,第8章 常用电工测量仪器仪表 及测量技术,8.1 电工仪表的基本知识 8.2 电工测量的基本知识 8.3 电流表 8.4 电压表,8.5 万用表 8.6 兆欧表 8.7 功率表 8.8功率因数表,8.1 电工仪表的基本知识,8.1.1 电工仪表的分类,电工仪表根据其在进行测量时得到被测量数值的方式不同分为：指示仪表、比较仪表和数字仪表三大类,1指示仪表 指示仪表是先将被测量转换为可动部分的角位移，从而使指针发生偏转，通过指针偏转角度大小来确定待测量的大小，如各种指针式电流表、电压表等。 指示仪表的分类如下：,（1）按测量对象分：可以分为电流表、电压表、功率表、 电能表、功率因数表、频率表、相位表、欧姆表、绝缘 电阻表(兆欧表或摇表)及万用表等。 （2）按工作电流性质分：可分为直流表、交流表及交直 流两用表。 （3）按使用方式分:可分为安装式(配电盘式)、便携式等。 （4）按工作原理分:可分为磁电系、电磁系、电动系、感 应系、静电系、整流系等。,（5）按使用环境条件分：可以分为A、A1、B、B1、C五个组。 （6）按防御外界电磁场的能力分：可分为、 、四个等级。 （7）按准确度等级分：可分为0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0等七级 。,2比较式仪表 比较式仪表是指在进行测量时，通过被测量与同类标准量进行比较，然后根据比较结果确定被测量的大小。它包括直流比较式仪表和交流比较式仪表两类。如直流电桥、电位差计都是直流比较式仪表.而交流电桥属于交流比较式仪表。比较式仪器测量准确度比较高、但操作过程复杂、测量速度较慢。,3数字式仪表 数字式仪表，是指在显示器上能用数字直接显示被测量值的仪表。它采用大规模集成电路,把模拟信号转换为数字信号，并通过液晶屏显示测量结果。有速度快、准确度高、读数方便、容易实现自动测量等优点。,8.1.2 电工仪表常用面板符号,常用的电工测量符号和仪表表面标志见下表,8.1.3 电工仪表的误差及准确度,1仪表误差的分类,在任何测量中，由于各种原因，仪表的读数和真值之间总是存在着一定的差值，这个差值就称为误差。根据引起误差的原因，可将误差分为基本误差和附加误差两种。 基本误差：仪表在正常工作条件下进行测量时，由于内部结构和制作不完善所引起的误差。 附加误差：仪表偏离正常工作条件而产生的除上述基本误差外的误差，称为附加误差。,2误差的几种表示方法,（1）绝对误差 测量值A与被测量的真值 之间的差值称为测量的绝对误差，用A表示，即,（2）相对误差 绝对误差A与被测量的真值 之比称为相对误差。通常以百分数表示,实际使用中,（3）引用误差 用仪表的绝对误差A与测量仪表量程 之比的百分数表示,例题1-1 假设用电压表测量220V电压，甲表测得结果221V，乙表测得结果217V；用丙表测量50V电压。结果为50.5V，试求上述值的绝对误差和相对误差。,解：,甲表 绝对误差:,相对误差:,丙表 绝对误差:,乙表 绝对误差:,相对误差：,相对误差：,可见，测量同一量时绝对误差可以较好地反映不同测量仪表精度，但是测量不同量时使用绝对误差就比较困难，相对误差可以较方便地表示出在不同量之间的比较。,3.仪表的准确度,仪表的最大绝对误差 与仪表最大读数 比值的百分数，叫做仪表的准确度（ ），准确度用百分数表示。,最大引用误差愈小，仪表的基本误差也愈小，准确度就愈高。,我国生产的电工仪表的准确度共分7级，见下表,例题1-2 为了测量三相交流电路中220V的电压，现有几个电磁系电压表如表所示。在同样条件下，确定哪个表相对误差更小？,解：要准确测出相电压，必须选出恰当的电压表，表中电压表2量程只有150V，不能用于测量220V相电压，其余表的最大相对误差计算结果如下：,表1：,表3：,表4：,电压表1的准确度等级并不最高，但由于量程适当，所以其相对误差最小；电压表4虽然准确度等级最高，但在该测量中量程最大，误差反而较大。因此，要保证所测量电压的误差最小，仅仅选用准确度高的电压表是不够的，还必须选择具有恰当量程的电压表。一般能使电压表能工作在2/3标尺以上。,8.1.4 常用电工仪表的选择,1仪表类型的选择,根据被测量是直流或交流，可分别选用直流或交流类型的仪表。,2仪表准确度的选择,通常将0.1级、0.2级及以上仪表作为标准仪表进行精密测量，0.5级和1.0级作为实验室进行检修与试验用的测量仪表，1.5级及以下仪表作为一般工程的测量及安装式仪表使用。,另外，与仪表配合试验的附加装置，其准确度等级应比仪表本身的准确度等级高23档，才能保证测量结果的准确度。,3仪表量程的选择,选择仪表量程时，首先应根据被测量的大小，使所选量程大于被测量的值。在不能确定被测量的大小时，应先选用仪表较大量程测试后，再换成适当的量程。其次，为了提高测量精度，应力求避免使用标尺的前1/4段量程，尽量使被测量范围在标尺全长的2/3以上。,在选择电工仪表时，为提高读数的准确性，还应选择有良好的读数装置和阻尼程度的仪表。为保证测量时的安全，还必须要选择有足够绝缘强度及过载能力的仪表。,8.2 电工测量的基本知识,8.2.1 电工测量的主要对象,电工测量的对象主要是反映电和磁特征的物理量；反映电路特征的物理量；反映电和磁变化规律的非电量。,8.2.2 电工测量的特点,1测量仪器的准确度、灵敏度更高，测量范围更宽,2应用了电子技术，电工测量技术向着快速测量、小型化、数字化、多功能、高准确度、高灵敏度、高可靠性等方面发展。,3实现了遥测遥控、连续测量、自动检测以及非电量的电测等等。,8.2.3 电工测量方法,1直接测量法 从测量仪器上直接得到被测量值的测量方法叫直接测量法。此法测量目的与测量对象一致。由于仪表接入电路后，会使电路工作状态发生变化，所以测量的精度受到一定影响。,2间接测量法 间接测量时，根据被测量和其它量的函数关系，先测得其它量的值，然后按函数式把被测量计算出来的方法，叫间接测量法。 间接测量法由于涉及的测量量较多，加上计算的误差等，测量精度低于直接法,3比较测量法 将被测量与同种类标准量进行比较后才能得出被测量的数值，这样的测量方法，称为比较测量法。常用比较测量法分为以下三种：,（1）零值法 在测量过程中，通过改变标准量使它和被测量相等，当两者差值为零时，确定出被测量数值的测量方法叫做零值法。,（2）差值法 在测量过程中，通过测出被测量与已知量的差值，从而确定被测量数值的测量方法叫做差值法。,（3）替代法 在测量过程中，将被测量与已知的标准量分别接入同一测量装置，若维持仪表读数不变，这时被测量即等于已知标准量。这种测量方法叫做替代法。,8.2.4 测量误差及消除,测量误差：在测量技术中，常常把标准仪表的读数当作真值，而把测得的实际值称为测量结果。我们把被测量的测量结果与真值之间的差值，叫做测量误差。,1测量误差的分类,根据误差的性质，测量误差分为三类：系统误差、偶然误差和疏失误差。,（1）系统误差 在相同的测量条件下，多次测量同一个量时，测量结果向一个方向偏离，其数值恒定或按一定规律变化，这种误差称为系统误差。它的来源有： 仪器误差：这是由于仪器本身的缺陷而造成的误差； 附加误差：没有按规定条件使用仪器而造成的误差；,理论（方法）误差：由于测量方法、测量所依据的理论公式的近似，或实验条件不能达到理论公式所规定的要求等而引起的误差； 个人误差：由于测试人员的自身生理或心理特点造成的误差。,（2）偶然误差 由于人的感官灵敏度和仪器精密度有限，周围环境的干扰以及随测量而来的其它不可预测的偶然因素造成的误差。,（3）疏失误差 由于测量中的疏失所引起，是一种明显地歪曲测量结果的误差。,2测量误差的消除方法 （1）系统误差的消除 对测量仪器仪表进行修正；采用合理的测量方法和配置适当的测量仪表，改善仪表安装质量和配线方式；采用特殊的测量方法。具体做法案是：正负消去法 替代法,（2）偶然误差的消除 通常采用增加重复测量次数的方法来消除偶然误差对测量结果的影响。测量次数越多，其算术平均值就愈接近于实际值。,（3）疏失误差的消除 疏失误差严重歪曲了测量结果，因此包含有疏失误差的测量结果应该抛弃。,8.3 电流表,8.3.1 电流表的结构及工作原理,电流表分为检测微小电流的检流计和测量较大电流的毫安表、安培表等。磁电系测量机构的指针偏转角与流过线圈的电流I成正比，所以它本身就是一个电流表，也就是我们通常所说的表头，表头只能作微安表或毫安表。 要测量毫安以上电流时，需采用分流电阻扩大量程。分流电阻的作用是将被测电流分流，使大部分电流从并联电阻中分走。而测量机构中只流过其允许的电流。,根据并入电阻的不同，磁电系电流表又可以分为单量程电流表和多量程电流表。,1单量程电流表,在表头上并联一个分流电阻，测量时，被测电流大部分都通过分流电阻，只有小部分通过表头。,它们的关系是： 或,只要将仪表标尺刻度放大 倍，即可用测量机构的偏转角来直接反映被测电流I的大小。,当电流扩大为I=n时，其中n表示量程的扩大倍数。,分流器接线法,分流器的电阻值为,可见欲将表头量程扩大到n倍，分流电阻 应为表头内阻的 。量程I越大，分流电阻要越小。,考虑到分流电阻的散热和安装尺寸，当被测电流小于30A时，分流电阻可以安装在电流表内部，称为内附分流器；当被测电流超过30A时，分流电阻一般安装在电流表的外部，称为外附分流器。,2多量程电流表,便携式电流表一般为多量程仪表。磁电系测量机构采用不同的分流器，就构成了多量程电流表。多量程电流表的分流器有开路式连接和闭路式连接两种接法。,开路式分流电路：优点是各量程之间相互独立、互不影响；缺点是其转换开关的接触电阻包含在分流电阻中，可能引起较大的测量误差，特别是在分流电阻较小的档误差更大。另外，当触头接触不良导致分流电路断开时，被测电流将全部流过表头而使其烧毁。因此并联分流的连接方式很少采用。,闭路式分流电路：优点是转换开关的接触电阻处在被测电路，不在表头与分流器的电路，对分流准确度没有影响。这种方式的缺点是各个量程之间相互影响，计算分流电阻较复杂。因为分流电阻越小电流表量程越大，量程 。,。,8.3.2电流的测量,1直流电流的测量,测量直流电流通常采用磁电式电流表。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。直流电流的测量可采用直接测量法或间接测量法来完成。,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，分流器的阻值为：,直接测量直流 电流表量程的扩大,2交流电流的测量 测量交流电流主要采用电磁式电流表，进行精密测量时使用电动式仪表，电流表必须与被测电路串联。通常交流电流的测量采用间接测量法，即先用电压表测出电压后，再利用欧姆定律换算成电流。若被测电流很大时，可配以电流互感器来扩大量程，用互感器扩大交流电流表量程的接线图参见第五章,8.4 电压表,8.4.1 电压表的结构、工作原理 磁电系测量机构不仅可以构成电流表，还可以构成电压表。将测量机构的两端施加一允许电压，将有电流流过表头，当被测电压为U，表头电阻 为时，通过表头的电流与电压的关系为 。,磁电系测量机构的偏转角可以反映流过它的电流的大小，既然流过测量机构的电流域被测电压成正比，偏转角就可以反映被测电压的大小。标尺可以按电压刻度，这就成了一只简单的电压表。,磁电系测量机构允许通过的电流是很小的，所以它能直接测量很低的电压。所能直接测量电压的上限为 为了扩大量程，一般采用附加电阻和磁电系测量机构相串联。,1 单量程电压表 磁电系电压表时根据电路分压原理来扩大量程的，方法是将测量机构与附加电阻串联。这个串联电阻叫分压电阻，串联分压电阻后流过测量机构的电流为,所以仪表可以用偏转角,来反映被测电压的大小。