1、第 12 章電 工 儀 表12.1電工儀表的分類12.2常用指示儀表的任務(wù)原理12.3電工丈量技術(shù)12.4萬用電表12.5兆歐表12.6電橋本章小結(jié)12.1 電工儀表的分類12.1.1 按被丈量的種類分類電工儀表按被丈量的種類分類， 有電流表又分為安培表， 毫安表， 微安表等、 電壓表又分為伏特表、 毫伏表等、 功率表、 電度表、 功率因數(shù)表、 歐姆表、 兆歐表等。 如表12-1所示。 12.1.2 按任務(wù)原理分類電工儀表按任務(wù)原理可分為磁電式儀表、 電磁式儀表、 電動式儀表和整流式儀表， 如表12-2所示。 12.1.3 按被測電流種類分類電工儀表按被測電流的種類分為直流儀表、 交流儀表和交

2、直流兩用儀表， 如表12-3所示。 12.1.4 按準(zhǔn)確度分類電工儀表的準(zhǔn)確度是根據(jù)儀表的最大援用誤差來分級的。 所謂最大援用誤差， 就是指儀表在正常任務(wù)條件下進(jìn)展丈量能夠產(chǎn)生的最大絕對誤差A(yù)丈量值與實踐值之差與儀表的最大量程Am之比， 如以百分?jǐn)?shù)表示， 那么為例如有一準(zhǔn)確度為2.5級的電壓表， 其最大量程為250V， 那么該量程下能夠產(chǎn)生的最大絕對誤差為A=Am=2.5%250 V=6.25 V 假設(shè)換用100 V量程， 那么該量程下能夠產(chǎn)生的最大絕對誤差為A=Am=2.5%100 V=2.5 V 因此， 一個精度已定的儀表， 丈量某一個物理量時， 選擇的量程越大， 帶來的絕對誤差就越大。運(yùn)

3、用相對誤差絕對誤差與實踐值的百分比可以分析用同一量程丈量不同大小物理量時的精度比較問題。 例如用250 V量程， 分別丈量200 V、 50 V兩個電壓： 丈量200 V電壓時的相對誤差： 丈量50 V電壓時的相對誤差： 儀表標(biāo)注的準(zhǔn)確度數(shù)值越大， 援用誤差就越大， 該儀表的精度就越低。 0.1、 0.2級的儀表普通用于進(jìn)展精細(xì)丈量或校正其他儀表， 0.5級、 1.0級儀表普通用于實驗室， 2.5級、 5.0級儀表普通用于工程丈量。 在儀表的外表上通常都標(biāo)有儀表類型、 準(zhǔn)確度等級、 電流種類以及儀表的絕緣耐壓強(qiáng)度和放置位置符號等， 幾種常見符號的含義如表12-4所示。 12.2 常用指示儀表的

4、任務(wù)原理12.2.1 電工指示儀表的根本構(gòu)造丈量安裝由驅(qū)動安裝、 反作用安裝和阻尼安裝三部分組成。 (1) 驅(qū)動安裝。 驅(qū)動安裝是利用儀表中經(jīng)過電流后在磁場中產(chǎn)生的電磁作用， 使可動部分遭到驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的作用而發(fā)生轉(zhuǎn)動。 (2) 反作用安裝。 儀表的可動部分在驅(qū)動轉(zhuǎn)矩作用下產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)時， 應(yīng)在丈量機(jī)構(gòu)中設(shè)計與指針偏轉(zhuǎn)角成正比的起彈簧作用的反作用力矩， 其方向和驅(qū)動力矩的方向相反， 以平衡驅(qū)動轉(zhuǎn)矩， 防止指針偏轉(zhuǎn)時沖擊過大。 當(dāng)驅(qū)動力矩與反作用力矩完全相等時， 由于力矩平衡作用， 可動部分停留在一定位置， 這樣， 與可動部分一同偏轉(zhuǎn)的指針的偏轉(zhuǎn)角的大小就能反映被測電量的大小。 適用的儀表反作用安裝普通

5、采用游絲。3 阻尼安裝。 當(dāng)儀表的可動部分到達(dá)平衡位置時， 由于慣性作用， 不會立刻停下來，而是在平衡位置附近來回擺動振蕩一段時間后才干穩(wěn)定。 為了可以盡快讀數(shù)， 減少可動部分?jǐn)[動的時間， 儀表中必需裝有阻尼安裝， 用來耗費(fèi)可動部分的動能， 以限制可動部分的擺動。常用儀表的阻尼安裝有空氣阻尼器和電磁感應(yīng)阻尼器兩種， 分別如圖12-1a、 b所示。 圖12-1 儀表軸上的阻尼器a 空氣阻尼器; b 電磁感應(yīng)阻尼器12.2.2 磁電系儀表磁電系儀表的構(gòu)造如圖12-2所示， 它的丈量機(jī)構(gòu)是由固定的磁路系統(tǒng)和可動的線圈部分組成。 圖12-2 磁電系儀表儀表的固定部分是磁路系統(tǒng)， 磁路系統(tǒng)包括永久磁鐵、

6、 固定在磁鐵兩極的極掌以及處于兩個極掌之間的圓柱形鐵芯， 圓柱形鐵芯固定在儀表支架上， 采用這種構(gòu)造是為了減少磁阻， 并使極掌和鐵芯間的空氣隙中產(chǎn)生均勻的輻射形磁場。 這個磁場的特點是沿著圓柱形鐵芯的外表， 磁感應(yīng)強(qiáng)度處處相等， 而方向那么和圓柱形外表垂直。 圓柱形鐵芯與極掌間留有一定的氣隙， 使可動線圈在氣隙中轉(zhuǎn)動。當(dāng)線圈通有電流 I 時， 線圈的兩個有效邊遭到大小相等、 方向相反的電磁力F， 其方向如圖12-3所示， 其電磁力矩大小為T=F b=BIlN b=K1I 12-1式中B為空氣隙中的磁感應(yīng)強(qiáng)度； l為線圈在磁場內(nèi)的有效長度； N為線圈的匝數(shù)； b為線圈的寬度； K1為比例常數(shù)。在

7、這個電磁力矩的作用下， 線圈和指針便轉(zhuǎn)動起來， 同時游絲被扭緊而產(chǎn)生反作用力矩，也稱為阻力矩。 游絲的反作用力矩與指針偏轉(zhuǎn)角成正比， 即Tf = K2 12-2當(dāng)游絲的反作用力矩與電磁力矩到達(dá)平衡時， 可動部分停頓轉(zhuǎn)動， 這時T=Tf 12-3于是， 偏轉(zhuǎn)角為12-4 由上式可知， 指針偏轉(zhuǎn)的角度與流經(jīng)線圈的電流成正比， 按此即可在標(biāo)度尺上作均勻刻度。 當(dāng)線圈中無電流時， 指針應(yīng)指在零的位置。 磁電系儀表只能用來丈量直流， 由于永久磁鐵產(chǎn)生的磁場方向不能改動， 所以只需通入直流電流才干產(chǎn)生穩(wěn)定的偏轉(zhuǎn)。 假設(shè)線圈中通入的是交流電流， 由于交流電流的方向不斷改動， 轉(zhuǎn)動力矩也是交變的， 故可動部分

8、由于慣性作用， 還來不及轉(zhuǎn)過去， 又得轉(zhuǎn)回來。 結(jié)果只能左右搖擺無法測得讀數(shù)。 要丈量交流可以在此機(jī)構(gòu)的根底上附加整流器， 構(gòu)成整流系儀表， 即可進(jìn)展交直流丈量。磁電系儀表的優(yōu)點是刻度均勻； 靈敏度和準(zhǔn)確度高； 耗費(fèi)電能量少； 由于儀表本身的磁場強(qiáng)， 所以受外磁場影響小。 它的缺陷是只能丈量直流； 過載才干小， 主要是由于其被測電流是經(jīng)過游絲導(dǎo)入和導(dǎo)出的， 線圈導(dǎo)線又很細(xì)， 所以過載時容易使游絲彈性發(fā)生變化或使線圈燒毀。 磁電系儀表常用來丈量直流電壓、 直流電流和電阻等。 12.2.3 電磁系儀表電磁系儀表有吸引型和排斥型兩種， 這里只引見排斥型電磁系儀表的任務(wù)原理。 排斥型電磁系儀表的構(gòu)造如

9、圖12-4所示。 它的固定部分包括固定圓線圈和固定在線圈內(nèi)的固定鐵片。 可動部分由固定在轉(zhuǎn)軸上的可動鐵片、 游絲、 指針、 阻尼片組成。 圖12-4 排斥型電磁系儀表圓型線圈通電后， 固定鐵片和可動鐵片同時被磁化， 而且兩鐵片的極性一樣， 相互排斥，使可動鐵片轉(zhuǎn)動， 因此使指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)， 所以這種構(gòu)造叫圓線圈排斥型。 當(dāng)圓線圈中的電流方向改動時， 固定鐵片和可動鐵片被磁化的極性也同時改動， 但依然相互排斥， 可動鐵片的受力和轉(zhuǎn)動方向不變， 如圖12-5所示。 圖12-5 排斥型電磁系儀表任務(wù)原理在磁路沒有飽和的情況下， 鐵片被磁化后的磁場與線圈的磁動勢NI成正比， 參考第6章電磁鐵的吸引力計算

10、結(jié)論， 可知電磁吸力與磁場的二次方有關(guān)， 所以， 電磁力矩為T=K1 (NI)2=K1I2 12-5式中， NI為固定線圈的磁動勢， I 為交流電流的有效值。 將這個電磁力矩T與游絲的反作用力矩Tf = K2相平衡， 得 K1I2=K2 12-6 電磁式儀表的指針偏轉(zhuǎn)的角度與被測電流的平方成正比， 所以刻度是不均勻的。12.2.4 電動式儀表電動式儀表是利用兩個通電線圈之間的電動力來產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩的。 其構(gòu)造如圖12-6所示。 它的固定線圈分為平行陳列、 在指針兩側(cè)相互對稱的兩部分， 中間留有空隙， 以便使轉(zhuǎn)軸可以穿過， 這種構(gòu)造可獲得均勻的任務(wù)磁場。 改動固定線圈兩部分之間的串、 并聯(lián)關(guān)系，

11、可以得到兩種不同的電流量程。 可動線圈與轉(zhuǎn)軸相連， 轉(zhuǎn)軸上還裝有指針、 游絲和空氣阻尼器的阻尼鋁片。 圖12-6 電動式儀表電動式儀表丈量機(jī)構(gòu)的根本原理和電磁式丈量機(jī)構(gòu)任務(wù)原理類似， 如圖12-7(a)所示。 當(dāng)固定線圈通有直流電流I1時， 固定線圈就產(chǎn)生了一個磁場。 此時假設(shè)可動線圈經(jīng)過的電流為I2， 由于可動線圈處于固定線圈的磁場中， 必將遭到電磁力F的作用， 其方向可由左手定那么確定使儀表可動部分在轉(zhuǎn)動力矩作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)， 直到與游絲產(chǎn)生的反作用力矩相平衡為止。 圖12-7 電動式儀表的轉(zhuǎn)矩指針停在某一刻度上， 即可讀出指示值。 當(dāng)電流I1和I2同時改動方向時，如圖12-7b所示， 電磁

12、力F的方向不會改動， 因此可動線圈所遭到的轉(zhuǎn)動力矩的方向也不會改動。 因此， 電動式儀表可以丈量直流電量， 也可以丈量交流電量。 電動式儀表用在直流電路中時， 其轉(zhuǎn)動力矩T與相互作用的固定線圈和可動線圈中的電流乘積成正比， 即T=K1I1I2 12-7式中， K1為與構(gòu)造有關(guān)的系數(shù)。 當(dāng)轉(zhuǎn)動力矩T與游絲產(chǎn)生的反作用力矩Tf = K2相平衡時， 偏轉(zhuǎn)角12-8該式闡明， 電動式儀表在丈量直流電流或電壓時， 偏轉(zhuǎn)角與兩個線圈中的電流的積成正比， 利用這個結(jié)論， 電動式儀表可以丈量直流電路的電功率。 假設(shè)電動式儀表丈量交流電流或交流電壓時， I1和I2分別是經(jīng)過固定線圈和可動線圈的電流的有效值， j

13、為兩個電流之間的相位差， 可以證明轉(zhuǎn)動力矩的平均值為T=K1I1I2 cos j 12-9同上可得偏轉(zhuǎn)角12-10該式闡明， 電動式儀表可以丈量交流電路的電功率。 電動式儀表的優(yōu)點是交直流都能適用， 準(zhǔn)確度高； 缺陷是受外界磁場影響大， 不能接受較大的過載。 另外需求留意的是， 電動式功率表， 標(biāo)尺刻度均勻； 而電動式電壓表、 電流表， 由于其偏轉(zhuǎn)角與兩個線圈中電流的積成正比， 故標(biāo)尺刻度是不均勻的。 12.3 電工丈量技術(shù)12.3.1 電流的丈量丈量電流時應(yīng)把電流表串接在被測電路中， 如圖12-8(a)所示。 為了使電流表的串入不影響電路原有的任務(wù)形狀， 電流表的內(nèi)阻應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電路的負(fù)載電阻

14、。 普通電流表的內(nèi)阻越小越好， 因此運(yùn)用時絕不允許電流表并接于負(fù)載兩端， 否那么會損壞儀表。 圖12-8 電流表和分流器1 直流電流的丈量丈量直流電流通常運(yùn)用磁電式電流表， 這種儀表的丈量機(jī)構(gòu)即表頭所允許經(jīng)過的電流很小， 普通只需幾微安到幾十毫安， 不能直接丈量較大的電流。 為了擴(kuò)展它的量程， 就需求在表頭兩端并聯(lián)一個稱為分流器的電阻RA， 如圖12-8(b)所示。 圖中被測電流 I 經(jīng)表頭電阻R0和分流器RA分流后， 流經(jīng)表頭的電流為 I0， 經(jīng)過分流公式可得12-11經(jīng)過上式即可求得RA12-1式中， n為擴(kuò)程倍數(shù)。由式12-12可知， 需求擴(kuò)展的量程愈大， 那么分流器的電阻RA應(yīng)愈小。

15、多量程電流表具有幾個標(biāo)有不同量程的接頭， 這些接頭可分別與相應(yīng)阻值的分流器并聯(lián)。 例照實驗室常用的CA19-A型5 A、 10 A是雙量程電流表， 內(nèi)部電路如圖12-9所示， 它的分流電阻分別為RA1和RA1+RA2。 圖12-9 CA19-A型雙量程電流表內(nèi)部電路例12-1 有一磁電式電流表， 當(dāng)無分流器時， 表頭的滿標(biāo)值電流為5 mA。 表頭電阻為20 ， 今欲使其量程滿標(biāo)值為1 A， 問分流器的電阻應(yīng)為多大？解 先求擴(kuò)程倍數(shù)n， 即再求分流電阻， 有2 交流電流的丈量圖12-10為TA型5 A、 10 A雙量程電流表的內(nèi)部接線圖， 串聯(lián)接法時為5 A擋， 并聯(lián)時為10 A擋。 圖12-1

16、0 TA型雙量程電流表的內(nèi)部接線圖12.3.2 電壓的丈量1 直流電壓的丈量直流電壓的丈量普通運(yùn)用磁電式儀表， 磁電式表頭經(jīng)過的電流很小， 內(nèi)阻也很小， 因此必需在表頭上串聯(lián)一個稱為倍壓器的高值電阻RV， 如圖12-11所示， 這樣既擴(kuò)展了量程又添加了電壓表的內(nèi)阻。 圖12-11 電壓表與倍壓器對圖12-11的電路， 運(yùn)用分壓公式可得12-13可求得12-1式中, R0為表頭內(nèi)阻， m為電壓表量程擴(kuò)展倍數(shù)。 由式12-14可知， 需求擴(kuò)展的量程越大， 那么倍壓器的電阻值應(yīng)越高。 對于多量程電壓表， 其內(nèi)部可由表頭分別是相應(yīng)阻值的倍壓器串聯(lián)構(gòu)成。 圖12-12為一個三量程電壓表的內(nèi)部電路。圖12

17、-12 三量程式電壓表內(nèi)部電路例12-2有一電壓表， 其量程為5 V， 內(nèi)阻為1000 。 現(xiàn)要使其量程擴(kuò)展到500 V， 問需求串聯(lián)多大電阻的倍壓器？解 根據(jù)式12-14， 需求串聯(lián)的電阻阻值為k 2 交流電壓的丈量丈量交流電壓普通運(yùn)用電磁式儀表， 其表頭內(nèi)固定線圈是由細(xì)導(dǎo)線繞制的， 匝數(shù)很多，電阻值很大， 電感的影響可以忽略， 因此常用與磁電式儀表一樣的方法經(jīng)過串聯(lián)附加電阻RV來擴(kuò)展量程。 丈量600 V以上的交流電壓時， 為了平安， 普通采用電壓互感器降壓后進(jìn)展丈量。 12.3.3 電功率的丈量功率表的量程分為電流量程和電壓量程， 運(yùn)用時電流和電壓線圈都不允許超越量程。 電流量程的變換經(jīng)

18、過改動固定線圈的串、 并聯(lián)接法來實現(xiàn)； 電壓量程的變換那么經(jīng)過改動串接在可動線圈上的附加電阻來實現(xiàn)。 功率表的內(nèi)、 外部接線和電路符號如圖12-13所示。 圖12-13 功率表及接線方法a 內(nèi)部接線; b 電氣符號; c 丈量電路1 直流電功率的丈量直流電功率可以用電壓表和電流表間接丈量； 也可以用功率表直接丈量。 功率表的接法如圖12-13(c)所示， 電流線圈與負(fù)載串聯(lián)， 電壓線圈與負(fù)載并聯(lián)， 不能接錯， 運(yùn)用中還要留意電流線圈和電壓線圈的電源端標(biāo)志“*， 應(yīng)把標(biāo)有“*的始端接在電源的同一側(cè)， 否那么指針將反轉(zhuǎn)。 由電動式儀表的原理知， 指針偏轉(zhuǎn)角與兩個線圈的電流乘積成正比。 功率表電流線

19、圈的電流就是負(fù)載電流 I， 經(jīng)過電壓線圈的電流與負(fù)載電壓U成正比， 因此功率表的的指針偏轉(zhuǎn)角與電壓和電流的乘積成正比， 即與負(fù)載功率成正比。 =KUI=KP 12-15普通安裝式功率表為直讀單量程式， 表上示數(shù)即為功率數(shù)。 但便攜式功率表普通為多量程式， 在表和標(biāo)度尺上不直接標(biāo)注功率大小， 只標(biāo)注分格數(shù)m。在選好不同的電流與電壓量程后， 每一分格才可以表示詳細(xì)的功率數(shù)。 在讀數(shù)前， 應(yīng)先選擇適宜的電壓量程Um、 電流量程Im， 兩者的乘積為滿刻度功率數(shù)， 除以分格數(shù)m可得到每格功率數(shù)又稱功率表常數(shù)12-16丈量后， 用每格功率數(shù)C乘以指針偏轉(zhuǎn)的格數(shù)， 計算得到所測功率PP=C 12-17例12

20、-3 有一只電壓量程為250 V， 電流量程為3 A， 標(biāo)尺分格數(shù)為75格的功率表，現(xiàn)用它來丈量負(fù)載的功率， 當(dāng)指針偏轉(zhuǎn)50格時負(fù)載功率為多少？解 先計算功率表常數(shù)CW/格故被測功率為P=C=1050=500 W2 單相交流電功率的丈量單相交流負(fù)載的有功功率為P=UI cosj 12-18式中， U、 I 分別為負(fù)載電壓和電流的有效值， j為電壓電流的相位差， cosj為負(fù)載的功率因數(shù)。 由電動式儀表丈量交流時的原理可知， 其指針的偏轉(zhuǎn)角不但正比于兩個線圈電流有效值的乘積， 而且正比于兩電流相位差的余弦。 =KI1I2 cosj 功率表的電壓線圈本身電阻大， 又串接有較大的附加電阻， 其線圈感

21、抗與電阻相比可以忽略不計， 故可以以為電壓線圈的電流與負(fù)載電壓同相， 而流過電流線圈的電流即為負(fù)載電流。 3 三相功率的丈量1 一表法丈量。 所謂一表法， 就是運(yùn)用一只單相有功功率表丈量三相對稱負(fù)載電路的有功功率。 在對稱的三相系統(tǒng)中， 三相負(fù)載是對稱的， 故三相負(fù)載功率相等； 因此可以用一只單相有功功率表丈量其中一相負(fù)載的功率P1， 其接線如圖12-14所示，乘以3得到總功率。 圖12-14 一表法丈量三相有功功率總功率為P=3P1 12-192 三表法丈量。 三表法是用三只單相有功功率表丈量不對稱三相四線制電路的功率。 三相四線制供電系統(tǒng)中用電負(fù)載多數(shù)情況是不對稱的， 這時可以用3只單相有

22、功功率表分別丈量三相的功率， 三相電路的總功率為3只單相有功功率表之和。P=PU+PV+PW 12-20其接線方法如圖12-15所示。圖12-15 三表法丈量三相有功功率3 兩表法丈量。兩表法是有兩只單相有功功率表丈量三相三線制電路的有功功率。 三相三線制電路， 無論負(fù)載對稱與否， 都可用兩只需功功率表來丈量三相有功功率， 并且三相電路總的有功功率P等于兩表讀數(shù)之和。 即P=P1+P2 12-21 兩表法丈量三相有功功率的接線如圖12-16所示， 為了分析方便， 取三相星形負(fù)載電路來計算功率。圖12-16 兩表法丈量三相有功功率對于三相三線制電路有 iU+iV+iW=0 12-22三相瞬時功率

23、為 p=uUiU+uViV+uWiW =uUiU+uViV+uW(iUiV) =(uUuW)iU+(uVuW)iV =uUWiU+uVWiV 12-23那么三相有功功率為式中， UUW、UVW分別為兩個功率表電壓線圈的電壓有效值， IU、IV分別為兩個功率表電流線圈的電流有效值， j1為功率表1上的電壓與電流的相位差， j1為功率表2上的電壓與電流的相位差。因此 P=P1+P2 12-25 可見， 運(yùn)用兩表法可以丈量三相電路的總功率， 但要留意在實踐負(fù)載中， 負(fù)載功率因數(shù)較低時， 線電壓與線電流的相位差能夠大于90， 其中一只功率表的指針會反偏， 這時應(yīng)將電流線圈反接才干正常讀數(shù)， 此時總功率

24、應(yīng)為正接功率表的讀數(shù)與反接功率表的讀數(shù)之差， 即對被反接電流線圈的功率表讀數(shù)取負(fù)值。 12.4 萬用電表12.4.1 模擬式萬用表模擬式萬用表的外形如圖12-17所示。圖12-17 模擬式萬用電表a 模擬式萬用表表示圖; b MF64型萬用表外形1. 直流電流的丈量 丈量直流電流時， 首先將轉(zhuǎn)換開關(guān)置于直流電流擋位上， 再將萬用電表串聯(lián)在電路中，使得電流由紅表筆接于萬用電表電池的“+端流入， 由黑表筆接于萬用電表電池的“端流出。 由于表頭只能丈量微小的直流電流， 所以丈量直流電流時， 在表頭兩端并聯(lián)一個適當(dāng)阻值的電阻稱為分流電阻， 對被測電流進(jìn)展分流。 萬用電表采用閉路式分流器來完成分流電阻的

25、轉(zhuǎn)換， 如圖12-18所示。 當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)置于某一量程位置時， 對應(yīng)的分流電阻接入丈量電路中， 完成對被測電流的分流。 當(dāng)被測電流的大小無法確定時， 應(yīng)先采用最大量程進(jìn)展丈量， 再根據(jù)指針的偏轉(zhuǎn)選擇適宜的量程， 以減小丈量誤差。 必需留意， 不可以帶電轉(zhuǎn)換量程。 圖12-18 丈量直流電流的原理電路2. 直流電壓的丈量丈量直流電壓時， 首先將轉(zhuǎn)換開關(guān)置于直流電壓擋位上， 再將萬用電表并聯(lián)在被測電壓的兩端， 使紅表筆“+端接在電位較高的一端， 黑表筆“端接在電位較低的一端。 由于表頭只能經(jīng)過微小的直流電流， 所以丈量直流電壓時， 在表頭一端會串聯(lián)適當(dāng)阻值的電阻稱為降壓電阻， 對被測電壓進(jìn)展分壓。

26、降壓電阻擴(kuò)展了被測電壓的量程。 假設(shè)改動降壓電阻的阻值， 就改動了丈量電壓的量程。 也就是說， 每一個量程對應(yīng)相應(yīng)的降壓電阻。 萬用電表常采用“公用式電阻來完成降壓電阻的轉(zhuǎn)換， 如圖12-19所示。 當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)置于某一量程時， 對應(yīng)的降壓電阻接入電路中， 完成對被測電壓的降壓。 圖12-19 丈量直流電壓的原理電路3 交流電壓的丈量當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)置于交流電壓擋時， 其丈量電路如圖12-20所示。 由于表頭只能丈量直流電流， 所以必需將交流電壓整流成直流電壓才干進(jìn)展丈量。 當(dāng)被測交流電壓處于正半周時， 二極管VD1導(dǎo)通、 VD2截止， 此時的電路與丈量直流電壓的電路一樣； 當(dāng)被測交流電壓處于負(fù)半周時

27、， 二極管VD2導(dǎo)通、 VD1截止， 表頭被短路了， 沒有電流流過。 圖12-20 丈量交流電壓的原理電路4 電阻的丈量丈量電阻時， 將轉(zhuǎn)換開關(guān)置于歐姆擋， 將待測電阻接在萬用電表的紅表筆萬用電表的“+端和黑表筆萬用電表的“端。 其丈量電路如圖12-21所示。 圖12-21 丈量電阻的原理電路丈量時， 待測電阻未知、 調(diào)理電阻知、 內(nèi)部電池和表頭構(gòu)成閉合回路， 產(chǎn)生電流， 指針偏轉(zhuǎn)， 指示對應(yīng)的數(shù)值。 待測電阻的阻值越大， 產(chǎn)生的電流會越小， 表頭指針的偏轉(zhuǎn)會越小。 可見， 電阻值的刻度與電壓、 電流的刻度方向是相反的。 在讀數(shù)時， 須將指針指示數(shù)值乘以對應(yīng)的量程， 才干得到電阻阻值。 比如指

28、針指示為10， 量程為10， 那么待測電阻的阻值為10 。 在實踐丈量之前， 需求對萬用電表進(jìn)展調(diào)零。 方法是將紅、 黑兩個表筆相接， 旋轉(zhuǎn)調(diào)理電阻器， 使指針指向“0。 須留意， 每一次轉(zhuǎn)換歐姆擋的量程后， 都需求重新調(diào)零。 假設(shè)調(diào)零時指針一直無法指向“0， 那么能夠是電池電量缺乏或接觸不良呵斥的， 可以根據(jù)情況改換電池或進(jìn)展維修。 在選擇量程時， 應(yīng)盡量使被測電阻值處于量程標(biāo)尺弧長的中心部位， 這樣丈量精度會高一些。 12.4.2 數(shù)字式萬用表數(shù)字式萬用表內(nèi)部由轉(zhuǎn)換開關(guān)、 丈量轉(zhuǎn)換電路、 模擬/數(shù)字量轉(zhuǎn)換電路、 顯示邏輯電路、 顯示器組成， 其中模/數(shù)轉(zhuǎn)換、 顯示邏輯和顯示器部分采用獨立的

29、邏輯器件替代了模擬式萬用表簡單的表頭。 數(shù)字式萬用表外形如圖12-22所示。 圖12-22 數(shù)字萬用表手持式數(shù)字萬用表的顯示器已普遍采用字高為26 mm的大屏幕LCD液晶顯示器； 臺式數(shù)字萬用表的顯示器常采用七段LED數(shù)碼管或熒光數(shù)碼管。 模擬式萬用表是從直流電流表擴(kuò)展而來的， 而數(shù)字萬用表是從直流數(shù)字電壓表擴(kuò)展而來的。 所以被丈量在表內(nèi)須先經(jīng)過丈量轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成直流電壓信號， 才干進(jìn)展丈量； 多擋轉(zhuǎn)換開關(guān)的作用與模擬萬用表一樣。 12.5 兆 歐 表兆歐表俗稱搖表， 是用于丈量各種電氣設(shè)備絕緣電阻的儀表， 如圖12-23所示。 絕緣電阻是指用絕緣資料隔開的兩個導(dǎo)體之間的電阻， 是衡量電氣設(shè)備

30、絕緣性能好壞的重要參數(shù)。 絕緣資料發(fā)熱、 受潮、 老化、 被污染后， 其絕緣電阻會下降， 進(jìn)而呵斥電氣設(shè)備產(chǎn)生短路或漏電事故。 12.5.1 兆歐表的構(gòu)造圖12-23是兆歐表的外形圖。 常見的兆歐表內(nèi)部由高壓手搖發(fā)電機(jī)、 磁電系比率表和丈量線路三部分組成。 圖12-23 兆歐表高壓手搖發(fā)電機(jī)在規(guī)范轉(zhuǎn)速12 r/min下即可產(chǎn)生較高的電壓。 常用的電壓等級包括100 V、 250 V、 500 V、 1000 V、 2500 V、 5000 V等。 選擇兆歐表的原那么是： 額定電壓在500 V或以下的電氣設(shè)備， 選用500 V或1000 V的兆歐表； 500 V以上的電氣設(shè)備， 選用2500 V

31、的兆歐表； 高壓設(shè)備選用2500 V或5000 V的兆歐表。 磁電系比率表由磁路部分、 電路部分和指針組成， 如圖12-24所示。 磁路部分包括了外側(cè)的永久磁鐵和內(nèi)部鐵芯； 內(nèi)部鐵芯分兩類， 一類是帶缺口的圓柱形鐵芯， 一類是橢圓形鐵芯。 永久磁鐵和內(nèi)部鐵芯之間構(gòu)成的磁場是不均勻的。 電路部分包括了兩個可動線圈。 兩個線圈相交成固定的交角， 連同指針固定在同一轉(zhuǎn)軸上。 兆歐表刻度的根本單位是兆歐M。圖12-24 磁電式比率表構(gòu)造表示圖(a) 帶缺口的鐵芯; (b) 橢圓形鐵芯12.5.2 任務(wù)原理兆歐表的電路圖如圖12-25所示。 兆歐表有三個接線端： “線端、 “地端和“屏端。 圖12-25

32、 兆歐表電路圖丈量時， 將被測電阻Rx接在線端和地端之間， 構(gòu)成兩個電流回路。 一個電流回路是從發(fā)電機(jī)電源正端， 經(jīng)被測電阻Rx、 限流電阻RA、 可動線圈 1 回到電源負(fù)端。 此電流回路電流為 I1， 即 12-26 在磁場中， 電流 I1產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩T1。 另一個回路是從發(fā)電機(jī)電源正端， 經(jīng)限流電阻RV、 可動線圈2回到電源負(fù)端的。 此電路的電流為 I2， 即12-27可動線圈2也產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩T2?？蓜泳€圈1和2繞制時， 使其轉(zhuǎn)矩T1和T2方向相反。 一個作為轉(zhuǎn)動力矩， 另一個作為反作用力矩， 且不均勻的磁場分布使得轉(zhuǎn)矩到達(dá)平衡時， 指針偏轉(zhuǎn)角由兩個可動線圈中的電流比所決議， 這是磁電式比

33、率表的根本原理。 由12-28可知12-3012.5.3 兆歐表的運(yùn)用1. 兆歐表的選擇丈量時應(yīng)根據(jù)電氣設(shè)備的電壓等級和絕緣電阻的丈量范圍來進(jìn)展兆歐表的選擇。 假設(shè)電氣設(shè)備的電壓等級低于兆歐表的電壓等級， 兆歐表的高電壓有能夠損壞電氣設(shè)備的絕緣。 假設(shè)電氣設(shè)備的電壓等級高于兆歐表的電壓等級， 那么丈量出的阻值將無法反映高壓時真實的絕緣電阻值。 應(yīng)保證電氣設(shè)備的絕緣電阻值落在兆歐表的丈量范圍以內(nèi)。 比如， 額定電壓為380 V的籠型異步電動機(jī)的對地絕緣電阻最低值為0.5 M， 應(yīng)選擇以0 M為起始刻度的兆歐表，不可以選擇起始刻度為1 M的兆歐表， 否那么無法丈量出正確的絕緣電阻值。 2 兆歐表的

34、用前檢查在運(yùn)用兆歐表之前須對兆歐表進(jìn)展檢查。 首先， 檢查兆歐表的外觀能否完好， 端子、 搖柄、 表頭能否完好， 測試用的導(dǎo)線能否完好。 其次， 對兆歐表進(jìn)展開路實驗。 將線端和地端開路， 搖動手柄， 使發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速到達(dá)規(guī)范轉(zhuǎn)速120 r/min， 指針應(yīng)指在處。 3 丈量過程中的本卷須知 1 絕緣電阻的丈量必需在電氣設(shè)備不帶電的情況下進(jìn)展。 對于大電感或含有大電容的設(shè)備， 斷電后需充分放電后方可丈量。 2 假設(shè)丈量電路中的絕緣電阻， 須將被測電阻接在線端與地端之間。 假設(shè)丈量電機(jī)某一相的絕緣電阻， 須將線端接被測相， 地端接電機(jī)的機(jī)座。 假設(shè)丈量電纜的絕緣電阻， 須將線端接電纜的纜芯， 地端

35、接電纜外皮， 屏端接電纜內(nèi)層絕緣物。 3 兆歐表須程度放置， 進(jìn)展手搖丈量， 普通使轉(zhuǎn)速到達(dá)120 r/min， 等待1 min后讀數(shù)。假設(shè)被測物的電容較大， 應(yīng)等到指針穩(wěn)定不變時讀數(shù)。 12.6 電 橋直流單臂電橋適宜丈量中值電阻， 丈量范圍為1106 ； 直流雙臂電橋適宜丈量低值電阻， 丈量范圍為106101 。 交流電橋常用來準(zhǔn)確丈量電容、 電感和電阻等電參數(shù)。 12.6.1 直流單臂電橋 直流單臂電橋又稱為惠斯登電橋， 其外形如圖12-26所示。 圖12-26 直流電橋a 面板圖; b 外形圖1 任務(wù)原理直流單臂電橋的原理圖如圖12-27所示。 被測電阻Rx與知電阻R2、 R3、R4銜

36、接成四邊形， 稱為電橋的四個橋臂。 在電橋的一個對角線上接入一個檢流計， 稱為“橋， 在電橋的另一個對角線上接入直流電源和限流電阻R， 稱為電橋的“電源對角線。 圖12-27 惠斯登電橋原理圖當(dāng)電源接通后， 調(diào)理橋臂電阻R2、R3、R4的阻值。 當(dāng)c、d兩點的電位不相等時，橋路中的電流 Ig0， 檢流計指針偏轉(zhuǎn)。 當(dāng)c、d兩點的電位相等時， Ucd=0， 檢流橋路中的電流 Ig=0， 檢流計指針不偏轉(zhuǎn)， 電橋處于平衡形狀， 有即12-30式中， 電阻R2、 R3是電橋的比率臂， R4是比較臂， Rx是待測臂。 可見， 待測電阻的阻值由比率值K和電阻R4決議。 比率值K常為10n， 電阻R4常為

37、從零延續(xù)可調(diào)的電阻。 實踐電橋中， 已將比率值K和電阻R4作成了讀數(shù)盤， 方便運(yùn)用。 2 丈量過程1 丈量前， 首先將檢流計的鎖扣翻開， 并調(diào)理調(diào)零旋鈕， 使指針指在零位； 將被測電阻接入電橋的丈量端鈕。 2 根據(jù)萬用表粗測的結(jié)果， 選擇比率臂和比較臂。 原那么是盡能夠地將比較臂的四個可調(diào)電阻全部利用起來， 這樣可以提高丈量精度。 3 按下電源按鈕， 接通電源。 4 輕按檢流計的粗調(diào)按鈕， 察看檢流計指針的偏轉(zhuǎn)方向和幅度。 假設(shè)偏轉(zhuǎn)幅度超出允許范圍， 應(yīng)立刻松開粗調(diào)按鈕。 假設(shè)偏轉(zhuǎn)幅度在允許范圍內(nèi)， 那么根據(jù)檢流計指針的偏轉(zhuǎn)方向調(diào)理比較臂的電阻。 假設(shè)指針向“+方向偏轉(zhuǎn)， 應(yīng)添加比較臂的電阻；

38、 反之， 減小比較臂的電阻。 反復(fù)調(diào)理比較臂電阻， 直至檢流計指針指向零位。 調(diào)理比較臂時， 應(yīng)每調(diào)理一次電阻值， 按一次粗調(diào)按鈕， 檢測一次； 直到檢流計的偏轉(zhuǎn)較小時， 才可按死粗調(diào)按鈕。 5 輕按檢流計的細(xì)調(diào)按鈕。 反復(fù)調(diào)理比較臂電阻， 直至檢流計指針指向零位。 方法與步驟4一樣。 當(dāng)電橋處于平衡形狀時， 讀出比率臂和比較臂的數(shù)值， 求得被測電阻Rx=比率臂讀數(shù)比較臂讀數(shù)之和。 6 讀數(shù)終了后， 依次松開細(xì)調(diào)按鈕、 粗調(diào)按鈕、 電源按鈕， 再拆下被測電阻， 最后將檢流計鎖扣鎖上。 假設(shè)檢流計沒有鎖扣， 需將G按鈕松開， 以維護(hù)檢流計不受振動而損壞。12.6.2 直流雙臂電橋電氣丈量中常需求

39、丈量阻值在1 以下的小電阻， 比如電機(jī)繞組電阻、 變壓器的繞組電阻和分流器電阻等。 假設(shè)運(yùn)用直流單臂電橋進(jìn)展丈量， 引線電阻和接觸電阻會對丈量產(chǎn)生影響， 呵斥較大的丈量誤差。 直流雙臂電橋的電路構(gòu)造可以減小引線和接觸電阻引起的誤差。所以， 這種電橋常用于丈量小電阻。 直流雙臂電橋又稱為凱爾文電橋， 如圖12-28所示。 圖12-28 QJ44型直流雙臂電橋外形1 任務(wù)原理直流雙臂電橋的原理電路如圖12-29所示。 其中RP3、 RP3、 RP4、 RP4是橋臂電阻；RP3和RP3、 RP4和RP4是機(jī)械聯(lián)動的， 在調(diào)理過程中。 R是跨接電阻， 阻值很小。 Rx和RN分別是被測電阻和規(guī)范電阻，

40、這兩個電阻都為四個引出端的電阻。 圖中， P1、P2和P3、P4分別為這兩個電阻的電位端子。 C1、C2和C3、C4分別為這兩個電阻的電流端子。 雙臂電橋?qū)㈦娢欢俗拥慕泳€電阻和引線電阻接到電阻值較高的RP3、 RP4和 RP3、 RP4的支路中； 將電流端子的接線電阻和引線電阻接入電源支路和跨線電阻支路中， 從而利用對稱銜接消除了接線電阻和引線電阻對丈量的影響。 圖12-29 凱爾文電橋的原理電路直流雙臂電橋的平衡條件為被測電阻為12-312. 本卷須知 1 直流雙臂電橋的丈量過程與直流單臂電橋根本一樣。 2 被測電阻為四端電阻， 普通電阻外側(cè)的兩個引線為電流端， 電阻內(nèi)側(cè)的兩條引線為電位端。

41、 假設(shè)電阻本身沒有電位端和電流端， 需自行引出， 如圖12-30所示。3 由于直流雙臂電橋電路中的電阻都是小電阻， 所以任務(wù)電流很大， 需用大容量的電源。 假設(shè)運(yùn)用電池供電， 操作速度要快； 丈量終了時要立刻封鎖電源開關(guān)， 以防電池耗盡。 圖12-30 電位端子和電流端子表示圖12.6.3 交流電橋交流電橋常用來丈量電阻、 電容和電感等參數(shù)， 又稱為萬能電橋， 外形如圖12-31所示。 任務(wù)原理與直流電橋的任務(wù)原理一樣， 交流電橋也將被測參數(shù)與規(guī)范參數(shù)電容、 電感、 電阻接入電橋進(jìn)展比較， 調(diào)整規(guī)范參數(shù)使電橋處于平衡形狀， 根據(jù)此時規(guī)范參數(shù)的數(shù)值求出被測參數(shù)的數(shù)值。 圖12-31 QS18A萬

42、能電橋外形交流電橋由三部分組成： 橋體、 電源和指零儀。 橋體由可調(diào)電阻RA、 RB、 Rs、 固定電阻Rc100 和固定規(guī)范電容Cs0.1 F組成。 RA對應(yīng)面板上的“量程選擇旋鈕， RB對應(yīng)面板上的“讀數(shù)旋鈕， Rs對應(yīng)面板上的“損耗平衡旋鈕。 交流電橋采用兩種電源： 一種是丈量高阻值電阻時運(yùn)用的9 V直流電源； 一種是丈量電容和電感時運(yùn)用的1 kHz交流電源。 指零計大多采用配備晶體管放大器的磁電式儀表。1 電容的丈量電容的丈量電路如圖12-32所示， 此電路稱為維恩電橋。 圖12-32 維恩電橋的原理電路維恩電橋的平衡條件為被測電容量12-32被測電容的內(nèi)部電阻12-33電容的損耗因數(shù)

43、 D = tan=CsRs 12-34 電容丈量方法如下： 丈量電容時， 將丈量選擇開關(guān)置于“C位置。 接入被測電容。 首先調(diào)整“量程開關(guān)， 將它置于適宜的位置。 然后設(shè)置損耗倍率開關(guān)。 假設(shè)丈量普通電容器， “損耗倍率開關(guān)置于D0.01擋； 假設(shè)丈量電解電容， “損耗倍率開關(guān)置于D1擋。 “損耗平衡開關(guān)置于1左右的位置， 將“損耗微調(diào)旋鈕逆時針旋轉(zhuǎn)究竟。 將“靈敏度旋鈕順時針旋轉(zhuǎn)， 逐漸增大， 使得表針的偏轉(zhuǎn)略小于滿刻度。 然后反復(fù)調(diào)整“讀數(shù)、 “損耗平衡和“靈敏度旋鈕至電橋處于平衡形狀。 電容值=量程開關(guān)指示值讀數(shù)盤指示值； 電容的損耗值D=損耗倍率開關(guān)指示值損耗平衡盤指示值。 2 電感的丈量電感的丈量電路如圖12-33所示。 此電路稱為麥克斯威電橋。 圖12-33 麥克斯威電橋的原理電路利用同樣的推導(dǎo)過程可寫出平衡條件表達(dá)式， 并求得待測電感參數(shù)如下： 被測電感量Lx=RARBCs 12-35被測電感的內(nèi)部電阻為12-36電感的質(zhì)量因數(shù)為12-37電感的丈量方法如下： 丈量電感時， 將丈量選擇開關(guān)置于“L位置， 接入被測電感。 首先選擇適宜的量程，然后根據(jù)電感的不同種類， 選擇適宜的損耗倍率， 空芯線圈選擇Q1， 高Q值濾波線圈選擇D0.01。 疊片芯線圈應(yīng)放在D1位置。 將“損耗平衡開關(guān)置于