常用的电工仪表及安全使用教学教材.ppt

常用的电工仪表及安全使用电工仪表的种类2l电测量指示仪表电测量指示仪表：电表量指示仪表又称直读仪表，电表量指示仪表又称直读仪表，各种交直流电流表、电压表、功率表、万用表、各种交直流电流表、电压表、功率表、万用表、多系电测量指示仪表多系电测量指示仪表。l比较仪器比较仪器：用比较法测量的仪表，如各类电桥测用比较法测量的仪表，如各类电桥测量仪表。量仪表。电工仪表的种类3l按准确度等级可分为：按准确度等级可分为：.1.1、.2.2、.5.5、.0.0、.5.5、.5.5、.0.0 七级。七级。l按使用环境条件按使用环境条件l按外壳防护性能按外壳防护性能l按仪表防御外界磁场或电场影响的性能按仪表防御外界磁场或电场影响的性能l按读数装置：可分为指针式、光指示式按读数装置：可分为指针式、光指示式l按使用方式：可分为安装式、可携式等按使用方式：可分为安装式、可携式等l按工作原理：分为磁电系、电磁系、电动系、按工作原理：分为磁电系、电磁系、电动系、感应系、静电系、整流系、数字式等。感应系、静电系、整流系、数字式等。电测量仪表的主要技术性能l在国家标准中规定了各类仪表技术性能，在国家标准中规定了各类仪表技术性能，主要指标有：主要指标有：仪表灵敏度仪表灵敏度仪表误差仪表误差仪表的阻尼时间仪表的阻尼时间机表的功率损耗机表的功率损耗仪表的坚固性与可靠性仪表的坚固性与可靠性电工仪表的表面标记和型号定义l电工仪表的表面标记电工仪表的表面标记 l型号定义型号定义开关板式仪表的型号组成开关板式仪表的型号组成携带式仪表的型号组成携带式仪表的型号组成部分电工仪表图片部分电工仪表图片发展趋势l数字化l网络化l智能化l小型化电工仪表常见的表面标记符号电工仪表标记符号电流表安培表 毫安表毫安表电压表 千伏表 功率表瓦特表 电能表电度表 电工仪表标记符号开关板式仪表的型号组成测量机构的组成测量机构的组成-驱动装置驱动装置l固定部分固定部分l可动部分可动部分产生转动力矩的驱动装置产生转动力矩的驱动装置 为了使电测量指示仪表的指针能够在被测量的作为了使电测量指示仪表的指针能够在被测量的作用下产生偏转，就必须有一个能产生转动力矩的用下产生偏转，就必须有一个能产生转动力矩的驱动装置，不同类型的仪表，驱动原理也不一样驱动装置，不同类型的仪表，驱动原理也不一样l对电磁系、电动系仪表对电磁系、电动系仪表M=FM=F（X,X,)l对磁磁电系系仪表表M=FM=F（X X)测量机构的组成-控制装置l产生反作力矩的控制装置 如果测量机构只有驱动装置，而没有控制装置，则不论被测量x是大还是小，可动部分在转动力矩作用下，总是偏转到尽头，好象一杆不挂秤砣的秤，不论被测重量多大，秤秆总是向上翘起。=DD-反作用力矩系数（弹性模量）；-可动部分偏转角；测量机构的组成-阻尼装置1l产生阻尼力矩产生阻尼力矩d d的阻尼装置的阻尼装置l可动部分具有一定的转动惯量，会造成指针在平可动部分具有一定的转动惯量，会造成指针在平衡位置附近来回摆动。衡位置附近来回摆动。l为了尽快读数，测量机构必须设有吸收这种振荡为了尽快读数，测量机构必须设有吸收这种振荡能量的阻尼装置，以便产生与可动部分运动方向能量的阻尼装置，以便产生与可动部分运动方向相反的力矩，即阻尼力矩。相反的力矩，即阻尼力矩。l常用的阻尼装置有两种，一种是空气阻尼器，另常用的阻尼装置有两种，一种是空气阻尼器，另一种是电磁阻尼一种是电磁阻尼测量机构的组成-阻尼装置1l产生阻尼力矩产生阻尼力矩d d的阻尼装置的阻尼装置l可动部分具有一定的转动惯量，会造成指针在平衡位置附可动部分具有一定的转动惯量，会造成指针在平衡位置附近来回摆动。近来回摆动。l为了尽快读数，测量机构必须设有吸收这种振荡能量的阻为了尽快读数，测量机构必须设有吸收这种振荡能量的阻尼装置，以便产生与可动部分运动方向相反的力矩，即阻尼装置，以便产生与可动部分运动方向相反的力矩，即阻尼力矩。尼力矩。l常用的阻尼装置有两种，一种是空气阻尼器，另一种是电常用的阻尼装置有两种，一种是空气阻尼器，另一种是电磁阻尼磁阻尼测量机构的组成-阻尼装置2测量机构的组成-其它装置l除了以上三种主要装置外，还应有指示装除了以上三种主要装置外，还应有指示装置，即指针式的指针与度盘、光标式的光置，即指针式的指针与度盘、光标式的光路系统和刻度尺、调零器、平衡锤、止动路系统和刻度尺、调零器、平衡锤、止动器、外壳等部分。器、外壳等部分。内容提要l磁电系仪表结构磁电系仪表结构l磁电系仪表工作原理磁电系仪表工作原理磁电系仪表磁电系仪表 l用途：磁电系仪表在电工仪表中占有重要地位。用途：磁电系仪表在电工仪表中占有重要地位。l它广泛地应用于直流电流和直流电压的测量。与它广泛地应用于直流电流和直流电压的测量。与整流元件配合，可以用于交流电流与电压的测量，整流元件配合，可以用于交流电流与电压的测量，与变换电路配合，还可以用于功率、频率、相位与变换电路配合，还可以用于功率、频率、相位等其它电量的测量，还可以用来测量多种非电量，等其它电量的测量，还可以用来测量多种非电量，例如温度，压力等。当采用特殊结构时，可制成例如温度，压力等。当采用特殊结构时，可制成检流计。磁电系仪表问世最早，由于近年来磁性检流计。磁电系仪表问世最早，由于近年来磁性材料的发展使它的性能日益提高，成为最有发展材料的发展使它的性能日益提高，成为最有发展前景的指示仪表之一。前景的指示仪表之一。l本章主要介绍磁电系仪表的类型、结构、工作原本章主要介绍磁电系仪表的类型、结构、工作原理、特性及其应用。理、特性及其应用。磁电系仪表磁电系仪表结构组成结构组成1l结构：磁电系仪表根据磁路形式的结构：磁电系仪表根据磁路形式的不同，分为不同，分为外磁式外磁式，内磁式内磁式和和内外磁内外磁结合式结合式三种结构。三种结构。外磁式测量机构如图，由于永外磁式测量机构如图，由于永久磁铁放在可动线圈之外，所以称久磁铁放在可动线圈之外，所以称为外磁式。为外磁式。整个结构为两大部分，即固定部整个结构为两大部分，即固定部 分和可动部分。分和可动部分。固定部分由永久磁铁、极掌固定部分由永久磁铁、极掌和固定在支架上的圆柱形铁心和固定在支架上的圆柱形铁心构成。构成。磁电系仪表结构组成2磁铁由硬磁材料做成；而极掌与铁心则用导磁很高的软磁磁铁由硬磁材料做成；而极掌与铁心则用导磁很高的软磁材料做成。铁心放在极掌之间，并与极掌形成一个磁场均材料做成。铁心放在极掌之间，并与极掌形成一个磁场均匀的环形气隙。匀的环形气隙。可动部分由绕在铝框架上的可动线圈、线圈两端的两个可动部分由绕在铝框架上的可动线圈、线圈两端的两个半轴、与转轴相连的指针、平衡锤以及游丝所组半轴、与转轴相连的指针、平衡锤以及游丝所组成。整个可动部分支承在轴承上，线圈位于环形气隙之中。成。整个可动部分支承在轴承上，线圈位于环形气隙之中。磁电系仪表工作原理（定性）l当可动线圈通以电流以后，在永久磁铁的磁场作用下，产当可动线圈通以电流以后，在永久磁铁的磁场作用下，产生转动力矩使线圈转动。生转动力矩使线圈转动。l反作用力矩通常由游丝产生，磁电系仪表的游丝一般有两反作用力矩通常由游丝产生，磁电系仪表的游丝一般有两个，而且两个游丝的绕向相反，游丝一端与可动线圈相连，个，而且两个游丝的绕向相反，游丝一端与可动线圈相连，另一端固定在支架上，它的作用既产生反作用力矩，同时另一端固定在支架上，它的作用既产生反作用力矩，同时又是将电流引进可动线圈的引线。又是将电流引进可动线圈的引线。l阻尼力矩由绕制线圈的铝架产生，其原理见图当铝架在磁阻尼力矩由绕制线圈的铝架产生，其原理见图当铝架在磁场中运动时，闭合的铝架切磁力线产生感应电流场中运动时，闭合的铝架切磁力线产生感应电流e e，这，这个涡流与磁场相互作用产生一个电磁阻尼力矩个涡流与磁场相互作用产生一个电磁阻尼力矩a a，显然，显然阻尼力矩的方向与铝框架运动方向相反，因此能使指针较阻尼力矩的方向与铝框架运动方向相反，因此能使指针较快停在读数位置，当然铝架上的线圈与外电路也会构成闭快停在读数位置，当然铝架上的线圈与外电路也会构成闭合回路，同样也会产生阻尼力矩。合回路，同样也会产生阻尼力矩。磁电系仪表电磁阻尼、内磁结构磁电系仪表产生转动力矩示意图磁电系仪表表头参数l满偏电流满偏电流（表头量程）表头量程）IgIg一般几十一般几十AA几十几十mAmAl表头内阻表头内阻Rg(Rg(线圈线圈+游丝直流电阻）游丝直流电阻）一般几十欧一般几十欧 几百欧几百欧l注意：注意：表头内阻不能直接用万用表欧姆档测量，否则会烧表头内阻不能直接用万用表欧姆档测量，否则会烧毁表头线圈。毁表头线圈。磁电系仪表磁电系仪表技术特性技术特性准确度高准确度高灵敏度高。受外磁场的影响小。灵敏度高。受外磁场的影响小。刻度均匀。可动线圈的偏转角与被测电流大小成正比。刻度均匀。可动线圈的偏转角与被测电流大小成正比。功耗小功耗小过载能力小。仪表游丝和可动线圈的截面积小，不能过载能力小。仪表游丝和可动线圈的截面积小，不能测量较大的电流。测量较大的电流。只能测量直流。测量交流电时，由于测量电流方向不只能测量直流。测量交流电时，由于测量电流方向不断变化，平均力矩为断变化，平均力矩为0，指针在，指针在0附近拉动。测量时为附近拉动。测量时为防止指针反转，仪表接线端标有防止指针反转，仪表接线端标有+和和 -记号。记号。电磁系仪表电磁系仪表l电磁系仪表是测量交流电压与交流电流的最常用电磁系仪表是测量交流电压与交流电流的最常用一种仪表。它具有结构简单，过载能力强、造价一种仪表。它具有结构简单，过载能力强、造价低廉以及交直流两用等一系列优点。在实验室和低廉以及交直流两用等一系列优点。在实验室和工程仪表中应用十分广泛；工程仪表中应用十分广泛；l电磁系仪表的结构有吸引型、推斥型和吸引电磁系仪表的结构有吸引型、推斥型和吸引推推斥型三种。结构如下图，固定线圈和偏心装在斥型三种。结构如下图，固定线圈和偏心装在转轴的可动铁芯、转轴上还装有指针、阻尼转轴的可动铁芯、转轴上还装有指针、阻尼翼片、游丝；翼片、游丝；l当线圈通有电流时，产生磁场，偏心铁片被磁化，当线圈通有电流时，产生磁场，偏心铁片被磁化，而与固定线圈互相吸引，产生偏心力矩，而带动而与固定线圈互相吸引，产生偏心力矩，而带动指针偏转。在线圈通有交流电流的情况下，由于指针偏转。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。两铁片的极性同时改变，所以仍然产生推斥力。结构原理排斥型仪表结构阻尼原理阻尼原理l电磁系仪表一般采用磁感应阻尼，它是利电磁系仪表一般采用磁感应阻尼，它是利用阻尼翼片切割永久磁铁的磁场，使翼片用阻尼翼片切割永久磁铁的磁场，使翼片中形成涡流中形成涡流ieie，此电流与磁场相互作用，此电流与磁场相互作用产生阻尼力矩见图产生阻尼力矩见图l因为电磁系仪表的测量线圈磁场很弱，故因为电磁系仪表的测量线圈磁场很弱，故阻尼磁铁必须用软磁材料屏蔽。电磁系仪阻尼磁铁必须用软磁材料屏蔽。电磁系仪表除用磁感应阻尼外，还有采用空气阻尼表除用磁感应阻尼外，还有采用空气阻尼的。的。原理原理l电磁系仪表的转动力矩是靠通以被测电流的线圈与铁芯的电磁系仪表的转动力矩是靠通以被测电流的线圈与铁芯的吸引力产生的，从电工理论可知，线圈的磁场能量为吸引力产生的，从电工理论可知，线圈的磁场能量为l上式表示，在直流的情况下，电磁系测量机构可动部分的偏转角上式表示，在直流的情况下，电磁系测量机构可动部分的偏转角，与电流的平方成比例，由于线圈的自感会随着可动铁心偏转而发生与电流的平方成比例，由于线圈的自感会随着可动铁心偏转而发生变化，则可动部分偏转角变化，则可动部分偏转角还与成比例。图表示吸引型电磁系仪表可还与成比例。图表示吸引型电磁系仪表可动铁心磁化受力的原理。动铁心磁化受力的原理。I被侧电流值，L线圈自感系数电磁系仪表电磁系仪表技术特性技术特性灵敏度低。受外磁场的影响大。灵敏度低。受外磁场的影响大。刻度不均匀。可动线圈的偏转角与被测电流的平方而刻度不均匀。可动线圈的偏转角与被测电流的平方而变化。电流小时，偏转角较小，读数困难，不易准确。变化。电流小时，偏转角较小，读数困难，不易准确。功耗损耗大功耗损耗大过载能力强。被测电流不通过仪表游丝和可动线圈，过载能力强。被测电流不通过仪表游丝和可动线圈，直接通过固定线圈，固定线圈导线加粗，允许通过较直接通过固定线圈，固定线圈导线加粗，允许通过较大的电流。大的电流。可测量交直流。测量交流时，仪表所指示的数值是交可测量交直流。测量交流时，仪表所指示的数值是交流电的有效值。流电的有效值。电动系仪表电动系仪表l电动系仪表用于交流精密测量及作为标准表，与电动系仪表用于交流精密测量及作为标准表，与电磁系相比最大区别是以可动线圈代替可动铁芯，电磁系相比最大区别是以可动线圈代替可动铁芯，可以消除磁滞和涡流的影响，使它的准确度得到可以消除磁滞和涡流的影响，使它的准确度得到提高。另外电动系有固定和可动两套线圈，可以提高。另外电动系有固定和可动两套线圈，可以用来测量象功率、电能等这类与两个电量有关的用来测量象功率、电能等这类与两个电量有关的物理量。物理量。l电动系仪表是由可动线圈中电流所产生的磁场与电动系仪表是由可动线圈中电流所产生的磁场与一个或几个固定线圈中的电流所产生的磁场相互一个或几个固定线圈中的电流所产生的磁场相互作用而工作的仪表。作用而工作的仪表。l电动仪表驱动装置电动仪表驱动装置=固定线圈固定线圈+可动线圈可动线圈电动系仪表的测量机构电动系仪表的结构l电动系仪表的结构如图所示。固定线圈分为二段，目的电动系仪表的结构如图所示。固定线圈分为二段，目的是为了获得较均匀的磁场分布，也便于改换电流量程。可是为了获得较均匀的磁场分布，也便于改换电流量程。可动部分包括可动线圈、指针、阻尼翼片等。它们均动部分包括可动线圈、指针、阻尼翼片等。它们均固定在转轴上。游丝既作为产生反作用力矩又作为引固定在转轴上。游丝既作为产生反作用力矩又作为引导电流的元件。阻尼力矩由空气阻尼装置产生，图中为导电流的元件。阻尼力矩由空气阻尼装置产生，图中为阻尼箱。阻尼箱。l若把固定线圈绕在铁心上，就构成铁磁电动系仪表。这种若把固定线圈绕在铁心上，就构成铁磁电动系仪表。这种仪表优点是：磁场强、转矩大。但由于铁磁材料的磁滞和仪表优点是：磁场强、转矩大。但由于铁磁材料的磁滞和涡流损耗，会造成误差。铁磁材料因为存在非线性影响故涡流损耗，会造成误差。铁磁材料因为存在非线性影响故对铁心材料要求较高，多用于安装式仪表。对铁心材料要求较高，多用于安装式仪表。电动系仪表的原理电动系仪表的原理l电动系仪表的固定线圈通入直流电流电动系仪表的固定线圈通入直流电流I I1 1，产生一磁场其磁感应强度为，产生一磁场其磁感应强度为1 1，若可动线圈通入电流，若可动线圈通入电流I I2 2，则可动线圈在磁场中受到电磁力矩，则可动线圈在磁场中受到电磁力矩M M。并在这个力矩的作用下，驱使它产生偏转，如图所示。并在这个力矩的作用下，驱使它产生偏转，如图所示。l直流时：直流时：l上式表示，电动系仪表测量直流时，其可动部分的偏转角上式表示，电动系仪表测量直流时，其可动部分的偏转角与两线圈电流的乘积有关，可测交流。与两线圈电流的乘积有关，可测交流。电动系仪表的原理l上式表示，电动系仪表测量直流时，其可动部分的偏转角上式表示，电动系仪表测量直流时，其可动部分的偏转角与两线圈电流的乘积成比例，与两线圈电流的乘积成比例，l两线圈通入交流时：两线圈通入交流时：电动系仪表的原理电动系仪表的原理上式表明，如果电动系仪表用来测量交流其指针偏转上式表明，如果电动系仪表用来测量交流其指针偏转角角与两线圈的电流有效值和它们间的相位差余弦的与两线圈的电流有效值和它们间的相位差余弦的乘积有关。乘积有关。技术特性技术特性l准确度高。可以达准确度高。可以达0.10.1级。特别的交流电进行精密级。特别的交流电进行精密测量测量l可以交直流两用，可精确测量电压、电流、功率可以交直流两用，可精确测量电压、电流、功率还可以测量功率因数、频率、电容、电感和相位还可以测量功率因数、频率、电容、电感和相位差差l易受外磁场影响易受外磁场影响l本身消耗的功率较大本身消耗的功率较大l过载能力差。可动线圈和游丝截面积小。过载能力差。可动线圈和游丝截面积小。l电动系电流表、电压表的标度尺刻度不均匀，转电动系电流表、电压表的标度尺刻度不均匀，转动力矩与通过固定线圈的电流和可动线圈电流积动力矩与通过固定线圈的电流和可动线圈电流积有关有关什么是测量什么是测量l所谓测量，是指用实验的方法，将被测量所谓测量，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（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；是对被测量定量得到被测量大小的过程；是对被测量定量认识的过程。认识的过程。什么是电工测量什么是电工测量l是指把被测的电量或磁量直接或间接地与是指把被测的电量或磁量直接或间接地与作为测量单位的同类物理量（或者可以推作为测量单位的同类物理量（或者可以推算出被测量的异类物理量）进行比较的过算出被测量的异类物理量）进行比较的过程。程。测量方式分类测量方式分类l直接测量：直接测量：直接测量指的是被测量与度量器直接进直接测量指的是被测量与度量器直接进行比较，或者采用事先刻好刻度数的仪器进行测量，行比较，或者采用事先刻好刻度数的仪器进行测量，从而在测量过程中直接求出被测量的数值。这种方从而在测量过程中直接求出被测量的数值。这种方式称为直接测量。式称为直接测量。l间接测量：间接测量：如被测量不便于直接测定，或直接测量如被测量不便于直接测定，或直接测量该被测量的仪器不够准确，那么就可以利用被测量该被测量的仪器不够准确，那么就可以利用被测量与某种中间量之间的函数关系，先测出中间量，然与某种中间量之间的函数关系，先测出中间量，然后通过计算公式，算出被测量的值，这种方式称为后通过计算公式，算出被测量的值，这种方式称为间接测量。如测长、宽求面积；测电流电压求功率间接测量。如测长、宽求面积；测电流电压求功率等。等。测量方式分类测量方式分类l组合测量：组合测量：如果被测量有多个，虽然被测量（未如果被测量有多个，虽然被测量（未知量）与某种中间量存在一定函数关系，但由于知量）与某种中间量存在一定函数关系，但由于函数式有多个未知量，对中间量的一次测量是不函数式有多个未知量，对中间量的一次测量是不可能求得被测量的值。这时可以通过改变测量条可能求得被测量的值。这时可以通过改变测量条件来获得某些可测量的不同组合，然后测出这些件来获得某些可测量的不同组合，然后测出这些组合的数值，解联立方程求出未知的被测量。组合的数值，解联立方程求出未知的被测量。l比较测量：比较测量：比较法是指被测量与已知的同类度量比较法是指被测量与已知的同类度量器在比较器上进行比较，从而求得被测量的一种器在比较器上进行比较，从而求得被测量的一种方法。这种方法用于高准确度的测量方法。这种方法用于高准确度的测量 。测量方式分类测量方式分类零位法：零位法：被测量与已知量进行比较，使两者之被测量与已知量进行比较，使两者之间的差值为零，这种方法称为零位法。例如电间的差值为零，这种方法称为零位法。例如电桥、天平、杆秤桥、天平、杆秤 、检流计、检流计偏位发偏位发 ：被测量直接作用于测量机构使指针被测量直接作用于测量机构使指针等偏转或位移以指示被测量大小。等偏转或位移以指示被测量大小。替代法替代法 ：替代发是将被测量与已知量先后接替代发是将被测量与已知量先后接入同一测量仪器，在不改变仪器的工作状态下，入同一测量仪器，在不改变仪器的工作状态下，使两次测量仪器的示值相同，则认为被测量等使两次测量仪器的示值相同，则认为被测量等于已知量。例如于已知量。例如曹冲称象。曹冲称象。内容提要内容提要l误差的基本概念误差的基本概念l仪表的误差和准确度仪表的误差和准确度误差的概念误差的概念l在一定条件下，被测量客观存在的确定值，称为在一定条件下，被测量客观存在的确定值，称为真值。真值。l误差是测量值与真值相差的程度。误差是测量值与真值相差的程度。l误差公理：测量的过程必然存在着误差，误差自误差公理：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中。始至终存在于一切科学实验和测量的过程之中。因此研究误差规律，并尽量减小误差是测量的任因此研究误差规律，并尽量减小误差是测量的任务之一。务之一。误差的产生原因误差的产生原因l1 1、仪器本身；因为任何仪器都有一定的灵敏域和、仪器本身；因为任何仪器都有一定的灵敏域和l精确度。精确度。l2 2、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l变化。变化。l3 3、实验方法所限；方法不同结果不一样。如抽样、实验方法所限；方法不同结果不一样。如抽样l调查中的代表性误差（抽样平均误差），调查中的代表性误差（抽样平均误差），l4 4、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l教育，训练的程度不同。教育，训练的程度不同。l5 5、值得强调的是，误差不是错误，测量结果包含、值得强调的是，误差不是错误，测量结果包含l了误差范围恰恰是测量结果正确和科学的表达。了误差范围恰恰是测量结果正确和科学的表达。l测量结果数值要用有效数字来表示。测量结果数值要用有效数字来表示。误差的表示方法误差的表示方法1 1l绝对误差绝对误差l相对误差相对误差l引用引用误差差n nl最大引用最大引用误差差mnmn误差的表示方法误差的表示方法2 2l绝对误差：测量值绝对误差：测量值Ax与被测量真值与被测量真值A0之差之差=Ax-A0l相对误差：绝对误差相对误差：绝对误差与真值与真值A0之比，并用百分之比，并用百分数表示。数表示。=l引用误差：仪表某一刻度点读数的绝对误差引用误差：仪表某一刻度点读数的绝对误差比比上仪表量程上限上仪表量程上限Am，并用百分数表示。，并用百分数表示。n=A0Amx100%x100%误差的表示方法3l最大引用误差：仪表在整个量程范围内的最大示最大引用误差：仪表在整个量程范围内的最大示值的绝对误差值的绝对误差mm比仪表量程上限比仪表量程上限Am Am，并用百分，并用百分数表示。数表示。mn=Ammx100%关于真值关于真值l实际上，真值是难于得到的，实际中，人们通常实际上，真值是难于得到的，实际中，人们通常用两种方法来近似确定真值，并称之为约定真值。用两种方法来近似确定真值，并称之为约定真值。一种方法是采用相应的高一级精度的计量器具一种方法是采用相应的高一级精度的计量器具所复现的被测量值来代表真值，所复现的被测量值来代表真值，另一种方法是在相同条件下多次重复测量的算另一种方法是在相同条件下多次重复测量的算术平均值来代表真值。术平均值来代表真值。另外在产品检测中，某项被测量的设计指标，另外在产品检测中，某项被测量的设计指标，既标称值视作已知真值，而测量值与标称值之既标称值视作已知真值，而测量值与标称值之差，就是产品制作误差（注意：这里的测量值差，就是产品制作误差（注意：这里的测量值与其算术平均值之差才是测量误差）。与其算术平均值之差才是测量误差）。理论值作为真值，如三角形内角和为理论值作为真值，如三角形内角和为1801800 0例1-1 1-1 用以电压表测量某电压，其读数为用以电压表测量某电压，其读数为201V201V，而标，而标准表的读数（认为是真值）为准表的读数（认为是真值）为200V200V，求绝对误差。，求绝对误差。=Ax-A0=201-200=1(V)=Ax-A0=201-200=1(V)1-2 用用一一 电压表表测200V200V电压，绝对误差差为+1V+1V，用，用另一另一电压电压表表测测20V20V电压电压，绝对误绝对误差差为为+0.5V+0.5V，求相，求相对误对误差？差？分析l上例中前者的绝对误差大于后者，但误差对测量上例中前者的绝对误差大于后者，但误差对测量结果的影响，后者却大于前者。结果的影响，后者却大于前者。l因此衡量对测量结果的影响，要用相对误差因此衡量对测量结果的影响，要用相对误差。仪表的误差l仪表的误差：仪表的误差：仪表指示值与被测量真值之间相差仪表指示值与被测量真值之间相差程度程度l仪表误差的分类仪表误差的分类基本误差：在规定条件下，仪表本身所产生的基本误差：在规定条件下，仪表本身所产生的误差；误差；附加误差：在规定条件之外，所产生的误差；附加误差：在规定条件之外，所产生的误差；仪表的准确度l仪表的准确度：在规定使用条件下，仪表最大引在规定使用条件下，仪表最大引用误差绝对值的百分数；它表示仪表指示值与被用误差绝对值的百分数；它表示仪表指示值与被测量真值之间接近的程度；即测量真值之间接近的程度；即 K%=lGB776-76电测量指示仪表通用技术条件电测量指示仪表通用技术条件给仪给仪表规定了表规定了7个等级准确度。个等级准确度。Ammx100%仪表准确度仪表准确度等级等级0.10.20.51.01.52.55.0基本误差基本误差(%)0.10.20.51.01.52.55.0分析l通常仪表的绝对误差在仪表标尺的全长上基本保通常仪表的绝对误差在仪表标尺的全长上基本保持恒定，因而相对误差会随着被测量的减小逐渐持恒定，因而相对误差会随着被测量的减小逐渐增大，所以相对误差的数值并不能说明仪器的优增大，所以相对误差的数值并不能说明仪器的优劣，只能说明测量结果的准确程度。引用误差则劣，只能说明测量结果的准确程度。引用误差则由于式中的分子、分母都由仪表本身性能所决定，由于式中的分子、分母都由仪表本身性能所决定，不随被测量变化，所以用其来表示仪表的准确程不随被测量变化，所以用其来表示仪表的准确程度。度。例题l例：检定例：检定.级、上限为的电压表，发现级、上限为的电压表，发现分度点的误差为，并且较其它各分度点的误差为大，分度点的误差为，并且较其它各分度点的误差为大，该电压表的最大引用误差为，因此该电压表合格。该电压表的最大引用误差为，因此该电压表合格。l例：某待测电压约为，现有例：某待测电压约为，现有.级级300300和和.级两个电压表，问用哪一个电压表测级两个电压表，问用哪一个电压表测量较好？量较好？分析分析l此例说明，如果量程选择恰当，用此例说明，如果量程选择恰当，用.级仪表比级仪表比用用.级仪表测量误差还小。因此，在选用仪表级仪表测量误差还小。因此，在选用仪表时，应根据被测量的大小，兼顾仪表的等级和量时，应根据被测量的大小，兼顾仪表的等级和量程或测量上限，合理地选择仪表。为充分利用仪程或测量上限，合理地选择仪表。为充分利用仪表的准确度，被测量的值应在仪表量程上限的表的准确度，被测量的值应在仪表量程上限的%-9%-9%为好。为好。内容提要内容提要l误差的分类误差的分类l误差的消除方法误差的消除方法l精密度、准确度（正确度）精密度、准确度（正确度）、精确度概念、精确度概念误差从性质上分类、特点 误差从性质上可分为三大类，即：误差从性质上可分为三大类，即：l系统误差系统误差 l随机随机(偶然偶然)误差误差 l疏失误差（粗大误差、过失误差）疏失误差（粗大误差、过失误差）系统误差系统误差l系统误差：系统误差：系统误差是指按一定规律出现的误系统误差是指按一定规律出现的误差；在同一条件下，多次重复测试同一量时，误差；在同一条件下，多次重复测试同一量时，误差的数值和正负号有较明显的规律。系统误差通差的数值和正负号有较明显的规律。系统误差通常在测试之前就已经存在，而且在试验过程中，常在测试之前就已经存在，而且在试验过程中，始终偏离一个方向，在同一试验中其大小和符号始终偏离一个方向，在同一试验中其大小和符号相同。例如，电压表示值的偏差等。相同。例如，电压表示值的偏差等。l特征：有其对应的规律性，它不能依靠增加测量特征：有其对应的规律性，它不能依靠增加测量次数来加以消除，一般可通过试验分析方法掌握次数来加以消除，一般可通过试验分析方法掌握其变化规律，并按照相应规律采取补偿或修正的其变化规律，并按照相应规律采取补偿或修正的方法加以消减。方法加以消减。随机误差（偶然误差）随机误差（偶然误差）1l随机误差（偶然误差）：随机误差（偶然误差）：在同一条件下，对某一量多次重复在同一条件下，对某一量多次重复测量时，各次的大小和符号均以不可预定的规律变化的误差，测量时，各次的大小和符号均以不可预定的规律变化的误差，谓之随机误差或偶然误差。是具有不确定性的一类误差。谓之随机误差或偶然误差。是具有不确定性的一类误差。l它的产生是由测量过程中出现的各种各样不显著而又难于控它的产生是由测量过程中出现的各种各样不显著而又难于控制的随机因素综合影响所造成。制的随机因素综合影响所造成。l特征：个别出现的偶然性而多次重复测量总体呈现统计规特征：个别出现的偶然性而多次重复测量总体呈现统计规律，服从高斯（律，服从高斯（GASSGASS）分布，也称正态分布；无法消除。）分布，也称正态分布；无法消除。其其统计特征如下：统计特征如下：有界性有界性 对称性对称性 单峰性单峰性 递减性递减性l由于随机误差具有以上这些特性，所以在工程上可以对被测由于随机误差具有以上这些特性，所以在工程上可以对被测量进行多次重复测量的算术平均值表示被测量的真值量进行多次重复测量的算术平均值表示被测量的真值。随机误差（偶然误差）268.3%95.5%99.7%疏失误差（粗大误差、过失误差）疏失误差（粗大误差、过失误差）l过失误差：测量误差明显地超出正常值，由于人过失误差：测量误差明显地超出正常值，由于人员的疏失，如测错、读错、记错或计算错误等；员的疏失，如测错、读错、记错或计算错误等；或测试条件突变所致。或测试条件突变所致。l含有过失误差的测量数据是不能采用的，必须利含有过失误差的测量数据是不能采用的，必须利用一定的准则从测得的数据中剔除。如比赛中采用一定的准则从测得的数据中剔除。如比赛中采用的用的“去掉一个最大值和最小值的计分方法，以去掉一个最大值和最小值的计分方法，以及数据处理中常采用的及数据处理中常采用的3 3原原则等等既是典型的例子。既是典型的例子。第三节第三节 电流和电压的测量电流和电压的测量l磁电系电流表：磁电系测量机构的指针偏转角磁电系电流表：磁电系测量机构的指针偏转角与与流过动圈的电流成正比，所以它本身就是一个流过动圈的电流成正比，所以它本身就是一个电流表。但线圈线径较细，不可能流过较大电流，电流表。但线圈线径较细，不可能流过较大电流，只能制成毫安级的电流表。若进行较大电流的测只能制成毫安级的电流表。若进行较大电流的测量，必须在测量电路上采取措施，使被测量通过量，必须在测量电路上采取措施，使被测量通过测量电路改变成测量机构所能接受的小电流。通测量电路改变成测量机构所能接受的小电流。通常采用分流器达到此目的。常采用分流器达到此目的。单量程扩程磁电系电流表单量程扩程磁电系电流表l单量程电流表单量程电流表n=I/Ign=I/Ig；n=(Rg+Rs)/Rsn=(Rg+Rs)/Rs Rs Rs 分流电阻分流电阻 Rg 表头内阻表头内阻 n扩程倍数（分流系数）扩程倍数（分流系数）磁电系电流表扩程2l【例 2-1】由一只磁电系表头，满偏电流为500A，内阻为500，现在要把它制成限量为1A的电流表，问应选阻值为多少的分流电阻？l解：分流系数为l由式（2-7）可以得出分流电阻为多量程扩程磁电系电流表原理图磁电系电流表磁电系电流表外附分流器外附分流器1 1l附着分流器电流的增大，分流器的功率损耗也要加大，相附着分流器电流的增大，分流器的功率损耗也要加大，相应就要加大尺寸。一般电流不大的可做成内附式，直接装应就要加大尺寸。一般电流不大的可做成内附式，直接装在仪表内部。电流大的，做成单独装置，称为外附式，如在仪表内部。电流大的，做成单独装置，称为外附式，如图图磁电系电流表磁电系电流表外附分流器外附分流器2 2l从图可以看出，分流器有两对接头，一对叫电流接头，与从图可以看出，分流器有两对接头，一对叫电流接头，与负载串联，另一对在内侧，叫做电位接头，与测量机构并负载串联，另一对在内侧，叫做电位接头，与测量机构并联。这种连接方法可以使分流电阻中不包含接触电阻，减联。这种连接方法可以使分流电阻中不包含接触电阻，减少接触电阻对测量误差的影响。少接触电阻对测量误差的影响。l外附分流器上一般不标明电阻值，而标明外附分流器上一般不标明电阻值，而标明“额定电流额定电流”和和“额定电压额定电压”。额定电流是指电流表量限扩大后的最大电。额定电流是指电流表量限扩大后的最大电流值；额定电压是指当分流器工作在额定电流下，分流器流值；额定电压是指当分流器工作在额定电流下，分流器电位端钮两端的电压值。常用规格有电位端钮两端的电压值。常用规格有mvmv和和mvmv两种。两种。l特殊要求外附分流器特殊要求外附分流器60mV 50mV 100mV60mV 50mV 100mV等各种规格。等各种规格。磁电系仪表磁电系仪表使用使用l电流表应与负载串联电流表应与负载串联l电压表应与负载并联电压表应与负载并联磁电系电压表磁电系电压表基本电路基本电路l磁电系测量机构的偏转角磁电系测量机构的偏转角与流过它的电流成正比。由与流过它的电流成正比。由于测量机构的内阻于测量机构的内阻R cR c固定，根据固定，根据=IR=IR，也与也与U U成正比，成正比，即即lSUSU测量机构电压灵敏度。测量机构电压灵敏度。l故磁电系测量机构同时也是一个最简单的电压表。直接测故磁电系测量机构同时也是一个最简单的电压表。直接测量时只能测量较低的电压（不超过量时只能测量较低的电压（不超过mvmv级）。此外，由于线级）。此外，由于线圈内阻圈内阻RcRc受温度的影响较大，在被测电压为定值时偏转角受温度的影响较大，在被测电压为定值时偏转角将随温度而变，影响准确度。将随温度而变，影响准确度。l由于以上原因，磁电系测量机构不能直接用作电压表。由于以上原因，磁电系测量机构不能直接用作电压表。磁电系电压表磁电系电压表扩程方法扩程方法 l串联附加电阻的办法，如图串联附加电阻的办法，如图l附加电阻由锰铜或其它电阻温度系数小的材料制成。附加电阻由锰铜或其它电阻温度系数小的材料制成。磁电系电压表扩程l附加电阻也有内附式和外附式两种，附加电阻大，意味着附加电阻也有内附式和外附式两种，附加电阻大，意味着功耗越小。小功耗的附加电阻一般都做成内附式，多量程功耗越小。小功耗的附加电阻一般都做成内附式，多量程电压表可以把附加电阻做成分段式。有时附加电阻也称为电压表可以把附加电阻做成分段式。有时附加电阻也称为倍压器。倍压器。l例：有一磁电系测量机构，其满偏电流为例：有一磁电系测量机构，其满偏电流为200A200A，内阻为，内阻为300300，欲改成，欲改成6060量程的电压表，应接多大附加电阻。量程的电压表，应接多大附加电阻。解：解：磁电系电压表参数磁电系电压表参数l电压表内阻越大，对被测电路的影响越小，测量误差越小。电压表内阻越大，对被测电路的影响越小，测量误差越小。l电压表各量程内阻与相应电压量程的比值是一个常数，单电压表各量程内阻与相应电压量程的比值是一个常数，单位为位为“/V/V，此值常标注于刻度盘上。是电压表的重要参，此值常标注于刻度盘上。是电压表的重要参数，其值越大越好数，其值越大越好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在电流表的基础上串联附加电阻构成电动系电压表电动系电压表电动系电压表l电动系电压表可动部分的偏转角与被测电压的平电动系电压表可动部分的偏转角与被测电压的平方有关，其标尺同样具有平方特性，为不均匀刻方有关，其标尺同样具有平方特性，为不均匀刻度。度。l多量限的电动系电压表，主要是利用附加电阻的多量限的电动系电压表，主要是利用附加电阻的改变来实现的。附加电阻的接法见图。电动系电改变来实现的。附加电阻的接法见图。电动系电压表和电磁系电压表一样，既要保证线圈能产生压表和电磁系电压表一样，既要保证线圈能产生足够的磁化力，又要尽量减少匝数，以免产生频足够的磁化力，又要尽量减少匝数，以免产生频率误差和温度误差。所以电动系