电工仪表及应用

下一页总目录章目录返回上一页第13章电工测量13.4电压的测量13.1电工测量仪表的分类13.2电工测量仪表的型式13.3电流的测量13.6功率的测量13.7兆欧表13.5万用表13.8用电桥测量电阻、电容与电感13.9非电量的电测法下一页总目录章目录返回上一页本章要求：1.了解常用电工测量仪表的结构和工作原理。2.掌握常用电工测量仪表的使用方法。3.了解电桥测量电阻、电容和电感的方法。4.了解常用非电量的电测法。第13章电工测量下一页总目录章目录返回上一页电路中的各个物理量（如电压、电流、功率、电能及电路参数等）的大小，除用分析与计算的方法外，常用电工测量仪表去测量。电工测量技术的应用主要有以下优点：第13章电工测量1.电工测量仪表的结构简单，使用方便，并有足够的精确度。2.电工测量仪表可以灵活地安装在需要进行测量的地方，并可实现自动记录。3.电工测量仪表可实现远距离的测量问题。4.能利用电工测量的方法对非电量进行测量。下一页总目录章目录返回上一页13.1电工测量仪表的分类1.按照被测量的种类分类次序被测量的种类仪表名称符号电流表毫安表电压表千伏表功率表千瓦表电度表相位表频率表欧姆表兆欧表1电流2电压3电功率4电能5相位差6频率7电阻AmAVkVWkWfMkWh下一页总目录章目录返回上一页2.按照工作原理分类型式符号被测量的种类磁电式整流式电磁式电动式电流的种类与频率电流、电压、电阻电流、电压电流、电压电流、电压、电功率、功率因数、电能量直流工频和较高频率的交流直流和工频交流直流及工频与较高频率的交流3.按照电流的种类分类（见上表）下一页总目录章目录返回上一页4.按照准确度分类100%mAA最大基本误差仪表的最大量程（满标值）目前我国直读式电工测量仪表按照准确度分为0.1,0.2,0.5,1.0,1.5,2.5,5.0七级。准确度是电工测量仪表的主要特性之一。准确度较高（0.1，0.2，0.5）的仪表常用来进行精密测量或校正其他仪表。相对额定误差准确度是电工测量仪表的主要特性之一。仪表的准确度是根据仪表的相对额定误差来分级的。下一页总目录章目录返回上一页例：一准确度为2.5级的电压表，其最大量程为50V，1.25V502.5%mUγU正常情况下,可认为最大基本误差是不变的,所以被测量值比满标值愈小，则相对测量误差就愈大。如用上述电压表来测量实际值为10V的电压时，相对误差为12.5%100%101.2510γ测量实际值为40V的电压时，相对误差为3.1%100%401.2540γ在选用仪表的量程时，一般应使被测量的值超过仪表满标值的一半以上。则可能产生的最大基本误差为下一页总目录章目录返回上一页电工测量仪表上的几种符号符号意义~~3~或~2kV或¬或~~直流交流交直流三相交流仪表绝缘试验电压2000V仪表直立放置仪表水平放置仪表倾斜60°度放置60°下一页总目录章目录返回上一页134.2电工测量仪表的型式直读式仪表测量各种电量的基本原理利用仪表中通入电流后产生电磁作用，使可动部分受到转矩而发生转动。转动转矩与通入的电流之间有T=f(I)1）产生转动转矩T的部分使仪表可动部分受到转矩而发生转动。3）阻尼器能产生制动力（阻尼力）的装置，使仪表可动部分能迅速静止在平衡位置。直读式仪表的基本组成部分2）产生阻转矩TC的部分当阻转矩TC等于转动转矩T时，仪表可动部分平衡在一定的位置。下一页总目录章目录返回上一页13.2电工测量仪表的型式13.2.1磁电式仪表1.结构螺旋弹簧IINS指针永久磁铁圆柱形铁心O'O线圈(1)固定部分马蹄形永久磁铁、极掌NS及圆柱形铁心等。(2)可动部分铝框及线圈，两根半轴O和O，螺旋弹簧及指针。极掌与铁心之间的空气隙的长度是均匀的，其中产生均匀的辐射方向的磁场。下一页总目录章目录返回上一页2.工作原理(1)转动转矩T的产生(2)阻转矩TC的产生在线圈和指针转动时，螺旋弹簧被扭紧而产生阻转矩TC。线圈通入电流I电磁力F线圈受到的转矩T=k1IFSNF线圈通入电流I电磁力F线圈受到转矩T线圈和指针转动，弹簧的TC与指针的偏转角成正比，即TC=k2当弹簧的阻转矩T与线圈受到的转矩TC达到平衡时，可动部分停止转动，此时有T=TC下一页总目录章目录返回上一页当弹簧阻转矩与转动转矩达到平衡即TC=T时，可转动部分便停止转动，T=k1I，TC=k2。kIIkkα21仪表的标度尺上作均匀刻度。3.阻尼作用的产生当线圈通入电流而发生偏转时，铝框切割磁通，在框内感应出电流，其电流再与磁场作用，产生与转动方向相反的制动力，于是可转动部分受到阻尼作用，快速停止在平衡位置。即指针的偏转角结论:指针偏转的角度与流经线圈的电流成正比。下一页总目录章目录返回上一页4.用途5.优点：刻度均匀；灵敏度和准确度高；阻尼强；消耗电能量小；受外界磁场影响小。缺点：只能测量直流；价格较高；不能承受较大过载。测量直流电压、直流电流及电阻。下一页总目录章目录返回上一页13.2.2电磁式仪表1.结构主要部分是固定的圆形线圈、线圈内部有固定的铁片、固定在转轴上的可动铁片。圆形线圈小室3推斥式电磁式仪表固定铁片可动铁片下一页总目录章目录返回上一页2.工作原理仪表的转动转矩T=kI²弹簧的阻转矩TC=k2弹簧的阻转矩TC与指针的偏转角成正比，即当T=TC时，可动部分停止转动，即指针的偏转角2221kIIkk结论:指针偏转的角度与直流电流或交流电流有效值的平方成正比。线圈通入电流I磁场线圈通入电流I磁场固定和可动铁片均被磁化(同一端的极性是相同的)可动片因受斥力而带动指针转动，交流为有效值下一页总目录章目录返回上一页因指针的偏转角度与直流电流或交流有效值平方成正比，所以仪表标度尺上的刻度是不均匀的。与轴相联的活塞在小室中移动产生阻尼力空气阻尼器。3.用途4.优点：构造简单；价格低廉；可用于交直流；能测量较大的电流；允许较大的过载。缺点：刻度不均匀；易受外界磁场及铁片中磁滞和涡流（测量交流时）的影响，因此准确度不高。测量交流电压、交流电流。下一页总目录章目录返回上一页13.2.3电动式仪表1.结构有两个线圈：固定线圈和可动线圈。可动线圈与指针及空气阻尼器的活塞都固定在轴上。螺旋弹簧固定线圈可动线圈空气阻尼器产生阻尼力下一页总目录章目录返回上一页2.工作原理FF可动线圈固定线圈固定线圈中的电流I1(i1)磁场可动线圈中的电流I2(i2)与磁场相互作用电磁力F线圈受到转矩T线圈和指针转动，仪表的转动转矩通入直流时，T=k1I1I2通入交流时，T=k1I1I2cosi1和i2的有效值i1和i2之间的相位差下一页总目录章目录返回上一页弹簧的阻转矩TC=k2弹簧的阻转矩TC与指针的偏转角成正比，即当T=TC时，可动部分停止转动，即指针的偏转角结论:指针偏转的角度与两个电流(对交流为有效值)的乘积成正比。仪表的转动转矩通入直流时，T=k1I1I2通入交流时，T=k1I1I2cos=kI1I2（直流）=kI1I2cos（交流）i1和i2之间的相位差4.优点：可用于交直流；准确度较高。缺点：受外界磁场影响大；不能承受较大过载。3.用途测量交直流电压、电流及功率。下一页总目录章目录返回上一页13.3电流的测量电流表的内阻要很小。测量直流电流通常用磁电式电流表，若要扩大电流表的量程，可在测量机构上并联一个分流电阻RA。电流表应串联在电路中，I负载AI负载RAR0I0IRRRIA000式中：R0——测量机构的电阻RA——分流器的电阻测量直流电流通常用磁电式电流表，测量交流电流通常用电磁式电流表。下一页总目录章目录返回上一页IRRRIA0A0由100AIIRR可得，分流电阻可知，需扩大的量程愈大，则分流电阻应愈小。例:有一磁电式电流表，当无分流器时，表头的满标值电流为5mA，表头电阻为20。今欲使其量程（满标值）为1A，问分流器的电阻应为多大？1:00AIIRR解0.1005Ω10.005120下一页总目录章目录返回上一页13.4电压的测量表的内阻要很高。测量直流电压通常用磁电式电压表，若要扩大电压表的量程，可在测量机构上串联一个倍压电阻RV。电压表应并联在被测电路两端，0V00RRRUU式中：R0——测量机构的电阻RV——倍压器的电阻U负载V+–U负载+–R0RV+–U0测量直流电压通常用磁电式电压表，测量交流电流通常用电磁式电压表。下一页总目录章目录返回上一页0V00RRRUU由1)(00VUURR可得，串联电阻可知，需扩大的量程愈大，则串联电阻应愈大。例:有一电压表，其量程为50V，内阻为2000。今欲使其量程扩大到300V，问还需串联多大电阻的倍压器？1)(:00VUURR解10kΩ1)50300(2000下一页总目录章目录返回上一页13.5.1磁电式万用表用来测量直流电流、直流电压、交流电压和电阻等1.直流电流的测量测量直流电流的原理电路RA1RRA2RA3RA4RA5500mA50mA5mA0.5mA50AA+-+-RA1~RA5是分流器电阻，改变转换开关的位置，就改变了分流器的电阻，从而改变了电流的量程。量程愈大，分流器电阻愈小。13.5万用表直流调整电位器下一页总目录章目录返回上一页13.5万用表13.5.1磁电式万用表用来测量直流电流、直流电压、交流电压和电阻等2.直流电压的测量RV1~RV3构成倍压器电阻，改变转换开关的位置，就改变了倍压器的电阻，从而改变了电压的量程。量程愈大，倍压器电阻愈大。测量直流电压的原理电路RARRV2RV1RV325V5V1VA+-+-下一页总目录章目录返回上一页3.交流电压的测量磁电式仪表只能测量直流，如果要测量交流，需加整流元件，如图中D1和D2。测量交流电压的原理电路R100VA+-+-10VD1D2RV1RV2600正半周时，电流流经D1和部分电流流经微安表流出。负半周时，电流直接流经D2从“+”端流出。可见，通过微安表的是半波电流，读数应为该电流的平均值。可见，通过微安表的是半波电流，读数应为该电流的平均值。为此，加一交流调整电位器（图中600），用来改变表盘刻度；指示读数被折换为正弦电压有效值。可见，通过微安表的是半波电流，读数应为该电流的平均值。为此，加一交流调整电位器（图中600），用来改变表盘刻度；指示读数被折换为正弦电压有效值。普通万用表只适合测量频率为45~1000Hz的电压。下一页总目录章目录返回上一页4.电阻的测量测量电阻时，需接入电池，被测电阻愈小，电流愈大，则指针偏转的角度愈大。测量电阻的原理电路RA+--+1.7k-+1.5V10100（调零）注意：(1)测量前应先将“+”、“-”两端短接，看指针是否指在零，否则应调节调零电位器（图中1.7k电阻）进行校正。(2)绝对不能在带电线路上测量电阻。用毕应将转换开关转到高电压档。下一页总目录章目录返回上一页MF-30型万用表的面板图13.5万用表零欧姆调整机械零位调整415A-V-Ω–[phone]×10k×1k×100×10×150550500500100VΩμAmAV～转换开关下一页总目录章目录返回上一页14.5.2数字式万用表下一页总目录章目录返回上一页今以DT-830型数字万用表为例来说明它的测量范围和使用方法。1.测量范围（1）直流电压分为五档:200mV,2V,20V,200V,1000V。（2）交流电压分为五档:200mV,2V,20V,200V,750V。（3）直流电流分为五档:200V,2mA,20mA,200mA,10A。（4）交流电流分为五档:200V,2mA,20mA,200mA,10A。（5）电阻分为六档:200,2k,20k,200k,2M,20M13.5.2数字式万用表下一页总目录章目录返回上一页DT-830型万用表的面板图POWEROFFONBEChFE晶体管插孔显示器电源开关转换开关输入插