第九章电工测量精选PPT.ppt

第九章电工测量第九章电工测量第1页，本讲稿共117页18一月202329.1 电工测量仪表的分类与型式电工测量仪表的分类与型式 一、一、按准确度分类按准确度分类 根根据据国国家家标标准准GB77676，电电工工测测量量仪仪表表可可以以分分为为0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5和和5.0七七个个精精度度等等级级，这这些些数数字字是是指指仪仪表表的的最最大大引引用用误误差差值值，如如表表12-1所所示示。其其中中，0.1、0.2和和0.5级级的的较较高高准准确确度度仪仪表表常常用用来来进进行行精精密密测测量量或或作作为为校校正正表表；1.5级级的的仪仪表表一一般般用用于于实实验室；验室；2.5和和5.0级的仪表一般用于工程测量。级的仪表一般用于工程测量。9.1.1电工测量仪表的分类第2页，本讲稿共117页18一月20233表9-1电工仪表的准确度和最大引用误差准确度等级最大引用误差符号0.10.10.10.20.20.20.50.50.51.01.01.01.51.5l.52.52.52.55.05.05.0第3页，本讲稿共117页18一月20234 不不管管仪仪表表的的质质量量如如何何，仪仪表表的的指指示示值值与与实实际际值值之之间间总总有有一一定定的的差差值值，称称为为误误差差。显显然然，仪仪表表的的准准确确度度与与其其误误差差有有关关。误误差差有有两两种种：一一种种是是基基本本误误差差，它它是是由由仪仪表表本本身身的的因因素素引引起起的的，比比如如由由弹弹簧簧永永久久变变形形或或刻刻度度不不准准确确等等造造成成的的固固有有误误差差；另另一一种种是是附附加加误误差差，它它是是由由外外加加因因素素引引起起的的，比比如如测测量量方方法法不不正正确确，读读数数不不准准确确，电电磁磁干干扰扰等等。仪仪表表的的附附加加误误差差是是可可以以减减小小的的，使使用用者者应应尽尽量量让让仪仪表表在在正正常常情情况况下下进进行行测测量量，这这样样可可以以近近似似认认为为只只存存在在基基本本误误差差。第4页，本讲稿共117页18一月20235 仪仪表表的的准准确确度度是是根根据据仪仪表表的的最最大大引引用用误误差差来来分分级级的的。最最大大引引用用误误差差是是指指仪仪表表在在正正常常工工作作条条件件下下测测量量时时可可能能产产生生的的最最大大基基本本误误差差A与与仪仪表表的的满满量量程程Am之之比比，习习惯惯上上用用百百分分数数表表示示，即即（9-1）第5页，本讲稿共117页18一月20236 由由上上式式可可以以求求得得仪仪表表的的最最大大基基本本误误差差，如如一一准准确确度度为为1.0,量量程程为为10 A的的仪仪表表，可可能能产产生的最大基本误差为生的最大基本误差为 A=Am=1.0%10=0.1 A 在在正正常常工工作作条条件件下下，仪仪表表的的最最大大基基本本误误差差（最最大大绝绝对对误误差差）是是不不变变的的。要要衡衡量量测测量量值值的准确度，的准确度，必须使用相对误差。必须使用相对误差。第6页，本讲稿共117页18一月20237 相相对对误误差差是是指指最最大大基基本本误误差差A与与被被测测量量真值真值A0之比的百分数，之比的百分数，即即(9-2)第7页，本讲稿共117页18一月20238 相相对对误误差差越越小小，测测量量的的准准确确度度越越高高。比比如如用用上上述述电电流流表表分分别别来来测测量量8A和和2A的的电电流流，则则相相对对误误差差分分别别为为1.25%和和5%。因因此此，在在选选用用仪仪表表的的量量程程时时，应应该该使使被被测测量量的的值值尽尽量量接接近近满满标标值值。通通常常当当被被测测量量的的值值接接近近满满刻刻度度的的2/3时，时，测量结果较为准确。测量结果较为准确。第8页，本讲稿共117页18一月20239 例例9-1 某某待待测测电电压压为为8 V，现现用用0.5级级量量程程为为030 V和和1.0级级量量程程为为010 V的的两两个个电压表来测量，电压表来测量，问用哪个电压表测量更准确？问用哪个电压表测量更准确？解解 用用0.5级量程为级量程为030 V的电压表的电压表来测量，来测量，可能产生的最大基本误差为可能产生的最大基本误差为 A1=Am=0.5%30=0.15 V 最大可能出现的相对误差为最大可能出现的相对误差为第9页，本讲稿共117页18一月202310 用用1.0级级量量程程为为010 V的的电电压压表表来来测测量量，可能产生的最大基本误差为可能产生的最大基本误差为 A2=Am=1.0%10=0.1 V 最大可能出现的相对误差为最大可能出现的相对误差为第10页，本讲稿共117页18一月202311 相相对对误误差差越越小小，测测量量越越准准确确，显显然然用用1.0级量程为级量程为010 V的电压表来测量更为准确。的电压表来测量更为准确。例例9-1说说明明，为为了了获获得得较较为为准准确确的的测测量量结结果果，除除了了选选用用准准确确度度等等级级较较高高的的仪仪表表外外，还还要注意选择合适的量程。要注意选择合适的量程。第11页，本讲稿共117页18一月202312 二、二、按被测量的种类分类按被测量的种类分类 按按照照被被测测量量的的种种类类可可以以将将电电工工仪仪表表分分为为电电流流表表、电电压压表表、欧欧姆姆表表、功功率率表表、频频率率表表、电度表、电度表、功率因数表等，功率因数表等，如表如表9-2所示。所示。第12页，本讲稿共117页18一月202313 表19-2电工仪表按被测量的种类分类第13页，本讲稿共117页18一月202314 三、按被测电流种类分类三、按被测电流种类分类 按按被被测测电电流流种种类类可可以以将将电电工工仪仪表表分分为为直直流流仪仪表表、交交流流仪仪表表和和交交直直流流仪仪表表三三种种，如如表表9-3所示。所示。表9-3电工仪表按被测电流种类分类被测电流仪表名称符号直流直流表_交流交流表交流、直流交、直流两用表第14页，本讲稿共117页18一月202315 四、四、按工作原理分类按工作原理分类 电电工工仪仪表表按按工工作作原原理理不不同同可可分分为为磁磁电电式式仪仪表表、电电磁磁式式仪仪表表、电电动动式式仪仪表表、整整流流式式仪仪表表等，等，如表如表9-4所示。所示。第15页，本讲稿共117页18一月202316表9-4电工仪表按工作原理分类第16页，本讲稿共117页18一月202317 在在仪仪表表的的表表面面上上通通常常都都标标有有仪仪表表类类型型、准准确确度度等等级级、所所通通电电流流种种类类、仪仪表表的的绝绝缘缘耐耐压强度和放置位置等，压强度和放置位置等，如表如表9-5所示。所示。表9-5某一电工仪表上的符号第17页，本讲稿共117页18一月2023189.1.2电工测量仪表的型式电工测量仪表的型式 一、电工仪表的结构一、电工仪表的结构 电电工工仪仪表表通通常常由由测测量量机机构构和和测测量量电电路路两两部部分分组组成成，测测量量机机构构又又分分为为固固定定部部分分和和可可动动部部分分。固固定定部部分分由由磁磁铁铁、线线圈圈、轴轴承承和和表表盘盘等等组组成成，可可动动部部分分包包含含可可动动线线圈圈、转转轴轴、指指针针、旋旋转转弹簧（游丝）、弹簧（游丝）、阻尼器等（如图阻尼器等（如图9.1.1所示）。所示）。第18页，本讲稿共117页18一月202319图9.1.1可动部分示意图第19页，本讲稿共117页18一月202320 测测量量机机构构的的主主要要作作用用是是当当被被测测量量接接入入测测量量机机构构时时，产产生生转转动动力力矩矩，使使得得仪仪表表指指针针转转动动，转转动动力力矩矩的的大大小小是是被被测测量量和和偏偏转转角角的的函函数数，同同时时弹弹簧簧产产生生一一个个反反作作用用力力矩矩，该该力力矩矩的的大大小小是是偏偏转转角角的的函函数数。当当测测量量被被测测量量时时，若若测测量量机机构构产产生生的的转转动动力力矩矩与与反反作作用用力力矩矩相相等等，则则指指针针就停在某一位置上，就停在某一位置上，指示出被测值。指示出被测值。第20页，本讲稿共117页18一月202321 测测量量电电路路的的作作用用是是将将被被测测量量转转换换成成测测量量机机构构可可以以接接受受的的、与与被被测测量量成成正正比比的的电电磁磁量量。为为了了缩缩短短测测量量时时间间，电电工工仪仪表表中中均均设设有有阻阻尼尼装装置置。当当转转动动力力矩矩与与反反作作用用力力矩矩平平衡衡时时，往往往往由由于于可可动动部部分分的的惯惯性性作作用用，指指针针在在偏偏转转角角附附近近摇摇摆摆不不定定，从从而而延延长长了了测测量量时时间间，这这时时阻阻尼尼装装置置产产生生一一个个与与速速度度成成正正比比、与与运运动动方方向向相相反反的的力力矩矩，称称为为阻阻尼尼力力矩矩，使使得得可可动动部部分分很很快快稳稳定定。阻阻尼尼力力矩矩既既可可以以由由电电磁磁力力产产生生，也也可可以以由由空空气气阻阻尼尼装装置置产产生生。下下面面介介绍绍常常用用的的几几种种电工仪表。电工仪表。第21页，本讲稿共117页18一月202322 二、二、磁电式仪表磁电式仪表 磁磁电电式式仪仪表表是是指指利利用用仪仪表表可可动动线线圈圈中中的的被被测测电电流流产产生生的的磁磁场场和和固固定定的的永永久久磁磁铁铁产产生生的的恒恒定磁场之间的相互作用来工作的仪表。定磁场之间的相互作用来工作的仪表。第22页，本讲稿共117页18一月202323 磁磁电电式式仪仪表表的的结结构构如如图图9.1.2所所示示。它它的的固固定定部部分分主主要要是是磁磁路路，包包括括永永久久磁磁铁铁、极极掌掌（永永久久磁磁铁铁靠靠近近圆圆柱柱形形铁铁心心的的端端面面）和和圆圆柱柱形形铁铁心心，极极掌掌与与铁铁心心间间有有均均匀匀分分布布的的气气隙隙；它它的的可可动动部部分分套套在在圆圆柱柱形形铁铁心心的的外外面面，由由转转轴轴、指指针针、线线圈圈、旋旋转转弹弹簧簧（游游丝丝）及及铝铝框框等等组组成成。线线圈圈绕绕在在铝铝框框的的外外边边，工工作作时时可可动动线线圈圈中中通通以以被被测测电电流流。转转轴轴分分为为前前后后两两部部分分，每每半半部部分分均均与与铝铝框框相相连连，前前面面的的转转轴轴上上安安装装旋旋转转弹弹簧簧，旋旋转转弹弹簧簧一一端端固固定定，一一端端与与线线圈圈的的出出线线端端相相连连，用用以以将将被被测测电电流流引引入入线线圈圈中中，同同时旋转弹簧用来产生反作用力矩。时旋转弹簧用来产生反作用力矩。第23页，本讲稿共117页18一月202324图9.1.2第24页，本讲稿共117页18一月202325 用用磁磁电电式式仪仪表表进进行行测测量量时时，可可动动线线圈圈中中通通入入被被测测电电流流，由由于于永永久久磁磁铁铁产产生生恒恒定定磁磁场场，通通电电线线圈圈在在恒恒定定磁磁场场中中受受到到电电磁磁力力的的作作用用，根根据据左左手手定定则则，可可以以判判断断线线圈圈的的两两个个有有效效边边受受到到的的力力大大小小相相等等，方方向向相相反反（上上下下两两个个方方向向），对对线线圈圈所所连连接接的的转转轴轴形形成成力力矩矩的的作作用用，其其大大小小为为 T=Fb=B(NI)lb=NBIS （9-3）第25页，本讲稿共117页18一月202326 式式中中,B为为磁磁感感应应强强度度；l为为线线圈圈的的有有效效长长度度；b为为线线圈圈的的宽宽度度；S为为线线圈圈的的面面积积；N为线圈的匝数。为线圈的匝数。上上面面的的这这个个电电磁磁转转矩矩使使得得转转轴轴带带动动指指针针偏偏转转，同同时时旋旋转转弹弹簧簧随随转转轴轴旋旋转转，产产生生反反作作用用力力矩矩。显显然然旋旋转转弹弹簧簧的的反反作作用用力力矩矩与与指指针针的的偏偏转角成正比，转角成正比，即即 Tf=Kf （9-4）第26页，本讲稿共117页18一月202327 当当反反转转矩矩与与转转动动转转矩矩平平衡衡时时，指指针针停停止止偏偏转转，即即 T=Tf 这时，这时，偏转角偏转角（9-5）第27页，本讲稿共117页18一月202328 上上式式说说明明，指指针针偏偏转转角角与与仪仪表表所所通通电电流流成成正正比比，所所以以磁磁电电式式仪仪表表的的刻刻度度是是线线性性的的。磁磁电电式式仪仪表表的的阻阻尼尼装装置置是是由由铝铝框框兼兼顾顾的的。当当铝铝框框上上的的线线圈圈受受到到电电磁磁力力的的作作用用转转动动时时，铝铝框框一一起起转转动动，将将切切割割永永久久磁磁场场的的磁磁力力线线，在在框框内内感感应应出出电电流流，该该电电流流又又与与恒恒定定磁磁场场作作用用，使使得得铝铝框框受受到到与与其其运运动动方方向向相相反反的的力力的的作作用用，产产生生制制动动力力矩矩。仪仪表表的的可可动动部部分分将将受受到到阻阻尼尼力力矩矩的的作作用用，可可以以消消除除振振荡荡，使使指指针针迅迅速速停停止止在在平衡位置。平衡位置。第28页，本讲稿共117页18一月202329 从从前前面面的的分分析析可可知知，磁磁电电式式仪仪表表只只能能通通入入直直流流电电，若若通通入入交交流流电电，由由于于可可动动部部分分的的转转动动惯惯量量大大，电电流流频频率率变变化化较较快快，因因而而来来不不及及随随转转矩矩的的变变化化而而转转动动，偏偏转转角角只只能能由由平平均均转转矩矩来来决决定定。因因为为转转矩矩由由电电流流产产生生，正正弦弦交交流流电电的的平平均均值值为为零零，平平均均转转矩矩也也为为零零，指指针针摇摇摆摆后后最最终终回回到到零零，所所以以磁磁电电式式仪仪表表不不能能测测交交流流电。电。第29页，本讲稿共117页18一月202330 若若在在测测量量电电路路中中增增加加一一个个整整流流环环节节，即即将将交交流流电电整整流流后后再再加加给给线线圈圈，则则电电流流的的平平均均值值不不再再为为零零。将将此此平平均均值值与与交交流流电电的的有有效效值值的的比比例例关关系系考考虑虑到到刻刻度度中中去去，就就可可以以用用来来测测量量交交流流电电的的有有效效值值。一一般般这这类类仪仪表表都都是是针针对对正正弦弦交交流流电电来来设设计计的的，所所以以可可以以直直接接用用来来测测量量正正弦弦交交流流电电的的有有效效值值。对对于于非非正正弦弦交交流流电电，由由于于刻刻度度并并不不是是按按照照其其有有效效值值进进行行标标注注的的，故故不不能能测测量量其其有效值。有效值。第30页，本讲稿共117页18一月202331 磁磁电电式式仪仪表表的的优优点点是是刻刻度度均均匀匀，仪仪表表内内部部耗耗能能小小，灵灵敏敏度度和和准准确确度度较较高高。另另外外，由由于于仪仪表表本本身身的的磁磁场场较较强强，所所以以抗抗外外界界磁磁场场干干扰扰能能力力较较强强。这这种种仪仪表表的的缺缺点点是是结结构构复复杂杂，价价格格较较高高，过过载载能能力力小小，且且只只能能用用来来测测量量直直流流。由由于于磁磁电电式式仪仪表表准准确确度度较较高高，所所以以经经常常用用作作实实验验室室仪仪表表和和高高精精度度的的直直流流标标准准表表，通通常常用用来来测测直流电流、直流电流、直流电压，直流电压，也用作万用表的表头。也用作万用表的表头。第31页，本讲稿共117页18一月202332 三、三、电磁式仪表电磁式仪表 电电磁磁式式仪仪表表的的测测量量机机构构分分为为吸吸引引型型、排排斥斥型型两两大大类类，常常用用排排斥斥型型仪仪表表的的结结构构如如图图9.1.3所所示示，下下面面以以排排斥斥型型电电磁磁式式仪仪表表为为例例讲讲述其工作原理。述其工作原理。电电磁磁式式仪仪表表主主要要由由固固定定的的圆圆形形线线圈圈、线线圈圈内内部部的的固固定定铁铁片片、固固定定在在转转轴轴上上的的可可动动铁铁片片以以及及阻阻尼尼片片等等构构成成。当当线线圈圈中中通通以以被被测测电电流流时时，在在线线圈圈周周围围产产生生磁磁场场，定定铁铁片片和和动动铁铁片片同同时时被被磁磁化化，这这称称为为同同一一磁磁性性，即即同同一一端端的的极极性性相相同同。由由于于同同性性相相斥斥，可可动动铁铁片片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产产生生的的反反作作用用力力矩矩平平衡衡时时，指指针针就就稳稳定定在在某某一一位位置置上上，指示被测值。指示被测值。第32页，本讲稿共117页18一月202333图9.1.3排斥型电磁式仪表的结构第33页，本讲稿共117页18一月202334 可可以以近近似似认认为为作作用用在在仪仪表表可可动动部部分分的的转转动动力力矩矩与与被被测测电电流流的的平平方方成成正正比比。若若通通入入直直流流电电，则仪表的转动力矩为则仪表的转动力矩为 T=K1 I2 （9-6）与与磁磁电电式式仪仪表表相相同同，旋旋转转弹弹簧簧产产生生的的反反作用力矩也与指针的偏转角成正比，作用力矩也与指针的偏转角成正比，即即 Tf=Kf 当当转转动动力力矩矩与与反反力力矩矩平平衡衡时时，指指针针停停止止偏偏转转，即即（9-7）第34页，本讲稿共117页18一月202335 若若通通交交流流电电，仪仪表表内内仍仍然然可可以以产产生生相相互互排排斥斥的的作作用用力力，因因为为当当电电流流方方向向改改变变时时，可可动动铁铁片片和和固固定定铁铁片片的的磁磁化化方方向向也也随随之之改改变变，由由它它们们产产生生的的转转动动力力矩矩的的瞬瞬时时值值仍仍然然与与电电流流瞬瞬时时值值的的平平方方成成正正比比，又又因因为为转转动动力力矩矩与与电电流流的的平平方方成成正正比比，所所以以电电流流方方向向改改变变时时，转转动动力力矩矩的的方方向向不不变变。习习惯惯上上用用平平均均力力矩矩来来衡衡量量仪仪表表的的偏转，偏转，则平均力矩为则平均力矩为（9-8）式中,I为交流电的有效值，K1与K1 均为常数。第35页，本讲稿共117页18一月202336 可可以以推推导导得得出出，仪仪表表的的偏偏转转角角仍仍然然与与电电流流的的平平方方成成正正比比，只只是是该该电电流流指指的的是是交交流流电电的的有有效效值值。换换句句话话说说，电电磁磁式式仪仪表表测测交交流流量量时时，仪表的指示值为交流量的有效值。仪表的指示值为交流量的有效值。由由于于转转动动力力矩矩与与电电流流的的平平方方成成正正比比，所所以以电电磁磁式式仪仪表表的的刻刻度度不不均均匀匀。电电磁磁式式仪仪表表的的阻阻尼尼装装置置采采用用的的是是空空气气阻阻尼尼器器。阻阻尼尼片片固固定定在在转转轴轴上上，并并且且放放在在一一个个密密闭闭的的小小室室中中，当当仪仪表表的的转转轴轴转转动动时时，阻阻尼尼片片随随之之移移动动，使使阻阻尼尼片片两两侧侧的的空空气气压压力力不不同同而而产产生生一一个个阻阻碍碍可可动动部部分分转转动动的的力力矩矩，该该力力矩矩就就是是阻阻尼尼力力矩矩，其其作作用用与与磁磁电电式式仪仪表表的的阻阻尼尼力力矩矩相相同同，使使得得指指针针迅迅速速稳定。稳定。第36页，本讲稿共117页18一月202337 电电磁磁式式仪仪表表的的优优点点是是结结构构简简单单，价价格格便便宜宜，过过载载能能力力较较大大，能能用用来来测测量量直直流流、正正弦弦和和非非正正弦弦交交流流电电量量，不不需需辅辅助助设设备备，可可直直接接测测量量大大电电流流；缺缺点点是是刻刻度度不不均均匀匀，准准确确度度和和灵灵敏敏度度不不高高，耗耗能能较较大大，由由于于其其本本身身磁磁场场是是由由被被测测电电流流产产生生的的，所所以以防防电电磁磁干干扰扰能能力力较较差差。一般用电磁式仪表来测量交流电压和电流。一般用电磁式仪表来测量交流电压和电流。第37页，本讲稿共117页18一月202338 四、四、电动式仪表电动式仪表 电电动动式式仪仪表表是是指指可可动动线线圈圈中中的的电电流流与与固固定定线线圈圈中中的的电电流流相相互互作作用用而而工工作作的的仪仪表表，其其结结构构如图如图9.1.4所示。所示。电电动动式式仪仪表表主主要要由由固固定定线线圈圈和和可可动动线线圈圈组组成成。固固定定线线圈圈分分两两部部分分绕绕在在框框架架上上，以以产产生生均均匀匀磁磁场场；可可动动线线圈圈固固定定在在转转轴轴上上，轴轴上上还还固固定定有有指指针针、旋旋转转弹弹簧簧、空空气气阻阻尼尼片片等等。和和磁磁电电式式仪仪表表相相同同，可可动动线线圈圈的的电电流流也也是是从从旋旋转转弹簧引入的。弹簧引入的。由由于于固固定定线线圈圈的的电电流流不不需需经经过过旋旋转转弹弹簧簧，所以固定线圈的导线可以选用较粗的导线。所以固定线圈的导线可以选用较粗的导线。第38页，本讲稿共117页18一月202339图9.1.4第39页，本讲稿共117页18一月202340 当当固固定定线线圈圈中中通通以以电电流流I1时时，根根据据电电磁磁感感应应原原理理，将将在在线线圈圈周周围围产产生生磁磁场场，其其磁磁感感应应强强度度B与与电电流流I1成成正正比比。若若可可动动线线圈圈也也通通入入电电流流I2，则则可可动动线线圈圈在在磁磁场场B中中将将受受到到电电磁磁力力的的作作用用，根根据据左左手手定定则则可可判判断断出出，可可动动线线圈圈的的左左右右两两侧侧有有效效边边受受到到的的电电磁磁力力的的方方向向刚刚好好相相反反，大大小小与与磁磁感感应应强强度度B和和电电流流I2的的乘乘积积成成正正比。比。该力矩可以表示为该力矩可以表示为 T=K1I1I2 (9-9)第40页，本讲稿共117页18一月202341 此此力力矩矩将将带带动动转转轴轴和和指指针针一一起起偏偏转转。同同时时旋旋转转弹弹簧簧将将产产生生反反作作用用力力矩矩，与与指指针针的的偏偏转转角成正比，角成正比，即即 Tf=Kf 当当反反力力矩矩与与转转动动力力矩矩相相等等时时，指指针针稳稳定定下来，下来，偏转角为偏转角为（9-10）第41页，本讲稿共117页18一月202342 上上式式说说明明，当当测测直直流流电电时时，偏偏转转角角与与两两个个线线圈圈所所通通电电流流的的乘乘积积成成正正比比，依依此此可可以以刻刻出出表盘，表盘，但表盘刻度不均匀。但表盘刻度不均匀。指指针针的的偏偏转转方方向向取取决决于于两两个个电电流流的的方方向向，改改变变其其中中任任何何一一个个线线圈圈的的电电流流方方向向即即可可改改变变指指针针的的偏偏转转方方向向。若若固固定定线线圈圈和和可可动动线线圈圈的的电电流流同同时时改改变变，则则指指针针的的偏偏转转方方向向不不变变。因因此此，电电动动式式仪仪表表既既可可以以测测量量直直流流量量，也也可可以以用用来来测测量交流量。量交流量。第42页，本讲稿共117页18一月202343 对对电电动动式式仪仪表表通通入入正正弦弦交交流流电电i1和和i2，与与电电磁磁式式仪仪表表相相似似，其其转转动动力力矩矩的的瞬瞬时时值值与与两两电电流流的的瞬瞬时时值值乘乘积积成成正正比比，同同样样，习习惯惯上上用用平平均值衡量被测量，均值衡量被测量，则平均力矩为则平均力矩为（9-11）式中式中,I1和和I2为交流电的有效值；为交流电的有效值；cos为交流电为交流电i1和和i2相位差的余弦。相位差的余弦。第43页，本讲稿共117页18一月202344当用电动式仪表测交流电时，当用电动式仪表测交流电时，其偏转角为其偏转角为（9-12）从上式可以看出，测交流电时，偏转角不仅与交流电的有效值有关，还与两电流的相位差的余弦成正比。因此，可以用电动式仪表来测量交流电功率。电动式仪表的阻尼装置与电磁式的相同。第44页，本讲稿共117页18一月202345 电电动动式式仪仪表表的的优优点点是是既既可可以以测测量量交交流流、直直流流量量，还还可可以以测测量量非非正正弦弦交交流流量量的的有有效效值值，由由于于没没有有铁铁心心的的磁磁滞滞和和涡涡流流影影响响，所所以以准准确确度度比比电电磁磁式式仪仪表表要要高高；缺缺点点是是刻刻度度不不均均匀匀，过过载载能能力力差差，仪仪表表内内部部耗耗能能大大，由由于于可可动动线线圈圈的的电电流流从从旋旋转转弹弹簧簧引引入入，所所以以抗抗电电磁磁干干扰扰能能力力较较差差。电电动动式式仪仪表表一一般般适适用用于于制制作作交交、直直流流两用仪表和交流校准表，两用仪表和交流校准表，或用来制作功率表。或用来制作功率表。第45页，本讲稿共117页18一月2023469.2 电流与电压的测量电流与电压的测量 电电工工测测量量是是指指在在直直流流或或低低频频时时用用电电工工仪仪表表或或数数字字仪仪表表对对电电学学量量（电电压压、电电流流、电电功功率率、电电阻阻、电电容容等等）、磁磁学学量量（磁磁场场强强度度、磁磁通通、磁磁动动势势等等）以以及及有有些些非非电电量量进进行行测测量量，其其中中，各各种种电电学学量量的的测测量量是是电电工工测测量量的的主主要要任任务务。下下面介绍一些常用电量的测量技术。面介绍一些常用电量的测量技术。第46页，本讲稿共117页18一月202347 9.2.1 电流的测量电流的测量 进进行行电电流流测测量量时时，通通常常选选用用电电流流表表。测测量量某某一一支支路路的的电电流流时时，只只有有被被测测电电流流流流过过电电流流表表，电电流流表表才才能能指指示示其其结结果果，因因此此电电流流表表应应串串联联在在被被测测量量电电路路中中，如如图图9.2.1所所示示。考考虑虑到到电电流流表表有有一一定定的的电电阻阻，串串入入之之后后不不应应该该影影响响电电路路的的测测量量结结果果，所所以以电电流流表表的的内内阻阻必必须须远远小小于于电电路路的负载电阻。的负载电阻。第47页，本讲稿共117页18一月202348图9.2.1电流的测量电路第48页，本讲稿共117页18一月202349图9.2.2具有分流器的电流表测量电路第49页，本讲稿共117页18一月202350 测测量量直直流流电电流流一一般般用用磁磁电电式式电电流流表表。磁磁电电式式电电流流表表的的测测量量机机构构只只能能通通过过几几十十微微安安到到几几十十毫毫安安的的电电流流，要要测测量量较较大大的的电电流流时时，应应该该在在测测量量机机构构上上并并联联一一个个低低值值电电阻阻以以进进行行分分流流，如如图图9.2.2所所示示。这这样样仪仪表表所所测测的的电电流流是是被被测测电流的一部分，电流的一部分，但它们之间有如下关系：但它们之间有如下关系：则可得出分流电阻（9-13）第50页，本讲稿共117页18一月202351 例例9-2 一一磁磁电电式式电电流流表表，其其满满量量程程为为10 mA，内内阻阻10。现现要要将将其其量量程程改改为为1 A，问应并联多大的分流电阻？问应并联多大的分流电阻？解解 应并联的电阻为应并联的电阻为第51页，本讲稿共117页18一月202352 测测量量交交流流电电流流一一般般用用电电磁磁式式电电流流表表，进进行行精精密密测测量量时时用用电电动动式式电电流流表表。由由于于所所测测的的是是交交流流电电流流，所所以以其其测测量量机机构构既既有有电电阻阻又又有有电电感感，要要想想扩扩大大量量程程就就不不能能单单纯纯地地并并联联分分流流电电阻阻，而而应应将将固固定定线线圈圈绕绕组组分分成成几几段段，采采用用线线圈圈串串联联、并并联联及及混混联联的的方方法法来来实实现现多多个个量量程程。当当被被测测电电流很大时，流很大时，可利用电流互感器来扩大量程。可利用电流互感器来扩大量程。第52页，本讲稿共117页18一月202353 9.2.2 电压的测量电压的测量 测测量量某某一一段段电电路路的的电电压压时时，应应将将电电压压表表并并联联在在被被测测电电压压的的两两端端，电电压压表表的的端端电电压压才才等等于于被被测测电电压压，如如图图9.2.3所所示示。电电压压表表并并入入电电路路必必然然会会分分掉掉原原来来支支路路的的电电流流，影影响响电电路路的的测测量量结结果果，为为了了尽尽量量减减小小测测量量误误差差，不不影影响响电电路路的的正正常常工工作作状状态态，电电压压表表的的内内阻阻应应远远大大于于被被测测支支路路的的电电阻阻。但但电电压压表表的的测测量量机机构构本本身身电电阻阻不不大大，所所以以在在电电压压表表的的测测量量机机构构中中都都串串联联一一个个阻阻值很大的电阻。值很大的电阻。第53页，本讲稿共117页18一月202354图9.2.3电压的测量电路第54页，本讲稿共117页18一月202355图9.2.4具有倍压器的电压测量电路第55页，本讲稿共117页18一月202356 直直流流电电压压的的测测量量一一般般使使用用磁磁电电式式电电压压表表。要要扩扩大大仪仪表表的的量量程程，应应该该在在测测量量机机构构中中串串联联分分压压电电阻阻，此此分分压压电电阻阻称称为为倍倍压压器器，如如图图9.2.4所所示示。此此时时，测测量量机机构构上上所所测测电电压压为为被被测测电电压的一部分，压的一部分，即即由上式可得分压电阻（9-14）第56页，本讲稿共117页18一月202357 可可以以看看出出，电电压压表表要要扩扩大大的的量量程程越越大大，所所串串联联的的倍倍压压器器的的阻阻值值应应越越大大。多多量量程程的的电电压压表表内内部部具具有有多多个个分分压压电电阻阻，不不同同的的量量程程串串接接不不同的分压电阻。同的分压电阻。第57页，本讲稿共117页18一月202358 例例9-3 一一磁磁电电式式电电压压表表，量量程程为为50 V，内内阻阻2000。现现想想将将其其量量程程改改为为200 V，问应串联多大的电阻？问应串联多大的电阻？解解 应串联的电阻为应串联的电阻为第58页，本讲稿共117页18一月202359 测测量量交交流流电电压压时时，一一般般采采用用电电磁磁式式电电压压表表，精精密密测测量量则则采采用用电电动动式式电电压压表表。要要想想扩扩大大交交流流电电压压表表的的量量程程，可可以以采采用用线线圈圈串串、并并联联的的方方法法来来实实现现，也也可可以以在在电电磁磁式式电电压压表表内内部部串串联联倍倍压压器器来来实实现现。测测量量600 V以以上上的的电电压压时时，应应该该使使用用电电压压互互感感器器先先把把电电压压降降低低再再来来配配合合测测量。量。第59页，本讲稿共117页18一月202360 9.3 功率的测量功率的测量 前前面面讲讲过过，电电动动式式仪仪表表的的偏偏转转角角不不仅仅与与两两线线圈圈电电流流的的有有效效值值有有关关，而而且且与与它它们们的的相相位位差差的的余余弦弦有有关关，所所以以通通常常用用电电动动式式仪仪表表来来测测量量电电功率。功率。测测量量功功率率时时，电电动动式式仪仪表表可可动动线线圈圈的的电电流流从从旋旋转转弹弹簧簧流流入入，因因为为线线圈圈的的导导线线较较细细，所所通通过过的的电电流流较较小小，所所以以用用可可动动线线圈圈作作为为电电压压线线圈圈(即即可可动动线线圈圈)串串联联倍倍压压器器后后，与与测测量量电电路路并联以测量负载电压。并联以测量负载电压。第60页，本讲稿共117页18一月202361 固固定定线线圈圈的的电电流流可可直直接接流流入入线线圈圈，因因为为线线圈圈的的导导线线较较粗粗，可可以以通通过过较较大大电电流流，所所以以可可作作为为电电流流线线圈圈(即即固固定定线线圈圈)与与被被测测电电路路串串联联以以测测量电流，量电流，功率表的结构示意如图功率表的结构示意如图9.3.1所示。所示。第61页，本讲稿共117页18一月202362图9.3.1功率表的结构示意图(a)结构示意图；(b)图形符号第62页，本讲稿共117页18一月202363 9.3.1.直流电功率的测量直流电功率的测量 直直流流电电功功率率可可以以用用电电压压表表和和电电流流表表间间接接测测量量求求得得，也也可可以以用用功功率率表表来来直直接接测测量量。直直接接测测量量时时的的接接线线如如图图9.3.2所所示示。应应该该注注意意，电电压压线线圈圈与与电电流流线线圈圈的的进进线线端端一一般般标标记记为为“*”，应应把把两两个个进进线线端端接接到到电电源源的的同同一一端端，使使得得两两个个线圈的电流参考方向相同。线圈的电流参考方向相同。第63页，本讲稿共117页18一月202364图9.3.2功率表的接线图第64页，本讲稿共117页18一月202365 在在测测量量直直流流功功率率时时，由由式式（9-10）可可知知，电电动动式式仪仪表表的的偏偏转转角角=KI1I2，可可动动线线圈圈作作为为电压线圈，电压线圈，电压与电流同相，电压与电流同相，有有（9-15）第65页，本讲稿共117页18一月202366 由由上上式式可可知知，电电动动式式功功率率表表的的偏偏转转角角与与功功率率UI成成正正比比。也也就就是是说说，只只要要测测出出了了指指针针的偏转格数，的偏转格数，就可以算出被测量的电功率就可以算出被测量的电功率,即即（9-16）式中C为功率表每格所代表的功率，用量程除以满标值求得。第66页，本讲稿共117页18一月202367 例例9-4 功率表的满标值为功率表的满标值为1000，现选现选用电压为用电压为100 V，电流为电流为5 A的量程，的量程，若读数若读数为为600，求被测功率为多少？求被测功率为多少？解解 若选用题目中的量程，若选用题目中的量程，则功率则功率表每格所代表的功率为表每格所代表的功率为第67页，本讲稿共117页18一月202368 于是，于是，被测功率为被测功率为 P=C=0.5600=300 W 从从上上例例可可以以看看出出，功功率率表表的的量量程程选选择择实实际上是通过选择电压和电流量程来实现的。际上是通过选择电压和电流量程来实现的。第68页，本讲稿共117页18一月202369 9.3.2 单相交流电功率的测量单相交流电功率的测量 在在测测量量交交流流电电时时，由由式式（9-12）可可知知，电电动动式式仪仪表表的的偏偏转转角角不不仅仅与与电电压压电电流流有有效效值值的的乘乘积积有有关关，而而且且与与它它们们的的相相位位差差的的余余弦弦有有关关。电电动动式式功功率率表表的的电电压压线线圈圈上上的的电电压压与与其其所所通通过过的的电电流流有有一一定定的的相相差差，但但电电动动式式仪仪表表的的电电压压线线圈圈串串有有很很大大的的分分压压电电阻阻，其其感感抗抗与与电电阻阻相相比比可可忽忽略略，认认为为电电压压线线圈圈上上的的电电压压与与其其电电流流基基本本同同相，相，则有则有（9-17）第69页，本讲稿共117页18一月202370则单相交流电的功率则单相交流电的功率（9-18）可见，由功率表测得的单相交流电的功率是平均功率，它与功率表的偏转角成正比。同理，只要测出了仪表的偏转表格，即可算出被测功率。实验室用的单相功率表一般都有两个相同的电流线圈，可以通过两个线圈的不同连接方法（串联或并联）来获得不同的量程，电压线圈量程的改变是通过改变倍压器来实现的。第70页，本讲稿共117页18一月202371 9.3.3 三相交流电功率的测量三相交流电功率的测量 三相交流电的功率有以下三种测量方法。三相交流电的功率有以下三种测量方法。（1）一瓦计法。一瓦计法。对对于于三三相相对对称称电电路路，由由于于各各相相负负载载所所消消耗耗的的功功率率相相等等，所所以以可可以以采采用用一一瓦瓦计计法法测测量量出出一一相相的的功率，功率，然后乘以然后乘以3，则为三相的功率，则为三相的功率，即即 P=3P1 （9-19）第71页，本讲稿共117页18一月202372 （2）两瓦计法。两瓦计法。对对于于三三相相三三线线制制电电路路，不不论论负负载载是是星星形形还还是是三三角角形形，都都可可以以采采用用两两瓦瓦计计法法来来测测量量功功率率，如如图图12-11所所示示。两两个个功功率率表表的的读读数数之之和和即即为为三相总功率，三相总功率，即即 P=P1+P2 （9-20）由图可以看出由图可以看出 P1=U13I1 cos P2=U23I2 cos 式式中中,为为线线电电压压u13与与线线电电流流i1的的相相位位差差；为线电压为线电压u23与线电流与线电流i2的相位差。的相位差。第72页，本讲稿共117页18一月2023