第三章电工常用仪表的使用

1第三章电工常用仪表的使用第一节电工仪表概述电工仪表是用于测量电压、电流、电能、电功率等电量和电阻、电感、电容等电路参数的仪表，在电气设备安全、经济、合理运行的监测与故障检修中起着十分重要的作用。电工仪表的结构性能及使用方法会影响电工测量的精确度，电工必须能合理选用电工仪表，而且要了解常用电工仪表的基本工作原理及使用方法。一、电工仪表的分类及符号常用电工仪表有：直读指示仪表，它把电量直接转换成指针偏转角，如指针式万用表；比较仪表，它与标准器比较，并读取二者比值，如直流电桥；图示仪表，它显示二个相关量的变化关系，如示波器；数字仪表，它把模拟量转换成数字量直接显示，如数字万用表。常用电工仪表按其结构特点及工作原理分类：有磁电式、电磁式、电动式、感应式、整流式、静电式和数字式等。为了表示常用电工仪表的技术性能，在电工仪表的表盘上有许多符号，如被测量单位的符号、工作原理符号、电流种类符号、准确度等级符号、工作位置符号和绝缘强度符号等，各符号表示的内容见表3-1。如图3-1为1T1－A型交流电流表，其表盘左下角符号：1为电流种类符号，～为交流；2是仪表工作原理符号，图2示符号为电磁式；3为防外磁场等级符号，为Ⅲ级；4是绝缘强度等级符号，仪表绝缘可经受2KV1min耐压试验；5表示B组仪表；6为工作位置符号，⊥表示盘面应位于垂直方向；7是仪表准确度等级1.5。二、仪表准确度等级1．仪表的误差仪表的误差是指仪表的指示值与被测量的真实值之间的差异，它有三种表示形式。（1）绝对误差，是仪表指示值与被测量的真实值之差，即ΔX＝X－X0式中：X为被测物理量的指示值；X0为真实值；ΔX为绝对误差。（2）相对误差，是绝对误差ΔX对被测量的真实值X0的百分比，用δ表示，δ＝10003（3）引用误差，是绝对误差ΔX对仪表量程Am的百分比。仪表的误差分为基本误差和附加误差两部分。基本误差是由于仪表本身特性及制造、装配缺陷所引起的，基本误差的大小是用仪表的引用误差表示的。附加误差是由仪表使用时的外界因素影响所引起的，如外界温度，外来电磁场，仪表工作位置等。2．仪表准确度等级仪表准确度等级共七个，见表3－2。表3－2准确度等级准确度等级0.10.20.51.01.52.55.0基本误差%±0.1±0.2±0.5±1.0±1.5±2.5±5.0通常0.1和0.2级仪表为标准表，0.5级至1.5级仪表用于实验室，1.5级至5.0级则用于电气工程测量。仪表的最大绝对误差ΔXm与仪表量程Am之比称为仪表的准确度±K%，即±K%＝100mmx表示准确度等级的数字愈小，仪表准确度越高。选择仪表的准确度必须从测量的实际出发，不要盲目提高准确度，在选用仪表时还要选择合适的量程，准确度高的仪表在使用不合理时产生的相对误差可能会大于准确度低的仪表。4如测量25V电压，选用准确度0.5级、量程150V的电压表，测量结果中可能出现的最大绝对误差，由公式mmAUk%ΔUm1＝±0.5%×150＝±0.75V测量25V时的最大相对误差为δm1＝ΔUm1∕U×100%＝±0.75∕25×100%＝±3%如果选用准确度1.5级、量程30V的电压表，则测量结果中可能出现的最大绝对误差为：ΔUm2＝±1.5%×30＝±0.45V测量25V时的最大相对误差为δm2＝ΔUm2∕U×100%＝±0.45∕25×100%＝±1.8%所以测量结果的精确度，不仅与仪表的准确度等级有关，而且与它的量程也有关。因此，通常选择量程时应尽可能使读数占满刻度三分之二以上。第二节万用表万用表是一种多功能、多量程的便携式电工仪表，一般的万用表可以测量直流电流、直流电压、交流电压和电阻等。有些万用表还可测量电容、功率、晶体管共射极直流放大系数hFE等。所以万用表是电工必备的仪表之一。万用表可分为指针式万用表和数字式万用表。本节着重5介绍指针式万用表的结构、工作原理及使用方法，数字式万用表在《电子技能训练》一书中介绍。一、指针式万用表的结构和工作原理1．指针式万用表的结构指针式万用表的型式很多,但基本结构是类似的。指针式万用表的结构主要由表头、转换开关、测量线路、面板等组成。表头采用高灵敏度的磁电式机构，是测量的显示装置；转换开关用来选择被测电量的种类和量程；测量线路将不同性质和大小的被测电量转换为表头所能接受的直流电流。图3-2为MF－30型万用表外形图，该万用表可以测量直流电流、直流电压、交流电压和电阻等多种电量。当转换开关拨到直流电流档，可分别与5个接触点接通，用于测量500、50、5mA和500、50μA量程的直流电流。同样，当转换开关拨到欧姆档，可分别测量×1、×10、×100、×1KΩ、×10KΩ量程的电阻；当转换开关拨到直流电压档，可分别测量1、5、25、100、500V量程的直流电压；当转换开关拨到交流电压档，可分别测量500、100、10V量程的交流电压。62．指针式万用表的工作原理指针式万用表最简单的测量原理如图3-3所示。测电阻时把转换开关SA拨到“Ω”档，使用内部电池做电源，由外接的被测电阻、E、RP、R1和表头部分组成闭合电路，形成的电流使表头的指针偏转。设被测电阻为RX，表内的总电阻7为R，形成的电流为I，则RREIx从上式可知：I与RX不成线性关系，所以表盘上电阻标度尺的刻度是不均匀的。电阻档的标度尺刻度是反向分度，即RX＝0，指针指向满刻度处；RX→∞，指针指在表头机械零点上。电阻标度尺的刻度从右向左表示被测电阻逐渐增加，这与其他仪表指示正好相反，这在读数时应注意。测量直流电流时把转换开关SA拨到“mA”档，此时从“＋”端到“－”端所形成的测量线路实际上是一个直流电流表的测量电路。测量直流电压时将转换开关SA拨到“V”档，采用串联电阻分压的方法来扩大电压表量程。测量交流电压时，转换开关SA拨到“~V”档，用二极管VD整流，使交流电压变为直流电压，再进行测量。MF－30型万用表的实际测量线路较复杂，下面以测量直流电流和直流电压为例作简单介绍。如图3-4为MF－30型万用表测量直流电流的原理图，图中转换开关SA拨在50mA档，被测电流从“＋”端口流入，经过熔断器FU和转换开关SA的触点后分成两路，一路经R3、R4、R5－9、RP、及表头回到“－”端口；另一路经分流电阻R2、R1回到“－”端口。当转换开关SA选择不同的直流电流档时，与表头串联的电阻值和并联的分流电阻值也随之改变，从而可以测量不8同量程的直流电流。如图3-5为MF－30型万用表测量直流电压1V、5V、25V档的原理图，当转换开关SA置于直流电压1V档时，与表头线路串联的电阻为R11，当转换开关SA置于直流电压5V档时，与表头线路串联的电阻为（R11＋R12），串联电阻的增大使测量直流电压的量程扩大。选择不同的直流电压档可改变电压表的量程。9二、指针式万用表的使用1．准备工作由于万用表种类型式很多，在使用前要做好测量的准备工作：(1)熟悉转换开关、旋钮、插孔等的作用，检查表盘符号，“┏┓”表示水平放置，“⊥”表示垂直使用。(2)了解刻度盘上每条刻度线所对应的被测电量。(3)检查红色和黑色两根表笔所接的位置是否正确，红表笔插入“＋”插孔，黑表笔插入“－”插孔，有些万用表另有交直流2500V高压测量端，在测高压时黑表笔不动，将红表笔插入高压插口。(4)机械调零。旋动万用表面板上的机械零位调整螺丝，使指针对准刻度盘左端的“0”位置。2．测量直流电压10（1）把转换开关拨到直流电压档，并选择合适的量程。当被测电压数值范围不清楚时，可先选用较高的测量范围挡，再逐步选用低档，测量的读数最好选在满刻度的2/3处附近。（2）把万用表并接到被测电路上，红表笔接到被测电压的正极，黑表笔接到被测电压的负极，不能接反。（3）根据指针稳定时的位置及所选量程，正确读数。3．测量交流电压（1）把转换开关拨到交流电压档，选择合适的量程。（2）将万用表两根表笔并接在被测电路的两端，不分正负极。（3）根据指针稳定时的位置及所选量程，正确读数。其读数为交流电压的有效值。4．测量直流电流（1）把转换开关拨到直流电流档，选择合适的量程。（2）将被测电路断开，万用表串接于被测电路中。注意正、负极性：电流从红表笔流入，从黑表笔流出，不可接反。（3）根据指针稳定时的位置及所选量程，正确读数。5．用万用表测量电压或电流时的注意事项：（1）测量时，不能用手触摸表笔的金属部分，以保证安全和测量的准确性。11（2）测直流量时要注意被测电量的极性，避免指针反打而损坏表头。（3）测量较高电压或大电流时，不能带电转动转换开关，避免转换开关的触点产生电弧而被损坏。（4）测量完毕后，将转换开关置于交流电压最高档或空档。6．测量电阻（1）把转换开关拨到欧姆档，合理选择量程。（2）两表笔短接，进行电调零，即转动零欧姆调节旋钮，使指针打到电阻刻度右边的“0”Ω处。（3）将被测电阻脱离电源，用两表笔接触电阻两端，从表头指针显示的读数乘所选量程的倍率数即为所测电阻的阻值。如选用R×100档测量，指针指示40，则被测电阻值为：40×100＝4000Ω＝4KΩ。7．用万用表测量电阻时的注意事项：（1）不允许带电测量电阻，否则会烧坏万用表。（2）万用表内干电池的正极与面板上“－”号插孔相连，干电池的负极与面板上的“＋”号插孔相连。在测量电解电容和晶体管等器件的电阻时要注意极性。（3）每换一次倍率档，要重新进行电调零。（4）不允许用万用表电阻档直接测量高灵敏度表头内阻，以免烧坏表头。（万用表内电池电压也可能足以使表头12过流烧坏）。（5）不准用两只手捏住表笔的金属部分测电阻，否则会将人体电阻并接于被测电阻而引起测量误差。（6）测量完毕，将转换开关置于交流电压最高档或空档。第三节兆欧表兆欧表又称摇表，是专门用于测量绝缘电阻的仪表，它的计量单位是兆欧（MΩ）。一、兆欧表的结构和工作原理1．兆欧表的结构常用的手摇式兆欧表，主要由磁电式流比计和手摇直流发电机组成，输出电压有500V、1000V、2500V、5000V几种。随着电子技术的发展，现在也出现用干电池及晶体管直流变换器把电池低压直流转换为高压直流，来代替手摇发电机的兆欧表。磁电式流比计是测量机构。如图3-6所示：可动线圈1与2互成一定角度，放置在一个有缺口的圆柱形铁心5的外面，并与指针固定在同一转轴上；极掌4为不对称形状，以使空气隙不均匀。132．兆欧表的工作原理兆欧表的工作原理如图3-7所示。被测电阻RX接于兆欧表测量端子“线端”L与“地端”E之间。摇动手柄，直流发电机输出直流电流。线圈1、电阻R1和被测电阻RX串联，线圈2和电阻R2串联，然后两条电路并联后接于发电机电压U上。设线圈1电阻为r1，线圈2电阻为r2，则两个线圈上电流分别是：I1＝xRRrU11I2＝22RrU两式相除得21＝x2rrRRR112式中r1、r2、R1和R2为定值，RX为变量，所以改变RX会引起比值I1∕I2的变化。14由于线圈1与线圈2绕向相反，流入电流I1和I2后在永久磁场作用下，在两个线圈上分别产生两个方向相反的转距T1和T2，由于气隙磁场不均匀，因此T1和T2既与对应的电流成正比又与其线圈所处的角度有关。当T1≠T2时指针发生偏转，直到T1＝T2时，指针停止。指针偏转的角度只决定于I1和I2的比值，此时指针所指的是刻度盘上显示的被测设备的绝缘电阻值。当Ｅ端与Ｌ端短接时，I1为最大，指针顺时针方向偏转到最大位置，即“０”位置；当E、L端未接被测电阻时，ＲX趋于无限大，I1＝0，指针逆时针方向转到“∞”的位置。该仪表结构中没有产生反作用力距的游丝，在使用之前，指针可以停留在刻度盘的任意位置。二、兆欧表的使用1．正确选用兆欧表兆欧表的额定电压应根据被测电气设备的额定电压来选择。测量500V以下的设备，选用500V或1000V的兆欧表；额定电压在500V以上的设备，应选用1000V或2500V的兆欧表；对于绝缘子、母线等要选用2500V或3000V兆欧表。2．使用前检查兆欧表是否完好将兆欧表水平且平稳放置，检查指针偏转情况：将E、