常用電工儀表及測量講稿

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強度、磁導率等。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?；菊`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ΔAm：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、0.2、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100－1=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使讀數(shù)在2／3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：α=KI?？梢姶烹娛絻x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強度的平方成正比，磁感應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：α=KI2。可見電磁式儀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：α=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：α=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/(n－1)。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=(m－1)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，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)盤上感應出渦流，渦流與交變磁通相互作用產(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)。電度表單相電度匠表接線時腎，電流線饅圈與負載伴串聯(lián)，電鄰壓線圈與傍負載并聯(lián)旋。單相電援度表共有澇四根連接腹導線，兩吸根輸入，間兩根輸出論。電流線簽圈及電壓愉線圈的電敗源端應接躬在相（火上）線上，恰并靠電源申側(cè)。3.4泄常卻用測量饒儀表的滔安全使搞用一、鉗并形電流勵表1、鉗初形電流彩表的結(jié)纏構(gòu)和原寫理鉗形電鬧流表可袖以在不暫斷開電負路的情藍況下測光量電流魯。用電炊磁系測蜂量機構(gòu)伸制成的炊鉗形電檔流表，真可以交繳直流兩春用，其曬外形如法圖3－池23所塞示。在鐵心鉗問口中的被鮮測電流導壟線相當于孤電磁系測蘆量機構(gòu)中代的固定線很圈，它在滅鐵心鉗口浴中產(chǎn)生磁充訊位于鐵泉心缺口中廉間的可動拌鐵片受此厲磁場的作敵用而偏轉(zhuǎn)送，從而帶占動指針指切示被測電譜流的數(shù)值桐。此外，閘還有一種膀由電流互扛感器和電存流表組成挺的鉗形電懼流表，只拆能測量交砍流電流，獄在使用中紗應當注意販。2、鉗副形電流中表的正捆確使用（l）鉗形電流語表一般用鳳轉(zhuǎn)換開關(guān)押改變量限付，T30僑2型鉗形電勿流表的電勞流量限有盲周OA、5餃0A、2劈燕50A和10嘩00A四檔；掉電壓量閱限有3淺00V和60拿0V兩檔。當被測駐電流小蠻于5A時，為了排得到較準罵確的讀數(shù)縱，在條件燙許可時，兩可將導線兆多繞幾圈級放進鉗口勵進行測量覺，其實際欄電流數(shù)值韻為儀表讀蜘數(shù)除以放嬌進鉗口的伐導線根數(shù)世。（2）測伍量交流電木流時，使導測量導線溝位于鉗口始中部，并甘使鉗口緊業(yè)密閉合。（3）幅鉗形電旺流表應舒保存在崗干燥的鐮室內(nèi)，笨使用前折要擦試茅干凈。3、使用蘋鉗形電流麗表注意事調(diào)項（1）拆應有二仰人進行親，一人叢測量，藍一人監(jiān)友護。（2）被誘測電路的賭電壓不可醫(yī)超過鉗形悟電流表上須所標明的鍬規(guī)定數(shù)值渾，否則由賄于表的絕興緣強度不呈夠，容易對引起接地顏事故或發(fā)驗生觸電?？犭U。（3）幫測量時味要戴絕匯緣手套丙，站在嚷絕緣墊躺上，不母得觸及位其他設狹備，以輛防短路蘆或接地帶。觀察潔表計時束，要注昆意保持撓頭部與漂帶電部絮分的安車全距離餓。（4）反不準在咳測量電黨流的過淹程中，斜切換電巷流量限脆開關(guān)，歸以免損喊壞儀表耕；需要跳時應將厘鉗形電抵流表從腦導線上德取下來削進行。（5）測佳量250糠V以及高付壓電纜各逮相電流時白，電纜頭獵線間距離胞應在30質(zhì)cm以上戶，且絕緣紗良好，測滲量方便者哀，方可進敞行。（6）測賓量250陰V以下低柿壓熔斷器膚和水平排緞列母線電忙流時，測失量前應用菠絕緣材料啊將各相熔次斷器和母燭線用絕緣秀材料加以庭包護隔離盡，以免引賴起相間短吩路。3.4.槳2棄兆歐表兆歐表俗種稱搖表，怠是測量絕渠緣體電阻性的專用儀野表，主要族由磁電式盤流比計與積手搖直流昨發(fā)電機組衡成。流比計是胳用電磁力占代替游絲貍產(chǎn)生反作智用力矩的伏儀表。它乓與一般磁旬電式儀表針不同，除獄了不用游冰絲產(chǎn)生反嬌作用力矩裕外，還有面兩個區(qū)別延：一是空阿氣隙中的儀磁感應強壓度不均勻鞠；二是可杏動部分有念兩個繞向創(chuàng)相反且互身成一定角尿度的線圈斜，線圈1栗用于產(chǎn)生投轉(zhuǎn)動力矩叫，線圈2痕用于產(chǎn)生淡反作用力參力矩。被測電單阻接在L（線）和E（地）兩猴個端子煌上，形軋成了兩疲個回路塌，一個必是電流猛回路，號一個是東電壓回剪路。電題流回路膏從電源母正端經(jīng)既被測電窩阻Rx、限流電阻RA、可動線冤圈1回的到電源滔負端。你電壓回婦路從電沾源正端或經(jīng)限流望電阻RV、可動線憤圈2回熔到電源鳴負端。會由于空券氣隙中勻的磁感朵應強度布不均勻劍，因此世兩個線荒圈產(chǎn)生界的轉(zhuǎn)矩T1和T2不僅與流寶過線圈的憲電流I1、I2有關(guān)，柿還與可庸動部分怠的偏轉(zhuǎn)身角α有關(guān)。巡壽當T1=T2，可動柄部分處殼于平衡緞狀態(tài)，偶其偏轉(zhuǎn)巧角α是兩個線灶圈電流I1、I2比值的汁函數(shù)（摸故稱為間流比計亡），即穩(wěn)：因為限流世電阻RA、RV為固定值傭，在發(fā)電尿機電壓不念變時，電切壓回路的須電流I2為常數(shù)偏，電流狡回路電燭流I1的大小閃與被測作電阻Rx的大小憑成反比叼，所以雄流比計此指針的什偏轉(zhuǎn)角α能直接反育映被測電聽阻Rx的大小跟。流比計指覆針的偏轉(zhuǎn)睡角與電源笛電壓的變虹化無關(guān)，務電源電壓U的波動綱對轉(zhuǎn)動厭力矩和乓反作用巨力矩的葉干擾是秘相同的莊，因此提流比計翁的準確霞度與電慮壓無關(guān)房誠。但測匠量絕緣贈電阻時他，絕緣杯電阻值皂與所承拴受的電舉壓有關(guān)惑。搖手蹈搖發(fā)電慣機時，正搖的速墊度須按扎規(guī)定，溜而且要兔搖夠一應定的時賄間。常項用的兆井歐表的改手搖發(fā)助電機的揉電壓在摸規(guī)定轉(zhuǎn)蓬速下有籠500V和100濃0V兩種，秀可根據(jù)率需要選蘭用。因肥電壓很位高，測燦量時應詞注意安覽全。兆歐表的竹接線端鈕稀有3個，魯分別標有毒“G（屏）”找、“L（線）”饒、“E（地）”。斃被測的電斬阻接在L和E之間，G端的作片用是為恒了消除截表殼表架面L、E兩端間輝的漏電縣和被測推絕緣物惱表面漏墾電的影消響。在噴進行一況般測量跪時，把拴被測絕迫緣物接奪在L、E之間即可翼。但測量棵表面不干給凈或潮濕泉的對象時贏，為了準作確地測出隱絕緣材料陰內(nèi)部的絕宏緣電阻，誓就必須使勾用G端，圖采示為測咬量電纜朗絕緣電蹄阻的接悲線圖。（1）用蛙搖表測高頁壓設備（桐250V戲以上）。請應由二人躍擔任。（豆2）測量侮用導線，筍應使用絕踢緣導線，恩其端部應淘有絕緣套什。（3）測吩量絕緣時景，必須把冶被測設備于從各方面余斷開，驗勇明無電壓虹，確定設椅備無人工存作后，方暫可進行。師在測量中奪，禁止他猴人接近設脊備。測量回絕緣前后變，必須將少被試設備請對地放電爬。測量線質(zhì)路絕緣，父應取得對購方允許后鋒方可進行棋。，（4）在侮有感應電卸壓的線路舍上（同桿雨架設的雙闊回線或單嚼回路與另扛一線路有理平行段）此測絕緣時曾，必須將另另一口路均同時停電撒，方可進叛行。雷電距時，嚴禁貌測線路絕鈴緣電阻。（5）米在帶電墻設備附血近測絕密緣電阻璃時，應媽保持足塑夠的安隨全距離站。用兆歐換表測絕產(chǎn)緣電阻像的安全鳥規(guī)定3.4彼.3月萬的用表磁電式謀萬用表（1）直愉流電流的勒測量。轉(zhuǎn)遠換開關(guān)置民于直流電個流檔，被胳測電流從配+、－兩茶端接入，附便構(gòu)成直授流電流測葡量電路。歷圖中RAl、RA2、RA3是分流掠器電阻消，與表者頭構(gòu)成犁閉合電族路。通紋過改變恐轉(zhuǎn)換開廣關(guān)的檔濕位來改躍變分流卵器電阻柄，從而辯達到改竟變電流乖量程的形目的。（2）病直流電推壓的測筒量。轉(zhuǎn)伴換開關(guān)拜置于直腎流電壓陳檔，被刃測電壓害接在+塞、－兩伐端，便憑構(gòu)成直貴流電壓慣的測量撞電路。丑圖中RVl、RV2、RV3是倍壓拿器電阻懂，與表棒頭構(gòu)成挑閉合電欄路。通掛過改變臥轉(zhuǎn)換開鼓關(guān)的檔食位來改閱變倍壓織器電阻錢，從而搖達到改因變電壓船量程的爺目的。（3）膽交流電或壓的測紫量。轉(zhuǎn)幅換開關(guān)碑置于交討流電壓深檔，被嬌測交流眼電壓接召在+、撞－兩端倘，便構(gòu)爪成交流堤電壓測頂量電路借。測量墨交流時則必須加牛整流器乓，二極戀管D1和Dl組成半鴿波整流停電路，徒表盤刻咬度反映陜的是交奶流電壓槽的有效走值。RVl'、RV2'、RV3'是倍壓器屠電阻，電永壓量程的崖改變與測藥量直流電隔壓時相同扔。（4）電指阻的測量車。轉(zhuǎn)換開刷關(guān)置于電彈阻檔，被鬼測電阻接蹈在+、－訂兩端，便吳構(gòu)成電阻液測量電路蝴。電阻自婆身不帶電鬼源，因此宰接入電池E。電阻的窄刻度與然電流、夢電壓的?？潭确今傁蛳喾瘩R，且標科度尺的吐分度是福不均勻清的。500型斥萬用表有兩個肝“功能更/量程舉”轉(zhuǎn)換災旋鈕，劫每個旋欠鈕上方勻有一個臭尖形標低志。利寫用兩個液旋鈕不恢同位置有的組合搖，可以切實現(xiàn)交酬、直流臺電流、唐電壓、慘電阻及蠢音頻電濟平的測答量。如巾測量直筐流電流某，先轉(zhuǎn)燥動左邊默的旋鈕允，使“A”檔對準說尖形標江志，再滾將右邊辱旋鈕轉(zhuǎn)缺至所需桶直流電剩流量程兼即可進值行測量陶。使用放前注意贊先調(diào)節(jié)戰(zhàn)調(diào)零旋蘿鈕，使貫指針準身確指示灰在標尺圓的零位岡置。數(shù)字式先萬用表數(shù)字式萬僑用表由功目能變換器擴、轉(zhuǎn)換開扮關(guān)和直流借數(shù)字電壓花表3部分棕組成，其彈原理框圖撓如圖所示陸。直流數(shù)哈字電壓表擊是數(shù)字式故萬用表的蛛核心部分危，各種電忘量或參數(shù)糕的測量，趁都是首先肚經(jīng)過相應偉的變