150V的電壓表在正常條件下測某電路的兩點間電壓U，示值為100V，絕對誤差為1V。這時U的真值為1001=99V，相對誤差r=1%。如果示值為10V，絕對誤差為0.8V。則其真值為10.8V，相對誤差8%。如果已知該電壓表可能發(fā)生的最大絕對誤差為1.5V，則儀表的最大引用誤差為：注意：被測量比儀表量程小得越多，測量結(jié)果可能出現(xiàn)的最大相對誤差值也越大。例如用1.0級量程為150V的電壓表測量30V的電壓，可能出現(xiàn)的最大相對誤差為5，而改用1.0級量程為50V的電

6、壓表測量30V的電壓，可能出現(xiàn)的最大相對誤差為1.67。所以選用儀表的量程時應(yīng)使讀數(shù)在23量程以上。所以該儀表的準確度等級為1.0級。3.2.1 指針式儀表的結(jié)構(gòu)及工作原理 電工測量中常用的指針式儀表有磁電式、電動式、電磁式3種。這些儀表的結(jié)構(gòu)雖然不同，但工作原理卻是相同的，都是利用電磁現(xiàn)象使儀表的可動部分受到電磁轉(zhuǎn)矩的作用而轉(zhuǎn)動，從而帶動指針偏轉(zhuǎn)來指示被測量的大小。3.2 電工測量儀表的工作原理3.2.2 磁電式儀表的工作原理 直流電流I通過可動線圈時，線圈與磁場相互作用使線圈產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩，帶動指針偏轉(zhuǎn)。指針偏轉(zhuǎn)后扭緊彈簧游絲，使游絲產(chǎn)生反抗力矩。當反抗力矩和轉(zhuǎn)動力矩相平衡時，線圈和指針便停

7、止偏轉(zhuǎn)。由于在線圈轉(zhuǎn)動的范圍內(nèi)磁場均勻分布，因此線圈的轉(zhuǎn)動力矩與電流的大小成正比。又由于游絲的反抗力矩與線圈的偏轉(zhuǎn)角度成正比，所以儀表指針的偏轉(zhuǎn)角度與流過線圈的電流的大小成正比，即：=KI。可見磁電式儀表標尺上的刻度是均勻的。 磁電式儀表的優(yōu)點：刻度均勻、靈敏度高、準確度高、消耗功率小、受外界磁場影響小等。 磁電式儀表的缺點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價較高、過載能力小，而且只能測量直流，不能測量交流。 使用注意事項：電表接入電路時要注意極性，否則指針反打會損壞電表。通常磁電式儀表的接線柱旁均標有+、記號，以防接錯。3.2.3 電磁式儀表的工作原理 線圈通入電流時產(chǎn)生磁場，使其內(nèi)部的固定鐵片和可動鐵片同時被

8、磁化。由于兩鐵片同一端的極性相同，因此兩者相斥，致使可動鐵片受到轉(zhuǎn)動力矩的作用，從而通過轉(zhuǎn)軸帶動指針偏轉(zhuǎn)。當轉(zhuǎn)動力矩與游絲的反抗力矩相平衡時，指針便停止偏轉(zhuǎn)。 由于作用在鐵心上的電磁力與空氣隙中磁感應(yīng)強度的平方成正比，磁感應(yīng)強度又與線圈電流成正比，因此儀表的轉(zhuǎn)動力矩與電流的平方成正比。又由于游絲的反抗力矩與線圈的偏轉(zhuǎn)角度成正比，所以儀表指針的偏轉(zhuǎn)角度與線圈電流的平方成正比，即：=KI2?？梢婋姶攀絻x表標尺上的刻度是不均勻的。 推斥型電磁式儀表也可以測量交流，當線圈中電流方向改變時，它所產(chǎn)生磁場的方向隨之改變，因此動、靜鐵片磁化的極性也發(fā)生變化，兩鐵片仍然相互排斥，轉(zhuǎn)動力矩方向不變，其平均轉(zhuǎn)矩與

9、交流電流有效值的平方成正比。3.2.4 電動式儀表 固定線圈中通入直流電流I1時產(chǎn)生磁場，磁感應(yīng)強度B1正比于I1。如果可動線圈通入直流電流I2，則可動線圈在此磁場中就要受到電磁力的作用而帶動指針偏轉(zhuǎn)，電磁力F的大小與磁感應(yīng)強度B1和電流I2成正比。直到轉(zhuǎn)動力矩與游絲的反抗力矩相平衡時，才停止偏轉(zhuǎn)。儀表指針的偏轉(zhuǎn)角度與兩線圈電流的乘積成正比，即：=KI1I2。 對于線圈通入交流電的情況，由于兩線圈中電流的方向均改變，因此產(chǎn)生的電磁力方向不變，這樣可動線圈所受到轉(zhuǎn)動力矩的方向就不會改變。設(shè)兩線圈的電流分別為i1和i2，則轉(zhuǎn)動力矩的瞬時值與兩個電流瞬時值的乘積成正比。而儀表可動部分的偏轉(zhuǎn)程度取決于

10、轉(zhuǎn)動力矩的平均值，由于轉(zhuǎn)動力矩的平均值不僅與i1及i2的有效值成正比，而且還與i1和i2相位差的余弦成正比，因此電動式儀表用于交流時，指針的偏轉(zhuǎn)角與兩個電流的有效值及兩電流相位差的余弦成正比。即：=KI1I2cos。3.3 電氣測量3.3.1 電流的測量 測量直流電流通常采用磁電式電流表，測量交流電流主要采用電磁式電流表。電流表必須與被測電路串聯(lián)，否則將會燒毀電表。此外，測量直流電流時還要注意儀表的極性。 擴大量程的方法是在表頭上并聯(lián)一個稱為分流器的低值電阻RA，分流器的阻值為：RA=Ro/(n1)。式中Ro為表頭內(nèi)阻，n=I/Io為分流系數(shù)，其中Io為表頭的量程，I為擴大后的量程。3.3.2

11、 電壓的測量 測量直流電壓通常采用磁電式電壓表，測量交流電壓主要采用電磁式電壓表。電壓表必須與被測電路并聯(lián)，否則將會燒毀電表。此外，測量直流電壓時還要注意儀表的極性。擴大量程的方法是在表頭上串聯(lián)一個稱為倍壓器的高值電阻RV，倍壓器的阻值為：RV=(m1) Ro 。式中Ro為表頭內(nèi)阻，m=U/Uo為倍壓系數(shù)，其中Uo為表頭的量程，U為擴大后的量程。3.3.3 功率的測量 測量功率時采用電動式儀表。測量時將儀表的固定線圈與負載串聯(lián)，反映負載中的電流，因而固定線圈又叫電流線圈；將可動線圈與負載并聯(lián)，反映負載兩端電壓，所以可動線圈又叫電壓線圈。分格常數(shù)：被測功率：一表法：用一個單相功率表測得一相功率，

12、然后乘以3即得三相負載的總功率。二表法：用兩只單相功率表來測量三相功率，三相總功率為兩個功率表的讀數(shù)之和。若負載功率因數(shù)小于0.5，則其中一個功率表的讀數(shù)為負，會使這個功率表的指針反轉(zhuǎn)。為了避免指針反轉(zhuǎn)，需將其電壓線圈或電流線圈反接，這時三相總功率為兩個功率表的讀數(shù)之差。三表法：用3只單相功率表來測量三相功率，三相總功率為3個功率表的讀數(shù)之和。用二元功率表和三元功率表測量三相總功率，三相總功率均可直接從表上讀出。3.3.4 電能的測量 驅(qū)動機構(gòu)用來產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩，包括電壓線圈、電流線圈和鋁制轉(zhuǎn)盤。當電壓線圈和電流線圈通過交流電流時，就有交變的磁通穿過轉(zhuǎn)盤，在轉(zhuǎn)盤上感應(yīng)出渦流，渦流與交變磁通相互作

13、用產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩，從而使轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動。 制動機構(gòu)用來產(chǎn)生制動力矩，由永久磁鐵和轉(zhuǎn)盤組成。轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動后，渦流與永久磁鐵的磁場相互作用，使轉(zhuǎn)盤受到一個反方向的磁場力，從而產(chǎn)生制動力矩，致使轉(zhuǎn)盤以某一轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速與負載功率的大小成正比。積算機構(gòu)用來計算電度表轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)數(shù)，以實現(xiàn)電能的測量和計算。轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動時，通過蝸桿及齒輪等傳動機構(gòu)帶動字輪轉(zhuǎn)動，從而直接顯示出電能的度數(shù)。電度表 單相電度表接線時，電流線圈與負載串聯(lián)，電壓線圈與負載并聯(lián)。單相電度表共有四根連接導線，兩根輸入，兩根輸出。電流線圈及電壓線圈的電源端應(yīng)接在相（火）線上，并靠電源側(cè)。3.4 常用測量儀表的安全使用一、鉗形電流表 1、鉗形電流表的結(jié)構(gòu)和

14、原理 鉗形電流表可以在不斷開電路的情況下測量電流。用電磁系測量機構(gòu)制成的鉗形電流表，可以交直流兩用，其外形如圖323所示。 在鐵心鉗口中的被測電流導線相當于電磁系測量機構(gòu)中的固定線圈，它在鐵心鉗口中產(chǎn)生磁訊位于鐵心缺口中間的可動鐵片受此磁場的作用而偏轉(zhuǎn)，從而帶動指針指示被測電流的數(shù)值。此外，還有一種由電流互感器和電流表組成的鉗形電流表，只能測量交流電流，在使用中應(yīng)當注意。2、鉗形電流表的正確使用 （l）鉗形電流表一般用轉(zhuǎn)換開關(guān)改變量限，T302型鉗形電流表的電流量限有周OA、50A、250A和1000A四檔；電壓量限有300V和600V兩檔。 當被測電流小于5A時，為了得到較準確的讀數(shù)，在條件

15、許可時，可將導線多繞幾圈放進鉗口進行測量，其實際電流數(shù)值為儀表讀數(shù)除以放進鉗口的導線根數(shù)。 （2）測量交流電流時，使測量導線位于鉗口中部，并使鉗口緊密閉合。 （3）鉗形電流表應(yīng)保存在干燥的室內(nèi)，使用前要擦試干凈。3、使用鉗形電流表注意事項 （1）應(yīng)有二人進行，一人測量，一人監(jiān)護。 （2）被測電路的電壓不可超過鉗形電流表上所標明的規(guī)定數(shù)值，否則由于表的絕緣強度不夠，容易引起接地事故或發(fā)生觸電危險。 （3）測量時要戴絕緣手套，站在絕緣墊上，不得觸及其他設(shè)備，以防短路或接地。觀察表計時，要注意保持頭部與帶電部分的安全距離。 （4）不準在測量電流的過程中，切換電流量限開關(guān)，以免損壞儀表；需要時應(yīng)將鉗形

16、電流表從導線上取下來進行。 （5）測量250V以及高壓電纜各相電流時，電纜頭線間距離應(yīng)在30cm以上，且絕緣良好，測量方便者，方可進行。 （6）測量250V以下低壓熔斷器和水平排列母線電流時，測量前應(yīng)用絕緣材料將各相熔斷器和母線用絕緣材料加以包護隔離，以免引起相間短路。3.4.2 兆歐表兆歐表俗稱搖表，是測量絕緣體電阻的專用儀表，主要由磁電式流比計與手搖直流發(fā)電機組成。 流比計是用電磁力代替游絲產(chǎn)生反作用力矩的儀表。它與一般磁電式儀表不同，除了不用游絲產(chǎn)生反作用力矩外，還有兩個區(qū)別：一是空氣隙中的磁感應(yīng)強度不均勻；二是可動部分有兩個繞向相反且互成一定角度的線圈，線圈1用于產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩，線圈2用

17、于產(chǎn)生反作用力力矩。 被測電阻接在L（線）和E（地）兩個端子上，形成了兩個回路，一個是電流回路，一個是電壓回路。電流回路從電源正端經(jīng)被測電阻Rx、限流電阻RA、可動線圈1回到電源負端。電壓回路從電源正端經(jīng)限流電阻RV、可動線圈2回到電源負端。由于空氣隙中的磁感應(yīng)強度不均勻，因此兩個線圈產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩T1和T2不僅與流過線圈的電流I1、I2有關(guān)，還與可動部分的偏轉(zhuǎn)角有關(guān)。當T1=T2 ，可動部分處于平衡狀態(tài)，其偏轉(zhuǎn)角是兩個線圈電流I1、I2比值的函數(shù)（故稱為流比計），即： 因為限流電阻RA、RV為固定值，在發(fā)電機電壓不變時，電壓回路的電流I2為常數(shù)，電流回路電流I1的大小與被測電阻Rx的大小成反比，

18、所以流比計指針的偏轉(zhuǎn)角能直接反映被測電阻Rx的大小。 流比計指針的偏轉(zhuǎn)角與電源電壓的變化無關(guān)，電源電壓U的波動對轉(zhuǎn)動力矩和反作用力矩的干擾是相同的，因此流比計的準確度與電壓無關(guān)。但測量絕緣電阻時，絕緣電阻值與所承受的電壓有關(guān)。搖手搖發(fā)電機時，搖的速度須按規(guī)定，而且要搖夠一定的時間。常用的兆歐表的手搖發(fā)電機的電壓在規(guī)定轉(zhuǎn)速下有500V和1000V兩種，可根據(jù)需要選用。因電壓很高，測量時應(yīng)注意安全。 兆歐表的接線端鈕有3個，分別標有“G（屏）”、“L（線）”、“E（地）”。被測的電阻接在L和E之間，G端的作用是為了消除表殼表面L、E兩端間的漏電和被測絕緣物表面漏電的影響。在進行一般測量時，把被測絕

19、緣物接在L、E之間即可。但測量表面不干凈或潮濕的對象時，為了準確地測出絕緣材料內(nèi)部的絕緣電阻，就必須使用G端，圖示為測量電纜絕緣電阻的接線圖。（1）用搖表測高壓設(shè)備（250V以上）。應(yīng)由二人擔任。（2）測量用導線，應(yīng)使用絕緣導線，其端部應(yīng)有絕緣套。（3）測量絕緣時，必須把被測設(shè)備從各方面斷開，驗明無電壓，確定設(shè)備無人工作后，方可進行。在測量中，禁止他人接近設(shè)備。測量絕緣前后，必須將被試設(shè)備對地放電。測量線路絕緣，應(yīng)取得對方允許后方可進行。，（4）在有感應(yīng)電壓的線路上（同桿架設(shè)的雙回線或單回路與另一線路有平行段）測絕緣時，必須將另一口路同時停電，方可進行。雷電時，嚴禁測線路絕緣電阻。（5）在帶電

20、設(shè)備附近測絕緣電阻時，應(yīng)保持足夠的安全距離。用兆歐表測絕緣電阻的安全規(guī)定3.4.3 萬用表磁電式萬用表（1）直流電流的測量。轉(zhuǎn)換開關(guān)置于直流電流檔，被測電流從+、兩端接入，便構(gòu)成直流電流測量電路。圖中RAl、RA2、RA3是分流器電阻，與表頭構(gòu)成閉合電路。通過改變轉(zhuǎn)換開關(guān)的檔位來改變分流器電阻，從而達到改變電流量程的目的。（2）直流電壓的測量。轉(zhuǎn)換開關(guān)置于直流電壓檔，被測電壓接在+、兩端，便構(gòu)成直流電壓的測量電路。圖中RVl、RV2、RV3是倍壓器電阻，與表頭構(gòu)成閉合電路。通過改變轉(zhuǎn)換開關(guān)的檔位來改變倍壓器電阻，從而達到改變電壓量程的目的。（3）交流電壓的測量。轉(zhuǎn)換開關(guān)置于交流電壓檔，被測交流電壓接在+、兩端，便構(gòu)成交流電壓測量電路。測量交流時必須加整流器，二極管D1和Dl組成半波整流電路，表盤刻度反映的是交流電壓的有效值。RVl、RV2、RV3是倍壓器電阻，電壓量程的改變與測量直流電壓時相同。（4）電阻的測量。轉(zhuǎn)換開關(guān)置于電阻檔，被測電阻接在+、兩端，便構(gòu)成電阻測量電路。電阻自身不帶電源，因此接入電池E。電阻的刻度與電流、電壓的刻度方向相反，且標度尺的分度是不均勻的。500型萬用表有兩個“功能/量程”轉(zhuǎn)換旋鈕，每個旋鈕上方有一個尖形標志。利用兩個旋鈕不同位置的組合，可以實現(xiàn)交、直流電流、電壓、電阻及音頻電平的測量。如測量直流電流，先轉(zhuǎn)動左邊的旋