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1、第十一章电工仪表及电工测量技术,主讲教师：周定文 教授 开课单位：天津大学精仪学院,第十一章电工仪表及电工测量技术,主要内容了解电工测量技术的优点、用途、电工仪表的分类及测量电压、电流、电功率的方法。对比常用的直读式电工仪表（磁电式、电磁式、电动式）特点、工作原理等。重点掌握：仪表的准确度、相对额定误差定义及其计算方法。,第十一章电工仪表及电工测量技术,概述：电工仪表用来测量电路中电压、电流、电功率及电能等物理量的大小，以便人们对线路及电气设备的安装、调试、实验、运行情况进行检测、调整和控制，以满足工农业生产和科学研究的需要。电工测量仪表和电工测量技术的发展，保证了生产过程的合理操作和用电设备
2、的顺利工作，同时也为科学提供了有利的条件。反过来，电工技术方面的新成就又推动了测量技术的进一步发展。,第十一章电工仪表及电工测量技术,电工测量技术的主要优点是：1电工测量仪表的结构简单，使用方便，并有足够的准确度；2电工测量仪表可以灵活地安装在需要进行测量的地方，并可以实现自动记录；3电工测量仪表可以解决远距离的测量问题，为集中管理和控制提供了条件；4能利用电工测量的方法对非电量进行测量。,11.1 电工仪表,电工仪表的分类分电测量指示仪表类和比较仪表类两大类。电测量指示仪表类包括各种交直流电流表、电压表、功率表、万用表等。比较仪表类包括各类交直流电桥，交直流补偿式测量仪器。,11.1 电工仪
3、表,电测量指示仪表又称为直读式仪表，通常分为以下几种类型：1.按照仪表测量对象分为:安培表和毫安表(电流表)、伏特表(电压表)、瓦特表(功率表)、瓦时表(电度表)、赫兹表(频率表)、表(功率因数表)、兆欧表(摇表)等。常用的仪表代号有：A、mA、V、W 千伏表kV，千瓦表kW，无功功率表Var，电度表kWh，相位表，频率表，功率因数表，欧姆表，兆欧表k，整步表S。,11.1 电工仪表,2.按仪表测量的电流的种类分为：直流仪表、交流仪表、交直流两用仪表。3.按仪表准确度分为：0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5和5.0七级。（上述7个准确度数字表示仪表相对额定误差的百分数）4.按仪表的
4、工作原理分为：磁电式、电磁式、电动式、整流式、感应式，见表11-1。,11.1 电工仪表,仪表的准确度：表示仪表指示值同被测值的实际值之间的误差大小，是电工测量仪表的主要特性之一。不管仪表制造得如何精确，仪表的读数和被测量的实际值之间总是有误差的，并且根据仪表的相对额定误差来分级。相对额定误差：是指仪表在正常工作条件下测量时可能产生的最大基本误差A与仪表的最大量程（满刻度值）Am之比。,11.1 电工仪表,相对额定误差例如有一个准确度为2.5级的电压表，其最大量程为50V，则可能产生的最大基本误差为 在正常工作条件下，可以认为最大基本误差是不变的，所以被测量与满刻度值相比愈小，则相对测量误差就
5、愈大。,11.1 电工仪表,如用上述伏特表来测量实际值为10V的电压是，相对测量误差为若用它测量实际值为40V的电压是，则相对测量误差为由此可见，在选用仪表量程时，应使被测量的值较接近满刻度为好。一般应使被测量的值超过仪表满标值的一半以上。,11.1 电工仪表,表11.1 电工仪表分类,11.1 电工仪表,11.1 电工仪表,11.1 电工仪表,优缺点（常用的直读式电工仪表为磁电式、电磁式和电动式三种。）磁电式C：反应灵敏、准确度高、刻度均匀本身功耗小、受外界磁场影响小，但结构复杂、价格高、过载能力小，不能直接测交流量电磁式T：结构简单、价格低、过载能力强，但刻度不均匀、本身功耗大、易受外界磁
6、场及铁片中磁滞和涡流影响，准确度低。电动式D：准确度高、经常作标准表用。过载能力低，抗干扰能力较弱。交、直流两用。,11.1 电工仪表,电工仪表的组成：主要由测量线路和测量机构两部分组成。其中测量机构是电测量指示仪表的核心。测量机构由产生转动转矩的驱动部分、产生阻转矩的制动部分、阻尼部分和读数部分组成。,11.1 电工仪表,11.1 电工仪表,磁电式仪表的工作原理 磁电式仪表是根据通电导体在磁场中受到电磁力的作用原理制成的。磁电式仪表的刻度是均匀的。当线圈中无电流时，指针应指在零的位置，可用校正器进行调整。指针偏转角度与流过线圈的电流I成正比,11.1 电工仪表,磁电式仪表的结构：固定的永久磁
7、铁、圆柱形铁芯1、极掌N、S和可动的绕在铝框上的线圈3、接在线圈两端的两个游丝5和5、指针4、前后两根半轴等组成。,11.1 电工仪表,极掌与铁芯之间为均匀长度的空气，形成均匀的辐射方向的磁场。线圈所受的转矩为 指针转动的同时，游丝被扭紧产生制动力矩 当转动力矩等于制动力距时，线圈和指针处于平衡状态而停止转动。则,11.1 电工仪表,电磁式仪表是根据电磁作用原理制成的。电磁式仪表的刻度不均匀。静止铁片2固定在圆形线圈1的内壁上，动片3固定在转轴上。当线圈通入被测电流时，产生磁场，动、定铁片同时磁化，它们对应的磁极极性相同，从而产生斥力，使动片带动转轴及指针偏转。,11.1 电工仪表,如果线圈中
8、的电流改变，磁场方向也随着改变，两铁片磁极极性也改变，但它们对应端仍为同极性的斥力，转轴和指针的方向仍不变，所以电磁式仪表可以测量交流电。指针的偏转角与直流电流或交流电流有效值的平方成正比,11.1 电工仪表,电动式仪表用于交流精密测量及作为交流标准表，与电磁式仪表的最大区别是可动线圈代替动铁片，可以消除测量时的磁滞和涡流的影响，提高准确度。电动式仪表可以交、直流两用。,11.1 电工仪表,电动式仪表的结构 它由固定线圈、可动线圈、游丝和空气阻尼器等组成。当定线圈通过电流 时，产生磁场，可动线圈中的 电流 与此磁场（磁场感 应强度为）相互作用产 生电磁力。,11.1 电工仪表,作用于可动线圈上
9、的转动转矩与电流、的乘积成正比，即当电流 和 的方向同时改变时，指针偏转的方向不变。而任意一个电流的方向改变时，指针偏转方向随着改变。因此，电动式仪表可以交、直流两用。当两个线圈中通入相位差为 的两个正弦交流电 和 时，仪表所受到的平均转矩为,11.1 电工仪表,当游丝产生的制动转矩 等于转动转矩时，指针便停止摆动，则 对于直流电流则有 而对于交流电流则有,112 万用表,特点：万用表可以测量交流电压、直流电流，还可以测量电阻，因此也称为多用表。它具有量程多、用途广、使用简单、携带方便等优点，所以是线路和电器设备的检测、调整工作中不可少的电工测量仪表。万用表的种类和型号繁多，性能也各有不相同，
10、可以归纳为两大类：磁电式和数字式。,112 万用表,磁电式万用表磁电式万用表由磁电式测量机构（毫安表或微安表即表头）、测量线路和转换开关三部分组成。测量机构用来指示被测量的数值；测量线路用来将被测量转换成适合表头测量的微小的直流电流；转换开关用来选择不同的测量线路，以测量不同的电量。,112 万用表,注意使用万用表时要，绝对不允许在带电线路上测量电阻，否则将损坏万用表。为了减少因误操作而造成的损坏，表内加入熔断器进行保护，应养成用毕将转换开关置于高电压档的良好习惯。,112 万用表,数字式万用表是应用模/数（A/D）转换技术、可以测量多种电参数并直接以数字形式显示测得结果仪表，也叫数字多用表，
11、常用DMM简示。数字式万用表分为简易型（便携式）和精密型（台式）两大类。简易型数字万用表可测量交直流电压和电流、电路中的电阻、电容、电感等电参数，以及电路中信号的频率、晶体管的电流放大系数，还可用于检查二极管及电路通、断状态等。,112 万用表,常用简易型数字万用表以干电池供电，由液晶显示器显示测的结果，功能及量程选择多采用旋转式或按键式多档开关。具有自动调零，自动极性转换，超量程指示和过载保护等功能。精密型数字万用表是带微处理器的多功能、多量程且自动化度很高的智能仪表。它不仅能精确地测量电压、电流、电阻、电容和电感等电参量，而且还能对测得结果进行数据处理。具有了自诊断、自校正与自检验等功能。
12、从而可实现高准确度测量，且便于与其他仪器一起组成自动测试系统。,113 电工测量技术,电工测量主要指电压、电流、电功率、电能、相位等电量测量和磁场强度、磁通、磁感应强度、磁动势等各种磁特性的测量。电流的测量 电流表应与被测电路串联，为了减小电流表内阻造成的误差，电流表的内阻要尽可能小，因此使用时切不可将它并联在电路中，否则造成短路，将电流表烧坏，在使用时务须特别注意。,113 电工测量技术,直流电流的测量测量直流电流通常采用磁电式电流表，而磁电式仪表的表头不允许通过大电流。为了扩大电流表的量程，在表头两端并联一个分流器，如图所示。此时通过表头的电流 只是被测电流 的一部分，由分流公式得,113
13、 电工测量技术,则分流器的电阻为式中 为电流表 扩大量程的倍数，为表头内阻。,113 电工测量技术,交流电流的测量测量交流电流主要采用电磁式电流表。电磁式电流表采用固定线圈，允许通过大电流由于内阻较大，它不采用分流器来扩大量程，而是采用改变固定线圈的接法，或利用电流互感器来扩大量程。在测量大容量交流电流时，利用电流互感器来扩大仪表的量程，实际电流值等于读数乘以电流互感器的变比。,113 电工测量技术,（a）5A量程（b）10A量程 双量程交流电流表接法,113 电工测量技术,直流电压的测量测量直流电压通常用磁电式电压表，但是磁电式仪表只允许通过很小的电流，测量时也只能测较低的电压（不超过mV级
14、），其电阻 是不大的，所以必须和它串联一个称为倍频器的高值电阻（附加电阻）来扩大量程，如图所示。由分压公式得,113 电工测量技术,倍压器电阻为m为电压量程扩大倍数电压表的内阻由表头内阻 和倍压器电阻一起构成，因此电压表的内阻与电压量程有关，用电压表的总内阻除以电压量程来表明这一特征，称为电压灵敏度，表示其内阻每伏多少欧。电压表内阻越大，灵敏度越高，消耗的功率越少，对被测电路工作状态影响越小。,113 电工测量技术,交流电压的测量交流电压通常用电磁式电压表进行测量，可借助与电压互感器测量较高的交流电压。电磁式电压表扩大量程可采用串联倍压器电阻的方法，多量程电压表也可以采用分段式倍压器，方法同磁
15、电式仪表相同。电磁式电压表既要保证较大的电磁力使仪表产生足够的转矩，又要减少匝数，防止频率误差，因此要求通过仪表的电流大，也就是电压表的内阻要小，通常每伏只有几十欧，所以电磁式仪表的电压灵敏度较低。,113 电工测量技术,电功率的测量由电工原理可知，电路中的电功率与电压和电流的乘积有关，通常采用电动式仪表测量线路中的电功率。电动式仪表有两个线圈，定线圈作为电流线圈与负载串联，反映负载电流，而动线圈作为电压线圈串联倍压器后于负载并联，用来反映负载电压 电动式仪表可用来测量功率，表盘直接按功率均匀刻度。,113 电工测量技术,单相交流电功率的测量测量单相功率时按右图 接线，线圈1为电流线圈，线圈2
16、为电压线圈，两个 线圈的一个端子上分别标 有“*”号，这两个端子应接 到电流的同一极性上，若 由一个线圈反接，指针将 反偏，则无法读出功率的数值。,113 电工测量技术,三相功率的测量三相交流电在电力系统中应用最为广泛，那么如何测量三相功率呢？一般有三种方法。一表法 对于三相对称负载电路，因为各相负载消耗的功率相等，画出任何一相负载的功率P1，则可知三相总功率，即,113 电工测量技术,113 电工测量技术,二表法对于三相三线制对称或不对称负载，并且不论负载联成星型还是三角形均广泛采用二表法测三相功率，图为二表法测三相功率的接线图，图中两个功率表的读数之和即为三相总功率，即 必须指出，二表法测
17、三相功率时，其中一只表可能会在接线正确的情况下出现反偏，此时应将反偏的功率表的电流线圈反接，而测出的三相总功率应是功率表读数之差。,113 电工测量技术,113 电工测量技术,三表法三表法的接线图如图所示。对于三相四线制不对称负载，一表法和二表法均不适用，则应采用三只功率表分别测出各相负载消耗的功率，而总功率等于三只功率表读数之和，即,113 电工测量技术,113 电工测量技术,测量三相交流电功率一般有三种方法:（1）一表法(三相对称负载电路)（2）二表法(三相三线制对称或不对称负载)（3）三表法(三相四线制不对称负载),114 用电桥测量电阻、电容与电感,交流电桥测量电阻 交流电桥的四个桥臂
18、由阻抗、和 组成，当电桥平衡时四个桥臂的阻抗均为纯电阻时 即可实现电阻的测量 交流电桥的电源一般采用音频的正弦信号,114 用电桥测量电阻、电容与电感,交流电桥测量电感电桥平衡的条件,114 用电桥测量电阻、电容与电感,电容的测量电桥平衡的条件 无损耗的标准电容器 标准电阻,11.5 非电量的电测法,非电量的电测法就是将温度、速度、位移、流量和液位等非电量变换为电量，从而进行测量的方法。由于变换所得电动势、电压、电流、频率等电量与被测的非电量之间存在着一定的比例关系，所以通过对变换所得的电量的测量即可测得非电量的大小。,11.5 非电量的电测法,非电量的电测法具有远距离测量、测量动态过程、连续
19、测量，自动控制生产过程以及自动纪录等优点，并且测量的准确度和灵敏度较高。随着生产过程自动化的发展，非电量的电测技术日益重要。各种非电量的电测仪器，主要由传感器、测量电路和测录装置三个基本环节组成：电感传感器、电容传感器、应变电阻传感器、热电传感器,第十一章电工仪表及电工测量技术,小结电工测量仪表主要分为直读式仪表、比较式仪表和其他电工仪表。直读式仪表有电流表、电压表、功率表、万用表、绝缘电阻表等，比较式仪表有电桥等。直读式仪表按工作原理分为：磁电式、电磁式、电动式、整流式、感应式,第十一章电工仪表及电工测量技术,小结磁电式仪表的工作原理 是固定永久磁铁的磁场与通有直流电流的可动线圈间的相互作用产生的转动力矩。磁电式电流表与被测负载串联，采用并联分流电阻扩大量程。磁电式电压表与被测负载并联，采用串联分压电阻扩大量程。,第十一章电工仪表及电工测量技术,小结电磁式仪表的工作原理 是通有电流的固定线圈的磁场与铁片间的相互作用产生的转动力矩，可交、直流两用。电动式仪表的工作原理 是利用通有电流的固定线圈的磁场与通有电流的活动线圈的磁场间的相互作用产生的转动力矩，多做成功率表。万用表是电流表、电压表、电阻表的结合，应掌握具体用法。,结束,
