电路与电子知识_常用电工电子仪器仪表简介

上一页常用电工电子仪器仪表简介一、实训目的熟悉常用电工电子仪器仪表二、实训内容1)电工测量仪表的选择与使用。2)常用电子仪器选择与使用。3)万用表的基本原理与使用。4)DA-16型晶体管毫伏表的使用方法。5)熟悉S101型函数信号发生器。6)学习COS5020型示波器的使用。上一页3.1电测量指示仪表简介在工程实际的自动控制系统中，通常是根据被控制对象的各种电信号来对其实施自动控制的。电测量就是通过借助各种电工电子仪器仪表，应用科学的测量技术对电路中的电流、电压、电功率及电能等物理量进行测量。3.1.1常用电工电子仪器仪表的基本知识1.电工电子测量仪表分类电工电子仪表的种类繁多，分类方法也互不相同。按照电工电子仪表的结构和用途常可分为三种。（1）电测量指示仪表电工测量仪表中，凡利用电磁力使其机械部分动作，并用指针或光标在刻度盘上指示出被测量值大小的仪表就称作电测量指示仪表，是属于直读式仪表。各种交直流电流表、电压表以及万用表等都是指示仪表。上一页（2）比较式仪表比较式仪器是将被测量与相应的标准量进行比较的仪表。如各类电桥、电位差计等。其特点是灵敏度和准确度都很高，一般用于高精度测量或校对指示仪表。（3）其他电测量仪表常见的电测量仪表还有数字式仪表、记录式仪表及用来扩大仪表量程装置的仪表，如分流器、测量用互感器等。这里只介绍指示式仪表。2.电测量指示仪表的分类在电测量领域中，指示仪表的种类最多，具体分类方式介绍如下。（1）按内部测量机构的结构和工作原理分有磁电系、电磁系、电动系、感应系、静电系等类型。上一页（2）按被测电量的性质分有电流表、电压表、功率表、电度表、欧姆表、相位表以及其他多用途的仪表，例如万用表等。（3）按被测量的种类分有直流仪表、交流仪表和交直流两用仪表。（4）按仪表取得读数的方法分有指针式、数字式和记录式等。（5）按准确度等级分有0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、和5.0等七级。一般0.1和0.2级仪表用作标准仪表；0.5级至1.5级的仪表用于实验和实训时的电测量；1.5级至5.0级仪表用于工程测量。（6）按使用方式及使用条件分可分为安装式仪表和可携式仪表，及A、A1、B、B1与C共五组。上一页（7）按防御外界磁场或电场的性能分有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个等级。（8）按外壳防护性能分可分为普通式、防尘式、防溅式、防水式、水密式、气密式、隔爆式等七种。以上介绍的指示仪表分类方法，从不同角度反映了指示仪表的各种技术性能。在指示仪表的表面标度盘上，通常都标有一些标志符号来表明有关的技术性能，常见的表面符号及含义见下表：仪表名称被测量符号测量单位电流表电流A、mA、µA安培、毫安、微安电压表电压mV、V、kV毫伏、伏特、千伏功率表电功率W、kW瓦特、千瓦欧姆表电阻Ω、MΩ欧姆、兆欧电度表电能kWh度（千瓦时）上一页3.1.2电测量指示仪表结构原理简介电测量是利用仪表中通入电流后产生的电磁作用力驱动指针偏转。指示式仪表除驱动装置、反作用装置和阻尼装置外，还有指针和刻度盘构成的读数装置，以及起保护作用的外壳和装在外壳上的校正器（调节螺丝等）。在实用中应用最广、数量最大的是指示式仪表。1.磁电系测量机构磁电系测量机构如图1.3.1所示。磁电系测量机构具有准确度高、刻度均匀、阻尼强与消耗能量小等优点，可制成0.1～0.5级的仪表。它的缺点是只能用来测量直流，而且结构复杂，价格较贵，过载能力小。目前用来测量直流量的仪表，测量机构几乎全是磁电系的。图1.3.1上一页2.电磁系仪表电磁系测量机构如图1.3.2所示，它属于推斥式类型。电磁系测量机构具有结构简单、过载能力强与交直流两用等优点。它的缺点是刻度不均匀，测量机构本身的磁场较弱，易受外磁场影响，以致准确度不高。具有这种测量机构的仪表通常为0.5级～2.5级。3.电动系仪表电动系测量机构如图1.3.3所示。电动系测量机构具有准确度高、使用范围广等优点，一般可制成0.2～1.0级的仪表。它不仅可测量交直流的电流和电压，还可测量交流电的功率。它的缺点是自身功率较大，过载能力小，且价格较贵。图1.3.2图1.3.3上一页3.2电工测量仪表的选择与使用3.2.1仪表选择1.类型选择各种仪表的选择除了根据用途选择仪表的种类外，还应根据使用环境和测量条件选择仪表的型式。如配电盘、开关板上仪表板所用仪表等采用垂直安装方式，而实验室大多选用水平放置方式。2.准确度选择在使用仪表时，必须合理地选择仪表的准确度。准确度等级为0.1和0.2级的仪表通常作为标准表以校正其他仪表。实验室一般用0.5～1.5级仪表。生产部门作监视生产过程的仪表一般为1.0～2.5级。准确度等级为5.0级的仪表，通常只在组合式或多用途仪表上才使用。3.量程选择仪表量程的选择应根据测量值的可能范围确定。被测量值范围较小要选用较小的量程，这样可以得到较高的准确度。上一页根据被测量值的大小选择合适量程有两只毫安表，量程分别为I1m=200mA和I2m=50mA，两表准确度等级均为1.0级，用来测量40mA的电流，则测量结果中可能出现的最大相对误差为：对于量程为200mA的毫安表，可能产生的最大绝对误差△I1m为：因此，用此表测40mA的电流可能产生的最大相对误差为：对于量程为50mA的毫安表，可能产生的最大绝对误差△I2m为：因此，用此表测40mA电流可能产生的最大相对误差为：由以上计算可以看出，用的200mA毫安表测40mA电流比用50mA的毫安表所测得的结果具有更大的最大相对误差。即量程选择对测量结果的准确度有很大影响。)mA(0.2200%0.11mI%0.5%100400.2max1)mA(5.050%0.12mI%25.1%10040%5.0max2max1max2例：上一页对于同一只仪表，被测量值越小，其测量时准确性就越低在正常情况下用0.5级量程为10A的安培表来测量8A电流时，可能产生的最大相对误差为：而用它来测量1A电流时，则可能产生的最大相对误差为：由此可见对于一只确定的仪表，测量值越小，其测量时准确性越低。因此在选择量程时，应尽量使被测量的值接近于满标值。另一方面，也要防止超出满标值而使仪表受损。因此可取被测量值为满标值的2/3左右。最少也应使被测量的值超过满标值的一半。当被测电流大小无法估计时，可用多量程仪表先置于大量程档，然后根据仪表的指示调整量程，使其达到合适的量程档。max3max4%625.0%100100810%5.0max3%5%100100110%5.0max4例：上一页4.仪表内阻当仪表接入被测电路后，仪表线圈电阻会影响原有电路的参数和工作状态，以致于影响测量的准确性。例如电流表是串联接入被测电路的，仪表内阻增加了电路的阻值，也就相应地减小了原电路的电流，这势必影响测量结果，所以要求电流表内阻越小越好。量程越大，内阻应越小。再如电压表是并联接入被测电路的，它的内阻减小了电路的阻值，使被测电路两端的电压发生变化，影响测量结果，所以要求电压表内阻越大越好。量程越大，内阻应越大。采样式数字电压表具有极高的内阻，对被测电路电压影响很小。上一页3.2.2指针式仪表测量中应该注意的一般问题1.刻度各种指针式仪表，不论是磁电式、电磁式还是电动式仪表，都采用面板刻度方式显示读数。根据不同的测量原理，面板上的刻度有的是均匀的，有的是不均匀的，例如磁电式仪表指针的偏转角α=RI（R为仪表结构常数），即与电流的大小成正比，面板上的刻度是均匀的：而电磁式仪表指针的偏转角α=RI2，即与电流的平方成正比，在同一量程内，起始段电流越小，刻度越密，后面电流越大，刻度越稀。再如电动式仪表，它有两个线圈，若是用于测量电流或电压，由于指针的偏转角度α与通过两线圈的电流的乘积成正比，则面板刻度一定与上例一样是非线性的；若用于测量功率，而功率P=UI（对于交流来说P=UIcosΦ），这时一个线圈通电压，一个线圈通电流，从而使指针偏转角度α与功率P成正比，因此面板上功率刻度是线性均匀的。为了使面板显示清晰，非均匀刻度在起始段无刻度（0点除外），只在某一量值之上才开始标出数值。上一页2.量程仪表的量程是指允许测量的最大值，不同的量程有不同的允许测量最大值，因此应根据被测量的数值选用合适的量程。实验室用仪表大多是多量程仪表，常有好几个接线端钮，而指示面板刻度通常只有一条基本量程刻度，故测量中要注意量程的选择应与对应的接线端钮相—致，并应根据选定的量程把读得的指示值再乘以选定量程与基本量程之间的倍率K（K=选定量程值（允许测量最大值）/指示量程值（最大刻度值））才是实际测量值。3.仪表的机械零位校正大多数指针式仪表设有机械零位校正，校正器的位置通常装设在指针转轴对应的外壳上，当线圈中没有电流时，指针应指在零的位置。如果指针在不通电时不在零位，应当调整校正器旋钮改变游丝的反作用力矩使指针指向零点。仪表在校正前要注意仪表的放置位置必须与该表规定的位置相符。如规定位置是水平放置，则不能垂直或倾斜放置，否则仪表指针可能不是指向零位，这不属于零位误差。只有在放置正确的前提下再确定是否需要调零，并且保证在全部测量过程中仪表都放置在正确位置，以保证读数的正确性。上一页4.联接测量仪表接入电路时，应以尽量减少对原有电路的影响为原则。1.测量电压时若电路电阻较大，则应用高内阻电压表。若电压表已确定，则在保证允许误差的前提下选用较大的量程，因为在同一仪表中量程较大其内阻也相应增加，对电路影响就小。2.测量电流时若电路电阻很小，则应选用低内阻电流表。这在电路电阻与仪表内阻二者可以相比较（例如处于同一数量级或只差一个数量级）时显得特别重要，以便减少仪表接入误差。3.仪表与被测量的联接测量直流量必须把正、负端分辨清楚，“+”端与电路正极性端相联接，“-”端与电路负极性端相联接，不能反接，以防反偏而打坏指针。测量交流量应注意电路的相线和零线，从保证仪表和人身的安全角度考虑联接方式。虽然从原理上说一般无极性要求，有时考虑到屏蔽和安全需要，通常把仪表黑端钮（公共端或用“*”表示端）“*”与电路中性端（或地端）相连，而把红端钮（用～表示端）与电路相线端相连。上一页5.仪表的读数方法读取仪表的示值应在指针指示稳定时进行，若因电路原因造成指针振荡性指示，一般可以读取其平均值，若测量需要，应把其振幅量读出（即读出指针摆动范围）。为了得到正确的读数，在精度较高的仪表面板上设立了一个读数镜面，读数时应使视线置于实指针和镜中虚指针相重合的位置再读指示值，以保证读数的正确性，减少读数误差。6.仪表的维护各种仪表应在规定的正常工作条件下使用，即要求仪表的放置位置正常，周围温度为20℃，无外界电场和磁场（地磁场除外）的影响，用于工频的仪表，电源频率应该是50Hz正弦波。另外还应满足仪表本身规定的特殊条件，例如恒温、防尘、防震等。以保证测量的准确度。仪表在使用前应检查，注意端钮是否开裂、短接片是否可靠连接、外引线有无开断、指针有无卡涩现象等。仪表应定期进行准确度校验，保证其测量性能。仪表不使用时，应在断电条件下存放。如表内有电池时应将电池取出，防止电池漏液腐蚀机芯。精度越高的仪表，对存放环境条件的要求也越高。上一页3.2.3常用电量的测量1.电流的测量（1）直流电流的测量测量直流电流一般用磁电式仪表。测量时电流表必须串联在电路中，因为电流表内阻很小，如果不慎把电流表并接在负载两端，电流表将因流过很大的电流而烧毁。由于测量时，电流表是串接在被测电路中的，为了减少对被测电路工作状态的影响，要求电流表的内阻越小越好，否则将产生较大的测量误差。电流表表头允许流过的电流都很小，一般在几十μA到几十mA范围内。测量大电流时都采用分流的方法，分流电阻有内附和外接两种。较大的分流器采用外接方式。内附方式中，有些电流表的正端有好几个接线端钮，分别用于测量不同量程的电流：也有些电流表采用插拨铜塞的方法选用量程，选用时要注意铜塞的位置。变换量程必须在仪表不通电的前提下进行，以防烧坏电流表，也可以用一根短