2022年电工仪表与测量讲义 .pdf

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1、电工仪表与测量讲义1 第一章电工仪表与测量的基本知识第一节电工测量的基本知识一、电工测量电工测量就是借助于测量设备，把未知的电量或磁量与作为测量单位的同类标准电量或标准磁量进行比较，从而确定这个未知电量或磁量（包括数值和单位）的过程。一个完整的测量过程，通常包括如下几个方面。测量对象电工测量的对象主要是：反映电和磁特征的物理量，如电流（I） 、电压（ U） 、电功率（ P） 、电能（ W）以及磁感应强度（B）等 ;反映电路特征的物理量，如电阻（R） 、电容（ C） 、电感（ L）等；反映电和磁变化规律的非电量，如频率（F） 、相位移 ()、功率因素（ ）等。测量方法根据测量的目的和被测量的性质

2、，可选择不同的测量方法。测量设备对被测量与标准量进行比较的测量设备，包括测量仪器和作为测量单位参与测量的度量器。 进行电量或磁量测量所需的仪器仪表，统称为电工仪表。电工仪表是根据被测电量或磁量的性质，按照一定原理构成的。电工测量中实用的标准电量或磁量是电量或磁量测量单位的复制体，称为电学度量器。 电学度量器是电气测量设备的重要组成部分，它不仅作为标准量参与测量过程，而且是维持电磁学单位统一。保证量值准确传递的器具。电工测量中常用的电学度量器有标准电池、标准电阻、标准电容和标准电感等。二、测量方法的分类按被测量的测量方式分类直接测量： 在测量过程中， 能够直接将被测量与同类标准量进行比较，或能够

3、直接用事先刻度好的测量仪器对被测量进行测量，从而直接获得被测量数值的测量方式，称为直接测量。 例如： 用电压表测量电压、用电度表测量电能以及用直流电桥测量电阻等都市直接测量。直接测量方式常被广泛应用于工程测量中。间接测量 :当被测量有余某种原因不能直接测量时，可以通过直接测量与被测量有一定函数关系的物理量，然后按函数关系计算出被测量的数值，这种间接获得测量结果的方式称为间接测量。例如， 用电压表电流表法测量电阻，是利用电压表和电流表分别测量出电阻两端的电压和通过该电阻的电流，然后根据欧姆定律URI计算出被测电阻R 的大小。间接测量方式广泛应用于科研实验室及工程测量中。按度量器参与测量过程的方式

4、分类在测量过程中， 作为测量单位的度量器可以直接参与，也可以间接参与。根据度量器参与测量过程的方式，可以把测量方法分为直读法和比较法。直读法： 用直接指示被测量大小的电工仪表进行测量，能够直接从仪表刻度盘上名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 36 页 - - - - - - - - - 电工仪表与测量讲义2 读取被测量数值的测量方法，称为直读法。 用直读法测量时，度量器不直接参与测量过程，而是间接地参与测量过程。直读法测量的过程简单，操作容易，读数迅速，但其测

5、量的准确度不高。比较法： 将被测量与度量器在比较仪器中直接比较，从而获得被测量数值的方法，称为比较法。 在电工测量中， 采用比较法具有很高的测量准确度，但测量时操作比较烦琐，相应的测量设备也比较昂贵。根据被测量与度量器进行比较时的不同特点，又可将比较法分为零值法、较差法和替代法三种。零值法又称为平衡法，是利用被测量对仪器的作用与标准量对仪器的作用相互抵消，由指零仪表作出判断的方法，即当指零仪表指示为零时，表示两者的作用相等， 仪器达到平衡状态。此时按一定的关系可计算出被测量的数值。显然，零值法测量的准确度主要取决于度量器和指零仪表的灵敏度。较差法时通过测量被测量与标准量的差值,或正比于该差值的

6、量，根据标准来确定被测量的数值的方法。采用较差法可以达到较高的测量准确度。替代法是分别把被测量和标准量接入同一测量仪器，在标准量替代被测量时，调节标准量，使仪器的工作状态在替代后保持一致，然后根据标准量来确定被测量的数值。用替代法测量时，由于替代前后仪器的工作状态是一样的，仪器本身的性能和外界因素对替代前后的影响几乎是相同的，因此有效的克服了所有外界因素对测量结果的影响。使用替代法测量的准确度主要取决于替代的标准量。三、测量单位制测量单位使确定一个被测量的标准，因此测量单位的确定和统一大合唱非常重要的。 我国国务院于1984 年 2月 27日发布了关于在我国统一实行法定计量单位的命令，命令规定

7、我国统一实行以国际单位制为基础的法定计量单位。国际单位制是1960 年第11 届国际计量大会通过的，其国际代码是SI。电工测量中常用的并具有专门名称的SI导出单位见表1-1。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 36 页 - - - - - - - - - 电工仪表与测量讲义3 需要说明的是：工程测量中，电能常用的“千瓦时（kW h） ”不是SI 单位。千瓦时（kW h）与 SI 单位中能量单位“焦（J） ”的换算关系是：613.6 10kW hJ第二节测量误差

8、在测量过程中， 由于受到测量方法、测量设备、 测量条件及观测经验等多方面因素的影响， 测量结果不可能是被测量的真实数值，而只是它的近似值。任何测量的结果与被测量的真实值之间总是存在着差异，这种差异就称为测量误差。一、测量误差的分类根据产生测量误差的原因，可以将测量误差分为系统误差、偶然误差和疏失误差。系统误差在相同条件下多次测量同一量时，保持恒定不变或按照一定规律变化的测量误差，称为系统误差。产生原因：测量设备不准确、测量方法不完善和测量条件不稳定。由于系统误差表示了测量结果准确度，即反映了测量结果的准确度。系统误差越小， 测量结果的准确度就越高。偶然误差又称为随机误差，是一种大小和符号都不确

9、定的误差，即在同一条件下对同一备测量重复测量时，各次测量结果很不一致，没有确定的变化规律。这种误差的处理依据概率统计方法。产生原因：温度、磁场、电源频率的偶然变化及观测者本身感观分辨本领的限制。偶然误差反映了测量的精密度，偶然误差越小， 精密度就越高， 反之则精密度越低。系统误差和偶然误差时两类性质完全不同的误差。系统误差反映在一定条件下误差出现的必然性； 而偶然误差则反映在一定条件下误差出现的可能性。系统误差和偶然名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 36 页

10、 - - - - - - - - - 电工仪表与测量讲义4 误差两者对测量结果的综合影响反映为测量的准确度，又称精确度。疏失误差在测量过程中由于操作、读数、记录合计算等方面的错误所引起的误差。这种误差是可以避免的。二、测量误差的消除方法测量误差是不可能动绝对消除的，但要尽可能减小误差对测量结果的影响，使其减小到允许的范围内。消除测量误差，应根据误差的来源合性质，采取相应的措施合方法。必须指出：一个测量结果中， 、既存在系统误差又存在偶然误差时，要截然区分两者是不容易的。所以应根据测量的要求和两者对测量结果的影响程度，选择消除方法。 一般情况下， 在对精密度要求不大的工程测量中，主要考虑对系统误

11、差的消除；而在科研、 计量等对测量准确度和精密度要求较高的测量中，必须同时考虑消除上述两种误差。系统误差的消除方法对度量器、测量仪器仪表进行校正。消除产生误差的根源。采用特殊的测量方法。偶然误差的消除方法在同一条件下，对被测量进行足够多次的重复测量，取其平均值作为测量结果。三、测量误差的表示方法测量误差通常用绝对误差和相对误差表示。绝对误差测量结果的数值xA（测得值）与被测量的真实值0A的差值称为绝对误差，用A表示，即A=xA-0A（1-1）由于被测量的真实值0A往往是很难确定的，所以实际测量中，通常用标准表的指示值或多次测量的平均值作为被测量的真实值。相对误差当被测量不是同一个值时，绝对误差

12、的大小不能反映测量的准确度，这时应该用相对误差的大小来判断测量的准确度。测量的绝对误差A与被测量真实值0A之比，称为相对误差，用符号表示，即0100%AA利用绝对误差和相对误差的概念，可以把一个测量结果完整地表示为测量结果 =A+A或测量结果 = (1)A名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 36 页 - - - - - - - - - 电工仪表与测量讲义5 也就是说，测量不仅要确定被测量的大小，还必须确定测量结果的误差，即确定测量结果的可靠程度。第三节电工仪表

13、的基本知识电工仪表是实现电磁测量过程所需技术工具的总称。一、电工仪表的基本原理及组成电工仪表的基本组成原理是把被测电量或非电量变换成仪表指针的偏转角。因此它也称为机电式仪表，即用仪表指针的机械运动来反映被测电量的大小。电工仪表通常由测量线路和测量机构两部分组成，如图 1-1 所示。 测量机构是实现电量转换为指针偏转角，并使两者保持一定的关系的机构。它是电工仪表的核心。测量线路将被测电量或非电量转换为测量机构能直接测量的电量，测量线路必须根据测量机构能够直接测量的电量与被测量的关系来确定，一般由电阻、电容、电感或其他电子元件构成。各种测量机构都包含固定部分和可动部分。从基本原理上看，测量机构都有

14、产生转动力矩、反作用力矩和阻尼力矩的部件，这三种力矩共同作用在测量机构的可动部分上，使可动部分发生偏转并稳定在某一位置上保持平衡。二、电工仪表的分类、标志和型号电工仪表的分类电工仪表可以根据原理、结构、测量对象、使用条件等进行分类。根据测量机构的工作原理，可以把电工仪表分为磁电系、电磁系、电动系、感应系、静电系、整流系等。根据电工指示仪表的测量对象，可以分为电流表、 电压表、 功率表、 电度表、 电阻表、相位表等。根据电工仪表工作电流的性质，可以分为直流仪表、交流仪表和交直流两用仪表。按电工仪表的使用方式，可以分为安装式仪表和便携式仪表等。按电工仪表使用条件，可分为A、1A、B、1B、C五组。

15、按电工仪表的准确度，可分为0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0 七个准确度等级。电工仪表的标志根据规定， 每一个仪表必须有表示测量对象的单位，准确度等级， 工作电流的种类、相数，测量机构的类别，使用条件组别。工作位置，绝缘强度试验电压的大小、仪表型号和各种额定值等标志符号。电工仪表表面上常见标志符号所表示的基本技术特性见表1-2。被测量测量线路过渡电量测量机构指针偏转角图 1-1 电工指示仪表的组成名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 36 页

16、 - - - - - - - - - 电工仪表与测量讲义6 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 36 页 - - - - - - - - - 电工仪表与测量讲义7 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 36 页 - - - - - - - - - 电工仪表与测量讲义8 电工仪表的型号仪表的产品型号可以反映出仪表的用途和工作原理。

17、产品型号是按规定的标准编制的。对安装式和便携式仪表的型号，规定了不同的编制规定。安装式仪表型号的组成。安装式仪表型号的编制规则如图1-2 所示。其中形状第一位代号按仪表面板形状最大尺寸编制；形状第二位代号按外壳形状尺寸特征编制；系列代号按测量机构的系列编制。例如44C2-A 型电流表，型号中“44”为形状代号，“C”表示该表是磁电系仪表， “2”是设计序号， “A”表示该表用于测量电流。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 36 页 - - - - - - -

18、- - 电工仪表与测量讲义9 便携式仪表型号的组成。由于便携式仪表不存在安装问题，所以将安装式仪表中的形状代号省略后，既是它的产品型号。三、电工仪表的误差、准确度和测量数据的处理误差电工仪表的误差分为基本误差和附加误差。基本误差是指仪表在规定的使用条件下测量时， 由于结构上和制作上不完善引起的误差。附加误差是因工作条件改变而造成的额外误差。准确度仪表的基本误差通常用准确度来表示，准确度越高，仪表的基本误差就越小。所以，一般引用误差来表示仪表的准确性能。引用误差。仪表测量的绝对误差A与该仪表量程mA的百分比，称为仪表的引用误差100%mmAA（1-6）由上式可知引用误差实际是仪表最大读数的相对误

19、差。仪表的准确度。就是仪表的最大引用误差，即仪表量程范围内的最大绝对误差maxA与仪表量程mA的百分比，用K表示m a x100%mAKA（1-7）显然， 准确度表明了仪表基本误差最大允许范围。最大引用误差愈小，仪表的基本误差也愈小， 准确度就愈高。 国家规定，各个准确度等级的仪表共分七级，在规定的使用条件下测量时，其基本误差不应超过表1-3 中规定的值。表 1-3 各级仪表的基本误差准确度等级0.1 0.2 0.5 1.0 1.5 2.5 5.0 基本误差 (%) 0.1 0.2 0.5 1.0 1.5 2.5 5.0 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - -

20、 - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 36 页 - - - - - - - - - 电工仪表与测量讲义10 例 1-3 用 1.5 级、量程为 15A 电流表测量某电流时，某读数为 10A，试求测量可能出现的最大相对误差为多少？解：由式（ 1-7）可得出该表最大的绝对误差%1. 5 %1 50. 2 2mmIKIAA由式（ 1-3）可得该表测量的最大相对误差maxmax0.225100%100%2.25%10mII由此可知， 测量结果的准确度与仪表的准确度是不同的两个概念，测量结果的准确度并不等于仪表的准确度。因此，在实际应用中，不

21、可把两者混淆起来。测量结果准确度的评定仪表的基本误差对测量对结果的影响。当仪表不能在规定的使用条件下测量时，将有附加误差产生。测量数据的处理测量结果一般由数值大小与测量单位两部分表示。有效数字有效数字是那些能够正确反映测量准确度的数字，是指从一个数据的左起第一个非零数字开始， 直到最右边的正确数字。有效数字的最末一位是近似数字，它可以使测量中估计读出来的近似数字，也可以使按规定修约后的近似数字，而有效数字的其他数字都是准确数字。在测量过程中，读数、记录和运算等对数据的处理，都应按照国家标准数值修约规则进行。所有的测量数据都必须用有效数字表示。此时要注意以下几点：有效数字的位数的确定不是任意的，

22、它要根据实际情况而定。数字“ 0”在数据中可以是有效数字，也可以不是，这主要根据它是否表示准确度来判断。为了明显地表示有效数字的位数，通常把数据用有效数字乘以10 的幂次的形式表示。数据的运算应按有效数字的运算规则进行。加减运算。首先对各项数字进行修约，使各数修约到比小数点后位数最少的那项数字多保留一位小数；其次进行加减运算；最后对运算结果进行修约，使其小数点后的位数与原各项数字中小数点后位数最少的项相同。乘除运算。先对各项数字进行修约，使各数字修约到不有效数字位数最少的那项数字多保留一位有效数字；然后进行乘除运算；最后对运算结果修约，使其有效数字的位数与原有数字位数最少的那个数相同。有效数字

23、的修约应按照“四舍五入”的原则进行。修约时应注意以下两点：在拟舍弃的数字中，左起第一位恰好为“5”时，若“ 5”以后的数字不全为零, 则名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 36 页 - - - - - - - - - 电工仪表与测量讲义11 舍“ 5”进 1; 若“ 5”以后的数字全是零, 则当拟保留数字的末位为奇数时, 舍“ 5”进 1; 当拟保留数字的末位为偶数时, 则舍“ 5”不进 . 当岁舍弃的数字为两位以上数字时, 不能连续对数字进行多次修约, 而

24、只能按修约规定进行一次修约.四对电工仪表的主要技术要求足够的准确度合适的灵敏度仪表本身消耗的功率小良好的读数装置第二章磁电系仪表第一节 磁电系测量机构一、结构和工作原理结构通常的磁电系测量机构由固定的磁路系统和可动线圈部分组成，其结构如图2-1 所示。图 2-1 磁电系测量机构的结构示意图磁路系统由永久磁铁、 固定在磁铁两极的极掌和处于两个极掌之间的圆柱形铁心组成。圆柱形铁心固定在仪表支架上，使两个极掌与圆柱形铁心之间的空隙中形成均匀的辐射状磁场。可动部分由绕在铝框架上的可动线圈、指针、平衡锤和游丝组成。可动线圈两端名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - -

25、- - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 36 页 - - - - - - - - - 电工仪表与测量讲义12 装有两个半轴支承在轴承上，而指针、 平衡锤及游丝的一端固定安装在半轴上。当可动部分发生转动时，游丝变形产生与转动方向相反的反作用力矩。另外，游丝还具有把电流导入可动线圈的作用。磁电系测量机构根据其磁路系统的结构形式不同，分为外磁式、内磁式和，内外磁式三种，如图2-2 所示。工作原理磁电系测量机构的基本原理是利用可动线圈中的电流与气隙中磁场的相互作用产生电磁力，使可动线圈在力矩的作用下发生偏转，因此称这个力矩为转动力矩。可动线圈的转

26、动使游丝产生反作用力矩，当反作用力矩与转动力矩相等时，可动线圈将停留在某一位置上， 指针也相应停留在某一位置上。磁电系测量机构产生转动力矩的原理如图 2-3 所示。当可动线圈转动时，闭合的铝框架切割气隙磁场的磁感线而产生感应电流，这个电流与气隙磁场相互作用，产生一个与可动部分转动方向相反的电磁力矩，这个力矩称为阻尼力矩，如2-4 所示。当可动线圈静止下来后，铝框架不再切割磁感线，感应电流为零，阻尼力矩也就为零。由此可见，阻尼力矩是在可动部分转动时产生，对可动部分在平衡位置附近的摆动起到抑制作用，使可动部分尽快在平衡位置静止下来。而一旦可动部分静止下来后，阻尼力矩消失， 不影响可动部分的力矩平衡

27、条件，对测量结果没有名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 36 页 - - - - - - - - - 电工仪表与测量讲义13 影响。阻尼力矩对仪表可动部分起到保护作用，可以防止各种原因引起的可动部分的快速摆动，以免损坏轴承及指针等。二、技术特性和应用范围技术特性准确度高。灵敏度高。表盘标度尺的刻度均匀，便于读数。过载能力小。只能测量直流。应用范围磁电系测量机构主要用于直流仪表，在直流仪表、便携式和安装式仪表中都得到广泛应用。磁电系测量机构的过渡电流是直流电流

28、，只要把被测量通过线路按一定关系变换为直流电流，就可以用它来构成不同功能、不同量程的仪表。第二节磁电系电流表一、分类：根据量程不同可分为微安表、毫安表、安培表及千安表四类。二、结构和工作原理结构磁电系电流表由磁电系测量机构和测量线路- 分流器构成。图2-5 是最基本的磁电系电流表电路。图中Rf是分流电阻，它并接在测量机构的两端。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 36 页 - - - - - - - - - 电工仪表与测量讲义14 工作原理下面着重介绍分流器

29、扩大量程的基本原理。如，图 2-5 所示，根据欧姆定律和并联电路的特点，可以得到IcfcccfR RRIRR所以IfccfRIRR(2-5) 由式 (2-5)可知， 对某一电流表而言，cR和fR是固定不变的， 所以通过表头的电流cI与被 测电流成正比。根据这一正比关系对电流表标度尺进行刻度，就可以指示出被测电流I的大小。如果用n表示量程扩大的倍数，即cInI则由式 (2-5)可得11fcRRn(2-6) 上式表明，将表头的电流量程扩大n倍，由分流电阻fR的阻值应为表头内阻cR的11n，即量程扩大的倍数超期大，分流电阻的阻值就越小。另外，当确定表头及需要扩大量程的倍数以后，可以由式(2-6)计算

30、出所需要的分流电阻的阻值。例 2-1 有一只磁电系表头，满偏电流为500，内阻为200。现在要把它制成量名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 36 页 - - - - - - - - - 电工仪表与测量讲义15 程为 1A的电流表， 则应选用阻值为多少的分流电阻？若需利用该表头测量100A的电流，应选用何种规格的外附分流器？解：量程扩大倍数为61200050010cInI所以分流电阻为112000.1120001fcRRn故应选用0.1的分流电阻。若要用此表测

31、量100A的电流，选用旬附分流器时， 应考虑测量机构满偏时的电压，即65 0 01 02 0 01 00cccUI RVm V所以应选用“ 150A，100mV”的外附分流器。二、技术特性和应用范围技术特性磁电系电流表除臭具备磁电系测量机构共有的技术特性，作为电流测量仪表还具有如下特性：内阻很小。结构比较复杂，成本较高。应用范围广。应用范围磁电系电流表主要用于直流电路中电流的测量。三、使用维护方法直流电路的测量方法在工程测量中，一般用磁电系电流表直接与负载串联，使被测电流流过电流表，如图 2-6 所示。图 2-6 直流电流的测量方法电流表接入被测电路后，电路的工作状态与电流表接入前是不相同的，

32、相当于在电路中串联了一个电阻，从而使被测电路比实际值小。为了减小电流表接入后其内阻AR名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 36 页 - - - - - - - - - 电工仪表与测量讲义16 的影响AR应远小于负载电阻R。一般规定，内阻AR与负载电阻R之比不大于允许相对误差的15。合理选择电流表根据被测量准确度要求，合理选择电流表准确度。根据被测电流大小选择相应量程的电流表。根据使用环境，选择适合电流表使用条件的组别。合理选择电流表内阻。测量前的检查测量前，

33、应检查电流表指针是否对准“0”刻度线。如果没对准，应调节调零器，使指针对准“ 0”刻度线。测量时，应将电流表串接于被测电路的低电位一侧。读数时，应让指针稳定后再进行读数，并尽量使视线与刻度盘保持垂直。使用时一定要注意连接电路的极性和量程和选择。第三节 磁电系检流计磁电系检流计是一种高灵敏度的检测仪表，可以测量微小电流、电压和短暂的脉冲电量。它主要用于比较法测量中作平衡器，在磁测量和非电量测量中的应用也很广泛。一、结构磁电系检流计分为指针式和光点式。光点式检流计的结构在于，可动部分不采用轴尖与轴承支承的结构， 而采用张丝或悬丝结构，这样就消除了轴尖与轴承之间和磨擦对测量的影响，提高了灵敏度。 光

34、点式检流计的结构示意和光标读数装置如图2-7 和 2-8 所示。图 2-7 张丝及悬丝检流计结构示意名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页，共 36 页 - - - - - - - - - 电工仪表与测量讲义17 图 2-8 光标读数装置光点式检流计分为两种：一种是便携式检流计，其光路系统和标度民主党安装在仪表的内部，所以称为内附光标指示检流计，如图2-9 所示；另一种是分装式光标指示检流计，其光路系统和标度尺中单独的部件，使用时安装在仪表的外部，如图2-10 所示

35、。图 2-19 便携式检流计结构图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 17 页，共 36 页 - - - - - - - - - 电工仪表与测量讲义18 图 2-10 安装式检流计结构图二、磁电系检流计的选择和使用维护方法正确选择磁电系检流计选择检流计时应主要根据以下几点：选择与测量电路准确度相适应的灵敏度或电流常数。选择在合适的阻尼状态下工作。应选用阻尼时间较短的检流计。使用维护方法使用时必须轻放，在搬动时应将活动部分用止动器锁住或用导线将两个接线端钮短接。在被测电流的

36、大致范围未知的情况下，应注意配用一个万能分流器或串接一个很大的保护电阻进行测试，当确信不会损坏检流计时，再逐步提高其灵敏度。决不允许用万用表或电阻表去测检流计的内阻，否则会因通入的电流过大而烧坏检流计。第四节磁电系电压表一、结构和工作原理结构磁电系电压表由磁电系测量机构和测量线路附加电阻组成。图 211 是磁电系电压表的基本电路，其中，1R是附加电阻，它与测量机构串联在一起。利用磁电系测量机构也可以直接测量直流电压，其接线方法是将表头并联在被测电路两端。为了能够测量较高的电压， 又不使测量机构的电流超过允许的值，常采用在磁电系电压表测量机构上串联附加电阻的办法。利用多个与测量机构串联的附加电阻

37、，可以构成多量程电压表，如图2-12 所示。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 18 页，共 36 页 - - - - - - - - - 电工仪表与测量讲义19 图 211磁电系电压表的基本电路图 212多量程电压表测量线路cR表头电阻jR附加电阻工作原理在图 2-11 中，根据欧姆定律有icUIRRc即得()cicUIRR和cccUI R（26）由式（ 26）可知，附加电阻与测量机构串联后，测量机构两端的电压cU只是被测电路 a、 b 两点间电压U的一部分，而另一部分

38、电压被附加电阻jR所分压。如果适当选择附加电阻jR的大小，即可将测量机构的电压量程扩大到所需要的范围。设需将磁电系测量机构的电压量程扩大m倍，即1cjjCccRRRUmURR则(1)jcRmR（27）故需选择串联的附加电阻jR的值为测量机构内阻cR的1m倍。二、技术特性和应用磁电系电压表除具有磁电系仪表共同的技术特性，还具有以下特性：量程范围较广。内阻较高，对被测电路影响小。三、直流电压的测量方法和磁电系电压表的使用维护方法直流电压的测量方法在工程测量中，通常利用磁电系电压表直接与负载并联来测量负载上的直流电压，如图 2 13 所示。这种方法可以测量321010 V的直流电压。为了减小电压表接

39、入名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 19 页，共 36 页 - - - - - - - - - 电工仪表与测量讲义20 电路对其工作状态的影响，要求内阻VR远大于负载电阻R。一般规定，R与VR之比应小于相对误差的1 5。使用维护方法使用磁电系电压表时，应注意以下几点：正确选择磁电系电压表。测量时应将电压表并联接入被测电路。对多量程电压表，当需要变换量程时，应将电压表与被测电路断开后，再改变量程。不使用电压表时，应将电压表的技术说明书的要求妥善保管。第三章电磁系仪表第一节

40、电磁系测量机构一、结构和工作原理结构电磁系测量机构分为固定部分和可动部分。与磁电系测量机构相比较，电磁系测量机构的固定部分是由固定线圈等组成的，而可动部分主要由可动铁片、指针、阻尼片等组成。根据固定线圈与可动铁片之间作用关系的不同，电磁系测量机构的结构有吸引型、排斥型和排斥 -吸引型三种。吸引型结构。如图3 1 所示，它的固定线圈和装在转轴上的偏心可动铁片构成了一个电磁系统。 吸引型结构的测量机构由于在结构上的原因，不能做到较高的准确度，一般多用于安装式仪表或0.5 级以下的便携式仪表。排斥型结构。如图3 2 其固定部分是由圆形的固定线圈和固定于线圈内壁的铁片组成的。可动部分由固定在转轴上的可

41、动铁片、游丝、指针、阻尼片和平衡锤组成。排斥型测量机构可以用于交流电路的测量。排斥型结构可以得到刻度较为均匀的标度尺，并能对频率误差有较好的补偿。在结构上采用无骨架线圈、张丝支承、陶瓷支架、高导材料铁镍合金作铁心，经过精心设计，可以制成0.2 或 0.1 级高准确度仪表。排斥 吸引型结构。如图33 所示，它的固定线圈也是圆形的，分别固定于线圈内壁上的定铁片和转轴上的动铁片均有两组。工作原理U R V VR图 213直流电压的测量方法名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 20

42、 页，共 36 页 - - - - - - - - - 电工仪表与测量讲义21 不论哪种结构形式的电磁系测量机构，都是由通过固定线圈的电流产生磁场，使处于该磁场中的铁片磁化，从而产生转动力矩的。它与磁电系的主要区别是：它的磁场是由线圈产生的，而磁电系则是由永久磁铁产生的。可以证明，电磁系测量机构的转动力矩与渡过固定线圈的被测电流的平方有关，即2aM=k I(3-1) 式中，I为通过固定线圈的电流；ak为与偏转角有关的变量，它与线圈特性，铁心材料、尺寸、形状以及与线圈的相对位置有关。当结构一定时，可以认为它是一个常量。当可动部分偏转一个角度时，其游丝产生的反作用力矩为rMD(3-2) 式中，D为

43、游丝反作用力矩系数。若可动部分达到平衡，根据平衡条件rMM有2kMIDD(33) 由此可见，电磁系测量机构指针的偏转角与被测电流值的平方有关。当被测电流为交流电流时，其指针的偏转角与被测交流电流有效值的平方有关。二、技术特性和应用技术特性电磁系测量机构的结构简单，过载能力强。能够交直流两用。准确度较低。灵敏度较低。工作频率范围不宽。易受外界影响。应用电磁系测量机构主要用于制成电流表、电压表，特别是安装式电流表、电压表。 此外，还可用电磁系测量机构做成测量电容、相位、频率等的电磁系比率表，但精度较低。第二节 电磁系电流表和电压表一、电磁系电流表由于电磁系测量机构工作时，其电流只通过固定线圈，不通

44、过游丝等可动部分。因此，电磁系电流表的测量线路非常简单，只需把固定线圈直接串联在被测电路中即可。对于不同量程的电流表，只要改变固定线圈的导线直径和线圈匝数就能实现。对于便携式电流表来说，一般都是做成多量程的。多量程电磁系电流表的测量线路比较简单， 通常采用把固定线圈分段绕制的方法，然后通过接线片或转换开关把两个名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 21 页，共 36 页 - - - - - - - - - 电工仪表与测量讲义22 或几个绕组串接或并接，以达到改变电流量程的目

45、的。图34 是一个双量程电流表改变量程的示意图，它的固定线圈由两个完全相同的绕组组成。当用金属接线片把A、C两个端钮连接时，两个绕组是串联的，设此时的量程为mI，如图 34(a)所示。当用两个金属片分别连接A、B 和 C、D 端钮时，两个线圈变换为并联，如图37(b)所示。当两个线圈中通过的电流均为mI时，则进入电流表的总电流可达到2mI，这就相当于电流表量程扩大一倍。二、电磁系电压表由于电压表的工作电流小，为了保证有足够大的磁场，电磁系电压表的固定线圈的匝数要比电流表多得多，而导线都采用细的绝缘导线。与磁电系电压表相同，电磁系电压表的测量线路是采用固定线圈与附加电阻串联的电路，如图35 所示

46、。其扩大量程的原理与磁电系电流表完全相同。对于便携式仪表来说，一般都做成多量程的。多量程电磁系电压表的测量线路一般是将分段绕制的固定线圈的绕组串联、并联后， 再与多个附加电阻串联，改变量程是通过转换开关来实现的。一般多量程电磁系电压表只有2-4 个量程， 这是因为电磁系测量机构要同时满足低量程和高量程的要求是很困难的，而且当被测电压高于600V 时，出于安全因素的考虑，一般应与电压互感器配合使用。最后需要注意的是，电磁系电压表和电流表的使用方法，基本上与磁电系电压表和电流表相同， 只是电磁系电压表和电流表在与被测电路连接时，不需要考虑正负端钮的问题；有些电磁系电压表和电流表可以交直流两用。第四

47、章电动系仪表第一节电动系测量机构一、结构和工作原理结构电动系测量机构的结构如图41 所示。它有两个线圈，固定线圈和可动线圈。定圈分为两个部分，平行排列， 这样使定圈两部分之间的磁场比较均匀；动圈与转轴固定连接， 一起放置在定圈的两部分之间。反作用力由游丝产生；阻尼力矩由空气阻尼器产生。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 22 页，共 36 页 - - - - - - - - - 电工仪表与测量讲义23 图 41电动系测量机构的结构示意图工作原理二、技术特性准确度高。可以交

48、直流两用。能够构成多种线路测量多种参数。易受外界影响。仪表本身消耗的功率较大。过载能力小。电动系电流表、电压表的标度尺刻度不均匀，但功率表的标度尺刻度均匀。第二节 电动系电流表和电压表一、电动系电流表图 4-2 是最简单的电动系电流表的测量线路，它是把定圈和动圈的电流相等，所以电动系电流表指针的偏转角正比于被测电流的平方，即2I图 42电动系电流表原理电路所以，电动系电流表标度尺具有平方规律，其起始部分刻度较密，而靠近上量程部分较疏。由于动圈电流由游丝导入，所以这种两个线圈直接串联的电流表只能用于测量0.5A 以下的电流。如果测量较大电流，通常是将定圈和动圈并联，或用分流电阻对动圈分流来实现。

49、由于电动系测量机构的磁路是空气，因此磁阻很大。为了能建立足够强的磁场，线圈所需的匝数较多，所以电动系电流表的内阻较大，测量时消耗的功率较大。二、电动系电压表与磁电系电压表的测量线路一样，电动系电压表是将测量机构中的定圈、动圈和附加电阻一起串联起来构成的，如图4-3 所示。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 23 页，共 36 页 - - - - - - - - - 电工仪表与测量讲义24 图 43电动系电压表原理电路当附加电阻一定时，由电工学的知识可知，通过测量机构的电流

50、与仪表两端的电压成正比。电动系电压表一般都做成多量程的便携式仪表，其量程的变换是通过改变附加电阻来实现。由于电压表测量时的电流较小，所以电动系电压表的线圈匝数较多；但由于通过测量机构的电流不能太小，所以串联的附加电阻就不能太大，这就限制了电动系电压表内阻的提高，测量时仪表消耗的功率较大。第三节功率表一、电动系功率表1、结构和工作原理电动系测量机构用于功率测量时，其定圈A 与负载串联接入被测电路；而动圈D与附加电阻Rj串联后并联接入被测电路，如图4-4(a)所示，根据国家标准规定，在测量线路中，用一个圆加一条水平粗实线和一条竖直细实线来表示电压与电流相乘的线圈，如图 4-4(b)所示；动圈支路两