华北电力大学 电气测量 2012-2013试卷及答案

华北电力大学2012-2013 学年第_1_学期考试试卷及答案(A) 一、问答题（每题5分，共50分）
1、请问电工仪表分为哪几类？并且请每类任举一例。

答：电工仪表基本分三类：模拟指示仪表、数字仪表、比较仪器。

举例如下。

模拟指示仪表：磁电系电流表、电压表、检流计，指针式万用表等等（举任一例即
可，以下同）。

数字仪表：数字频率计，数字万用表。

比较仪器：电桥，电位差计。

评分标准：模拟1分，举例1分，数字1分，举例1分，比较仪器及举例1分。

2、请说明模拟指示仪表的组成和测量机构的基本工作原理。

答：模拟指示仪表由测量线路和测量机构组成。

测量线路将带测量转换为测量机构能够测量的
中间量，测量机构将中间量转换为指针的偏转角。

（上述内容也可以画示意图表示，标出方框的
内容及输入输出量，以下同。

）
测量机构的基本工作原理是，可动部分受到三个主要力矩的作用。

作用力矩是电磁力矩，它使
可动部分偏转；反作用力矩一般是弹性力矩，也可以是电磁力矩，它的方向与作用力矩相反，
控制可动部分的偏转。

当作用力矩和反作用力矩大小相等时，确定了指针的平衡位置。

阻尼力
矩大小与可动部分运动速度成正比，方向与运动方向相反，它改善可动部分的运动特性，但不
影响平衡位置。

评分标准：组成1分，说出三个力矩名称，每个1分，叙述三个力矩的作用1分。

3、请说明绝对误差、相对误差、最大引用误差的定义。

答：绝对误差是测量值与真值（或实际值）的差值。

相对误差是绝对误差与真值的百分比，若不知道真值，可用测量值代替。

最大引用误差是仪表某量程下最大绝对误差与上量限的百分比。

（上述内容也可以用公式表达，
但需要说明公式中符号的含义，否则酌情扣分，以下同。

）
评分标准：绝对误差1分，相对误差2分，最大引用误差2分。

4、表征测量值准确度的是什么误差？仪表的准确度等级是依据什么误差确定的？仪表的
准确度等级越高，测量值越准确吗？请阐述理由。

答：相对误差表征测量值的准确度。

仪表准确度等级是依据最大引用误差确定的。

仪表的准确
度等级越高，测量值不一定越准确。

测量值的准确度是用相对误差表示的，该相对误差是仪表
的准确度等级乘以上量限再除以测量值得到的，因而，除了选择准确度等级外，还需要测量值
尽量接近上量限。

评分标准：相对误差1分，最大引用误差1分，判断正确1分，表述理由2分。

5、磁电系电流表采用什么方式扩大量程？电磁系、电动系电流表采用什么方式扩大量程？答：磁电系电流表采用并联分流电阻扩大量程。

电磁系、电动系电流表采用固定线圈分段，将
各段由串联方式改为并联方式来扩大量程；也可以采用测量用电流互感器扩大量程。

评分标准：磁电系2分，电磁系、电动系3分。

6、 请画出电动系功率表的原理图，并说明其测量功率的原理。

答：画图略。

电动系测量机构的固定线圈（或称电流线圈）与负载串联，取负载电流；可动线圈（或称电压线圈）串联附加电阻后与负载并联，取负载电压，忽略可动线圈感抗的情况下，
可认为可动线圈中的电流与负载电压同相位。

电动系测量机构的读数方程是12
01
T
k
i i dt T
α=⎰
，
式中1i 为固定线圈电流，2i 为可动线圈电流，T 为他们的周期。

测量功率时，
011T
T u k k
i dt uidt T
R R T
α==⎰
⎰，式中u 为负载电压，i 为负载电流，R 为附加电阻的阻值，可见此时偏转角与有功功率成正比，可以测量有功功率。

评分标准：图2分，说出测量机构的电流与负载电量的关系1分，写明偏转角与负载功率的关系2分（若只写出偏转角与直流功率的关系，只得1分。

）
7、 何谓功率表的角误差？当角误差不可忽略时，该选择什么仪表进行测量？
答：当功率表电压线圈的感抗不可忽略时，流过电压线圈的电流滞后于负载电压，导致功率表的读数不能正确表示负载的有功功率，该读数的相对误差称为功率表的角误差。

角误差与电源的频率、负载的功率因数有关。

电源频率高，角误差大，负载功率因数低，角误差大。

当角误差不可忽略时，可选择低功率因数的功率表进行测量。

（若此处答数字功率表也可得分） 评分标准：角误差概念3分，仪表2分。

8、 请说明数字法测量周期和频率的原理。

答：将待测信号整形为同频率的脉冲，测周期时，用待测信号产生门控信号，计数通过的标准脉冲，计数值乘以标准信号的周期就得到了待测信号的周期；测频率时，用时标产生门控信号，计数通过的待测信号脉冲数，计数值除以门控信号的周期得到待测信号的频率。

评分标准：分值各占一半，只要叙述清楚即可得分。

9、 测量绝缘电阻时，需考虑哪些因素的影响？测量绝缘电阻可选用什么仪表？
答：测量绝缘电阻时，需要考虑仪表的所加电压和绝缘电阻表面的泄漏电流。

可选用兆欧表。

评分标准：电压2分，表面漏电流2分，兆欧表1分。

10、 测量小电阻（如导线电阻）时，需考虑哪些因素的影响？测量导线电阻可选用什么仪器？ 答：测量小电阻时需要考虑消除引线电阻和接触电阻的影响。

可选用双臂电桥。

评分标准：引线电阻和接触电阻3分，双臂电桥2分。

二、（13分）如图1所示电压，请分别计算用磁电系、电磁系、电动系、半波整流式、全波整流式电压表测量的读数。

解：磁电系 01231
1.25 V 4
T av U udt T ⨯-==
=⎰ （3分）
电磁系、电动系 1.80 V U =
=== （4分）
半波整流式 3
1
2.22
2.22
233.33 V 4
U u d t T
==
⨯⨯=⎰
（3分）
全波整流式 01 1.11
1.11(231) 1.94 V 4
T U u d t
T ==⨯⨯+=⎰ （3分）
三、（9分）用0.5级、量限1 A 、内阻2 Ω的电流表测量图2电路中的电流I ，求： （1）电流表内阻引起的绝对误差是多少？(-1.96mA) （2）电流表的最大绝对误差是多少？（mA 5±）
（3）测量结果的总误差（绝对误差和相对误差）是多少？（-6.96mA —3.04mA; -6.96%—3.04%）
解：（1）1110 1.96 mA 102100
∆=
-=- （2分） （2）210.5% 5 mA ∆=±⨯=±
（3分） （3）12 6.96 mA~3.04 mA ∆=∆+∆=-
（2分） 100% 6.96%~3.04%100
γ∆
=
⨯=-
（2分）
四、（6分）量程0~10V 的电压表原来的准确度等级为1.0级，在检定时得到的数据见表1，请确定该表是否合格。

表1 题四表
Ω
图2 题三图
仪表的最大绝对误差V 09.0=∆m （2分） 最大引用误差%9.010
=∆=
m
m γ （3分） %1<m γ，该表合格。

（1分）
五、（10分）用三表法测量三相四线制电路的有功功率，用两表法测量三相三线制电路的有功功率。

（1）分别画出接线图。

（2）写出三相有功功率与功率表读数的关系式。

（3）求三相功率的相对误差限表达式。

解：画图略。

部分答案：
21P P P +=，P
P P P P P P P P )()(21
2121γγγ+±=∆+∆±=
321P P P P ++=，P
P P P P P P P )(321
321γγγγ++±=
或P
P P P P P P P )(2
32221121
γγγγ++±=
或者将绝对误差表示成量程上限乘以准确度等级也可以。

评分标准：图，各3分；有功功率表达式各1分；相对误差限表达式各1分。

六、（6分）图3所示电桥，说明电桥类型，推导该电桥的平衡条件。

图3 题六图
解：
实积电桥。

（交流电桥也得分）
（1分） 2311
1
x x
R j L R R j C R ωω+=+
（3分）
1
3
2R R R R x =
，132C R R L x = （各1分） 七、（6分）2
1
4数字电压表的最大显示值是多少？当量限为2V 时，每个字表示多少伏？如果该
表的准确度表达式是个字读数值绝对误差2%5.0+=，当读数为1.2345 V 时，该测量值的相对误差有多大？ 解： 19999； （2分） 0.1mV ； （2分） 6.3725mV ∆=±；0.516%γ=± （2分）。