《電子與電工技術》課件第2章

2.1電工儀表基本知識2.2電流、電壓和電功率的測量2.3萬用表

2.4兆歐表2.5電能表實訓一利用萬用表測量相關參數小結

習題

第2章常用電工測量儀表2.1.1電工儀表的種類

1．按工作原理分類

電工儀表按工作原理分為磁電式、電磁式、電動式、感應式等儀表。

2．按準確度等級分類

電工儀表按準確度等級共分七級，分別為0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0。儀表準確度γ通常用百分數表示，即2.1電工儀表基本知識

3．按測量方法分類

電工儀表按測量方法主要分為直讀式儀表和比較式儀表。直讀式儀表根據儀表指針所指位置從刻度盤上直接讀數，如電流表、萬用電表、兆歐表等。比較式儀表是將被測量與已知的標準量進行比較來測量，如電橋、接地電阻測量儀等。

【例2-1】

分別計算用量程100V、精確度1.0級的電壓表和量程50V、精確度1.5級的電壓表測量40V電壓時，哪一個的相對誤差大。

解用量程100V、精確度1.0級的電壓表測量時，絕對誤差為相對誤差為用量程50V、精確度1.5級的電壓表測量時，絕對誤差為相對誤差為2.1.2電工儀表的常用符號

為了正確和方便地使用電工儀表，我們應了解各種常用電工儀表的符號及其意義。

電工儀表的常用符號如表2-1所示。表2-1電工儀表的常用符號2.2.1電流的測量

電流的測量一般使用電流表。

測量電流時，無論是直流電還是交流電，都應把電流表與負載串聯在電路中。

如果是直流電，則在接線時要注意儀表的極性(交流電則不用考慮儀表的極性)，并選擇適當的量程；測量大電流時，應配用分流器。直、交流情況下電流表直接測量和間接測量的接法如圖2-1所示。在用帶有分流器的儀表進行測量時，應將分流器的電流端鈕串接入電路中，表頭由外導線接在分流器的電位端鈕上。2.2電流、電壓和電功率的測量圖2-1直、交流情況下電流表直接測量和間接測量的接法

2.2.2電壓的測量

電壓的測量一般使用電壓表。

測量電壓時，無論是直流電還是交流電，電壓表都應并聯在線路中測量，并應根據被測電壓的大小選用電壓表的量程，量程要大于被測線路的電壓，否則有可能損壞儀表。測量直流電壓時，還應注意儀表的極性標記，不可有錯。如用小量程電壓表測量高電壓時，必須配用電壓互感器，接線如圖2-2所示。圖2-2直、交流情況下電壓表直接測量和間接測量的接法

2.2.3電功率的測量

1．直流電路功率的測量

按圖8-3所示接線測量，功率P等于電壓表與電流表讀數的乘積，即P=UI。圖2-3(a)適用于RV遠大于RZ的情況；圖2-3(b)適用于RA遠小于RZ的情況。RZ、RV、RA分別為負載電阻、電壓表內阻和電流表內阻。

按圖2-4所示接線測量，功率表的讀數就是被測負載的功率。圖2-3用電壓表、電流表測量功率的電路

圖2-4用功率表測量功率的電路

2．單相交流電路功率的測量

功率表(又叫瓦特表)是一種電動式儀表，可用于測量直流電路和交流電路的功率。它有兩組線圈，一組是電流線圈，另一組是電壓線圈。它的指針偏轉(讀數)與電壓、電流以及電壓與電流之間的相角差的余弦乘積成正比，因此可用它測量電路的功率。由于它的讀數與電壓、電流之間的相角差有關，因此電流線圈與電壓線圈必須按照規(guī)定的方式進行連接。在儀表上注有“*”或“±”號的端點應接在一起，如圖2-5(a)所示，如果接成圖2-5(b)是不正確的。圖2-5功率表測量的接線

當需要對高壓電路或大電流電路進行功率測量而功率表的量程不夠時，可按圖2-6接線。這時電路的功率為式中：P——被測功率；

P1——功率表的讀數；

K1——電流互感器一次側電流與二次側電流之比；K2——電壓互感器一次側電壓與二次側電壓之比。圖2-6用電流互感器和電壓互感器測量單相交流電路功率的電路

當測量較小功率負載的有功功率時，為減小誤差，需采用小功率的功率表。圖2-7所示是以D26—W功率表為例的功率表接線圖。圖2-7D26—W型功率表的串聯、并聯接線及工作原理圖

3．三相交流電路功率的測量

這里只介紹有功功率的測量。用單相功率表進行測量時的接線方法如圖2-8所示，其中：

P=P1+P2+P3(三計瓦法)

而用三相有功功率表測量時，儀表的接法如圖2-9所示。當采用電壓或電流互感器時，電路的實際功率P為電表的讀數P1乘以電壓互感器和電流互感器的比率，即

P=P1×K1×K2

圖2-8三相四線制電路功率的測量接線

圖2-9三相有功功率表的接線

2.3.1萬用表的結構

萬用表主要由表頭、測量電路及轉換開關等三個主要部分組成。圖2-10所示為MF500型萬用表的外形和電路圖。2.3萬用表圖2-10MF500型萬用表

2．測量電路

測量電路用來把各種被測量轉換成適合表頭測量的直流微小電流。

3．轉換開關

轉換開關用來選擇各種不同的測量電路，以滿足不同種類和不同量程的測量要求。2.3.2萬用表(MF500B型)的使用方法

在使用萬用表前，必須將萬用表面板上的各控制器的作用以及標尺結構和各種符號的意義搞清楚，否則容易造成測量錯誤或損壞電表；同時，應檢查儀表指針是否指在機械零

位上，如不在零位，應旋轉表蓋上的調零器S3，使指針指在零位上。打開儀表后面的電池蓋板，裝入2號(1.5V)、層疊6F22(9V)電池各一節(jié)。將測試棒(紅、黑)表筆分別插入儀表的“+”、“-”插座內，即可使用。1．直流電流測量(DCmA)

2．交流電流測量(ACA)

3．直流電壓測量(DCV)

4．交流電壓測量(ACV)

5．電阻測量(Ω)

6．負載電流LI(μA、mA)和負載電壓LV(V)測量

表2-2是測量滿度電流和測量電壓時Ω擋的選擇。表2-2Ω擋滿度電流LI及電壓參數表

7．直流電容測量(C(μF))

首先將Ω擋旋至被測電容容量大約范圍的擋位上(見表2-3)(注意：應將Ω擋校準調零)。

將被測電容接表筆兩端，表針擺動最大指示值即為該電容的電容容量。隨后表針將逐步退回，表針停止位置即為該電容的品質因數(損耗電阻值)。表盤讀數為第七條刻度

C(μF)。

8．音頻電平測量(dB)表2-3電容測量范圍擋位選擇2.3.3操作注意事項

在使用萬用表時，要注意手不可觸及測試棒的金屬部分，以保證安全和測量的準確性。

在測量較高電壓或大電流時，不能帶電轉動轉換開關，否則有可能使開關燒壞；同時，測量未知量的電壓或電流時，應先選擇最高量程來測量，再降至合適擋位測量。萬用表用完后，最好將轉換開關轉到交流電壓最大量程擋。平時要養(yǎng)成正確使用的習慣，每當測試棒接觸被測線路前，應再作一次全面的檢查，看看各部分是否有誤。兆歐表又叫搖表，是一種簡便、常用的測量高電阻的直讀式儀表。例如，型號為ZC25—3的兆歐表如圖2-11所示。兆歐表一般用來測量電路、電機繞組、電纜、電氣設備等的絕緣電阻。如果用萬用表來測量設備的絕緣電阻，那么測得的只是在低電壓下的絕緣電阻值，不能真正反映在高電壓條件下工作時的絕緣性能。2.4兆歐表圖2-11兆歐表外形

2.4.1兆歐表的結構與原理

兆歐表主要由兩部分組成：一部分是手搖直流發(fā)電機，另一部分是磁電式流比計測量機構及接線柱(L、E、G)。手搖發(fā)電機有離心式調速裝置，搖動發(fā)電機時使發(fā)電機能以恒定的速度轉動，保持輸出穩(wěn)定。

圖2-12為具有丁字形線圈的磁電式流比計測量機構圖，圖中可動線圈1和線圈2呈丁字形交叉放置，并共同固定在轉軸上。圓柱形鐵芯5上開有缺口，且極掌4做成不均勻的空氣隙。電路中的電流靠不產生力矩的游絲導入可動線圈。圖2-12磁電式流比計測量機構圖

當用兆歐表測量絕緣電阻時，用手搖發(fā)電機使其達到額定轉速。此時發(fā)電機發(fā)出的電壓U加在儀表可動線圈和被測電阻Rx上，如圖2-13所示?？蓜泳€圈1、電阻R1和被測電

阻Rx串聯，可動線圈2和R2串聯，形成兩個并聯支路。兩個可動線圈的電流分別是：式中：r1是可動線圈1的電阻；r2是可動線圈2的電阻。兩式相比得：式中R1、R2、r1、r2為定值，只有Rx是變量?？梢?，被測電阻Rx的改變必將引起電流比值I1／I2的改變。由于兩個繞組繞向相反，當電流I1和電流I2分別流過兩個線圈時，在永久磁場的作用下分別產生兩個相反的力矩，即轉動力矩M1和反作用力矩M2。當M1=M2時，儀表可動部分達到平衡，使指針停留在某一位置上，指示出被測電阻的數值。指針偏轉角只隨Rx的大小而改變，而與發(fā)電機端電壓無關。圖2-13兆歐表原理電路圖

2.4.2兆歐表的使用方法及注意事項

使用兆歐表前的準備工作如下：

(1)檢查兆歐表是否能正常工作。

(2)檢查被測電氣設備和電路，看是否已全部切斷電源。

(3)測量前，應對設備和線路先行放電，以免設備或線路的電容放電危及人身安全和損壞兆歐表，這樣還可以減少測量誤差。

(4)兆歐表應按被測電氣設備或線路的電壓等級選用，一般額定電壓在500V以下的設備可選用500V或1000V的兆歐表，若選用過高電壓的兆歐表，可能會損壞被測設備的絕緣。在測量電氣設備對地絕緣電阻時，“L”用單根導線接設備的待測部位，“E”用單根導線接設備外殼；在測電氣設備內兩繞組之間的絕緣電阻時，應將“L”和“E”分別接兩繞組的接線端；在測量電纜的絕緣電阻時，為消除因表面漏電產生的誤差，應將“L”接線芯，“E”接外殼，“G”接線芯與外殼之間的絕緣層?！癓”、“E”、“G”與被測物的連接線必須用單根線且絕緣良好，不得絞合，表面不得與被測物體接觸，如圖2-14所示。圖2-14兆歐表測量時的接線

電能表又叫電度表，是用來測量某一段時間內發(fā)電機發(fā)出的電能或負載消耗的電能的儀表。測量交流電路的有功電能時，為了顯示不斷增加的被測電能值，而采用一種“積算機構”，將儀表可動部分的轉數換成被測電能的數值，并用數字顯示出來。電能表按用電設備可分為單相、三相三線和三相四線電能表；按結構和工作原理可分為感應式(機械式)、靜止式(電子式)、機電一體式(混合式)電能表，如圖2-15所示。2.5電能表圖2-15單相和三相電能表的外形

2.5.1銘牌名稱及型號

以單相電能表為例，機械式電能表的型號為DD862-4，電子式電能表的型號為DDSY54。2.5.2電能表的技術參數

我們常用的單相電能表的額定電壓多為220V，三相電能表的額定電壓多為380V和220V/380V，帶電壓互感器的電能表的額定電壓多為100V。而頻率不分電壓多少都為50Hz。2.5.3電能表的工作原理

當把電能表接入被測電路時，電流線圈和電壓線圈中就有交變電流流過，這兩個交變電流分別在它們的鐵芯中產生交變的磁通；交變磁通穿過鋁盤，在鋁盤中感應出渦流；渦流又在磁場中受到力的作用，從而使鋁盤得到轉矩(主動力矩)而轉動。負載消耗的功率越大，通過電流線圈的電流越大，鋁盤中感應出的渦流也越大，使鋁盤轉動的力矩就越大。2.5.4電能表的接線

機械式單相電能表的接線如圖2-16所示，表的電流線圈與負載串聯，電壓線圈與負載并聯。

三相三線有功電能表、三相四線有功電能表的結構基本上與單相有功電能表相同，不同的是三相電能表具有二組(三線表)或三組(四線表)電壓、電流線圈。機械式三相四線有功電能表的接線如圖2-17所示。圖2-16機械式單相電能表的接線

圖2-17機械式三相四線電能表的接線

2.5.5電能表使用注意事項

(1)選擇電能表時，應注意電能表的額定電壓、額定電流是否合適。

(2)電能表應安裝在干燥、清潔、較明亮、不易損壞、無振動、無腐蝕性氣體、不受強磁場影響及便于裝拆表和抄表的場所。

(3)接線時應分清接線端子及其首尾端；三相電能表應按正相序接線；經電流互感器接線者極性必須正確；電壓線圈連接線應采用1.5mm2銅芯絕緣導線，電流線圈連接線直接接入者應采用與線路導電能力相當的銅芯絕緣導線；若經電流互感器接入者，應采用2.5mm2銅芯絕緣導線?；ジ衅鞯亩尉€圈和外殼應當接地。

(4)凡經互感器接入的電度表，其讀數要乘以互感器的變流比，才是實際讀數值。

(5)在低電壓(不超過500V)和小電流(幾十安)的情況下，電能表可直接接入電路進行測量。一、實驗目的

(1)認識實驗中的常用設備，了解日常的電源設備。

(2)學習萬用表的用法。

二、實訓要點

閱讀電工實驗室規(guī)則、實驗須知和電工實驗安全規(guī)則及本次實驗指導。

實訓一利用萬用表測量相關參數三、設備及儀表四、實驗內容、方法及步驟

(1)了解實驗臺的組成及其電源的引入和分配情況(聽教師介紹)。

(2)學習萬用表的一般用法。

(3)電壓的測量。

測量電壓前，先分清是測量直流或交流電壓，然后將開關打到相應的位置。對被測電壓的大小應預先有個估計，再選擇適當的量程(表示最大測量范圍)。

(4)直流電流的測量。

電流量程和電壓量程一樣表示最大的測量范圍，如把開關旋到500mA的量程，就是說它的測量范圍不能超過500mV，否則就會燒毀電表。

(5)電容、電感、音頻電平、hFE、lceo的測量。五、練習

(1)測量一只干電池的端電壓為()V。

(2)測量兩只干電池、三只干電池串聯的電池組的端電壓為()V。

(3)測量臺面上的兩只電阻分別為()Ω和()Ω。

(4)用萬用表的R×100擋測量一只二極管的正反向電阻，確定該二極管的正負極。

(5)把電阻與干電池串聯起來，測量線路中的直流電流是()。注意，不得在帶電情況下旋轉開關。

(6)在老師的指導下測量三相四線制的線電壓和相電壓，區(qū)分相線和中線。相電壓為()V，線電壓為()V。

(7)利用伏安法測量電阻，如圖2-18所示。

六、作業(yè)

總結正確使用萬用表的方法及注意事項。圖2-18伏安法測量圖

(1)電工指示儀表按工作原理分為磁電式、電磁式、電動式、感應式等儀表；按準確度等級分為七級，分別是0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0；按測量方法分為直讀式儀表和比較式儀表。每種儀表用不同的符號表示。

(2)電工測量時要根據實際需要選擇所用儀表的種類和準確度，并按測量大小的正確選擇相應的量