电工仪表与测量(教案)

电工仪表与测量1、电工仪表与测量重要性在电能的生产、传输、变配以及使用过程中，必须通过各种电工仪表对电能的质量及负载运行运行情况进行测量，并对测量结果进行分析，以保证供电及用电设备和线路可靠、安全、经济地运行。

因此，学习电工仪表与测量对电工来讲，具有十分重要的意义。

电工仪表与测量是中等职业技术学校电工专业的一门专业课。

2、电工测量的对象主要是指电流、电压、电阻、电功率、电能、频率、相位、功率因数、转速等电量、磁量及电路参数。

3、本课程内容常用电工测量仪表的结构、工作原理、选择及使用方法，电工测量方法的选择，测量数据的处理等。

通过本课程的学习，可以获得合理运用电工测量的方法，掌握正确选择和使用常用电工测量仪表的基本技能。

二、电工仪表的发展概况我国从1956年开始建设生产大型先进仪表的工业，到70年代前后，国产电工指示仪表的准确度已达0.l级，品种已经基本满足了国内的生产需要。

近年来，又相继推出了由大规模集成电路和超大规模集成电路构成的数字式电压表，它们以高准确性、高可靠性、高分辨率等特性倍受人们的青睐。

1.1 常用电工仪表的分类、型号及标志一、常用电工仪表的分类二、电工指示仪表的型号三、电工仪表的标志1.2、电工指示仪表的误差和准确度一、仪表的误差及分类㈠误差：实际测量结果与被测量的实际值之间总会存在一定的差值叫做误差。

㈡准确度：指仪表的测量结果与实际值的接近程度。

㈢根据产生误差的原因，仪表误差分两类：1、基本误差①定义：仪表在正常工作条件下，由于仪表的结构、工艺等方面的不完善而产生的误差。

基本误差是仪表本身所固有的误差。

2、附加误差①定义：仪表因为偏离了规定的工作条件而产生的误差。

二、误差的表示方法误差通常用绝对误差、相对误差和引用误差来表示。

三、仪表的准确度工程上规定以最大引用误差来表示仪表的准确度。

仪表的最大绝对误差△m与仪表量程Am比值的百分数，叫做仪表的准确度(±K％)。

即式中，K表示仪表的准确度等级。

根据国家标准规定，我国生产的电工仪表的准确度共分七级。

1.3 测量误差及消除方法根据产生测量误差的原因不同，测量误差可分为系统误差、偶然误差和疏失误差三大类。

1.4 电工指示仪表的技术要求一、要有足够的准确度仪表的准确度太高，会使制造成本增高，同时对仪表使用条件的要求也相应提高；准确度太低，不能满足测量的需要。

二、要有合适的灵敏度①仪表的灵敏度：灵敏度太高，仪表的制造成本就高，要求使用条件也高；灵敏度太低，仪表不能反映被测量的微小变化。

因此，选择仪表灵敏度应以满足测量需要为宜。

三、要有良好的读数装置和阻尼装置良好的读数装置是指仪表的标度尺刻度应力求均匀，以便于读数。

良好的阻尼装置是指当仪表接人电路后，指针在平衡位置附近摆动的时间要尽可能短，以便迅速读数。

四、仪表的变差要小仪表在反复测量同一被测量时，由于摩擦等原因造成的两次读数不同，它们的差值叫“变差”。

“变差”一般不应超过仪表基本误差的绝对值。

五、本身消耗功率小在测量过程中，仪表本身必然会消耗一定的功率，但仪表本身消耗功率应尽量小。

如果仪表本身消耗功率太大，将会改变被测电路原有的工作状态，从而产生较大的测量误差。

六、要有足够的绝缘强度和过载能力仪表有足够的绝缘强度，可以保证使用者和仪表的安全。

在实际使用中，由于某些原因使仪表过载的现象是难免的，因此要求仪表有足够的抗过载能力，以延长仪表的使用寿命，仪表对绝缘强度和过载能力的要求，可查看有关标准中的规定。

1.5 常用电工测量方法一、名词术语1、电工测量：就是把被测的电量、磁量或电参数与同类标准量进行比较，从而确定被测量大小的过程。

二、常用的电工测量方法1、直接测量法：凡能用直接指示的仪器仪表读取被测量数值，而无需度量器直接参与的测量方法。

如用电流表测电流，欧姆表测电阻等就属于直接测量法。

直接测量法的优点是方法简便，读数迅速。

但由于仪表接人被测电路后，会使电路工作状态发生变化，因而这种测量方法的准确度较低。

2、比较测量法：凡在测量过程中需要度量器的直接参与，并通过比较仪表来确定被测量数值的方法。

根据被测量与标准量比较方式的不同，比较测量法又分为以下三种：①零值法：在测量过程中，通过改变标准量，使其与被测量相等(即两者差值为零)，从而确定被测量数值的方法。

如用电桥测电阻就属于这种方法。

②差值法：利用被测量与标准量的差值作用于测量仪表，从而确定被测量数值的方法。

如用不平衡电桥测电阻就属于这种方法。

③代替法：在测量过程中，用已知标准量代替被测量，若维持仪表原来的读数不变，则被测量必等于已知标准量的方法。

比较测量法的优点是准确度高。

缺点是设备复杂，操作麻烦，通常适用于测量要求准确度较高的场合。

3、间接测量法：测量时先测出与被测量有关的电量，然后通过计算求得被测量数值的方法。

如用伏安法测量电阻，通过测量晶体三极管发射极电压求放大器静态工作点Ic的方法，都属于间接测量法。

间接测量法的误差较大，但在准确度要求不高的一些特殊场合应用却十分方便。

1.6 电工指示仪表的组成一、电工指示仪表的组成电工指示仪表必须具有测量机构和测量线路两个部分。

二、测量机构的主要装置1．转动力矩装置2．反作用力矩装置3．阻尼力矩装置电工仪表中常用的阻尼力矩装置有空气阻尼器和磁感应阻尼器两种。

4．渎数装置读数装置由指示器和刻度盘组成。

光标式指示器适用于一些高灵敏度和高准确度的仪表。

5．支撑装置[2.1 直流电流表与电压表(一)一、磁电系测量机构磁电系测量机构是磁电系仪表的核心，只要在其基础上配上不同的测量线路，就能组成各种不同用途的磁电系电流表和电压表。

磁电系测量机构的工作原理：根据通电线圈在磁场中受到电磁力矩而发生偏转的原理制成的。

磁电系仪表的特点（1）、准确度高、灵敏度高；（2）、功率消耗小；（3）、刻度均匀；（4）、过载能力小；（5）、只能测量直流（课堂提问：为什么？）二、直流电流表介绍2.1 直流电流表与电压表（二）三、直流电压表介绍四、直流磁电系检流计使用检流计的注意事项（1）、搬动时必须轻拿轻放。

（2）、使用时要接正常工作位置放置。

（3）、搬动或使用完毕，应将止动器锁上。

无止动器的，要合上短接动圈的开关，或用导线将两接线端了短路口（4）、禁止用万用表或电桥直接测量检流计的内阻，以防止过大的电流烧坏检流计线圈。

（5）、检流计应放置在干燥、无尘、无振动的场所使用或保存。

2.2 交流电流表和电压表一、电磁系测量机构（一）电磁系测量机构的结构1．吸引型测量机构2．排斥型测量机构（二）、电磁系测量机构的工作原理电磁系测量机构的工作原理是：利用通电流的固定线圈产生磁场，使铁心磁化。

然后利用线圈与铁心(吸引型)或铁心与铁心(排斥型)相互作用产生转动力矩。

带动指针偏转。

二、交流电流表三、交流电压表四、整流系交流电压表2.3 仪用互感器一、仪用互感器的用途①扩大交流仪表的量程可利用仪用互感器按比例地把大电流、高电压变换成小电流、低电压，再用低量程的仪表进行测量，就相当于扩大了交流仪表的量程。

②测量高电压时保证工作人员和仪表的安全在测量高压电路时，不但降低了对仪表的绝缘要求，而且可以保证工作人员和仪表的安全。

③有利于仪表生产的标准化，降低生产成本由于仪用互感器二次侧的额定电压和额定电流统一规定为100V和5A。

于是，只要生产量程为100V的电压表和5 A的电流表，再配用不同变比的仪用互感器，就能满足测量各种高电压和大电流的要求。

综上所示：在电工测量中仪用互感器得到了广泛的应用。

二、电流互感器1．电流互感器的构造与原理电流互感器实际上是一个降流变压器，能把一次侧的大电流变换成二次侧的小电流。

2．电流互感器的正确使用三、电压互感器1．电压互感器的构造与原理电压互感器实际上就是一个降压变压器，能将一次侧的高电压变换成二次侧的低电压，其一次侧的匝数远多于二次侧匝数。

2.4 钳形电流表一、钳形电流表的构造及原理1、互感器式钳形电流表二、钳形电流表的正确使用钳形电流表的准确度不高，一般为2．5级或5．0级。

但它能在不切断电路的情况下测量电流，使用很方便，因此在生产中使用广泛。

在使用钳形电流表时，要注意以下几点：1、测量前先估计被测电流的大小，选择合适的量程。

若无法估计被测电流的大小时。

则应从最大量程开始，逐步换成合适的量程。

转换量程应在退出导线后进行。

2、测量时应将被测载流导线置于钳口中央，以避免增大误差。

3、钳口要结合紧密。

若发现有杂声出现，应检查钳口结合处是否有污垢存在如有则要用煤油擦净后再进行测量。

4、测量5A以下的较小电流时，为使读数准确，在条件许可的情况下，可将被测导线多绕几圈再放人钳口进行测量，被测的实际电流值就等于仪表读数除以放进钳口中导线的圈数。

5、测量完毕，一定要将仪表的量程开关置于最大量程位置上，以防下次使用时，由于使用者疏忽而造成仪表损坏。

2.5 电流表与电压表的选择和使用一、电流表与电压表的选择根据电工测量的目的和要求，合理选择电流表和电压表。

在选择时应按照仪表类型、准确度、仪表内阻、量程、工作条件以及绝缘强度等方面，既全面又有所侧重地进行选择。

二、电流表与电压表的使用方法1、在使用电流表和电压表之前，要先根据被测量的大小选择好合适的量程，然后按要求进行接线。

2、使用电流表时要将电流表串联接入被测电路。

在测量较高电压电路的电流时，电流表应串联接在被测电路中的低电位端，如果错接成并联会造成电路短路，并烧毁电流表。

3、使用电压表时要将电压表与被测电路并联，如果将电压表错接成串联，则会因其内阻太大，使测量电路呈开路状态，电压表也无法正常工作。

4、使用直流电流表和电压表时，要注意使被测电流从仪表的“+”端流进，“-”端流出，以避免指针反转而损坏仪表。

第3章模拟式万用表3.1 模拟式万用表的组成万用表一般由测量机构、测量线路和转换开关三部分组成。

一、测量机构(俗称“表头”)万用表测量机构的作用是把过渡电量转换为仪表指针的机械偏转角。

二、测量线路测量线路的作用是把各种不同的被测电量(如电流、电压、电阻等)转换为磁电系测量机构所能接受的微小直流电流(即过渡电量)。

测量线路中使用的元器件主要包括分流电阻、分压电阻、整流元件等。

三、转换开关转换开关的作用是把测量线路转换为所需要的测量种类和量程。

3.2 模拟式万用表的工作原理3.3 万用表的使用与维修一、万用表的使用1、使用之前要调零为了减小测量误差，在使用万用表之前要先进行机械调零。

在测量电阻之前，还要进行欧姆调零。

2、要正确接线万用表面板上的插孔和接线柱都有极性标记。

使用时将红表笔与“+”极性孔相连，黑表笔与“-”极性孔相连。

测量直流量时，要注意正、负极性，以免指针反转。

测量电流时，仪表应串联在被测电路中；测量电压时，仪表要并联在被测电路两端。