第7章电工测量 备用精选PPT.ppt

第第7章电工测量章电工测量 备用备用第1页，本讲稿共74页教学内容:7.1 电工测量与仪表的基本知识电工测量与仪表的基本知识7.2 电工仪表的型式（选讲）电工仪表的型式（选讲）7.3 各种常见电量的测量各种常见电量的测量7.4 非电量的测量与电工测量新技术非电量的测量与电工测量新技术 2学时学时第2页，本讲稿共74页1.了解常用电工测量仪表的基本结构和工作原理，并能够正确使用；2.了解测量误差和仪表准确度等级的意义，以及量程范围和选用方法；3.了解非电量的电测法；4.了解现代智能仪器和虚拟仪器法。教学目的：教学目的：第3页，本讲稿共74页教学重点1.了解常用电工测量仪表的基本结构和工作原理，并能够正确使用；2.了解测量误差和仪表准确度等级的意义，以及量程范围和选用方法；3.了解非电量的电测法；4.了解现代智能仪器和虚拟仪器法。了解现代智能仪器和虚拟仪器法。第4页，本讲稿共74页教学难点1.了解常用电工测量仪表的基本结构和工作原理，并能够正确使用；2.了解测量误差和仪表准确度等级的意义，以及量程范围和选用方法；3.了解非电量的电测法；4.了解现代智能仪器和虚拟仪器法。第5页，本讲稿共74页每一件事只有当可以测量时才能被认识。每一件事只有当可以测量时才能被认识。Thomson Joseph JohnThomson Joseph John第6页，本讲稿共74页学习要点学习要点电工仪表的类型、误差和准确度电工仪表的类型、误差和准确度电电流流、电电压压、电电功功率率、电电阻阻及及电电能能的的测测量量方法方法电电流流表表、电电压压表表、功功率率表表、万万用用表表、兆兆欧表及电度表的使用方法欧表及电度表的使用方法磁磁电电式式、电电磁磁式式及及电电动动式式仪仪表表的的结结构构和和工工作原理作原理第7页，本讲稿共74页部分电工仪表图片部分电工仪表图片第8页，本讲稿共74页部分电工仪表图片部分电工仪表图片第9页，本讲稿共74页7.1 电工测量与仪表的基本知识电工测量与仪表的基本知识7.1.1 测量的概念测量的概念所谓测量，是指用实验的方法，将被测量（未知量）与已知的标准量进行比较，以得到被测量大小的过程。第10页，本讲稿共74页7.1.1 测量的概念测量的概念测量的结果包括两部分：量值和单位。量值单位被测量第11页，本讲稿共74页7.1.2 测量的误差及其分析测量的误差及其分析在一定条件下，被测量客观存在的确定值，称在一定条件下，被测量客观存在的确定值，称为为真值真值。误差误差是测量值与真值相差的程度。是测量值与真值相差的程度。误差误差公理：测量的过程必然存在着误差，误差公理：测量的过程必然存在着误差，误差自始至终存在于一切科学实验和测量的过程之自始至终存在于一切科学实验和测量的过程之中。中。第12页，本讲稿共74页误差的产生原因误差的产生原因仪器本身：任何仪器都有一定的灵敏域和精确仪器本身：任何仪器都有一定的灵敏域和精确度。度。环境的变更：如温度，纬度，湿度，电磁场的环境的变更：如温度，纬度，湿度，电磁场的变化。变化。实验方法：方法不同结果不一样。实验方法：方法不同结果不一样。操作人员的素质：每个人生理条件的不同，受操作人员的素质：每个人生理条件的不同，受教育，训练的程度不同。教育，训练的程度不同。值得强调的是：误差不是错误，测量结果包含了值得强调的是：误差不是错误，测量结果包含了误差范围恰恰是测量结果正确和科学的表达。误差范围恰恰是测量结果正确和科学的表达。第13页，本讲稿共74页测量值的误差表示方法测量值的误差表示方法系统误差系统误差偶然误差（随机误差）偶然误差（随机误差）疏失误差疏失误差绝对误差绝对误差相对误差相对误差第14页，本讲稿共74页绝对误差：绝对误差：测量值测量值x x与被测量真值与被测量真值A A之差之差测量值真值绝对误差第15页，本讲稿共74页用准确测量的实际值用准确测量的实际值x x0 0代替真值代替真值A A。绝对误差具有大小、正负和量纲。测量结果可表达为：第16页，本讲稿共74页修正值：修正值：第17页，本讲稿共74页相对误差：绝对误差相对误差：绝对误差x x与真值与真值A A之比，之比，用百分数表示。用百分数表示。相对误差无量纲，是一个纯数的量。相对误差无量纲，是一个纯数的量。第18页，本讲稿共74页仪表和仪器的误差及准确度仪表和仪器的误差及准确度仪器的引用误差，也称基准误差。仪器的容许误差：仪器的容许误差：第19页，本讲稿共74页机电式指针仪表的准确等级与容许机电式指针仪表的准确等级与容许误差的关系误差的关系精度等级a0.10.20.51.01.52.55.0容许误差%0.10.20.51.01.52.55.0第20页，本讲稿共74页例例例例如如如如：用用一一量量程程为为150V的的电电压压表表在在正正常常条条件件下下测测某某电电路路的的两两点点间间电电压压U，示示值值为为100V，绝绝对对误误差差为为1V。这这时时U的的真真值值为为1001=99V，相相对对误误差差r=1%。如如果果示示值值为为10V，绝绝对对误误差差为为0.7V。则则其其真真值值为为10.7V，相相对对误误差差7%。如如果果已已知知该该电电压压表表可可能能发发生生的的最大绝对误差为最大绝对误差为1.5V，则仪表的最大引用误差为：，则仪表的最大引用误差为：注意注意注意注意：被测量比仪表量程小得越多，测量结果可能出现的最：被测量比仪表量程小得越多，测量结果可能出现的最大相对误差值也越大。例如用大相对误差值也越大。例如用1.0级量程为级量程为150V的电压表测量的电压表测量30V的电压，可能出现的最大相对误差为的电压，可能出现的最大相对误差为5，而改用，而改用1.0级量程为级量程为50V的电压表测量的电压表测量30V的电压，可能出现的最大相对误差为的电压，可能出现的最大相对误差为1.67。所以选用仪表的量程时应使读数在。所以选用仪表的量程时应使读数在23量程以上。量程以上。所以该仪表的准确度等级为所以该仪表的准确度等级为1.0级。级。第21页，本讲稿共74页7.1.3 电工测量仪表的基础知识电工测量仪表的基础知识机电式机电式电子式电子式按工作原理磁电系、电磁系、电动系、动磁系、感应系、振簧系、热电系、整流系按被测量电流表、电压表功率表、电度表相位表、频率计欧姆表、兆欧表磁通表、万用表电工测量仪表的分类第22页，本讲稿共74页直流表直流表交流表交流表交直两用表交直两用表按被测量性质按精确度0.1级0.2级0.5级1.0级1.5级2.5级5.0级按对外电磁防御I级II级III级IV级按使用场合ABC电工测量仪表的分类第23页，本讲稿共74页7.1.3 电工测量仪表的基础知识电工测量仪表的基础知识电工测量仪表的技术指标准确度恒定性灵敏度第24页，本讲稿共74页电工仪表标记符号电工仪表标记符号电流表安培表 毫安表电压表 千伏表 功率表瓦特表 电能表电度表 第25页，本讲稿共74页电电工工仪仪表表标标记记符符号号第26页，本讲稿共74页7.2 电工仪表的型式电工仪表的型式电电工工测测量量中中常常用用的的指指针针式式仪仪表表有有磁磁电电式式、电电动动式式、电电磁磁式式3种种。这这些些仪仪表表的的结结构构虽虽然然不不同同，但但工工作作原原理理却却是是相相同同的的，都都是是利利用用电电磁磁现现象象使使仪仪表表的的可可动动部部分分受受到到电电磁磁转转矩矩的的作作用用而而转转动动，从而带动指针偏转来指示被测量的大小。从而带动指针偏转来指示被测量的大小。第27页，本讲稿共74页7.2.1 磁电系仪表磁电系仪表直直流流电电流流I通通过过可可动动线线圈圈时时，线线圈圈与与磁磁场场相相互互作作用用使使线线圈圈产产生生转转动动力力矩矩，带带动动指指针针偏偏转转。指指针针偏偏转转后后扭扭紧紧弹弹簧簧游游丝丝，使使游游丝丝产产生生反反抗抗力力矩矩。当当反反抗抗力力矩矩和和转转动动力力矩矩相相平平衡衡时时，线线圈圈和和指指针针便便停停止止偏偏转转。由由于于在在线线圈圈转转动动的的范范围围内内磁磁场场均均匀匀分分布布，因因此此线线圈圈的的转转动动力力矩矩与与电电流流的的大大小小成成正正比比。又又由由于于游游丝丝的的反反抗抗力力矩矩与与线线圈圈的的偏偏转转角角度度成成正正比比，所以仪表指针的偏转角度与流过线圈的电流的大小成正比，即：所以仪表指针的偏转角度与流过线圈的电流的大小成正比，即：=KI 磁电式仪表标尺上的刻度是均匀的。磁电式仪表标尺上的刻度是均匀的。第28页，本讲稿共74页磁电系仪表磁电系仪表第29页，本讲稿共74页磁电系仪表磁电系仪表产生转动力矩示意图产生转动力矩示意图第30页，本讲稿共74页磁电系仪表优缺点磁电系仪表优缺点优优点点：刻刻度度均均匀匀、灵灵敏敏度度高高、准准确确度度高高、消消耗耗功功率率小、受外界磁场影响小等。小、受外界磁场影响小等。缺缺点点：结结构构复复杂杂、造造价价较较高高、过过载载能能力力小小，而而且只能测量直流，不能测量交流。且只能测量直流，不能测量交流。注注意意事事项项：电电表表接接入入电电路路时时要要注注意意极极性性，否否则则指指针针反反打打会会损损坏坏电电表表。通通常常磁磁电电式式仪仪表表的的接接线线柱柱旁均标有旁均标有+、记号，以防接错。、记号，以防接错。第31页，本讲稿共74页R1R2双量程直流电流表原理图双量程直流电流表原理图第32页，本讲稿共74页双量程直流电压表原理图双量程直流电压表原理图 第33页，本讲稿共74页7.2.2 电磁式仪表电磁式仪表线线圈圈通通入入电电流流时时产产生生磁磁场场，使使其其内内部部的的固固定定铁铁片片和和可可动动铁铁片片同同时时被被磁磁化化。由由于于两两铁铁片片同同一一端端的的极极性性相相同同，因因此此两两者者相相斥斥，致致使使可可动动铁铁片片受受到到转转动动力力矩矩的的作作用用，从从而而通通过过转转轴轴带带动动指指针针偏偏转转。当当转转动动力力矩矩与与游游丝丝的的反反抗抗力力矩矩相相平平衡衡时时，指指针针便便停停止止偏转。偏转。第34页，本讲稿共74页吸引型电磁系仪表结构原理吸引型电磁系仪表结构原理第35页，本讲稿共74页排斥型电磁系仪表结构原理排斥型电磁系仪表结构原理第36页，本讲稿共74页排斥型仪表排斥型仪表当线圈通有电流时，产生磁场，两铁片均被磁化，同一端的极性是相同的，因而互相推斥，可动铁片因受斥力而带动指针偏转。在线圈通有交流电流的情况下，由于两铁片的极性同时改变，所以仍然产生推斥力。第37页，本讲稿共74页由于作用在铁心上的电磁力与空气隙中磁感应强度的由于作用在铁心上的电磁力与空气隙中磁感应强度的平方成正比，磁感应强度又与线圈电流成正比，因此平方成正比，磁感应强度又与线圈电流成正比，因此仪表的转动力矩与电流的平方成正比。又由于游丝的仪表的转动力矩与电流的平方成正比。又由于游丝的反抗力矩与线圈的偏转角度成正比，所以仪表指针的反抗力矩与线圈的偏转角度成正比，所以仪表指针的偏转角度与线圈电流的平方成正比，即：偏转角度与线圈电流的平方成正比，即：=KI2电磁式仪表标尺上的刻度是不均匀的。电磁式仪表标尺上的刻度是不均匀的。第38页，本讲稿共74页使用范围：交直流两用，电磁系仪表即可用于测量使用范围：交直流两用，电磁系仪表即可用于测量直流，也可以用于测量交流。因为线圈电流方向改直流，也可以用于测量交流。因为线圈电流方向改变时，线圈磁极性和铁心磁极性同时改变，而保持变时，线圈磁极性和铁心磁极性同时改变，而保持受力方向不变。这是电磁系仪表特点之一。受力方向不变。这是电磁系仪表特点之一。仪表结构简单；仪表结构简单；仪表中铁磁物质存在着磁滞误差；仪表中铁磁物质存在着磁滞误差；灵敏度较低，受外磁场影响大、功耗大；灵敏度较低，受外磁场影响大、功耗大；感抗大、不易用于高频测量；感抗大、不易用于高频测量；第39页，本讲稿共74页电磁系多量程电流表电磁系多量程电流表第40页，本讲稿共74页7.2.3 电动式仪表电动式仪表固固定定线线圈圈中中通通入入直直流流电电流流I1时时产产生生磁磁场场，磁磁感感应应强强度度B1正正比比于于I1。如如果果可可动动线线圈圈通通入入直直流流电电流流I2，则则可可动动线线圈圈在在此此磁磁场场中中就就要要受受到到电电磁磁力力的的作作用用而而带带动动指指针针偏偏转转，电电磁磁力力F的的大大小小与与磁磁感感应应强强度度B1和和电电流流I2成成正正比比。直直到到转转动动力力矩矩与与游游丝丝的的反反抗抗力力矩矩相相平衡时，才停止偏转。平衡时，才停止偏转。第41页，本讲稿共74页电动系仪表的测量机构电动系仪表的测量机构第42页，本讲稿共74页线线圈圈通通入入直直流流电电的的情情况况：仪仪表表指指针针的的偏偏转转角角度度与两线圈电流的乘积成正比，即：与两线圈电流的乘积成正比，即：=KI1I2电电动动式式仪仪表表用用于于交交流流时时，指指针针的的偏偏转转角角与与两两个个电电流流的的有有效效值值及及两两电电流流相相位位差差的的余余弦弦成成正正比比。即：即：=KI1I2cos 第43页，本讲稿共74页技术特性技术特性准确度高准确度高可以交直流两用，可精确测量电压、电流、功率还可以交直流两用，可精确测量电压、电流、功率还可以测量功率因数、频率、电容、电感和相位差可以测量功率因数、频率、电容、电感和相位差易受外磁场影响易受外磁场影响本身消耗的功率较大本身消耗的功率较大过载能力小过载能力小电动系电流表、电压表的标度尺刻度不均匀电动系电流表、电压表的标度尺刻度不均匀第44页，本讲稿共74页电动系电流表电动系电流表第45页，本讲稿共74页电动系电压表电动系电压表在电流表的基础上串联附加电阻构成电动系电压表第46页，本讲稿共74页电动系功率表电动系功率表第47页，本讲稿共74页万用表外观图万用表外观图第48页，本讲稿共74页万用表万用表面板面板第49页，本讲稿共74页万用表万用表量程量程直流电压直流电压 有有2.5V 10V 250V 1000V2.5V 10V 250V 1000V五个量程挡位。五个量程挡位。交流电压交流电压 有有10V 50V 250V 1000V10V 50V 250V 1000V四个量程挡四个量程挡位。位。直流电压直流电压 有有2.5mA 25mA 250mA2.5mA 25mA 250mA三个常用档位，三个常用档位，及及100A100A，2.5A2.5A两个扩展量程档位。两个扩展量程档位。电阻电阻 有有1 10 100 1K 10K1 10 100 1K 10K五个倍率挡位。五个倍率挡位。hFE hFE 测量三极管直流放大倍数的专用挡位。测量三极管直流放大倍数的专用挡位。第50页，本讲稿共74页直流电流测量第51页，本讲稿共74页直流电压测量第52页，本讲稿共74页交流电压测量第53页，本讲稿共74页电阻测量电路电阻测量电路第54页，本讲稿共74页7.3 各种常见电量的测量各种常见电量的测量直接测量间接测量组合测量第55页，本讲稿共74页1 电流的测量电流的测量测量直流电流通常采用磁电式电流表测量直流电流通常采用磁电式电流表，测量交流电流测量交流电流主要采用电磁式电流表主要采用电磁式电流表。电流表必须与被测电路串。电流表必须与被测电路串联，否则将会烧毁电表。此外，测量直流电流时联，否则将会烧毁电表。此外，测量直流电流时还要注意仪表的极性。还要注意仪表的极性。第56页，本讲稿共74页2 电压的测量电压的测量测量直流电压通常采用磁电式电压表，测量直流电压通常采用磁电式电压表，测量交流电测量交流电压主要采用电磁式电压表压主要采用电磁式电压表。电压表必须与被测电电压表必须与被测电路并联，否则将会烧毁电表。此外，测量直流电压路并联，否则将会烧毁电表。此外，测量直流电压时还要注意仪表的极性。时还要注意仪表的极性。第57页，本讲稿共74页3 功率的测量功率的测量测测量量功功率率时时采采用用电电动动式式仪仪表表。测测量量时时将将仪仪表表的的固固定定线线圈圈与与负负载载串串联联，反反映映负负载载中中的的电电流流，因因而而固固定定线线圈圈又又叫叫电电流流线线圈圈；将将可可动动线线圈圈与与负负载载并并联联，反反映映负负载两端电压，所以可动线圈又叫电压线圈。载两端电压，所以可动线圈又叫电压线圈。第58页，本讲稿共74页分格常数：分格常数：被测功率：被测功率：第59页，本讲稿共74页一表法一表法：用一个单相功率表测得一相功率，然：用一个单相功率表测得一相功率，然后乘以后乘以3即得三相负载的总功率。即得三相负载的总功率。第60页，本讲稿共74页两表法两表法：用两只单相功率表来测量三相功率，：用两只单相功率表来测量三相功率，三相总功率为两个功率表的读数之和。若负载三相总功率为两个功率表的读数之和。若负载功率因数小于功率因数小于0.5，则其中一个功率表的读数为负，则其中一个功率表的读数为负，会使这个功率表的指针反转。为了避免指针反转，会使这个功率表的指针反转。为了避免指针反转，需将其电压线圈或电流线圈反接，这时三相总功率需将其电压线圈或电流线圈反接，这时三相总功率为两个功率表的读数之差。为两个功率表的读数之差。第61页，本讲稿共74页三表法三表法：用：用3只单相功率表来测量三相功率，三相只单相功率表来测量三相功率，三相总功率为总功率为3个功率表的读数之和。个功率表的读数之和。（a）（b）第62页，本讲稿共74页4 电阻的测量电阻的测量低值电阻：10-51 中值电阻：1106高值电阻：兆欧级以上开尔文电桥（直流双臂电桥）万用表、惠斯登电桥（直流臂电桥），或用电流表、电压表由伏安法测得兆欧表第63页，本讲稿共74页7.4 非电量的测量与电工测量新技术非电量的测量与电工测量新技术7.4.1 非电量的测量方法通过器件或装置，将待测的非电量转换成与它有关通过器件或装置，将待测的非电量转换成与它有关的电信号（电压、电流、频率等），然后利用电气的电信号（电压、电流、频率等），然后利用电气测量的方法，对该电信号进行测量，来确定被测的测量的方法，对该电信号进行测量，来确定被测的非电信号。非电信号。第64页，本讲稿共74页1 电量的测量原理与系统构成被测对象被测对象传感器传感器信号调理信号调理数据显示与记录数据显示与记录被测对象被测对象第65页，本讲稿共74页2 常见传感器的构成与工作原理被测量被测量敏感元件敏感元件转换元件转换元件转换电路转换电路电量电量第66页，本讲稿共74页2 常见传感器的构成与工作原理(1)应变式电阻传感器（2）热电偶（3）电感式传感器（4）电容式传感器（5）压电式传感器（6）霍尔传感器第67页，本讲稿共74页1 智能仪器与数据采集系统的基本组成及特点7.4.2 电工测量新技术专用微型计算机系统（硬件+软件）硬件：主机电路、模拟量I/O通道人机联系部件与接口电路、标准通信接口等部分软件：监控程序、接口管理程序、数据处理程序第68页，本讲稿共74页微处理器的运用大大提高了仪器的性能；有力地改善了仪器的自动化测量水平；人机联系密切；可以完成更复杂的测试任务；改善了仪器前面板及有关功能部件的结构设计。智能仪器特点第69页，本讲稿共74页2 虚拟仪器（软件仪器）基于计算机的自动化测试仪器系统数据采集A/D计算机功能软件显示系统第70页，本讲稿共74页只需在计算机上运行软件程序即可实现数据处理等功能；可实现实时测量、监控及控制；减低资金投入，系统开发维护成本及开发时间；可以完成更复杂的测试任务；用户可自定义仪器功能。虚拟仪器特点第71页，本讲稿共74页硬件是虚拟仪器工作的基础；软件是虚拟仪器的关键。虚拟仪器中的软件和硬件第72页，本讲稿共74页通常按接口方式和采用总线方式不同分为：PC-DAQ插卡式虚拟仪器串行口式虚拟仪器并行接口虚拟仪器网络化虚拟仪器GPIB虚拟仪器VXI虚拟仪器PXI虚拟仪器虚拟仪器的类型第73页，本讲稿共74页虚拟仪器技术的前景与应用第74页，本讲稿共74页