電工電子第九章

第九章電工測量第一節(jié)電工儀表的基本知識第二節(jié)電流與電壓的測量第三節(jié)電阻的測量第四節(jié)萬用表第五節(jié)電功率及電能的測量本章小結(jié)常用的電工測量主要是指對電流、電壓、電阻、電功率、電能等電工量（包括電量和磁量）的測量。測量方法:直接測量、間接測量和比較測量。例如用電流表測量電流，用電壓表測量電壓，用功率表測量功率等等，這樣的測量方法稱為直接測量。如果被測量的大小不是從儀表中直接讀出而是通過測量與其相關(guān)的幾個量，再根據(jù)一定的關(guān)系計算出被測量的數(shù)值，這種方法稱為間接測量。將被測量與標(biāo)準(zhǔn)量進行比較，從而測得被測量的數(shù)值，稱為比較測量。第一節(jié)電工儀表的基本知識

一、電工儀表的分類電工儀表，一般分為直讀式和比較式兩大類。直讀式儀表:直接從儀表指示的讀數(shù)確定被測量的大小。1．按照被測對象分類電流表、電壓表、歐姆表、兆歐表、功率表、電度表、頻率表、功率因數(shù)表等。2．按照被測電流的種類分類:直流儀表、交流儀表和交直流兩用儀表3．按照儀表的工作原理分類:磁電系儀表、電磁系儀表、電動系儀表和感應(yīng)系儀表等。4．按照使用方法分類:安裝式和便攜式。二、電工儀表的準(zhǔn)確度

準(zhǔn)確度:它表示測量結(jié)果的準(zhǔn)確程度，即儀表指示值（測得值）與實際值之間的基本誤差值。儀表的準(zhǔn)確度等級是用基本誤差百分?jǐn)?shù)的數(shù)值來表示的,數(shù)值越小，準(zhǔn)確度越高。表9-1儀表的準(zhǔn)確度等級

三、電工儀表常用符號第二節(jié)電流與電壓的測量一、電流的測量測量電流的儀表稱為電流表，根據(jù)被測電流的大小，電流表可分為微安表、毫安表、安培表和千安表。測量電壓的儀表稱為電壓表。根據(jù)被測電壓的大小，電壓表也可以分為毫伏表、伏特表和千伏表。電流表串聯(lián)在被測電路中，選用內(nèi)阻遠(yuǎn)小于電路負(fù)載電阻的電流表。1．直流電流的測量直流電流表具有極性，在兩個接線端鈕處標(biāo)有“+”、“-”號，接線時應(yīng)使被測電流方向從電流表“+”端流進，負(fù)端流出，不能接反，以免損壞測量儀表。儀表指針滿刻度偏轉(zhuǎn)時的數(shù)值稱為量程，被測量必須小于量程，測量時應(yīng)根據(jù)被測量的大小選擇合適的量程。電流表的量程擴大，簡稱擴程。測量超過電流表量程的電流，可在電流表上并聯(lián)一個分流電阻進行分流。圖9-5直流電流測量電路a)電流表直接接入電路b)具有分流器擴程的測量電路分流電阻也稱為分流器，分流器的電阻值為：（9-1）[例9-1]有一量程為100mA，內(nèi)阻為1Ω的電流表，現(xiàn)欲將量程擴大到10A，問并聯(lián)分流器的電阻值應(yīng)為多少？解：電流表量程欲擴大的倍數(shù)為由式9-1可得結(jié)論：分流器的電阻值越小，電流表擴大的量程就越大。

2．交流電流的測量測量交流電流一般采用交流電流表（或交直流兩用表），同直流電流測量電路一樣，只要被測電流在電流量程范圍內(nèi)就可以將電流表直接串聯(lián)在被測電路中，如圖9-6a所示。交流電流表不分極性，兩個接線端鈕可以任意掉換。如果被測電流大于電流表量程時，一般采用電流互感器來擴大電流表的量程，如圖9-6b所示。圖9-6交流電流測量電路a)電流表直接接入電路b)具有電流互感器擴程的測量電路3.鉗形電流表鉗形電流表是一種特殊的交流電流表，它不需要斷開被測電路就可以進行交流電流的測量。圖9-7鉗形電流表a)外形圖b)原理圖二、電壓的測量

1．直流電壓的測量測量電路中的電壓,需將電壓表兩端與被測電路兩點并聯(lián)，必須選用內(nèi)阻遠(yuǎn)大于被測電路電阻的電壓表。測量直流電壓需用直流電壓表（或交直流兩用電壓表），電壓表與被測電路并聯(lián)，如圖9-8a所示。直流電壓表與直流電流表一樣具有極性，測量時電壓表的正極端接被測電路的高電位（正端），負(fù)極端接被測電路的低電位端（負(fù)端），不能接反，否則將可能損壞測量儀表。附加電阻也稱為倍壓器，倍壓器的電阻值為：（9-2）

測量電壓時同樣也要正確選擇電壓表量程，如果需要測量超過電壓表量程的電壓，可以與電壓表串聯(lián)一只附加電阻進行分壓，將電壓表量程擴大，如圖9-8b所示。圖9-8直流電壓測量電路a)電壓表直接接入電路b)具有倍壓器擴程的測量電路[例9-2]有一量程為100V，內(nèi)阻為200KΩ的直流電壓表，若需將量程擴大到500V，問串入的倍壓器的電阻值應(yīng)為多少？解：電壓表量程欲擴大的倍數(shù)為由式9-2可得結(jié)論：電壓表需要擴大的量程越大，所串聯(lián)的倍壓器的阻值應(yīng)越大。2．交流電壓的測量圖9-9交流電壓測量電路a)電壓表直接接入電路b)具有電壓互感器擴程的測量電路習(xí)題2-12-32-5第三節(jié)電阻的測量

通常將阻值:在1Ω以下的電阻稱為小電阻1Ω~0.1MΩ之間的電阻稱為中電阻0.1MΩ以上的電阻稱為大電阻一、伏安法

圖9-10伏安法測電阻a)電流表內(nèi)接測量電路b)電流表外接測量電路1．電流表內(nèi)接測量電路只有當(dāng)RA<<RX時，忽略RA

結(jié)論：該測量電路只適用RA<<RX的情況，即適用于測量大阻值的電阻。2．電流表外接測量電路只有當(dāng)RX<<RV即RX/RV很小可以忽略時結(jié)論：該測量電路只適用RX<<RV的情況，即適用于測量低阻值的電阻。二、歐姆表法

1.歐姆表的基本組成圖9-11歐姆表基本電路圖中RX為被測電阻。2.歐姆表的測量原理在圖9-11中，根據(jù)歐姆定律可知流過被測電阻的電流IX為圖9-12歐姆表的刻度三、電橋法

電橋分直流電橋和交流電橋。直流電橋用來精確測量電阻，而交流電橋一般用來精確測量電容、電感等。根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同:直流電橋分為單臂電橋和雙臂電橋。1.直流單臂電橋直流單臂電橋又稱惠斯登電橋。通常用于1Ω~0.1MΩ中電阻的測量。圖9-13直流單臂電橋面板1—比較臂旋鈕2—比例臂旋鈕3—檢流計（1）直流單臂電橋的工作原理圖9-14直流單臂電橋原理電路調(diào)節(jié)橋臂可調(diào)電阻使得檢流計的電流為0，即Ubd=0電橋平衡

（9-4）

（9-5）

由于檢流計中的電流為0IX=I2，I4=I3

將其代入式9-4并除以式9-5（9-6）

（2）直流單臂電橋的使用方法（以QJ23型電橋為例）

1）使用前先檢查電池，電壓偏低應(yīng)及時更換。使用外接電源時注意極性，電壓不能超過規(guī)定值。2）打開檢流計的機械鎖扣。3）調(diào)整好檢流計的機械零位。4）接入被測電阻RX。5）估計被測電阻的阻值大小,選好適當(dāng)?shù)谋堵?使電橋比較臂的四檔都用上,這樣可使設(shè)備得到充分利用,可以獲得四位有效數(shù)字的讀數(shù).若其讀數(shù)為幾千幾百幾十Ω時,倍率應(yīng)選為1；若讀數(shù)為幾十幾點幾幾Ω時,倍率應(yīng)選0.01;若讀數(shù)為幾點幾幾幾Ω時,倍率就該選為0.001.6）先按下電源按鈕，再按下檢流計按鈕。7）若檢流計指針向“+”或向“-”偏轉(zhuǎn)，需將比較臂的數(shù)值調(diào)小或調(diào)大，使指針指在零位。這時可以讀出比較臂的示數(shù)幾千幾百幾十幾，再乘上倍率的大小，即為被測電阻的阻值。8）先斷開檢流計安鈕，然后斷開電源按鈕。9）拆下被測電阻。10）鎖上檢流計的機械鎖扣。2．直流雙臂電橋直流雙臂電橋雙稱凱爾文電橋，是用于1Ω以下的小電阻測量。圖9-15直流雙臂電橋面板1—比例臂旋鈕2—比較臂旋鈕3—檢流計直流雙臂電橋的使用應(yīng)注意以下兩個問題：1）被測電阻的接入，應(yīng)采用“四端接法”。2)直流雙臂電橋的工作電流很大，應(yīng)該經(jīng)常注意電源電池的消耗情況，消耗嚴(yán)重的應(yīng)及時換新電池。測量操作時，動作要迅速。圖9-16雙臂電橋與被測電阻的接法一般的電阻元件如線圈等只有兩個端頭，可按圖9-16所示引出四根接線，再接入電橋。四、兆歐表法

兆歐表法就是用兆歐表測量電阻的方法.兆歐表俗稱搖表,是專門用來測量大電阻的儀表。圖9-17兆歐表a)外形b)標(biāo)度尺1．兆歐表的結(jié)構(gòu)和規(guī)格2．兆歐表的選用3．兆歐表的接線和測量方法兆歐表有三個接線柱，其中兩個較大的接線柱上分別標(biāo)有“接地”E和“線路”L，另一個較小的接線柱上標(biāo)有“保護環(huán)”或“屏蔽G”。（1）測量照明或電力線路對地的絕緣電阻。按圖9-18a把線接好，順時針搖搖把，轉(zhuǎn)速由慢變快，約1min后，發(fā)電機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定時（120r/min），表針也穩(wěn)定下來，這時表針指示的數(shù)值就是所測得的絕緣電阻。（2）測量電機的絕緣電阻。將兆歐表的接線柱E接機殼，L接電機的繞組，如圖9-18b所示，然后進行搖測。（3）測量電纜的絕緣電阻。測量電纜的線芯和外殼的絕緣電阻時，除將外殼接E，線芯接L外，中間的絕緣層還需和G相接，如圖9-18c所示。圖9-18兆歐表測量電路a）測量線路的絕緣電阻b）測量電機的絕緣電阻c）測量電纜的絕緣電阻4．使用兆歐表的注意事項（1）測量電器設(shè)備絕緣電阻時，必須先斷電，經(jīng)放電后才能測量。（2）測量時兆歐表應(yīng)放在水平位置上，未接線前先轉(zhuǎn)動兆歐表做開路試驗，指針是否指在“∞”處，再把L和E短接，輕搖發(fā)電機，看指針時否指在“0”，若開路指“∞”，短路指“0”，則說明兆歐表的好的。短路試驗時，時間不能過長，否則會損壞儀表。（3）兆歐表接線柱的引線應(yīng)采用絕緣良好的多股軟線，同時各軟線不能絞在一起。（4）兆歐表測完后立即使被測物放電，在兆歐表搖把未停止轉(zhuǎn)動和被測物未放電前，不可用手去觸及被測物的測量部分或進行拆除導(dǎo)線，以防觸電。習(xí)題3-13-23-5第四節(jié)萬用表

萬用表分為模擬式和數(shù)字式兩大類。一、模擬式萬用表

主要由表頭、測量電路和轉(zhuǎn)換開關(guān)三部分組成。1）表頭2）測量電路3）轉(zhuǎn)換開關(guān)表頭的靈敏度決定了整個萬用表的靈敏度。用來切換測量電路，實現(xiàn)對測量種類和量程的換接。把各種被測量轉(zhuǎn)換到適合表頭測量的微小電流。圖9-19MF47型萬用表面板圖

1—表盤

2—機械調(diào)零螺絲

3—電氣調(diào)零旋鈕

4—轉(zhuǎn)換開關(guān)旋鈕

5—測量種類和量程

6—表筆插孔

7—晶體管插座

2．萬用表的表盤圖9-20萬用表的表盤示例（1）弧形標(biāo)度尺（2）常用符號及其意義3.萬用表的使用使用萬用表時，必須注意以下幾點：（1）插孔（或接線柱）的選擇.（2）測量擋位的選擇（3）量程的選擇（4）正確讀數(shù)（5）歐姆擋的使用（6）注意操作安全（7）萬用表的保管二、數(shù)字萬用表

圖9-21模擬萬用表的測量過程圖9-22數(shù)字萬用表的測量過程1．?dāng)?shù)字萬用表的基本組成（1）模擬電路。（2）A/D轉(zhuǎn)換器。（3）數(shù)字電路。（4）顯示器電路。其中模擬電路包括功能選擇電路，各種變換器電路，量程選擇電路。圖9-23普通數(shù)字萬用表基本組成框圖2．?dāng)?shù)字萬用表的面板（以DT830型為例）（1）電源開關(guān)。作用:（2）顯示屏（LCD）。（3）hFE插口。（4）輸入插口。（5）量程轉(zhuǎn)換開關(guān)。圖9-24DT830型數(shù)字萬用表面板

3．?dāng)?shù)字萬用表的基本使用方法1）電壓測量2）電流測量3）電阻測量4）二極管的測量5）hFE值測量6）電路通、斷的檢查4．使用注意事項1）儀表的使用或存放應(yīng)避免高溫（>40℃）、寒冷（<0℃）、陽光直射、高濕度及強烈振動環(huán)境。2）數(shù)字萬用表在剛測量時，顯示屏上的數(shù)值會有跳數(shù)現(xiàn)象，這是正常的，應(yīng)當(dāng)待顯示數(shù)值穩(wěn)定后（約1~2s）才能讀數(shù)，切勿用最初跳數(shù)變化中的某一數(shù)值，當(dāng)作測量值讀取。另外，被測元器件的引腳因日久氧化或銹污，造成被測元件和表筆之間接觸不良，顯示屏?xí)霈F(xiàn)長時間的跳數(shù)現(xiàn)象，無法讀取正確測量值。這時應(yīng)先清除氧化層和銹污，使表筆接觸良好后再測量。3）測量時，如果顯示屏上只有“半位”上的讀數(shù)1，則表示被測數(shù)據(jù)超出所在量程范圍（二極管測量除外），稱為溢出。這時說明量程選得太小，可換高一擋量程再測試。4）數(shù)字萬用表的功能多，量程擋位也多。這樣相鄰兩個擋位之間的距離便很小。因此轉(zhuǎn)換量程開關(guān)時動作要慢，用力不要過猛。在開關(guān)轉(zhuǎn)換到位后，再輕輕地左右撥動一下，看看是否真的到位，以確保量程開關(guān)接觸良好。5）嚴(yán)禁在測量的同時旋動量程開關(guān)，特別是在測量高電壓、大電流的情況下。以防產(chǎn)生電弧燒壞量程開關(guān)。6）交流電壓擋只能直接測量低頻（小于500Hz）正弦波信號。7）測量晶體管hFE值時，由于工作電壓僅為2.8V，且考慮

Ube的影響，因此，測量值偏高，只能是一個近似值。8）大部分?jǐn)?shù)字萬用表測試一些連續(xù)變化電量的過程，如觀察電容器的充放電過程，不如模擬式萬用表方便直觀。這時可采用數(shù)字表和模擬表結(jié)合使用，或者選用3.5位自動量程數(shù)字/模擬條圖雙顯示萬用表，如DT960型或DT960T型，它們具有數(shù)字、模擬雙重顯示功能。9）測10Ω以下精密小電阻時（200Ω擋），先將兩表筆短接，測出表筆電阻（約0.2Ω），然后在測量中減去這一數(shù)值。10）在使用各電阻擋、二極管擋、通斷擋時，紅表筆接“V·Ω”插孔（帶正電），黑表筆接“COM”插孔。這與模擬式萬用表在各電阻擋時的表筆帶電極性恰好相反，使用時應(yīng)特別注意。11）盡管數(shù)字萬用表內(nèi)有比較完善的各種保護電路，使用時仍應(yīng)避免誤操作，如不能用電阻擋去測220V交流電壓等。以免帶來不必要的損失。12）測量完畢，應(yīng)關(guān)閉電源。如長期不用，應(yīng)取出電池，以免因電池變質(zhì)損壞儀表。5．應(yīng)用實例1）用DT830型數(shù)字萬用表作感應(yīng)測電器2）判別發(fā)光二極管的好壞圖9-26單色LED的檢查

圖9-27變色LED的檢查

圖9-28HDR-2型數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)

習(xí)題4-14-2第五節(jié)電功率及電能的測量

一、電功率的測量

圖9-29功率表的結(jié)構(gòu)與符號a)結(jié)構(gòu)示意圖b)圖形符號1．功率表的量程2．功率表的選擇及正確使用1）功率表量程的正確選擇[例9-3]有一感性負(fù)載，功率P約為800W，電壓U為220V，功率因數(shù)為0.8，需要用功率表去測量它的功率，應(yīng)怎樣選擇功率表的量程？解：

因負(fù)載電壓為220V，所以功率表的電壓量程應(yīng)大于220V，負(fù)載電流I約為功率表電流量程的選擇應(yīng)大于4.55A，可選額定電壓為300V，額定電流為5A的功率表，此時功率表的功率量程為300×5W=1500W，顯然滿足了負(fù)載功率800W的要求。2）功率表的正確接線圖9-30功率表的正確接線

a)

b)

a)電壓線圈前接電路

b)電壓線圈后接電路

（3）功率表的正確讀數(shù)PX——被測電路功率

（9-6）

C——功率表分格常數(shù)

——指針偏轉(zhuǎn)的格數(shù)。

（9-7）

UN——功率表的額定電壓（電壓量程）

IN——功率表的額定電流（電流量程）

PN——功率表的功率量程

——功率表標(biāo)度尺滿刻度的格數(shù)

[例9-4]用額定電壓UN=300V、額定電流IN=5A、標(biāo)度尺滿刻度格數(shù)=150格的功率表測量某電路的功率，功率表指針偏轉(zhuǎn)格數(shù)=80格，問該電路的功率為多少？解：功率表的分格常數(shù)為由式（9-6）PX=C=10×80W=800W。

3．三相交流電功率的測量（1）三相四線制對稱負(fù)載的功率測量（一表法）（9-8）圖9-31一表法三相功率測量電路（2）三相三線制電路的功率測量（二表法）（9-9）

由圖9-32圖9-32二表法三相功率測量電路兩表法測量功率的測量原理如下：設(shè)負(fù)載為星形聯(lián)接（負(fù)載若為三角形聯(lián)接可等效變換成星形聯(lián)接），三相負(fù)載的瞬時功率為因為三相三線制電路中:將上兩式中代入平均功率公式中可得結(jié)論:兩表法測量三相電路功率，兩表讀數(shù)之代數(shù)和為三相電路總功率。（3）三相四線制不對稱負(fù)載的功率測量（三表法）圖9-33三表法三相功率測量電路

二、電能的測量a)b)圖9-34單相電度表a)外形b)符號1．電能測量方法（1）單相交流電能的測量圖9-35單相電能直接測量電路

（2）三相四線制電能的測量完全對稱:W=3W1

（9-10）

不對稱:W=W1+W2+W3

圖9-37三相四線有功電度表直接測量電路

（3）三相三線制電能的測量W=W1+W2

圖9-38三相三線制有功電度表直接測量電路

2．電度表電壓與電流的選擇3．電度表的讀數(shù)圖9-39電度表顯示窗口讀數(shù)

5-15-25-3習(xí)題本章小結(jié)一、電工測量的任務(wù)與電工儀表電工測量的主要任務(wù)是指對電流、電壓、電阻、電功率、電能等電工量的測量，測量各種電工量的儀器儀表統(tǒng)稱為電工儀表。2.常用的電工測量方法有直接測量、間接測量和比較測量三種:1）直接測量法是指通過電工儀表直接讀出被測量數(shù)值的一種方法，例如用電壓表測電壓，用電流表測電流，用功率表測功率等。2）間接測量法是指測量時只能測出與被測量有關(guān)的幾個量，然后通過對這幾個量的計算求出被測量數(shù)值的方法，例如用伏安法測電阻。3）比較測量法是指將被測量與標(biāo)準(zhǔn)量進行比較從而測得被測量數(shù)值的一種方法。例如用電橋測量電阻。3．電工儀表一般分為直讀式和比較式兩大類。其中直讀式儀表按被測對象可以分為電流表、電壓表、歐姆表、兆歐表、功率表、電度表、頻率表、功率因數(shù)表等；按照被測電流種類:為直流表、交流表和交直流兩用表；按照工作原理可分為磁電系儀表、電磁系儀表、感應(yīng)系儀表等。4．電工儀表的準(zhǔn)確度等級分為：0.1、0.2、0.5、1、1.5、2.5、5.0共七級。二、電流與電壓的測量1．測量電流用電流表并將電流表串聯(lián)在被測電路中，測量電壓用電壓表并將電壓表并聯(lián)在被測電壓兩端。2．測量直流電用直流表（或交直流兩用表），直流表有極性，使用時應(yīng)注意，不能接反；測量交流電用交流表（或交直流兩用表），交流表不分極性。三、電阻的測量1．1Ω以下的電阻稱為小電阻，1Ω~0.1MΩ的電阻稱為中電阻，0.1MΩ以上的電阻稱為大電阻。2．電阻的一般測量可用歐姆表（或萬用表的歐姆擋）進行測量，測量方法簡單，但誤差較大。采用伏安法進行測量準(zhǔn)確性較高，但比較麻煩。3．電橋分直流電橋和交流電橋，直流電橋能夠精確地測量電阻。直流電橋又有單臂電橋和雙臂電橋之分，單臂電橋能精確地測量中電阻，而雙臂電橋?qū)Ｓ脕砭_地測量小電阻。4．兆歐表又稱搖表，是一種可攜式儀表，它是專門測