电工测量及常用仪表.优秀PPT.ppt

第第1章章 电工测量及常用仪表电工测量及常用仪表1.1 电工测量仪表1.1.1 概述 电工测量仪表是用来测量各种电量数值（电流，电压，功率，电阻等）的表计，它可以干脆将被测的电量转换为可动部分的偏转角位移，通过指示器在标尺上指示出被测量。（1）仪表的分类 按作用原理分：磁动式，电磁式，电动式，感应式，整流式等。按测量对象分：电流表，电压表，瓦时表，功率表，欧姆表，相位表，频率表，万用表和电桥等。按测量电流种类分：直流电表，沟通电表和交直流两用电表。（2）仪表的级别 仪表误差的表达方式有三种：1.确定误差 指示值A1与实际值A0的代数差，用=A0-A1表示。2.相对误差 确定误差与实际值A0之比的百分数，用=/A0100%表示。3.引用误差 确定误差与仪表测量上限Am之比的百分数，用m=/Am100%表示。一般指示仪表的误差用引用误差来表示，依据国家标准的规定，仪表的精确度分为七级，即：0.1级，0.2级，0.5级，1.0级，1.5级，2.5级，5级。仪表精确度等级的数字是表示仪表在正常工作条件下（四周环境温度20c）的最大误差的百分数。在正常工作条件下，最大确定误差是不变的，可是在满刻度内，被测量的值越小，相对误差就越大。例：有一精确度为2.5级的电压表，其最大量程为50v，问其可能产生的最大误差是多少？用该电压表来测量实际值为10v和40v的电压时，相对误差分别是多少？解：u=mUm=2.5%50=1.25v 10=1.25/10 100%=12.5%40=1.25/40 100%=3.1%从上例可以看出，为了提高被测量的精确度，在选用仪表时，要尽量使被测量的值接近满标值，一般应超过满标值的2/3以上。如被测电流为65A时，可选用满标值为1100A的仪表。仪表的灵敏度也是仪表的重要技术指标之一，它反映了仪表能够测量的最小被测量。在测量过程中，假如被测量变更一个很小的量x，引起仪表可动部偏转角变更一个，则x与的比值就称为该仪表灵敏度，用S表示，S=/x。灵敏度的倒数又称为仪表常数，用C来表示。1.1.2 仪表的型式 仪表的工作原理：电流通入仪表后产生电磁作用，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存在着确定的关系 T=f(I)为了使仪表的可动部分的偏转角与被测量成确定的比例，必需有一个与偏转角成比例的阻转矩TC来与转动转矩相平衡，即：T=TC。这样才能使仪表的可动部分平衡在确定位置，从而反映出被测量的大小。此外，仪表的可动部分由于惯性的关系，当仪表起先通电或被测量发生变更时，不能立刻达到平衡，而要在平衡位置经过确定时间的振荡才能静止下来。为了使仪表的可动部分快速静止在平衡位置，以缩短测量时间，还须要有一个能产生制动力的装置，它称为阻尼器。阻尼器只在指针转动过程中才起作用。直读式仪表主要是由三部分组成：产生转动转矩的部分、产生阻转矩的部分和阻尼器。（1）磁电式仪表 磁电式仪表是利用永久磁铁的磁场与通有电流的线圈相互作用的原理制成的。结构特点是具有固定的磁铁和活动的线圈。磁电式仪表具有以下特点：（1）精确度较高 （2）灵敏度较高 （3）刻度线匀整 （4）线圈的内阻压降低 （5）只能测量直流（6）不能承受大电流（7）价格较高（2）电磁式仪表 电磁式仪表有两种型式 （1）吸引型：通有电流的固定线圈产生的磁场吸引动铁片形成转动力矩，驱动指针偏转；（2）排斥型：在固定线圈中设动、静两个铁片，动铁片与指针转轴相连，线圈通电时，两个铁片同时被磁化，产生排斥力，驱动指针偏转。电磁式仪表有以下特点：（1）精确度不高 （2）刻度不匀整 （3）价格低廉 （4）可用于交直流 （5）能测量较大的电流和允许较大的过载1.1.3 电压和电流的测量（1）电流的测量 测量直流电流通常都用磁电式电流表，测量沟通电流主要接受电磁式电流表。电流表应当串联在被测电路中。为了使电路的工作不因接入电流表而受影响，电流表的内阻必需小。若将电流表并联在电路的两端，电流表易被烧毁，应特殊留意。磁电式电流表测量直流电流时，因其表头允许通过的电流很小，不能干脆测量较大电流。为了扩大量程，需在表头上并联一个分流电阻。因此，若使电流表量程扩大n倍，则分流电阻应等于表头内阻RC的（n-1)分之一。RCII0Rf负载如右图，I0=RfI/(RC+Rf)即：Rf=RC/(I/I0-1)令 I/I0=n，则 Rf=RC/(n-1)n叫做分流系数 用电磁式电流表测量沟通电流时，不用分流电阻扩大量程。这是因为一方面电磁式电流表的线圈允许通过较大的电流；另一方面在测量沟通时，电流的安排不仅与电阻有关，还与电感有关，分流电阻很难制的精确。所以测量大的沟通电流时，利用电流互感器来扩大量程。（2）电压的测量 测量时应将电压表并联在被测电路的两端。为了使电路工作不因接入电压表而受影响，电压表的内阻必需很高，而表头电阻RC并不大，所以须要和它串联一个高值分压电阻Rf，这样也使电压表的量程扩大了。测量直流电压常用磁电式电压表，测量沟通电压常用电磁式电压表。RcRf负载+-Uc+-U如右图：U/Uc=(Rc+Rf)/Rf即：Rf=Rc(U/Uc-1)令 m=U/Uc,则 Rf=(m-1)Rc 由上可知，若将表头的量程扩大m倍，则需串联的电阻应为表头Rc内阻的(m-1)倍。（3）正确选择仪表1.按被测量的大小选择适当量程的仪表;2.按被测量的实际要求选择精确度等级合理的仪表;3.按被测对象的内阻大小来正确选择仪表。1.2 万用表1.2.1 万用表的结构 万用表是用磁电式测量机构（表头）和测量电路实现各种电量测量的，是一个多量限的直流电流表、多量限的直流电压表、多量限的整流式沟通电压表和多量限的欧姆表所组成。所以万用表主要由表头、测量线路和转换开关组成。1.2.2 万用表的工作原理（1）万用表的直流电流挡 应用分流器与磁电式表头的串联和并联的组合，达到扩大它的测量电流范围的目的。（2）万用表的直流电压挡 应用附加电阻与磁电式表头相串联，达到扩大它的测量电压的范围。（3）万用表的沟通电压挡 应用整流电路与磁电式表头的协作运用，达到测量沟通电压的目的。（4）万用表的电阻挡 应用万用表内置电源、固定电阻和磁电式表头的串联运用，来达到测量外电阻的目的。1.2.3 万用表的运用 万用表的结构形式多种多样，在运用前必需熟悉和了解各部件的作用，分清表盘上各条标度尺所对应的测量量。同时还应特殊留意以下几点：（1）插孔的选择 红正黑负（2）种类选择 依据测量对象类型，将转换开关旋至相应位置。（3）量限选择 依据被测量的大致范围，将转换开关旋至该种类区间的适当量限上。（4）正确读数 在相应的标尺上正确读数。（5）欧姆挡的正确运用 a.选择好适当的倍率挡 b.调零 c.不能带电测量 d.被测对象不能有并联支路 e.测晶体管参数时要用低压高倍率挡 f.不允许用万用表的欧姆挡去测量微安表、检流计、标准电池等类的仪表仪器。g.运用万用表电阻挡时，电流是从“-”接线柱流出，经外接元件然后回到“+”接线柱 h.在运用万用表间歇，不要让两根测试棒短接，以免奢侈干电池电量1.2.4 运用万用表测量晶体管（1）运用万用表测量晶体二极管 a.硅管与锗管的区分 正向压降为0.3V左右，为锗管，正向压降为0.7V左右，为硅管。b.推断二极管的好坏 正向电阻越小越好，反向电阻越大越好，正、反向电阻应相差数百倍才是好管。c.推断晶体二极管的正、负极 比较两次测得的结电阻，小的为正向电阻，由此可推断二极管的正、负极。（2）运用万用表测量晶体三极管 a.NPN管及PNP管的判别 先确定基极，如基极接正表笔，负表笔碰触另外两个电极测得的阻值均为较大电阻，则该管为NPN管；如负表笔碰触另外两个电极测得的阻值均为较小电阻，则该管为PNP管。b.晶体管极性的测试 确定基极后，将万用表表笔接通另外两个电极之间的电阻，交换表笔先后两次测得的电阻值应为一大一小。取其中测得电阻值较小时的接法为参考，对于NPN型晶体管，正表笔接的电极为放射极e，负表笔所接的电极为集电极c；对于PNP型晶体管，正表笔所接的电极为集电极c，负表笔所接的电极为放射极e。1.2.5 数字万用表 数字万用表以测量直流电压为基础，再经过沟通/直流（AC/DC)电压转换器、电流/直流(I/V)电压转换器、电阻/直流(/V)电压转换器，把沟通电压、电流和电阻转换成直流电压进行测量。数字万用表具有以下特点：a.功能增加，可测量沟通电压、直流电压、沟通电流、直流电流、电阻、三极管、电容等。b.精度提高，可达0.5%1.0%。c.测量结果由数字干脆显示。d.具有自动极性显示、溢出显示、自动调零等功能。数字万用表运用留意事项：a.留意检查电池电压，如液晶屏左边显示“LOBAT”或“BAT”，则表示电池电压过低，需更换新电池。b.黑表笔插COM入孔，测电压、电阻时，红表笔插入V/孔；测电流时，红表笔插入A孔。测三极管、电容时，将三极管和电容分别插入相应插孔。c.量程开关分别置于DCV（直流电压）、ACV（沟通电压）、DCA（直流电流）、ACA（沟通电流）、Ohm(电阻）、hFE（三极管hFE)、CAP（电容）量程。d.预先估计适当量程，如溢出则另择高量程挡。e.测电压、电流时，如不能估计合理量程，应置最大量程挡，然后依据状况选择精确量程。在测量中，不允许拨量程转换开关，应先断开表笔再换量程。f.不允许在通电回路中进行在线测量电阻，测量前应将回路断电，并使回路中电容器放电。g.测较大电容时，应先进行短路放电，方能插入测量插孔。h.不要随意拆装仪表。1.3 兆欧表1.3.1 兆欧表的结构及工作原理 在各种电气设备中，绝缘材料的好坏是影响其正常运行和平安用电的重要因素，绝缘材料的重要标记是它的绝缘电阻值的大小。一般绝缘电阻都是用兆欧表来测量的，它是一种简便的测量大电阻的指示仪表，它的标度尺的单位是兆欧，用“M”表示。兆欧表大多数接受磁电式结构，磁电式兆欧表又叫摇表。（1）磁电式兆欧表的结构 兆欧表主要由一台手摇发电动机和磁电式比率表组成。比率表有两个动圈，但没有产生反作用力矩的游丝。动圈内圆柱形铁心上开有缺口，所以仪表磁路系统的空气隙内的磁场是不匀整的。两个动圈彼此间相交成一固定的角度，并连同指针一同固定在同一轴上。兆欧表的分类就以发电动机能发出的最高电压来确定，电压越高，能测量的绝缘电阻值也就越高。（2）磁电式兆欧表的工作原理 两个回路中产生的电流I1、I2使可动部分受到两个方向相反的力矩M1、M2，可动部分在这两个力矩的作用下发生偏转，当这两个力矩大小相等时，即：M1=M2，可动部分偏转一个固定角。因为 M1=I1F1()M2=I2F2()所以 I1F1()=I2F2()所以 I1/I2=F1()/F2()=F3()通过数学变换写成 =F（I1/I2）上式表明，可动部分的偏转角将确定于电流I1、I2的比值。当被测电阻的数值变更时，I1的大小以及I1/I2的大小也随着变更，M1、M2两力矩相互平衡的位置也相应地变更。因此，兆欧表指针偏转到不同位置，指示出不同的被测绝缘电阻的数值。1.3.2 兆欧表的运用、调整及校验方法 (1)兆欧表的选择 兆欧表的选择，主要是选择兆欧表的电压及其测量范围。兆欧表的电压选用原则是：高压电气设备用电压高的兆欧表，低压电气设备用电压低的兆欧表。兆欧表测量范围的选用原则是：不要使测量范围过多地超出被测绝缘电阻的数值，以免读数时产生较大的误差。（2）测量前的准备 a.测量前必需切断被测设备的电源，并接地短路放电。b.有可能感应出高电压的设备，在可能性没有消退以前，不行进行测量。c.被测物的表面应擦干净。（3）兆欧表在试验前的准备 a.兆欧表应放在平稳且远离大电流的导体和有外磁场的 地方，以免影响读数。b.测量前应对兆欧表本身进行检查。（4）接线 a.正确相识兆欧表的各个接线柱及其接法。b.被测物表面漏电很严峻时应接“爱护”线。c.接线柱与被测物之间应用单根导线相连。（5）测量 a.手摇发电机的转速应为120 r/min。b.测量时间一般接受1min以后的读数为准，大电容的被测物应等指针稳定不变时为准。c.除记录被测物的绝缘电阻外，还应记录对测量有影响的其它条件。（6）拆线 兆欧表没有停止转动和被试物没有放电以前，不行用手触及被试物测量部分和进行拆除导线工 作。在做完具有大电容设备的试验时，必需先将被试物对地短路放电，然后停止兆欧表的转动。1.4 直流电桥 电桥的特点是灵敏度和精确度都较高。电桥分直流电桥和沟通电桥。直流电桥主要是用来测量电阻，依据结构特点的不同，又分为单电桥和双电桥，前者适用于测量中值电阻（1106),后者适用于测低值电阻（1以下）。（1）直流单电桥的工作原理 直流单电桥又称惠斯登电桥。电桥的四个支路称为电桥的四个臂，其中一个臂连接被测电阻RX，其余三个臂连接标准电阻。在电桥的对角线上连接指零仪表，另一对角线上连接直流电源。在电桥工作时，调整电桥各个臂上的电阻，使检流计的指针为零，这时，电桥达到平衡。电桥平衡时，有 R1R3=R2R4 上式是电桥平衡条件。它表明，在电桥平衡时，两相对桥臂上电阻的乘积等于另外两相对桥臂上电阻的乘积。在已知三个臂电阻的状况下，就可确定另外一个臂的被测电阻的阻值。设被测电阻RX是位于第一个桥臂中，则有 RX=R2R4/R31.4.1直流单电桥(3)运用步骤及留意事项 a.依据被测电阻的大小选择合适的电桥，以提高测量精确度。b.外接检流计时，选择灵敏度合适的检流计。c.外接电源一般为24V。d.运用电桥时，先将检流计锁扣打开，若指针或光点不在零位，应调整到零位。e.连接线路时，将被测电阻接到标有“RX”的两个接线柱上。若外接直流电源，其正极接面板上的“+”端钮，负极接面板上的“-”端钮。f.选择桥臂比率应使“比较臂”可调电阻的各挡充分地被利用，以提高读数的精度。g.测量时，将电源按钮按下并锁住。耐性调整比较臂电阻，直到电桥平衡。h.测量完毕，应先放松检流计按钮，再放松电源按钮。i.进行读数并计算被测电阻的数值，此时RX=倍率比较臂的读数。j.运用完后，应将检流计上的锁扣锁住。1.4.2 直流双电桥 直流双电桥又称为凯尔文电桥，是一种测量小电阻的常用仪器，测量精确度高。同直流单电桥相比，直流双电桥能有效避开接线电阻和接触电阻在测量小电阻时所造成的误差。（1）直流双电桥原理如图，得方程组 I1R1=InRn+I3R3 I2R2=InRn+I3R3 (In-I3)R=I3(R3+R4)解方程组，得：RX=R2Rn/R1+RR2(R3/R1-R4/R2)/(R+R3+R4)在制造电桥时，使得电桥在调整平衡过程中总是保持R3/R1=R4/R2，上式右边包含电阻R的部分总是等于零。被测电阻由RX=R2Rn/R1确定。（3）运用双电桥留意事项 a.在运用双电桥时，连接被测电阻应有四根导线，电流接头与电位接头应连接正确。确定要使电位的引出线之间只包含被测电阻RX。b.在选用标准电阻时，应尽量使其与被测电阻在同一数量级，最好满足0.1RXRn10RX。c.双电桥的电源最好接受容量大的蓄电池，电压为24V。为了使电源回路的电流不致过大而损坏标准电阻和被测电阻，在电流回路中应接一个可调电阻和直流安培表。1.5 沟通电桥 沟通电桥主要用来测量沟通等效电阻、电感和电容等参数。1.5.1 沟通电桥的基本原理 沟通电桥的原理电路同直流单电桥电路，四个桥臂一般是由阻抗元件组成的，它们可以是电感、电容或电阻，被测对象为电桥的一臂。在电桥的一条对角线上接入沟通指零仪，另一对角线上接入沟通电源。当电桥平衡时，可得：Z1Z3=Z2Z4 上式就是沟通电桥的平衡条件，它说明：当沟通电桥达到平衡时，相对桥臂的阻抗的乘积相等。若第一桥臂由被测阻抗ZX构成，则 ZX=Z2Z4/Z3 依据复数相等的条件，等式两端的模和幅角必需分别相等，可见沟通电桥的平衡必需满足两个条件：一个是相对桥臂上阻抗模的乘积等于另外相对桥臂上阻抗模的乘积；另一个是相对两桥臂上阻抗幅角之和等于另外相对两桥臂上阻抗幅角之和。由沟通电桥平衡条件可得出两点重要结论：（1）沟通电桥必需依据确定方式配置桥臂的阻抗 假如随意用不同性质的四个阻抗组成一个电桥，不确定能够调整到平衡，因此必需把电桥各元件的性质按电桥的两个平衡条件作适当协作。在很多沟通电桥中，通常将沟通电桥中的两个桥臂设计为纯电阻。如相邻两臂接入纯电阻，则另外两臂也必需接入相同性质的阻抗。如相对两臂接入纯电阻，则另外两臂必需为异性阻抗。（2）沟通电桥的平衡必需反复调整两个桥臂的参数 在沟通电桥中，为了满足上述两个平衡条件，必需调整两个桥臂的参数，才能使电桥完全达到平衡，而且往往须要对这两个参数进行反复调整，所以沟通电桥的平衡调整要比直流电桥的调整困难一些。从原理上说，沟通电桥中的标准量具可以是标准电容，也可以是标准电感，但由于工艺上的缘由，标准电容器可能达到的精确度常常高于标准电感，并且标准电容器不受外来磁场的影响，受温度变更的影响也 比较小，因此在沟通电桥中，大都是用标准电容器作标准量具。