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1、常用电工仪表,常用电工仪表,内容提要 本章对万用表的工作原理、操作使用方法进行重点介绍；对电流表、电压表、钳形电流表、兆欧表、接地电阻测定仪、功率表、电度表等的测量原理及使用方法逐一分析和介绍。,11 常用电工仪表知识,测量电流、电压、功率等电量的指示仪表，称为电工测量仪表。111 电工仪表的基本组成和工作原理基本组成框图如图31所示:图31 电工指示仪表基本组成框图基本工作原理：测量线路将被测电量或非电量转换成测量机构能直接测量的电量时，测量机构活动部分在偏转力矩的作用下偏转。同时，测量机构产生反作用力矩的部件所产生的反作用力矩也作用在活动部件上，当转动力矩与反作用力矩相等时，可动部分便停止
2、下来。指出被测量的大小。,112 常用电工仪表的分类,按仪表的工作原理不同，可分为磁电式、电磁式、电动式、感应式等；按测量对象不同，可分为电流表（安培表）、电压表（伏特表）、功率表（瓦特表）、电度表（千瓦时表）、欧姆表以及多用途的万用表等；按测量电流种类的不同，可分为单相交流表、直流表、交直流两用表、三相交流表等；按使用性质和装置方法的不同，可分为固定式（开关板式）、携带式；按测量准确度不同，可分为01、02、05、10、15、25、50共七个等级。,113 电工仪表的精确度,指在规定条件下使用时，可能产生的基本误差占满刻度的百分数。测量准确度的七个等级中，数字越小，仪表精确度越高，基本误差越
3、小。01级到05级的仪表，精确度较高，常用于实验室作校检仪表。15级以下的仪表，精确度较低，通常用作工程上的检测与计量。,12 电流表与电压表,电流表又称为安培表，用于测量电路中的电流。电压表又称为伏特表，用于测量电路中的电压。按其工作原理的不同，分为磁电式、电磁式、电动式三种类型，其原理与结构分别如图32（a）、（b）、（c）所示。图32 电流表、电压表的原理与结构（a）磁电式（b）电磁式（c）电动式,121 结构与工作原理,1磁电式仪表的结构与工作原理 结构：主要由永久磁铁、极靴、铁心、活动线圈、游丝、指针等组成。工作原理：当被测电流流过线圈时，线圈受到磁场力的作用产生电磁转矩绕中心轴转动
4、，带动指针偏转，游丝也发生弹性形变。当线圈偏转的电磁力矩与游丝形变的反作用力矩相平衡时，指针便停在相应位置，在面板刻度标尺上指示出被测数据。2电磁式仪表的结构与工作原理 结构：主要由固定部分和可动部分组成。以排斥型结构为例，固定部分包括圆形的固定线圈和固定于线圈内壁的铁片，可动部分包括固定在转轴上的可动铁片、游丝、指针、阻尼片和零位调整装置。,仪表的结构与工作原理,工作原理：当固定线圈中有被测电流通过时，线圈电流的磁场使定铁片和动铁片同时被磁化，且极性相同而互相排斥，产生转动力矩。定铁片推动动铁片运动，动铁片通过传动轴带动指针偏转。当电磁偏转力矩与游丝形变的反作用力矩相等时，指针停转，面板上指
5、示值即为所测数值。3电动式仪表的结构与工作原理 结构：由固定线圈、可动线圈、指针、游丝和空气阻尼器等组成。工作原理：当被测电流流过固定线圈时，该电流变化的磁通在可动线圈中产生电磁感应，从而产生感应电流。可动线圈受固定线圈磁场力的作用产生电磁转矩而发生转动，通过转轴带动指针偏转，在刻度板上指出被测数值。,122 电流的测量,测量电流时，电流表必须与被测电路串联。1 交流电流的测量通常采用电磁式电流表。在测量量程范围内将电流表串入被测电路即可，如图33所示。测量较大电流时，必须扩大电流表的量程。可在表头上并联分流电阻或加接电流互感器，其接法如图34所示。图33 交流电流的测量 图34 用互感器扩大
6、交流电流表量程,2.直流电流的测量,通常采用磁电式电流表。直流电流表有正、负极性，测量时，必须将电流表的正端钮接被测电路的高电位端，负端钮接被测电路的低电位端，如图35所示。被测电流超过电流表允许量程时，须采取措施扩大量程。对磁电式电流表，可在表头上并联低阻值电阻制成的分流器，如图36所示。对电磁式电流表，可通过加大固定线圈线径来扩大量程。也可将固定线圈接成串、并联形式做成多量程表，如图37所示。图35 直流电流的测量 图36 用分流器扩大量程,电磁式电流表扩大量程,图37 电磁式电流表扩大量程,123 电压的测量,测量电压时，电压表必须与被测电路并联。1.交流电压的测量测量交流电压通常采用电
7、磁式电压表。在测量量程范围内将电压表直接并入被测电路即可，如图38所示。用电压互感器来扩大交流电压表的量程，如图39所示。图38 交流电压的测量 图39 用互感器扩大交流电压表量程,2 直流电压的测量,通常采用磁电式电压表。直流电压表有正、负极性，测量时，必须将电压表的正端钮接被测电路的高电位端，负端钮接被测电路的低电位端，如图310所示。在电压表外串联分压电阻扩大量程，如图311所示。图310 直流电压的测量 图311 串分压电阻扩大量程,13 万用表,以MF30型指针式万用表和DT840型数字式万用表为例，了解其结构和性能，学会使用万用表正确测量电压、电流、电阻等基本电量的方法，熟悉有关使
8、用的注意事项。331 指针式万用表1指针式万用表的结构主要由表头、测量线路、转换开关三部分组成。外形结构如图312所示。使用指针式万用表，主要注意下面几点：(1)使用前，应将表头指针调零。(2)测量前，应根据被测电量的项目和大小，将转换开关拨到合适的位置。(3)测量完毕，应将转换开关拨到最高交流电压档，有的万用表（如500型）应将转换开关拨到标有“”的空档位置。,MF30型万用表的外形结构,图312 MF30型万用表的外形结构,2 交流电压的测量,（1）测量前，将转换开关拨到对应的交流电压量程档。如果事先不知道被测电压大小，量程宜放在最高档，以免损坏表头。（2）测量时，将表笔并联在被测电路或被
9、测元器件两端。严禁在测量中拨动转换开关选择量程。（3）测电压时，要养成单手操作习惯，且注意力要高度集中。（4）由于表盘上交流电压刻度是按正弦交流电标定的，如果被测电量不是正弦量，误差会较大。（5）可测交流电压的频率范围一般为45HZ1000HZ，如果超过范围，误差会增大。,3 直流电压的测量,测量方法与交流电压基本相同，但要注意下面二点：（1）与测量交流电压一样，测量前要将转换开关拨到直流电压的档位上，在事先不清楚被测电压高低的情况下，量程宜大不宜小；测量时，表笔要与被测电路并联，测量中不允许拨动转换开关。（2）测量时，必须注意表笔的正负极性。红表笔接被测电路的高电位端，黑表笔接低电位端。若表
10、笔接反了，表头指针会反打，容易打弯指针。如果不知道被测点电位高低，可将表笔轻轻地试触一下被测点。若指针反偏，说明表笔极性反了，交换表笔即可。,直流电流、电阻的测量,4 直流电流的测量（1）测量时，万用表必须串入被测电路，不能并联。（2）必须注意表笔的正、负极性。测量时，红表笔接电路断口高电位端，黑表笔接低电位端。（3）在不清楚被测电流大小情况下，量程宜大不宜小。严禁在测量中拨动转换开关选择量程。5 电阻的测量（1）正确选择电阻倍率档，使指针尽可能接近标度尺的几何中心，可提高测量数据的准确性。（2）严禁在被测电路带电的情况下测量电阻。（3）测量时，直接将表笔跨接在被测电阻或电路的两端，注意不能用
11、手同时触及电阻两端，以避免人体电阻对读数的影响。（4）测量热敏电阻时，应注意电流热效应会改变热敏电阻的阻值。,132 数字式万用表,1数字式万用表的结构 DT840型数字式万用表的 面板结构如图313所示。图313 DT840型数字式万用表的面板结构,数字万用表的使用,2直流电压、交流电压的测量 先将黑表笔插入插孔，红表笔插入V插孔，然后将功能开关置于DCV（直流）或ACV（交流）量程，并将测试表笔连接到被测源两端，显示器将显示被测电压值。如果显示器只显示“1”，表示超量程，应将功能开关置于更高的量程（下同）。3直流电流、交流电流的测量 先将黑表笔插入插孔，红表笔需视被测电流的大小而定。如果被
12、测电流最大为2A，应将红表笔插入A孔；如果被测电流最大为20A，应将红表笔插入20A插孔。再将功能开关置于DCA或ACA量程，将测试表笔串联接入被测电路，显示器即显示被测电流值。,数字万用表的使用,4电阻的测量 先将黑表笔插入插孔，红表笔插入V插孔（注意：红表笔极性此时为“”，与指针式万用表相反），然后将功能开关置于OHM量程，将两表笔连接到被测电路上，显示器将显示出被测电阻值。5二极管的测试 先将黑表笔插入插孔，红表笔插入V插孔，然后将功能开关置于二极管档，将两表笔连接到被测二极管两端，显示器将显示二极管正向压降的mV值。当二极管反向时则过载。根据万用表的显示，可检查二极管的质量及鉴别所测量
13、的管子是硅管还是锗管。（1）测量结果若在1V以下，红表笔所接为二极管正极，黑表笔为负极；（2）测量显示若为550700mV者为硅管；150300mV者为锗管。,数字万用表的使用,（3）如果两个方向均显示超量程，则二极管开路；若两个方向均显示“0”V，则二极管击穿、短路。6晶体管放大系数hFE的测试 将功能开关置于hFE档，然后确定晶体管是NPN型还是PNP型，并将发射极、基极、集电极分别插入相应的插孔。此时，显示器将显示出晶体管的放大系数hFE值。（1）基极判别 将红表笔接某极，黑表笔分别接其它两极，若都出现超量程或电压都小，则红表笔所接为基极；若一个超量程，一个电压小，则红表笔所接不是基极，
14、应换脚重测。（2）管型判别 在上面测量中，若显示都超量程，为PNP管；若电压都小（0507V），则为NPN管。,数字万用表的使用,（3）集电极、发射极判别 用hFE档判别。在已知管子类型的情况下（此处设为NPN管），将基极插入B孔，其它两极分别插入C、E孔。若结果为hFE110（或十几），则三极管接反了；若hFE10100（或更大），则接法正确。7带声响的通断测试 先将黑表笔插入插孔，红表笔插入V插孔，然后将功能开关置于通断测试档（与二极管测试量程相同），将测试表笔连接到被测导体两端。如果表笔之间的阻值低于约30，蜂鸣器会发出声音。,14 钳形电流表,通常，当用电流表测量负载电流时，必须把电流
15、表串联在电路中。但当在施工现场需要临时检查电气设备的负载情况或线路流过的电流时，如果先把线路断开，然后把电流表串联到电路中，就会很不方便。此时应采用钳形电流表测量电流，这样就不必把线路断开，可以直接测量负载电流的大小了。341 结构和工作原理 外形结构如图314所示。测量部分主要由一只电磁式电流表和穿心式电流互感器组成。穿心式电流互感器铁心做成活动开口，且成钳形，。,图314 钳形电流表的外形结构,钳形电流表,原理：当被测载流导线中有交变电流通过时，交流电流的磁通在互感器副绕组中感应出电流，使电磁式电流表的指针发生偏转，在表盘上可读出被测电流值。342 使用方法1测量前，应检查指针是否在零位，
16、否则，应进行机械调零。2测量时，量程选择旋钮应置于适当位置，以便测量时指针处于刻度盘中间区域，减少测量误差。3.如果被测电路电流太小，可将被测载流导线在钳口部分的铁心上缠绕几圈再测量，然后将读数除以穿入钳口内导线的根数即为实际电流值。4.测量时，将被测导线置于钳口内中心位置，可减小测量误差。5.钳形表用完后，应将量程选择旋钮放至最高档.,15 兆欧表,一种测量电器设备及电路绝缘电阻的仪表。351 结构和工作原理 外形如图315（a）所示。主要包括三个部分：手摇直流发电机（或交流发电机加整流器）、磁电式流比计、接线桩（L、E、G）。工作原理可用图315（b）来说明。图315 兆欧表的外形和工作原
17、理示意图（a）外形（b）工作原理,152 使用方法,1 测量前的检查（1）检查兆欧表是否正常。（2）检查被测电气设备和电路，看是否已切断电源。（3）测量前应对设备和线路进行放电，减少测量误差。,2.使用方法,1选择兆欧表 通常兆欧表按其额定电压分为500、1000、2500、5000V几种。应根据被试设备的额定电压来选择兆欧表，兆欧表的额定电压过高，可能在测试中损坏被试设备绝缘。一般来说，额定电压为1000V以下的设备，选用1000V的兆欧表；额定电压为1000V及以上的设备，则用2500V兆欧表。2检查兆欧表 使用前应检查兆欧表是否完好。检查的方法是：先将兆欧表的接线端子间开路，按兆欧表额定
18、转速(约每分钟120转)摇动兆欧表手柄，观察表计指针，应该指“”；然后将线路和地端子短路，摇动手柄，指针应该指“o”。如果兆欧表的指示不对，则需调换或修理后再使用。3对被试设备断电和放电 对运行中的设备进行试验前，应确证该设备已断电，而后还应对地充分放电。对电容量较大的被试设备(如发电机、电缆、大中型变压器、电容器等)，放电时间不少于2 min。,接线 4.按前述的接线方法进行接线。接线中，由兆欧表到被试物的连线应尽量短，线路与地端子的连线间应相互绝缘良好。5摇测绝缘电阻和吸收比 保持兆欧表额定转速，均匀摇转其手柄，观察兆欧表指针的指示，同时记录时间。分别读取摇转15s和60s时的绝缘电阻R1
19、5和R60。如前所述，R60R15的比值即为被试物的吸收比。通常以R60作为被试物的绝缘电阻值。读数完毕以后，应先将兆欧表线路端子的接线与被试物断开，然后再停止摇转；若线路端子接线尚未与被试物断开就停止摇转，有可能由于被试物电容电流反充电而损坏兆欧表。在试验大容量设备时更要注意这一点。6对被试物放电 测量结束后，被试物对地还应进行充分放电，对电容量较大的被试设备，其放电时间同样不应少于2min。7记录 记录的内容包括被试设备的名称、编号、铭牌规范、运行位置，验现场的湿度以及摇测被试设备所得的绝缘电阻值和吸收比值等。,152 使用方法,4注意事项（1）禁止在雷电时或高压设备附近测绝缘电阻，只能在
20、设备不带电，也没有感应电的情况下测量。（2）摇测过程中，被测设备上不能有人工作。（3）摇表线不能绞在一起，要分开。（4）摇表未停止转动之前或被测设备未放电之前，严禁用手触及。拆线时，也不要触及引线的金属部分。（5）测量结束时，对于大电容设备要放电。（6）要定期校验其准确度。,153 兆欧表的选用,选用兆欧表主要考虑它的输出电压及测量范围。表3-1 兆欧表选择举例,16 接地电阻测定仪,又称接地摇表，主要用于测量电气系统、避雷系统等接地装置的接地电阻和土壤电阻率。以ZC-8型接地电阻测定仪为例介绍其结构、工作原理、使用方法.外形及附件如图316所示。图316 ZC-8型接地电阻测定仪外形及附件,
21、161 结构和工作原理,结构：ZC-8型接地电阻测定仪由高灵敏度的检流计G、交流发电机M、电流互感器LH及调节电位器RP、测量用接地极E、电压辅助电极P、电流辅助电极C等组成。原理：交流发电机M以120r/min 的速度转动时，产生90HZ98HZ 的交变电流i，通过互感器LH的 原边、接地极E、电流辅助电极 C形成回路。在接地电阻RX上产 生电压降i RX，其电位分布如图 317中EP段曲线所示。通过PC 之间地电阻RC产生的电压降i RC 的电位分布如图317中曲线PC 所示。图317 ZC-8型接地电阻测定仪原理电路,接地电阻测量,设电流互感器比率为k，则副绕组中电流为k i，在调节电位
22、器RP上产生电压k i RP。由图317 可看出，检流计G所测电压实际是k i RP和i Rx之间的电位差。调节RP，使检流计指示为零，则有 k i RP=i RX RX=k RP（34）可见，所测得的接地电阻值，就是互感器比率与调节电位器RP阻值的乘积。,162 使用方法,ZC-8型接地电阻测定仪测量连接如图318所示。,图318 接地电阻测量连接示意图,接地电阻测量,测量方法：1 将仪表水平放置，对指针机械调零，使其指在标度尺红线上。2 将量程（倍率）选择开关置于最大量程位置，缓慢摇动发电机摇柄，同时调整“测量标度盘”，使检流计指针始终指在红线上，这时，仪表内部电路工作在平衡状态。当指针接
23、近红线时，加快发电机摇柄转速，使其达到额定转速（120r/min），再次调节“测量标度盘”，使指针稳定在红线上，所测接地电阻值即为“测量标度盘”读数（RP）乘以倍率标度。若“测量标度盘”读数小于1，应将量程选择开关置于较小一档，重新测量。3 可用ZC-8型接地电阻测定仪测量导体电阻：先用导线将P1、C1接线桩短接，再将被测导体接于E（或P2、C2短接的公共点）与P1之间，其余步骤与测量接地电阻相同。4.用ZC-8型接地电阻测定仪还可测土壤电阻率，具体操作见仪器说明书。,电桥,电桥在电磁测量中应用广泛，其特点是灵敏度和准确度都比较高。在需要精确测量中值电阻和低值电阻时往往采用电桥。1）电桥的种类
24、及用途 电桥可分为交流电桥和直流电桥。2）直流单臂电桥(1)直流单臂电桥的工作原理。,直流单臂电桥的电路原理,直流单臂电桥的电路原理如图所示。它由四个电阻连接成一个封闭的环形电路，每个电阻支路均称为桥臂。电桥的两个顶点a、b为输入端，接供桥直流电源；另两个顶点c、d为输出端，接电流检流计（指零仪）。,(2)直流单臂电桥的使用方法。直流单臂电桥的型号很多，但使用方法基本相同。下面以常用的QJ23型直流单臂电桥为例，讲述直流单臂电桥的使用方法。QJ23型直流单臂电桥的电路如图2.24所示，其比例桥臂由八个电阻组成，一般有七个挡位，分别为0.001、0.01、0.1、1、10、100、1000七种比
25、率，由倍率开关切换。,QJ23型直流单臂电桥电路,使用QJ23型直流单臂电桥测量电阻的步骤如下：,使用前先将检流计锁扣打开，并调节其调零装置使指针指示在零位。用万用表粗测一下被测电阻，先估计一下它的大约数值。选择适当的倍率。用短粗导线将被测电阻Rx接在测量接线柱上，连接处要拧紧。读数，计算电阻值，被测电阻值=比较桥臂读数盘电阻之和倍率。测量完毕，先松开检流计按钮，再松开电源按钮。,(3)使用直流单臂电桥时的注意事项如下：为了测量准确，在测量时选择的倍率应使比较桥臂电阻的四个读数盘都有读数。测量时，电桥必须放置平稳；被测电阻应单独测量，不能带电测试。由于接头处接触电阻和连接导线电阻的影响，直流单
26、臂电桥不宜测量电阻值小于 1 的电阻。,测量时，连接导线应尽量用截面较大、较短的导线，以减小误差；接线必须拧紧，如有松脱，电桥会极端不平衡，使检流计损坏。电池电压不足会影响电桥的灵敏度，当发现电池不足时应调换。测量完毕，应先打开检流计按钮，再打开电源按钮，特别当被测电阻具有电感时，一定要遵守上述规则，否则会损坏检流计。测量结束不再使用时，应将检流计锁扣锁上，以免检流计受震损坏。,3）直流双臂电桥 直流双臂电桥又称为凯尔文电桥，它主要用于测量1 以下的小电阻，如测量电流表的分流器电阻、电动机或变压器绕组的电阻以及其他不能用单臂直流电桥测量的小电阻。它可以消除接线电阻和接触电阻的影响。直流双臂电桥
27、的工作原理。(2)直流双臂电桥的使用方法。,直流双臂电桥电路原理,双臂电桥测量电阻的步骤如下：先将被测电阻的电流接头和电位接头分别与接线柱C1、C2和P1、P2连接，其连接导线应尽量短而粗，以减小接触电阻。根据被测电阻范围，选择适当的倍率挡，然后接通电源和检流计。调节读数盘，使检流计指示为零，则电桥处于平衡状态，此时即可读取被测电阻值。,(3)使用直流双臂电桥时的注意事项如下：被测电阻的每一端必须有两个接头线，电位接头应比电流接头更靠近电阻本身，且两对接头线不能绞在一起。测量时，接线头要除尽污物并接紧，尽量减少接触电阻，以提高测量准确度。直流双臂电桥的工作电流很大，如使用电池测量时操作速度要快，以免耗电过多。测量结束后，应立即切断电源。谢谢！,
