1、第第1章章 電工測量及常用儀表電工測量及常用儀表 1.1 電工測量儀表 1.1.1 概述 電工測量儀表是用來測量各種電量數(shù)值（電流，電壓，功率，電阻等）的表計，它可以直接將被測的電量轉(zhuǎn)換為可動部分的偏轉(zhuǎn)角位移，通過指示器在標尺上指示出被測量。（1）儀表的分類 按作用原理分：磁動式，電磁式，電動式，感應式，整流式等。 按測量對象分：電流表，電壓表，瓦時表，功率表，歐姆表，相位表，頻率表，萬用表和電橋等。 按測量電流種類分：直流電表，交流電表和交直流兩用電表。（2）儀表的級別 儀表誤差的表達方式有三種： 1. 絕對誤差 指示值A1與實際值A0的代數(shù)差，用= A0- A1表示。 2. 相對誤差 絕對

2、誤差與實際值A0之比的百分數(shù)，用= / A0100%表示。 3. 引用誤差 絕對誤差與儀表測量上限Am之比的百分數(shù)，用m= / Am100%表示。 一般指示儀表的誤差用引用誤差來表示，根據(jù)國家標準的規(guī)定，儀表的準確度分為七級，即：0.1級，0.2級，0.5級，1.0級，1.5級，2.5級，5級。 儀表準確度等級的數(shù)字是表示儀表在正常工作條件下（周圍環(huán)境溫度20c）的最大誤差的百分數(shù)。在正常工作條件下，最大絕對誤差是不變的，可是在滿刻度內(nèi)，被測量的值越小，相對誤差就越大。 例：有一準確度為2.5級的電壓表，其最大量程為50v，問其可能產(chǎn)生的最大誤差是多少？用該電壓表來測量實際值為10v和40v的

3、電壓時，相對誤差分別是多少？解： u=mUm=2.5% 50= 1.25v 10= 1.25/10 100%= 12.5% 40= 1.25/40 100%= 3.1% 從上例可以看出，為了提高被測量的精確度，在選用儀表時，要盡量使被測量的值接近滿標值，一般應超過滿標值的2/3以上。如被測電流為65A時，可選用滿標值為1100A的儀表。 儀表的靈敏度也是儀表的重要技術指標之一，它反映了儀表能夠測量的最小被測量。在測量過程中，如果被測量變化一個很小的量x ，引起儀表可動部偏轉(zhuǎn)角改變一個 ，則x與的比值就稱為該儀表靈敏度，用S表示，S= / x 。靈敏度的倒數(shù)又稱為儀表常數(shù)，用C來表示。1.1.2

4、 儀表的型式 儀表的工作原理：電流通入儀表后產(chǎn)生電磁作用，使可動部分受到轉(zhuǎn)矩而發(fā)生轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)矩與通入的電流之間存在著一定的關系 T=f (I) 為了使儀表的可動部分的偏轉(zhuǎn)角與被測量成一定的比例，必須有一個與偏轉(zhuǎn)角成比例的阻轉(zhuǎn)矩TC來與轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)矩相平衡，即： T=TC。這樣才能使儀表的可動部分平衡在一定位置，從而反映出被測量的大小。 此外，儀表的可動部分由于慣性的關系，當儀表開始通電或被測量發(fā)生變化時，不能馬上達到平衡，而要在平衡位置經(jīng)過一定時間的振蕩才能靜止下來。為了使儀表的可動部分迅速靜止在平衡位置，以縮短測量時間，還需要有一個能產(chǎn)生制動力的裝置，它稱為阻尼器。阻尼器只在指針轉(zhuǎn)動過程中才起作

5、用。 直讀式儀表主要是由三部分組成：產(chǎn)生轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)矩的部分、產(chǎn)生阻轉(zhuǎn)矩的部分和阻尼器。 （1）磁電式儀表 磁電式儀表是利用永久磁鐵的磁場與通有電流的線圈相互作用的原理制成的。結(jié)構特點是具有固定的磁鐵和活動的線圈。磁電式儀表具有以下特點：（1）準確度較高 （2）靈敏度較高 （3）刻度線均勻 （4）線圈的內(nèi)阻壓降低 （5）只能測量直流 （6）不能承受大電流（7）價格較高（2）電磁式儀表 電磁式儀表有兩種型式 （1）吸引型：通有電流的固定線圈產(chǎn)生的磁場吸引動鐵片形成轉(zhuǎn)動力矩，驅(qū)動指針偏轉(zhuǎn)； （2）排斥型：在固定線圈中設動、靜兩個鐵片，動鐵片與指針轉(zhuǎn)軸相連，線圈通電時，兩個鐵片同時被磁化，產(chǎn)生排斥力，驅(qū)動

6、指針偏轉(zhuǎn)。 電磁式儀表有以下特點： （1）準確度不高 （2）刻度不均勻 （3）價格低廉 （4）可用于交直流 （5）能測量較大的電流和允許較大的過載1.1.3 電壓和電流的測量（1）電流的測量 測量直流電流通常都用磁電式電流表，測量交流電流主要采用電磁式電流表。 電流表應該串聯(lián)在被測電路中。為了使電路的工作不因接入電流表而受影響，電流表的內(nèi)阻必須小。若將電流表并聯(lián)在電路的兩端，電流表易被燒毀，應特別注意。 磁電式電流表測量直流電流時，因其表頭允許通過的電流很小，不能直接測量較大電流。為了擴大量程，需在表頭上并聯(lián)一個分流電阻。 因此，若使電流表量程擴大n倍，則分流電阻應等于表頭內(nèi)阻RC的（n-1)

7、分之一。RCII0Rf負載如右圖，I0=RfI/(RC+Rf)即： Rf=RC/(I/I0-1)令 I/I0=n，則 Rf=RC/(n-1) n叫做分流系數(shù) 用電磁式電流表測量交流電流時，不用分流電阻擴大量程。這是因為一方面電磁式電流表的線圈允許通過較大的電流；另一方面在測量交流時，電流的分配不僅與電阻有關，還與電感有關，分流電阻很難制的精確。所以測量大的交流電流時，利用電流互感器來擴大量程。（2） 電壓的測量 測量時應將電壓表并聯(lián)在被測電路的兩端。為了使電路工作不因接入電壓表而受影響，電壓表的內(nèi)阻必須很高，而表頭電阻RC并不大，所以需要和它串聯(lián)一個高值分壓電阻Rf，這樣也使電壓表的量程擴大了

8、。 測量直流電壓常用磁電式電壓表，測量交流電壓常用電磁式電壓表。RcRf負載+-Uc+-U如右圖：U/Uc=(Rc+Rf)/Rf即： Rf=Rc(U/Uc-1)令 m=U/Uc ,則 Rf=(m-1)Rc 由上可知，若將表頭的量程擴大m倍，則需串聯(lián)的電阻應為表頭Rc內(nèi)阻的(m-1)倍。（3）正確選擇儀表 按被測量的大小選擇適當量程的儀表; 按被測量的實際要求選擇準確度等級合理的儀表; 按被測對象的內(nèi)阻大小來正確選擇儀表 。1.2 萬用表1.2.1 萬用表的結(jié)構 萬用表是用磁電式測量機構（表頭）和測量電路實現(xiàn)各種電量測量的，是一個多量限的直流電流表、多量限的直流電壓表、多量限的整流式交流電壓表和

9、多量限的歐姆表所組成。 所以萬用表主要由表頭、測量線路和轉(zhuǎn)換開關組成。1.2.2 萬用表的工作原理（1）萬用表的直流電流擋 應用分流器與磁電式表頭的串聯(lián)和并聯(lián)的組合，達到擴大它的測量電流范圍的目的。（2）萬用表的直流電壓擋 應用附加電阻與磁電式表頭相串聯(lián)，達到擴大它的測量電壓的范圍。（3）萬用表的交流電壓擋 應用整流電路與磁電式表頭的配合使用，達到測量交流電壓的目的。（4）萬用表的電阻擋 應用萬用表內(nèi)置電源、固定電阻和磁電式表頭的串聯(lián)使用，來達到測量外電阻的目的 。1.2.3 萬用表的使用 萬用表的結(jié)構形式多種多樣，在使用前必須熟悉和了解各部件的作用，分清表盤上各條標度尺所對應的測量量。同時還

10、應特別注意以下幾點：（1）插孔的選擇 紅正黑負（2）種類選擇 根據(jù)測量對象類型，將轉(zhuǎn)換開關旋至相應位置。（3）量限選擇 根據(jù)被測量的大致范圍，將轉(zhuǎn)換開關旋至該種類區(qū)間的適當量限上。（4）正確讀數(shù) 在相應的標尺上正確讀數(shù)。（5）歐姆擋的正確使用 a.選擇好適當?shù)谋堵蕮?b.調(diào)零 c.不能帶電測量 d.被測對象不能有并聯(lián)支路 e.測晶體管參數(shù)時要用低壓高倍率擋 f.不允許用萬用表的歐姆擋去測量微安表、檢流計、標準電池等類的儀表儀器。 g.使用萬用表電阻擋時，電流是從“-”接線柱流出，經(jīng)外接元件然后回到“+”接線柱 h.在使用萬用表間歇，不要讓兩根測試棒短接，以免浪費干電池電量1.2.4 使用萬用表

11、測量晶體管（1）使用萬用表測量晶體二極管 a.硅管與鍺管的區(qū)分 正向壓降為0.3V左右，為鍺管，正向壓降為0.7V左右，為硅管。 b.判斷二極管的好壞 正向電阻越小越好，反向電阻越大越好，正、反向電阻應相差數(shù)百倍才是好管。 c.判斷晶體二極管的正、負極 比較兩次測得的結(jié)電阻，小的為正向電阻，由此可判斷二極管的正、負極。 （2）使用萬用表測量晶體三極管 a.NPN管及PNP管的判別 先確定基極，如基極接正表筆，負表筆碰觸另外兩個電極測得的阻值均為較大電阻，則該管為NPN管；如負表筆碰觸另外兩個電極測得的阻值均為較小電阻，則該管為PNP管。 b.晶體管極性的測試 確定基極后，將萬用表表筆接通另外兩

12、個電極之間的電阻，交換表筆先后兩次測得的電阻值應為一大一小。取其中測得電阻值較小時的接法為參考，對于NPN型晶體管，正表筆接的電極為發(fā)射極e，負表筆所接的電極為集電極c；對于PNP型晶體管，正表筆所接的電極為集電極c，負表筆所接的電極為發(fā)射極e。1.2.5 數(shù)字萬用表 數(shù)字萬用表以測量直流電壓為基礎，再經(jīng)過交流/直流（AC/DC)電壓轉(zhuǎn)換器、電流/直流(I/V)電壓轉(zhuǎn)換器、電阻/直流(/V)電壓轉(zhuǎn)換器，把交流電壓、電流和電阻轉(zhuǎn)換成直流電壓進行測量。數(shù)字萬用表具有以下特點：a.功能增加，可測量交流電壓、直流電壓、交流電流、直流電流、電阻、三極管、電容等。b.精度提高，可達0.5%1.0%。c.測

13、量結(jié)果由數(shù)字直接顯示。d.具有自動極性顯示、溢出顯示、自動調(diào)零等功能。 數(shù)字萬用表使用注意事項： a.注意檢查電池電壓，如液晶屏左邊顯示“LOBAT”或“BAT”，則表示電池電壓過低，需更換新電池。 b.黑表筆插COM入孔，測電壓、電阻時，紅表筆插入V/孔；測電流時，紅表筆插入A孔。測三極管、電容時，將三極管和電容分別插入相應插孔。 c.量程開關分別置于DCV（直流電壓）、ACV（交流電壓）、DCA（直流電流）、ACA（交流電流）、Ohm(電阻）、hFE（三極管hFE)、CAP（電容）量程。 d.預先估計適當量程，如溢出則另擇高量程擋。 e.測電壓、電流時，如不能估計合理量程，應置最大量程擋，

14、然后根據(jù)情況選擇準確量程。在測量中，不允許撥量程轉(zhuǎn)換開關，應先斷開表筆再換量程。 f.不允許在通電回路中進行在線測量電阻，測量前應將回路斷電，并使回路中電容器放電。 g.測較大電容時，應先進行短路放電，方能插入測量插孔。 h.不要隨意拆裝儀表。1.3 兆歐表1.3.1 兆歐表的結(jié)構及工作原理 在各種電氣設備中，絕緣材料的好壞是影響其正常運行和安全用電的重要因素，絕緣材料的重要標志是它的絕緣電阻值的大小。一般絕緣電阻都是用兆歐表來測量的，它是一種簡便的測量大電阻的指示儀表，它的標度尺的單位是兆歐，用“M”表示。兆歐表大多數(shù)采用磁電式結(jié)構，磁電式兆歐表又叫搖表。（1）磁電式兆歐表的結(jié)構 兆歐表主要

15、由一臺手搖發(fā)電動機和磁電式比率表組成。 比率表有兩個動圈，但沒有產(chǎn)生反作用力矩的游絲。動圈內(nèi)圓柱形鐵心上開有缺口，所以儀表磁路系統(tǒng)的空氣隙內(nèi)的磁場是不均勻的。兩個動圈彼此間相交成一固定的角度，并連同指針一同固定在同一軸上。 兆歐表的分類就以發(fā)電動機能發(fā)出的最高電壓來決定，電壓越高，能測量的絕緣電阻值也就越高。（2）磁電式兆歐表的工作原理 兩個回路中產(chǎn)生的電流I1、I2使可動部分受到兩個方向相反的力矩M1、M2，可動部分在這兩個力矩的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，當這兩個力矩大小相等時，即： M1= M2，可動部分偏轉(zhuǎn)一個固定角。因為 M1= I1F1() M2=I2F2() 所以 I1F1() =I2F2(

16、) 所以 I1/I2=F1()/F2()=F3()通過數(shù)學變換寫成 =F（ I1/I2） 上式表明，可動部分的偏轉(zhuǎn)角將決定于電流I1、I2的比值。當被測電阻的數(shù)值改變時， I1的大小以及I1/I2的大小也隨著改變， M1、M2兩力矩互相平衡的位置也相應地改變。因此，兆歐表指針偏轉(zhuǎn)到不同位置，指示出不同的被測絕緣電阻的數(shù)值。1.3.2 兆歐表的使用、調(diào)整及校驗方法 (1)兆歐表的選擇 兆歐表的選擇，主要是選擇兆歐表的電壓及其測量范圍。 兆歐表的電壓選用原則是：高壓電氣設備用電壓高的兆歐表，低壓電氣設備用電壓低的兆歐表。 兆歐表測量范圍的選用原則是：不要使測量范圍過多地超出被測絕緣電阻的數(shù)值，以免

17、讀數(shù)時產(chǎn)生較大的誤差。（2）測量前的準備 a.測量前必須切斷被測設備的電源，并接地短路放電。 b.有可能感應出高電壓的設備，在可能性沒有消除以前，不可進行測量。 c.被測物的表面應擦干凈。 （3）兆歐表在試驗前的準備 a.兆歐表應放在平穩(wěn)且遠離大電流的導體和有外磁場的 地方，以免影響讀數(shù)。 b.測量前應對兆歐表本身進行檢查。 （4）接線 a.正確認識兆歐表的各個接線柱及其接法。 b.被測物表面漏電很嚴重時應接“保護”線。 c.接線柱與被測物之間應用單根導線相連。（5）測量 a.手搖發(fā)電機的轉(zhuǎn)速應為120 r/min。 b.測量時間一般采用1min以后的讀數(shù)為準，大電容的被測物應等指針穩(wěn)定不變時

18、為準。 c.除記錄被測物的絕緣電阻外，還應記錄對測量有影響的其它條件。 （6）拆線 兆歐表沒有停止轉(zhuǎn)動和被試物沒有放電以前，不可用手觸及被試物測量部分和進行拆除導線工 作。在做完具有大電容設備的試驗時，必須先將被試物對地短路放電，然后停止兆歐表的轉(zhuǎn)動。1.4 直流電橋 電橋的特點是靈敏度和準確度都較高。電橋分直流電橋和交流電橋。直流電橋主要是用來測量電阻，根據(jù)結(jié)構特點的不同，又分為單電橋和雙電橋，前者適用于測量中值電阻（1106 ),后者適用于測低值電阻（1以下）。（1）直流單電橋的工作原理 直流單電橋又稱惠斯登電橋。電橋的四個支路稱為電橋的四個臂，其中一個臂連接被測電阻RX，其余三個臂連接標

19、準電阻。在電橋的對角線上連接指零儀表，另一對角線上連接直流電源。 在電橋工作時，調(diào)節(jié)電橋各個臂上的電阻，使檢流計的指針為零，這時，電橋達到平衡。 電橋平衡時，有 R1R3=R2R4 上式是電橋平衡條件。它表明，在電橋平衡時，兩相對橋臂上電阻的乘積等于另外兩相對橋臂上電阻的乘積。在已知三個臂電阻的情況下，就可確定另外一個臂的被測電阻的阻值。 設被測電阻RX是位于第一個橋臂中，則有 RX=R2R4/R31.4.1直流單電橋(3)使用步驟及注意事項 a.根據(jù)被測電阻的大小選擇合適的電橋，以提高測量準確度。 b.外接檢流計時，選擇靈敏度合適的檢流計。 c.外接電源一般為24V。 d.使用電橋時，先將檢

20、流計鎖扣打開，若指針或光點不在零位，應調(diào)節(jié)到零位。 e.連接線路時，將被測電阻接到標有“RX”的兩個接線柱上。若外接直流電源， 其正極接面板上的“+”端鈕，負極接面板上的“-”端鈕。 f.選擇橋臂比率應使“比較臂”可調(diào)電阻的各擋充分地被利用，以提高讀數(shù)的精度。 g.測量時，將電源按鈕按下并鎖住。耐心調(diào)節(jié)比較臂電阻，直到電橋平衡。 h.測量完畢，應先放松檢流計按鈕，再放松電源按鈕。 i.進行讀數(shù)并計算被測電阻的數(shù)值，此時RX=倍率比較臂的讀數(shù)。 j.使用完后，應將檢流計上的鎖扣鎖住。1.4.2 直流雙電橋 直流雙電橋又稱為凱爾文電橋，是一種測量小電阻的常用儀器，測量精確度高。同直流單電橋相比，直

21、流雙電橋能有效避免接線電阻和接觸電阻在測量小電阻時所造成的誤差。（1）直流雙電橋原理如圖，得方程組 I1R1=InRn+I3R3 I2R2=InRn+I3R3 (In-I3)R=I3(R3+R4)解方程組，得： RX=R2Rn/R1+RR2(R3/R1-R4/R2)/(R+R3+R4) 在制造電橋時，使得電橋在調(diào)節(jié)平衡過程中總是保持R3/R1=R4/R2，上式右邊包含電阻R的部分總是等于零。被測電阻由RX=R2Rn/R1決定。 （3）使用雙電橋注意事項 a.在使用雙電橋時，連接被測電阻應有四根導線，電流接頭與電位接頭應連接正確。一定要使電位的引出線之間只包含被測電阻RX。 b.在選用標準電阻時，應盡量使其與被測電阻在同一數(shù)量級，最好滿足0.1RXRn10RX。 c.雙電橋的電源最好采用容量大的蓄電池，電壓為24V。為了使電源回路的電流不致過大而損壞標準電阻和被測電阻，在電流回路中應接一個可調(diào)電阻和直流安培表。1.5 交流電橋 交流電橋主要用來測量交流等效電阻、電感和電容等參數(shù)。1.5.1 交流電橋的