常用電工儀表 演示文稿

第3單元

常用電工儀表

內(nèi)容提要

本章對萬用表的工作原理、操作使用方法進(jìn)行重點介紹；對電流表、電壓表、鉗形電流表、兆歐表、接地電阻測定儀、功率表、電度表等的測量原理及使用方法逐一分析和介紹。3．1常用電工儀表知識測量電流、電壓、功率等電量的指示儀表，稱為電工測量儀表。3．1．1電工儀表的基本組成和工作原理基本組成框圖如圖3．1所示:

圖3．1電工指示儀表基本組成框圖基本工作原理：測量線路將被測電量或非電量轉(zhuǎn)換成測量機(jī)構(gòu)能直接測量的電量時，測量機(jī)構(gòu)活動部分在偏轉(zhuǎn)力矩的作用下偏轉(zhuǎn)。同時，測量機(jī)構(gòu)產(chǎn)生反作用力矩的部件所產(chǎn)生的反作用力矩也作用在活動部件上，當(dāng)轉(zhuǎn)動力矩與反作用力矩相等時，可動部分便停止下來。指出被測量的大小。3．1．2常用電工儀表的分類

按儀表的工作原理不同，可分為磁電式、電磁式、電動式、感應(yīng)式等；按測量對象不同，可分為電流表（安培表）、電壓表（伏特表）、功率表（瓦特表）、電度表（千瓦時表）、歐姆表以及多用途的萬用表等；按測量電流種類的不同，可分為單相交流表、直流表、交直流兩用表、三相交流表等；按使用性質(zhì)和裝置方法的不同，可分為固定式（開關(guān)板式）、攜帶式；按測量準(zhǔn)確度不同，可分為0．1、0．2、0．5、1．0、1．5、2．5、5．0共七個等級。3．1．3電工儀表的精確度

指在規(guī)定條件下使用時，可能產(chǎn)生的基本誤差占滿刻度的百分?jǐn)?shù)。測量準(zhǔn)確度的七個等級中，數(shù)字越小，儀表精確度越高，基本誤差越小。0．1級到0．5級的儀表，精確度較高，常用于實驗室作校檢儀表。1．5級以下的儀表，精確度較低，通常用作工程上的檢測與計量。3．2電流表與電壓表

電流表又稱為安培表，用于測量電路中的電流。電壓表又稱為伏特表，用于測量電路中的電壓。按其工作原理的不同，分為磁電式、電磁式、電動式三種類型，其原理與結(jié)構(gòu)分別如圖3．2（a）、（b）、（c）所示。

圖3．2電流表、電壓表的原理與結(jié)構(gòu)（a）磁電式

（b）電磁式

（c）電動式

3．2．1結(jié)構(gòu)與工作原理

1．磁電式儀表的結(jié)構(gòu)與工作原理

結(jié)構(gòu)：主要由永久磁鐵、極靴、鐵心、活動線圈、游絲、指針等組成。工作原理：當(dāng)被測電流流過線圈時，線圈受到磁場力的作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩繞中心軸轉(zhuǎn)動，帶動指針偏轉(zhuǎn)，游絲也發(fā)生彈性形變。當(dāng)線圈偏轉(zhuǎn)的電磁力矩與游絲形變的反作用力矩相平衡時，指針便停在相應(yīng)位置，在面板刻度標(biāo)尺上指示出被測數(shù)據(jù)。2．電磁式儀表的結(jié)構(gòu)與工作原理結(jié)構(gòu)：主要由固定部分和可動部分組成。以排斥型結(jié)構(gòu)為例，固定部分包括圓形的固定線圈和固定于線圈內(nèi)壁的鐵片，可動部分包括固定在轉(zhuǎn)軸上的可動鐵片、游絲、指針、阻尼片和零位調(diào)整裝置。儀表的結(jié)構(gòu)與工作原理

工作原理：當(dāng)固定線圈中有被測電流通過時，線圈電流的磁場使定鐵片和動鐵片同時被磁化，且極性相同而互相排斥，產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩。定鐵片推動動鐵片運動，動鐵片通過傳動軸帶動指針偏轉(zhuǎn)。當(dāng)電磁偏轉(zhuǎn)力矩與游絲形變的反作用力矩相等時，指針停轉(zhuǎn)，面板上指示值即為所測數(shù)值。3．電動式儀表的結(jié)構(gòu)與工作原理

結(jié)構(gòu)：由固定線圈、可動線圈、指針、游絲和空氣阻尼器等組成。

工作原理：當(dāng)被測電流流過固定線圈時，該電流變化的磁通在可動線圈中產(chǎn)生電磁感應(yīng)，從而產(chǎn)生感應(yīng)電流?？蓜泳€圈受固定線圈磁場力的作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩而發(fā)生轉(zhuǎn)動，通過轉(zhuǎn)軸帶動指針偏轉(zhuǎn)，在刻度板上指出被測數(shù)值。

3．2．2電流的測量

測量電流時，電流表必須與被測電路串聯(lián)。

1．

交流電流的測量通常采用電磁式電流表。

在測量量程范圍內(nèi)將電流表串入被測電路即可，如圖3．3所示。

測量較大電流時，必須擴(kuò)大電流表的量程?？稍诒眍^上并聯(lián)分流電阻或加接電流互感器，其接法如圖3．4所示。

圖3．3交流電流的測量

圖3．4用互感器擴(kuò)大交流電流表量程

2.直流電流的測量

通常采用磁電式電流表。

直流電流表有正、負(fù)極性，測量時，必須將電流表的正端鈕接被測電路的高電位端，負(fù)端鈕接被測電路的低電位端，如圖3．5所示。

被測電流超過電流表允許量程時，須采取措施擴(kuò)大量程。對磁電式電流表，可在表頭上并聯(lián)低阻值電阻制成的分流器，如圖3．6所示。

對電磁式電流表，可通過加大固定線圈線徑來擴(kuò)大量程。也可將固定線圈接成串、并聯(lián)形式做成多量程表，如圖3．7所示。圖3．5直流電流的測量

圖3．6用分流器擴(kuò)大量程

電磁式電流表擴(kuò)大量程

圖3．7電磁式電流表擴(kuò)大量程3．2．3電壓的測量測量電壓時，電壓表必須與被測電路并聯(lián)。

1.交流電壓的測量測量交流電壓通常采用電磁式電壓表。在測量量程范圍內(nèi)將電壓表直接并入被測電路即可，如圖3．8所示。用電壓互感器來擴(kuò)大交流電壓表的量程，如圖3．9所示。圖3．8交流電壓的測量圖3．9用互感器擴(kuò)大交流電壓表量程

2．

直流電壓的測量通常采用磁電式電壓表。

直流電壓表有正、負(fù)極性，測量時，必須將電壓表的正端鈕接被測電路的高電位端，負(fù)端鈕接被測電路的低電位端，如圖3．10所示。

在電壓表外串聯(lián)分壓電阻擴(kuò)大量程，如圖3．11所示。圖3．10直流電壓的測量圖3．11串分壓電阻擴(kuò)大量程

3．3萬用表

以MF30型指針式萬用表和DT840型數(shù)字式萬用表為例，了解其結(jié)構(gòu)和性能，學(xué)會使用萬用表正確測量電壓、電流、電阻等基本電量的方法，熟悉有關(guān)使用的注意事項。3．3．1指針式萬用表1．指針式萬用表的結(jié)構(gòu)主要由表頭、測量線路、轉(zhuǎn)換開關(guān)三部分組成。外形結(jié)構(gòu)如圖3．12所示。使用指針式萬用表，主要注意下面幾點：

(1)使用前，應(yīng)將表頭指針調(diào)零。(2)測量前，應(yīng)根據(jù)被測電量的項目和大小，將轉(zhuǎn)換開關(guān)撥到合適的位置。

(3)測量完畢，應(yīng)將轉(zhuǎn)換開關(guān)撥到最高交流電壓檔，有的萬用表（如500型）應(yīng)將轉(zhuǎn)換開關(guān)撥到標(biāo)有“．”的空檔位置。

MF30型萬用表的外形結(jié)構(gòu)圖3．12MF30型萬用表的外形結(jié)構(gòu)

2．

交流電壓的測量

（1）測量前，將轉(zhuǎn)換開關(guān)撥到對應(yīng)的交流電壓量程檔。如果事先不知道被測電壓大小，量程宜放在最高檔，以免損壞表頭。（2）測量時，將表筆并聯(lián)在被測電路或被測元器件兩端。嚴(yán)禁在測量中撥動轉(zhuǎn)換開關(guān)選擇量程。（3）測電壓時，要養(yǎng)成單手操作習(xí)慣，且注意力要高度集中。（4）由于表盤上交流電壓刻度是按正弦交流電標(biāo)定的，如果被測電量不是正弦量，誤差會較大。（5）可測交流電壓的頻率范圍一般為45HZ∽1000HZ，如果超過范圍，誤差會增大。3．

直流電壓的測量

測量方法與交流電壓基本相同，但要注意下面二點：

（1）與測量交流電壓一樣，測量前要將轉(zhuǎn)換開關(guān)撥到直流電壓的檔位上，在事先不清楚被測電壓高低的情況下，量程宜大不宜??；測量時，表筆要與被測電路并聯(lián)，測量中不允許撥動轉(zhuǎn)換開關(guān)。（2）測量時，必須注意表筆的正負(fù)極性。紅表筆接被測電路的高電位端，黑表筆接低電位端。若表筆接反了，表頭指針會反打，容易打彎指針。如果不知道被測點電位高低，可將表筆輕輕地試觸一下被測點。若指針反偏，說明表筆極性反了，交換表筆即可。

直流電流、電阻的測量

4．直流電流的測量

（1）測量時，萬用表必須串入被測電路，不能并聯(lián)。

（2）必須注意表筆的正、負(fù)極性。測量時，紅表筆接電路斷口高電位端，黑表筆接低電位端。

（3）在不清楚被測電流大小情況下，量程宜大不宜小。嚴(yán)禁在測量中撥動轉(zhuǎn)換開關(guān)選擇量程。

5．

電阻的測量

（1）正確選擇電阻倍率檔，使指針盡可能接近標(biāo)度尺的幾何中心，可提高測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

（2）嚴(yán)禁在被測電路帶電的情況下測量電阻。

（3）測量時，直接將表筆跨接在被測電阻或電路的兩端，注意不能用手同時觸及電阻兩端，以避免人體電阻對讀數(shù)的影響。

（4）測量熱敏電阻時，應(yīng)注意電流熱效應(yīng)會改變熱敏電阻的阻值。

3．3．2數(shù)字式萬用表

1．?dāng)?shù)字式萬用表的結(jié)構(gòu)

DT840型數(shù)字式萬用表的面板結(jié)構(gòu)如圖3．13所示。

圖3．13DT840型數(shù)字式萬用表的面板結(jié)構(gòu)

數(shù)字萬用表的使用2．直流電壓、交流電壓的測量

先將黑表筆插入COM插孔，紅表筆插入V／Ω插孔，然后將功能開關(guān)置于DCV（直流）或ACV（交流）量程，并將測試表筆連接到被測源兩端，顯示器將顯示被測電壓值。

如果顯示器只顯示“1”，表示超量程，應(yīng)將功能開關(guān)置于更高的量程（下同）。

3．直流電流、交流電流的測量

先將黑表筆插入COM插孔，紅表筆需視被測電流的大小而定。如果被測電流最大為2A，應(yīng)將紅表筆插入A孔；如果被測電流最大為20A，應(yīng)將紅表筆插入20A插孔。再將功能開關(guān)置于DCA或ACA量程，將測試表筆串聯(lián)接入被測電路，顯示器即顯示被測電流值。

數(shù)字萬用表的使用4．電阻的測量

先將黑表筆插入COM插孔，紅表筆插入V／Ω插孔（注意：紅表筆極性此時為“＋”，與指針式萬用表相反），然后將功能開關(guān)置于OHM量程，將兩表筆連接到被測電路上，顯示器將顯示出被測電阻值。

5．二極管的測試

先將黑表筆插入COM插孔，紅表筆插入V／Ω插孔，然后將功能開關(guān)置于二極管檔，將兩表筆連接到被測二極管兩端，顯示器將顯示二極管正向壓降的mV值。當(dāng)二極管反向時則過載。根據(jù)萬用表的顯示，可檢查二極管的質(zhì)量及鑒別所測量的管子是硅管還是鍺管。（1）測量結(jié)果若在1V以下，紅表筆所接為二極管正極，黑表筆為負(fù)極；

（2）測量顯示若為550∽700mV者為硅管；150∽300mV者為鍺管。

數(shù)字萬用表的使用（3）如果兩個方向均顯示超量程，則二極管開路；若兩個方向均顯示“0”V，則二極管擊穿、短路。6．晶體管放大系數(shù)hFE的測試

將功能開關(guān)置于hFE檔，然后確定晶體管是NPN型還是PNP型，并將發(fā)射極、基極、集電極分別插入相應(yīng)的插孔。此時，顯示器將顯示出晶體管的放大系數(shù)hFE值。（1）基極判別

將紅表筆接某極，黑表筆分別接其它兩極，若都出現(xiàn)超量程或電壓都小，則紅表筆所接為基極；若一個超量程，一個電壓小，則紅表筆所接不是基極，應(yīng)換腳重測。

（2）管型判別

在上面測量中，若顯示都超量程，為PNP管；若電壓都?。?．5∽0．7V），則為NPN管。

數(shù)字萬用表的使用（3）集電極、發(fā)射極判別

用hFE檔判別。在已知管子類型的情況下（此處設(shè)為NPN管），將基極插入B孔，其它兩極分別插入C、E孔。若結(jié)果為hFE＝1∽10（或十幾），則三極管接反了；若hFE＝10∽100（或更大），則接法正確。

7．帶聲響的通斷測試

先將黑表筆插入COM插孔，紅表筆插入V／Ω插孔，然后將功能開關(guān)置于通斷測試檔（與二極管測試量程相同），將測試表筆連接到被測導(dǎo)體兩端。如果表筆之間的阻值低于約30Ω，蜂鳴器會發(fā)出聲音。

3．4鉗形電流表

用鉗形電流表可直接測量交流電路的電流，不需斷開電路。3．4．1結(jié)構(gòu)和工作原理

外形結(jié)構(gòu)如圖3．14所示。測量部分主要由一只電磁式電流表和穿心式電流互感器組成。穿心式電流互感器鐵心做成活動開口，且成鉗形，。

圖3．14鉗形電流表的外形結(jié)構(gòu)

鉗形電流表原理：當(dāng)被測載流導(dǎo)線中有交變電流通過時，交流電流的磁通在互感器副繞組中感應(yīng)出電流，使電磁式電流表的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，在表盤上可讀出被測電流值。

3．4．2使用方法1．測量前，應(yīng)檢查指針是否在零位，否則，應(yīng)進(jìn)行機(jī)械調(diào)零。

2．測量時，量程選擇旋鈕應(yīng)置于適當(dāng)位置，以便測量時指針處于刻度盤中間區(qū)域，減少測量誤差。

3.如果被測電路電流太小，可將被測載流導(dǎo)線在鉗口部分的鐵心上纏繞幾圈再測量，然后將讀數(shù)除以穿入鉗口內(nèi)導(dǎo)線的根數(shù)即為實際電流值。4.測量時，將被測導(dǎo)線置于鉗口內(nèi)中心位置，可減小測量誤差。5.鉗形表用完后，應(yīng)將量程選擇旋鈕放至最高檔.

3．5兆歐表

一種測量電器設(shè)備及電路絕緣電阻的儀表。

3．5．1結(jié)構(gòu)和工作原理

外形如圖3．15（a）所示。主要包括三個部分：手搖直流發(fā)電機(jī)（或交流發(fā)電機(jī)加整流器）、磁電式流比計、接線樁（L、E、G）。

工作原理可用圖3．15（b）來說明。

圖3．15兆歐表的外形和工作原理示意圖（a）外形

（b）工作原理

3．5．2使用方法

1．

測量前的檢查（1）檢查兆歐表是否正常。

（2）檢查被測電氣設(shè)備和電路，看是否已切斷電源。

（3）測量前應(yīng)對設(shè)備和線路進(jìn)行放電，減少測量誤差。2.使用方法

（1）將兆歐表水平放置在平穩(wěn)牢固的地方，

（2）正確連接線路。

（3）搖動手柄，轉(zhuǎn)速控制在120r/min左右，允許有±20%的變化，但不得超過25%。搖動一分鐘后，待指針穩(wěn)定下來再讀數(shù)。

（4）兆歐表未停止轉(zhuǎn)動前，切勿用手觸及設(shè)備的測量部分或搖表接線樁。

（5）禁止在雷電時或附近有高壓導(dǎo)體的設(shè)備上測量絕緣。

（6）應(yīng)定期校驗，檢查其測量誤差是否在允許范圍以內(nèi)。

3．5．3兆歐表的選用

選用兆歐表主要考慮它的輸出電壓及測量范圍。

表3-1兆歐表選擇舉例

被

測

對

象

被測設(shè)備或線路額定電壓（V）選用的搖表（V）

線圈的絕緣電阻

500V以下

500500V以上

1000電機(jī)繞組絕緣電阻500V以下

1000變壓器、電機(jī)繞組絕緣電阻500V以上

1000∽2500電器設(shè)備和電路絕緣

500V以下

500∽1000500V以上

2500∽50003．6接地電阻測定儀

又稱接地?fù)u表，主要用于測量電氣系統(tǒng)、避雷系統(tǒng)等接地裝置的接地電阻和土壤電阻率。

以ZC-8型接地電阻測定儀為例介紹其結(jié)構(gòu)、工作原理、使用方法.外形及附件如圖3．16所示。圖3．16ZC-8型接地電阻測定儀外形及附件

3．6．1結(jié)構(gòu)和工作原理

結(jié)構(gòu)：ZC-8型接地電阻測定儀由高靈敏度的檢流計G、交流發(fā)電機(jī)M、電流互感器LH及調(diào)節(jié)電位器RP、測量用接地極E、電壓輔助電極P、電流輔助電極C等組成。原理：交流發(fā)電機(jī)M以120r/min的速度轉(zhuǎn)動時，產(chǎn)生90HZ∽98HZ的交變電流i，通過互感器LH的原邊、接地極E、電流輔助電極C形成回路。在接地電阻RX上產(chǎn)生電壓降i

RX，其電位分布如圖3．17中EP段曲線所示。通過PC之間地電阻RC產(chǎn)生的電壓降iRC的電位分布如圖3．17中曲線PC所示。圖3．17ZC-8型接地電阻測定儀原理電路接地電阻測量

設(shè)電流互感器比率為k，則副繞組中電流為ki，在調(diào)節(jié)電位器RP上產(chǎn)生電壓kiRP。由圖3．17可看出，檢流計G所測電壓實際是kiRP和i

Rx之間的電位差。調(diào)節(jié)RP，使檢流計指示為零，則有kiRP=iRX

RX=kRP

（3．4）

可見，所測得的接地電阻值，就是互感器比率與調(diào)節(jié)電位器RP阻值的乘積。3．6．2使用方法

ZC-8型接地電阻測定儀測量連接如圖3．18所示。

圖3．18接地電阻測量連接示意圖

接地電阻測量測量方法：1．

將儀表水平放置，對指針機(jī)械調(diào)零，使其指在標(biāo)度尺紅線上。2．

將量程（倍率）選擇開關(guān)置于最大量程位置，緩慢搖動發(fā)電機(jī)搖柄，同時調(diào)整“測量標(biāo)度盤”，使檢流計指針始終指在紅線上，這時，儀表內(nèi)部電路工作在平衡狀態(tài)。當(dāng)指針接近紅線時，加快發(fā)電機(jī)搖柄轉(zhuǎn)速，使其達(dá)到額定轉(zhuǎn)速（120r/min），再次調(diào)節(jié)“測量標(biāo)度盤”，使指針穩(wěn)定在紅線上，所測接地電阻值即為“測量標(biāo)度盤”讀數(shù)（RP）乘以倍率標(biāo)度。若“測量標(biāo)度盤”讀數(shù)小于1，應(yīng)將量程選擇開關(guān)置于較小一檔，重新測量。3．

可用ZC-8型接地電阻測定儀測量導(dǎo)體電阻：先用導(dǎo)線將P1、C1接線樁短接，再將被測導(dǎo)體接于E（或P2、C2短接的公共點）與P1之間，其余步驟與測量接地電阻相同。4.用ZC-8型接地電阻測定儀還可測土壤電阻率，具體操作見儀器說明書。

3．7功率表

又叫瓦特表、電力表，用于測量直流電路和交流電路的功率。

結(jié)構(gòu)：主要由固定的電流線圈和可動的電壓線圈組成，電流線圈與負(fù)載串聯(lián)，電壓線圈與負(fù)載并聯(lián)。測量原理：如圖3．19所示。圖3．19功率表測量原理圖直流、交流電路功率的測量

1.直流電路功率的測量用功率表測量直流電路的功率時，指針偏轉(zhuǎn)角α正比于負(fù)載電壓和電流的乘積。即α∝UI＝P（3．5）可見，功率表指針偏轉(zhuǎn)角與直流電路負(fù)載的功率成正比.2.交流電路功率的測量在交流電路中，電動式功率表指針的偏轉(zhuǎn)角α與所測量的電壓、電流以及該電壓、電流之間的相位差Φ的余弦成正比，即

α∝UIcosф（3．6）可見，所測量的交流電路的功率為所測量電路的有功功率。

3．測量單相交流電路功率的接法功率表的電流線圈、電壓線圈各有一個端子標(biāo)有“＊”號，稱為同名端。測量時，電流線圈標(biāo)有“＊”號的端子應(yīng)接電源，另一端接負(fù)載；電壓線圈標(biāo)有“＊”號的端子一定要接在電流線圈所接的那條電線上，但有前接和后接之分，如圖3．20所示。

圖3．20單相功率表的接線用電流互感器和電壓互感器擴(kuò)大單相功率表量程

如果被測電路功率大于功率表量程，則必須加接電流互感器與電壓互感器擴(kuò)大其量程，其電路如圖3．21所示。電路實際功率為P＝k1k2P1（3．7）

圖3．21用電流互感器和電壓互感器擴(kuò)大單相功率表量程

2.三相電路功率的測量

（1）用兩只單相功率表測三相三線制電路的功率

接線如圖3．22所示。電路總功率為兩只單相功率表讀數(shù)之和。即P＝P1＋P2圖3．22用兩只單相功率表測三相三線制電路功率

此電路也可用于測量完全對稱的三相四線制電路的功率。

三相電路功率的測量

（2）用三相功率表測三相電路的功率相當(dāng)兩只單相功率表的組合，直接用于測量三相三線制和對稱三相四線制電路。測量接線如圖3．23所示。圖3．23用三相功率表測三相電路功率3．8電度表按結(jié)構(gòu)分，有單相表、三相三線表和三相四線表三種；按用途分，有有功電度表和無功電度表二種。

常用規(guī)格：3、5、10、25、50、75、100安等多種。

3．8．1電度表的結(jié)構(gòu)和工作原理

結(jié)構(gòu)：以交流感應(yīng)式電度表為例，主要由勵磁、阻尼、走字和基座等部分組成。工作原理：如圖3．24（a）所示，鋁盤受力情況如圖3．24（b）所示。三相三線表、三相四線表的構(gòu)造及工作原理與單相表基本相同。三相三線表由兩組如同單相表的勵磁系統(tǒng)集合而成，由一組走字系統(tǒng)構(gòu)成復(fù)合計數(shù)；三相四線表則由三組如同單相表的勵磁系統(tǒng)集合而成，也由一組走字系統(tǒng)構(gòu)成復(fù)合計數(shù)。

交流感應(yīng)式電度表結(jié)構(gòu)及原理圖3．24交流感應(yīng)式電度表結(jié)構(gòu)及原理示意圖

3．8．2單相電度表的接線方法

在低壓小電流線路中，電度表直接接在線路上，如圖3．25（a）所示。

在低壓大電流線路中，必須用電流互感器將電流變小，其接線如圖3．25（b）示。