第10章初级电工测量优秀课件.ppt

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1、第10章初级电工测量第1 页，本讲稿共31 页第10章 电工测量 电 流、电 压、电 功 率、电 阻 及 电 能 的测量方法 电 流 表、电 压 表、功 率 表、万 用 表、兆欧表及电度表的使用方法 磁 电 式、电 磁 式 及 电 动 式 仪 表 的 结 构 和工作原理学习要点第2 页，本讲稿共31 页第10章 电工测量 10.1 电工仪表的类型、误差和准确度 10.2 指针式仪表的结构及工作原理 10.3 电流、电压、功率及电能的测量 10.4 电阻的测量第3 页，本讲稿共31 页10.1 电工仪表的类型、误差和准确度电工仪表是实现电工测量过程所需技术工具的总称。电工仪表的测量对象主要是电学

2、量与磁学量。电学量又分为电量与电参量。通常要求测量的电量有电流、电压、功率、电能、频率等；电参量有电阻、电容、电感等。通常要求测量的磁学量有磁感应强度、磁导率等。第4 页，本讲稿共31 页n 按 测 量 方 法 可 分 为 比 较 式 和 直 读 式 两 类。比 较 式 仪 表 需 将 被 测量 与 标 准 量 进 行 比 较 后 才 能 得 出 被 测 量 的 数 量，常 用 的 比 较 式 仪表 有 电 桥、电 位 差 计 等。直 读 式 仪 表 将 被 测 量 的 数 量 由 仪 表 指 针在 刻 度 盘 上 直 接 指 示 出 来，常 用 的 电 流 表、电 压 表 等 均 属 直 读

3、 式仪 表。直 读 式 仪 表 测 量 过 程 简 单，操 作 容 易，但 准 确 度 不 可 能 太高；比 较 式 仪 表 的 结 构 较 复 杂，造 价 较 昂 贵，测 量 过 程 也 不 如 直读法简单，但测量的结果较直读式仪表准确。n 按 被 测 量 的 种 类 可 分 为 电 流 表、电 压 表、功 率 表、频 率 表、相位表等。n 按电流的种类可分为直流、交流和交直流两用仪表。n 按工作原理可分为磁电式、电磁式、电动式仪表等。n 按 显 示 方 法 可 分 为 指 针 式（模 拟 式）和 数 字 式。指 针 式 仪 表 用指 针 和 刻 度 盘 指 示 被 测 量 的 数 值；数

4、字 式 仪 表 先 将 被 测 量 的 模 拟量转化为数字量，然后用数字显示被测量的数值。n 按准确度可分为0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5和5.0共7个等级。10.1.1 电工仪表的分类第5 页，本讲稿共31 页常用电工仪表的符号和意义 常用电工仪表的符号和意义第6 页，本讲稿共31 页常用电工仪表的符号和意义 常用电工仪表的符号和意义第7 页，本讲稿共31 页10.1.2 电工仪表的误差和准确度电 工 仪 表 的准 准确 确度 度 是 指 测 量 结 果（简 称 示 值）与 被 测 量 真 实 值（简 称 真 值）间 相 接 近 的 程 度，是 测 量 结 果 准 确 程 度

5、 的 量 度。误 误差 差 是 指 示 值 与 真 值 的 偏 离 程 度。准 确 度 与 误 差 本 身 的 含 义 是相 反 的，但 两 者 又 是 紧 密 联 系 的，测 量 结 果 的 准 确 度 高，其 误差 就 小，因 此，在 实 际 测 量 中 往 往 采 用 误 差 的 大 小 来 表 示 准 确度的高低。由 于 制 造 工 艺 的 限 制 及 测 量 时 外 界 环 境 因 素 和 操 作 人 员 的 因 素，误 差 是 不 可 避 免 的。根 据 引 起 误 差 的 原 因 不 同，仪 表 误 差 可 分为 基 本 误 差 和 附 加 误 差。基 基本 本误 误差 差 是

6、在 规 定 的 温 度、湿 度、频率、波 形、放 置 方 式 以 及 无 外 界 电 磁 场 干 扰 等 正 常 工 作 条 件 下，由 于 仪 表 本 身 的 缺 点 所 产 生 的 误 差。附 附加 加误 误差 差 是 由 于 外 界 因 素的 影 响 和 仪 表 放 置 不 符 合 规 定 等 原 因 所 产 生 的 误 差。附 加 误 差有些可以消除或限制在一定范围内，而基本误差却不可避免。第8 页，本讲稿共31 页误差的表示方法 误差的表示方法（1）绝对误差：（2）相对误差：（3）引用误差：仪表的准确度：示值误差：Ax：示值Ao：真值Am：满标度值即量限 Am：最大绝对误差示值误差用

7、于误差很小或要求不高的场合。直 读 仪 表 的 准 确 度 用最 大 引 用 误 差 来 分 级，分 为 0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5和5.0共7个 等 级。如 准 确 度 为2.5级 的 仪 表，其 最 大引用误差为2.5。最大相对误差：第9 页，本讲稿共31 页例 例如 如：用 一 量 程 为150V 的 电 压 表 在 正 常 条 件 下 测 某 电 路 的两 点 间 电 压 U，示 值 为100V，绝 对 误 差 为1V。这 时 U 的 真值 为1001=99V，相 对 误 差 r=1%。如 果 示 值 为10V，绝对 误 差 为 0.8V。则 其 真 值 为10.8

8、V，相 对 误 差8%。如 果已 知 该 电 压 表 可 能 发 生 的 最 大 绝 对 误 差 为1.5V，则 仪 表 的最大引用误差为：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大相对误差值也越大。例如用1.0级量程为150V 的电压表测量30V 的电压，可能出现的最大相对误差为5，而改用1.0级量程为50V 的电压表测量30V 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23量程以上。所以该仪表的准确度等级为1.0级。第10 页，本讲稿共31 页10.2 指针式仪表的结构及工作原理电 工 测 量 中 常 用 的 指 针 式 仪 表 有 磁 电

9、式、电 动式、电 磁 式3种。这 些 仪 表 的 结 构 虽 然 不 同，但工 作 原 理 却 是 相 同 的，都 是 利 用 电 磁 现 象 使 仪表 的 可 动 部 分 受 到 电 磁 转 矩 的 作 用 而 转 动，从而带动指针偏转来指示被测量的大小。第1 1 页，本讲稿共31 页10.2.1 磁电式仪表直 流 电 流 I 通 过 可 动 线 圈 时，线 圈 与 磁 场 相 互 作 用 使 线 圈 产 生转 动 力 矩，带 动 指 针 偏 转。指 针 偏 转 后 扭 紧 弹 簧 游 丝，使 游丝 产 生 反 抗 力 矩。当 反 抗 力 矩 和 转 动 力 矩 相 平 衡 时，线 圈 和指

10、 针 便 停 止 偏 转。由 于 在 线 圈 转 动 的 范 围 内 磁 场 均 匀 分 布，因 此 线 圈 的 转 动 力 矩 与 电 流 的 大 小 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 偏 转 角 度与 流 过 线 圈 的 电 流 的 大 小 成 正 比，即：=KI。可 见 磁 电 式 仪表标尺上的刻度是均匀的。磁 电 式 仪 表 的优 优点 点：刻 度 均 匀、灵 敏 度 高、准 确 度 高、消 耗功率小、受外界磁场影响小等。磁 电 式 仪 表 的缺 缺点 点：结 构 复 杂、造 价 较 高、过 载 能

11、 力 小，而且只能测量直流，不能测量交流。使 使用 用注 注意 意事 事项 项：电 表 接 入 电 路 时 要注 注意 意极 极性 性，否 则 指 针 反 打会 损 坏 电 表。通 常 磁 电 式 仪 表 的 接 线 柱 旁 均 标 有+、记 号，以防接错。第12 页，本讲稿共31 页10.2.2 电磁式仪表线 圈 通 入 电 流 时 产 生 磁 场，使 其 内 部 的 固 定 铁 片 和 可 动 铁 片同 时 被 磁 化。由 于 两 铁 片 同 一 端 的 极 性 相 同，因 此 两 者 相 斥，致 使 可 动 铁 片 受 到 转 动 力 矩 的 作 用，从 而 通 过 转 轴 带 动 指

12、针偏 转。当 转 动 力 矩 与 游 丝 的 反 抗 力 矩 相 平 衡 时，指 针 便 停 止偏转。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，所以仪表指针的偏转角度与线圈电流的平方成正比，即：=KI2。可见电磁式仪表标尺上的刻度是不均匀的。推 斥 型 电 磁 式 仪 表 也 可 以 测 量 交 流，当 线 圈 中 电 流 方 向改 变 时，它 所 产 生 磁 场 的 方 向 随 之 改 变，因 此 动、静 铁片 磁 化 的 极 性 也 发 生 变 化，两 铁 片 仍

13、 然 相 互 排 斥，转 动力 矩 方 向 不 变，其 平 均 转 矩 与 交 流 电 流 有 效 值 的 平 方 成正比。第13 页，本讲稿共31 页10.2.3 电动式仪表固 定 线 圈 中 通 入 直 流 电 流 I1时 产 生 磁 场，磁 感 应 强 度 B1正 比 于I1。如 果 可 动 线 圈 通 入 直 流 电 流 I2，则 可 动 线 圈 在 此 磁 场 中 就要 受 到 电 磁 力 的 作 用 而 带 动 指 针 偏 转，电 磁 力 F 的 大 小 与 磁 感应 强 度 B1和 电 流 I2成 正 比。直 到 转 动 力 矩 与 游 丝 的 反 抗 力 矩 相平 衡 时，才

14、停 止 偏 转。仪 表 指 针 的 偏 转 角 度 与 两 线 圈 电 流 的 乘积成正比，即：=KI1I2。对 于 线 圈 通 入 交 流 电 的 情 况，由 于 两 线 圈 中 电 流 的 方 向 均 改 变，因 此 产 生 的 电 磁 力 方 向 不 变，这 样 可 动 线 圈 所 受 到 转 动 力 矩 的方 向 就 不 会 改 变。设 两 线 圈 的 电 流 分 别 为 i1和 i2，则 转 动 力 矩 的瞬 时 值 与 两 个 电 流 瞬 时 值 的 乘 积 成 正 比。而 仪 表 可 动 部 分 的 偏转 程 度 取 决 于 转 动 力 矩 的 平 均 值，由 于 转 动 力 矩

15、 的 平 均 值 不 仅与 i1及 i2的 有 效 值 成 正 比，而 且 还 与 i1和 i2相 位 差 的 余 弦 成 正 比，因 此 电 动 式 仪 表 用 于 交 流 时，指 针 的 偏 转 角 与 两 个 电 流 的 有 效值及两电流相位差的余弦成正比。即：=KI1I2cos。第14 页，本讲稿共31 页10.3 电流、电压、功率及电能的测量10.3.1 电流的测量测量直流电流通常采用磁电式电流表，测量交流电流主要采用电磁式电流表。电流表必须与被测电路串联，否则将会烧毁电表。此外，测量直流电流时还要注意仪表的极性。扩大量程的方法是在表头上并联一个称为分流器的低值电阻RA，分流器的阻值

16、为：RA=Ro/(n1)。式中Ro为表头内阻，n=I/Io为分流系数，其中Io为表头的量程，I 为扩大后的量程。第15 页，本讲稿共31 页10.3.2 电压的测量测量直流电压通常采用磁电式电压表，测量交流电压主要采用电磁式电压表。电压表必须与被测电路并联，否则将会烧毁电表。此外，测量直流电压时还要注意仪表的极性。扩大量程的方法是在表头上串联一个称为倍压器的高值电阻RV，倍压器的阻值为：RV=(m 1)Ro。式中Ro为表头内阻，m=U/Uo为倍压系数，其中Uo为表头的量程，U 为扩大后的量程。第16 页，本讲稿共31 页10.3.3 功率的测量测 量 功 率 时 采 用 电 动 式 仪 表。测

17、 量 时 将 仪 表 的 固 定 线 圈 与 负载 串 联，反 映 负 载 中 的 电 流，因 而 固 定 线 圈 又 叫 电 流 线 圈；将 可 动 线 圈 与 负 载 并 联，反 映 负 载 两 端 电 压，所 以 可 动 线 圈又叫电压线圈。分格常数：被测功率：第17 页，本讲稿共31 页一表法 一表法：用一个单相功率表测得一相功率，然后乘以3即得三相负载的总功率。二表法 二表法：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。若负载功率因数小于0.5，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，需将其电压线圈或电流线圈反接，这时三相总功率为

18、两个功率表的读数之差。第18 页，本讲稿共31 页三表法 三表法：用3只单相功率表来测量三相功率，三相总功率为3个功率表的读数之和。用二元功率表和三元功率表测量三相总功率，三相总功率均可直接从表上读出。第19 页，本讲稿共31 页10.3.4 电能的测量驱 动 机 构 用 来 产 生 转 动 力矩，包 括 电 压 线 圈、电 流线 圈 和 铝 制 转 盘。当 电 压线 圈 和 电 流 线 圈 通 过 交 流电 流 时，就 有 交 变 的 磁 通穿 过 转 盘，在 转 盘 上 感 应出 涡 流，涡 流 与 交 变 磁 通相 互 作 用 产 生 转 动 力 矩，从而使转盘转动。制动机构用来产生制动

19、力矩，由永久磁铁和转盘组成。转盘转动后，涡流与永久磁铁的磁场相互作用，使转盘受到一个反方向的磁场力，从而产生制动力矩，致使转盘以某一转速旋转，其转速与负载功率的大小成正比。积算机构用来计算电度表转盘的转数，以实现电能的测量和计算。转盘转动时，通过蜗杆及齿轮等传动机构带动字轮转动，从而直接显示出电能的度数。电度表 电度表第20 页，本讲稿共31 页单 相 电 度 表 接 线 时，电 流 线 圈 与 负 载 串 联，电 压 线 圈 与 负 载 并 联。单 相 电 度 表 共 有 四 根连 接 导 线，两 根 输 入，两 根 输 出。电 流 线 圈及 电 压 线 圈 的 电 源 端 应 接 在 相（

20、火）线 上，并靠电源侧。第21 页，本讲稿共31 页10.4 电阻的测量10.4.1 万用表1 1、磁电式万用表、磁电式万用表第22 页，本讲稿共31 页（1）直 流 电 流 的 测 量。转 换 开 关 置 于 直 流 电 流 档，被 测 电 流从+、两 端 接 入，便 构 成 直 流 电 流 测 量 电 路。图 中 RAl、RA2、RA3是 分 流 器 电 阻，与 表 头 构 成 闭 合 电 路。通 过 改 变 转 换 开 关的档位来改变分流器电阻，从而达到改变电流量程的目的。（2）直 流 电 压 的 测 量。转 换 开 关 置 于 直 流 电 压 档，被 测 电 压接 在+、两 端，便 构

21、 成 直 流 电 压 的 测 量 电 路。图 中 RVl、RV2、RV3是 倍 压 器 电 阻，与 表 头 构 成 闭 合 电 路。通 过 改 变 转 换 开 关 的档位来改变倍压器电阻，从而达到改变电压量程的目的。（3）交 流 电 压 的 测 量。转 换 开 关 置 于 交 流 电 压 档，被 测 交 流电 压 接 在+、两 端，便 构 成 交 流 电 压 测 量 电 路。测 量 交 流 时必 须 加 整 流 器，二 极 管D1和Dl组 成 半 波 整 流 电 路，表 盘 刻 度 反映 的 是 交 流 电 压 的 有 效 值。RVl、RV2、RV3 是 倍 压 器 电 阻，电压量程的改变与测

22、量直流电压时相同。（4）电 阻 的 测 量。转 换 开 关 置 于 电 阻 档，被 测 电 阻 接 在+、两 端，便 构 成 电 阻 测 量 电 路。电 阻 自 身 不 带 电 源，因 此 接 入 电池 E。电 阻 的 刻 度 与 电 流、电 压 的 刻 度 方 向 相 反，且 标 度 尺 的分度是不均匀的。第23 页，本讲稿共31 页500型万用表有两个“功能/量程”转换旋钮，每个旋钮上方有一个尖形标志。利用两个旋钮不同位置的组合，可以实现交、直流电流、电压、电阻及音频电平的测量。如测量直流电流，先转动左边的旋钮，使“A”档对准尖形标志，再将右边旋钮转至所需直流电流量程即可进行测量。使用前注

23、意先调节调零旋钮，使指针准确指示在标尺的零位置。第24 页，本讲稿共31 页2 2、数字式万用表、数字式万用表数 字 式 万 用 表 由 功 能 变 换 器、转 换 开 关 和 直 流 数 字 电 压 表3部分 组 成，其 原 理 框 图 如 图 所 示。直 流 数 字 电 压 表 是 数 字 式 万 用表 的 核 心 部 分，各 种 电 量 或 参 数 的 测 量，都 是 首 先 经 过 相 应 的变 换 器，将 其 转 化 为 直 流 数 字 电 压 表 可 以 接 受 的 直 流 电 压，然后 送 入 直 流 数 字 电 压 表，经 模 数 转 换 器 变 换 为 数 字 量，再 经计数

24、器计数并以十进制数字将被测量显示出来。第25 页，本讲稿共31 页第26 页，本讲稿共31 页第27 页，本讲稿共31 页10.4.2 兆欧表兆 欧 表 俗 称 摇 表，是 测 量 绝 缘 体 电 阻 的 专 用 仪 表，主要由磁电式流比计与手摇直流发电机组成。第28 页，本讲稿共31 页流比计是用电磁力代替游丝产生反作用力矩的仪表。它与一般磁电式仪表不同，除了不用游丝产生反作用力矩外，还有两个区别：一是空气隙中的磁感应强度不均匀；二是可动部分有两个绕向相反且互成一定角度的线圈，线圈1用于产生转动力矩，线圈2用于产生反作用力力矩。被测电阻接在L（线）和E（地）两个端子上，形成了两个回路，一个是

25、电流回路，一个是电压回路。电流回路从电源正端经被测电阻Rx、限流电阻RA、可动线圈1回到电源负端。电压回路从电源正端经限流电阻RV、可动线圈2回到电源负端。由于空气隙中的磁感应强度不均匀，因此两个线圈产生的转矩T1和T2不仅与流过线圈的电流I1、I2有关，还与可动部分的偏转角 有关。当T1=T2，可动部分处于平衡状态，其偏转角 是两个线圈电流I1、I2比值的函数（故称为流比计），即：第29 页，本讲稿共31 页因 为 限 流 电 阻 RA、RV为 固 定 值，在 发 电 机 电 压 不 变时，电 压 回 路 的 电 流 I2为 常 数，电 流 回 路 电 流 I1的 大小 与 被 测 电 阻

26、Rx的 大 小 成 反 比，所 以 流 比 计 指 针 的 偏转角 能直接反映被测电阻Rx的大小。流 比 计 指 针 的 偏 转 角 与 电 源 电 压 的 变 化 无 关，电 源电 压 U 的 波 动 对 转 动 力 矩 和 反 作 用 力 矩 的 干 扰 是 相 同的，因 此 流 比 计 的 准 确 度 与 电 压 无 关。但 测 量 绝 缘电 阻 时，绝 缘 电 阻 值 与 所 承 受 的 电 压 有 关。摇 手 摇发 电 机 时，摇 的 速 度 须 按 规 定，而 且 要 摇 够 一 定 的时 间。常 用 的 兆 欧 表 的 手 摇 发 电 机 的 电 压 在 规 定 转速 下 有50

27、0V 和1000V 两 种，可 根 据 需 要 选 用。因 电压很高，测量时应注意安全。第30 页，本讲稿共31 页兆 欧 表 的 接 线 端 钮 有3个，分 别 标 有“G（屏）”、“L（线）”、“E（地）”。被 测 的 电 阻 接 在L 和E 之 间，G 端 的 作 用是 为 了 消 除 表 壳 表 面L、E 两 端 间 的 漏 电 和 被 测 绝 缘 物 表 面漏 电 的 影 响。在 进 行 一 般 测 量 时，把 被 测 绝 缘 物 接 在L、E之 间 即 可。但 测 量 表 面 不 干 净 或 潮 湿 的 对 象 时，为 了 准 确 地测 出 绝 缘 材 料 内 部 的 绝 缘 电 阻，就 必 须 使 用G 端，图 示 为 测量电缆绝缘电阻的接线图。第31 页，本讲稿共31 页