1、維修電工(中級)培訓(xùn),第6單元 電工儀表與測量,目 錄,第一節(jié) 電工儀表與測量基本知識 一、電工儀表的分類、組成與誤差 二、常用電工測量方法及測量誤差 第二節(jié) 常用測量機(jī)構(gòu) 一、磁電系測量機(jī)構(gòu) 二、電磁系測量機(jī)構(gòu) 三、電動系測量機(jī)構(gòu) 四、感應(yīng)系測量機(jī)構(gòu),第6單元 電工儀表與測量,1、指示式儀表特點(diǎn)：能將被測量轉(zhuǎn)換為儀表可動部分的機(jī)械偏轉(zhuǎn)角，并通過指示器直接指示出被測量的大小，故又稱為直讀式儀表。按工作原理分類 ：主要有磁電系儀表、電磁系儀表、電動系儀表和感應(yīng)系儀表。此外，還有整流系儀表、鐵磁電動系儀表等。典型儀表：安裝式儀表、便攜式儀表 2、比較式儀表比較儀表的特點(diǎn)：在測量過程中，通過被測量與

2、同類標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，然后根據(jù)比較結(jié)果才能確定被測量的大小。比較儀表分類：直流比較儀表和交流比較儀表。直流電橋和電位差計(jì)屬于直流比較儀表，交流電橋?qū)儆诮涣鞅容^儀表。典型儀表：比較式直流電橋,第一節(jié) 電工儀表與測量基本知識,一、電工儀表的分類,3、數(shù)字式儀表數(shù)字儀表的特點(diǎn)：采用數(shù)字測量技術(shù)，并以數(shù)碼的形式直接顯示出被測量的大小。數(shù)字儀表的分類：常用的有數(shù)字式電壓表、數(shù)字式萬用表、數(shù)字式頻率表等。典型儀表：數(shù)字式電壓表 4、智能儀表智能儀表的特點(diǎn)：利用微處理器的控制和計(jì)算功能，這種儀器可實(shí)現(xiàn)程控、記憶、自動校正、自診斷故障、數(shù)據(jù)處理和分析運(yùn)算等功能。智能儀表的分類：智能儀表一般分為兩大類：一類是帶微

3、處理器的智能儀器；另一類是自動測試系統(tǒng)。典型儀表：數(shù)字式存儲示波器,第一節(jié) 電工儀表與測量基本知識,二、 電工儀表的組成,1、模擬指示儀表的組成,模擬指示儀表中的三大部件 1.產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩的裝置：利用電磁力的有磁電式、電磁式、電動式、感應(yīng)式、振動式等。利用電荷作用力的有靜電式等。 2.產(chǎn)生反作用力矩的裝置：主要有游絲、懸絲等。 3.產(chǎn)生阻尼力矩的裝置：可以利用電磁阻尼、空氣阻尼、油阻尼等。,2、數(shù)字儀表的組成,通過A/D 轉(zhuǎn)換 將電壓轉(zhuǎn)換為 數(shù)字脈沖,由于 A/D 轉(zhuǎn)換的對 象必須是電壓,所以需 要測量線路將被測量 轉(zhuǎn)換為電壓,數(shù)字脈沖經(jīng)譯碼加到顯示器,測量線路,A/D 轉(zhuǎn)換,數(shù)字顯示器,電壓

4、 U,被測量x,（一）儀表的誤差及分類 1、基本概念： 誤差：測量結(jié)果與被測量的實(shí)際值之間的差值。 準(zhǔn)確度：儀表的測量結(jié)果與實(shí)際值的接近程度。 2、分類 1）基本誤差 儀表在正常工作條件下（指規(guī)定的溫度和放置方式，沒有外電場和外磁場的干擾等），由于儀表的結(jié)構(gòu)、工藝等方面的不完善而產(chǎn)生的誤差。 2）附加誤差 儀表因?yàn)槠x了規(guī)定的工作條件（如溫度、頻率、波形的變化超出規(guī)定的條件，工作位置不當(dāng)或存在外電場和外磁場的影響時）而產(chǎn)生誤差。,三、測量誤差,【結(jié)論一】：基本誤差是儀表本身所 固有的誤差，操作者是不能讓其減少 的，而附加誤差實(shí)際 上是一種因外界工作 條件改變而造成的 額外誤差，是可 以減少甚至

5、 消除的。,（二）誤差的表示方法,1、絕對誤差 a、概念：儀表的指示值A(chǔ)X與被測量實(shí)際值A(chǔ)O之間的差值，叫做絕對誤差。用表示。 b、公式： AX AO 2、相對誤差 a、概念：絕對誤差與被測量實(shí)際值A(chǔ)O比值的百分?jǐn)?shù)，叫做相對誤差。用表示。 b、公式：=（/ AO)100% 3、引用誤差 a、概念：絕對誤差與儀表量程（最大讀數(shù)）Am比值的百分?jǐn)?shù)叫引用誤差。用m表示。 b、公式：m（/Am）100%,概念延伸： 例題1：用一只標(biāo)準(zhǔn)電壓表來校驗(yàn)甲、乙兩只電壓表，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)表的指示值為220V時，甲、乙兩表的讀數(shù)分別為220.5V和219V，求甲、乙兩表的絕對誤差。 解：甲表的絕對誤差： 1AXAO220

6、.5220+0.5V 乙表的絕對誤差： 2AXAO2192201V 【結(jié)論二】 ：絕對誤差有正負(fù)之分。正誤差說明儀表指示值比實(shí)際值大，負(fù)誤差說明指示值比實(shí)際值小。實(shí)際上在測量同一被測量時，我們可以用絕對誤差的絕對值|來比較不同儀表的準(zhǔn)確程度。|越小的儀表越準(zhǔn)確。實(shí)際應(yīng)用中，對準(zhǔn)確度較高的儀表一般都給出該表的校正值，以便在測量過程中校正被測量的指示值，從而提高測量準(zhǔn)確度。,概念延伸： 例題2：已知甲表測量200V電壓時1+2V，乙表測量10V電壓時2+1V，試比較兩表的相對誤差。 解：甲表的相對誤差為：1=（/ AO)100% （+2/200）100%+1% 乙表的相對誤差為：2=（/ AO)1

7、00% （+1/100）100%+10% 【結(jié)論三】：在測量不同大小的被測量時，不能簡單地用絕對誤差來判斷測量結(jié)果的準(zhǔn)確程度。實(shí)際測量中，相對誤差不僅常用來表示測量結(jié)果的準(zhǔn)確程度，而且便于在測量不同大小的被測量時，對其測量結(jié)果的準(zhǔn)確程度進(jìn)行比較。,【結(jié)論四】：引用誤差實(shí)際上就是儀表在最大讀數(shù)時的相對誤差，即滿度相對誤差。因?yàn)榻^對誤差基本不變，儀表量程也不變，故引用誤差可用來表示一只儀表的準(zhǔn)確程度。,（三）儀表的準(zhǔn)確度,準(zhǔn)確度：儀表的最大絕對誤差m與儀表量程Am比值的百分比。（K%） K%= (m/ Am) 100% 國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定以最大引用誤差來表示儀表的準(zhǔn)確度。 最大引用誤差越小，儀表的基本

8、誤差越小，準(zhǔn)確度越高。 根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，我國生產(chǎn)的電工儀表的準(zhǔn)確度共7級。,（四）測量誤差的分類,測量誤差,系統(tǒng)誤差,基本誤差：由儀表結(jié)構(gòu)造成的誤差,附加誤差：偏離規(guī)定的工作條件造成的誤差,隨機(jī)誤差,疏忽誤差,偶發(fā)原因引起大小方向都不確定的誤差,疏忽誤差：測量人員疏忽造成,1、系統(tǒng)誤差產(chǎn)生原因及消除辦法,.儀表本身結(jié)構(gòu)造成的誤差:這種誤差可通過改善材料性能與制造工藝來消除.例如摩擦誤差,是儀表的可動部分采用轉(zhuǎn)軸式結(jié)構(gòu)必然會產(chǎn)生的一種誤差.只要改善轉(zhuǎn)軸材料或采用懸絲結(jié)構(gòu)或選用數(shù)字顯示形式代替.誤差就可以減小或消除。 .外界干擾造成的誤差:如電磁干擾,地磁干擾.可以在結(jié)構(gòu)上采用屏蔽法、或在測量方

9、法上采取比較法、正負(fù)誤差補(bǔ)償法，減少或消除干擾所造成的影響。例如測量后將儀表調(diào)轉(zhuǎn) 180，重測一次，用兩次測量平均值作為測量值，以消除地磁的影響，或利用校正值求得被測量的真值。 .環(huán)境條件變化造成的誤差:只要改善環(huán)境條件，例如使用空調(diào),或在內(nèi)部結(jié)構(gòu)中進(jìn)行補(bǔ)償,例如電阻溫度的的正負(fù)補(bǔ)償，都能使誤差得以減少或消除。,2、偶然誤差產(chǎn)生原因及消除辦法,.偶然誤差又稱為隨機(jī)誤差，是一種大小和符號都不確定的誤差，即在同一條件下對同一被測量重復(fù)測量時，各次測量結(jié)果都不一致，沒有確定的變化規(guī)律。產(chǎn)生偶然誤差的原因很多，如溫度、濕度、磁場、電場、電源頻率等；此外，觀測者本身感官分辨本領(lǐng)的限制，也是偶然誤差的一個

10、來源。偶然誤差反映了測量的精密度，偶然誤差越小，精密度就越高。反之則精密度越低。 系統(tǒng)誤差和偶然誤差是兩類性質(zhì)完全不同的誤差。系統(tǒng)誤差反映在一定條件下誤差出現(xiàn)的必然性；而偶然誤差則反映在一定條件下誤差出現(xiàn)的可能性。系統(tǒng)誤差和偶然誤差兩者對測量結(jié)果的綜合影響反映為測量的準(zhǔn)確度，又稱精確度。,.偶然誤差的消除與系統(tǒng)誤差不同，對于偶然誤差，不能用試驗(yàn)的方法加以檢查和消除，只能根據(jù)多次測量中各種偶然誤差出現(xiàn)的或然率用統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法加以處理。理論和實(shí)踐證明，在足夠多次的測量中，絕對值相等的正誤差和負(fù)誤差出現(xiàn)的機(jī)會(次數(shù))是相同的，而且，小誤差比大誤差出現(xiàn)的機(jī)會總是更多。這樣，在足夠多次的測量中，偶然誤差的

11、算術(shù)平均值必然趨近于零。這是因?yàn)樵谝幌盗袦y量的偶然誤差總和中，正、負(fù)誤差互相抵消的結(jié)果。由此可知，為了消除偶然誤差對測量結(jié)果的影響，可以采用增加重復(fù)測量次數(shù)的方法來達(dá)到。測量次數(shù)愈多，測量結(jié)果的算術(shù)平均值愈趨近于實(shí)際值。所以，在測量儀器儀表選定以后，測量次數(shù)是保證測量精密度的前提。在工程測量中，由于偶然誤差較小，通?？梢圆挥杩紤]。,3.疏失誤差產(chǎn)生原因及消除辦法,.疏失誤差 疏失誤差是在測量過程中由于操作、讀數(shù)、記錄和計(jì)算等方面的錯誤所引起的一種明顯歪曲測量結(jié)果的誤差。例如對測量儀表的不正確讀數(shù)，對觀察結(jié)果的不正確記錄等等。顯然，凡是含有疏失誤差的測量結(jié)果是應(yīng)該摒棄的。 .疏失誤差的消除 由于

12、疏失誤差大多數(shù)情況下由測量人員粗心大意造成的，所以測量人員要有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和工作作風(fēng)，加強(qiáng)責(zé)任心。測量結(jié)果是顯然錯誤的，并且常常嚴(yán)重地歪曲了測量的結(jié)果，因此，包含有疏失誤差的測量結(jié)果是不可信的，應(yīng)予以拋棄。,（五）常用電工測量方式,測量方式,直接測量,間接測量,組合測量,指被測量與中間量的函數(shù)式中還有其他未知數(shù)，須通過改變測量條件，得出不同條件下的關(guān)系方程組，然后解聯(lián)立方程組求出被測量的數(shù)值。,指要利用某種中間量與被測量之間的函數(shù)關(guān)系，先測出中間量，再算出被測量。例如用伏安法測電阻。,指儀表讀出值就是被測的電磁量，例如用電流表測量電流，用電壓表測量電壓。,測量方法,直讀法,比較法,利用儀表直

13、接讀取測量數(shù)據(jù)。,零值法,較差法,替代法,將已知量與被測量先后置于同一測量裝置中，若兩次測量裝置都處于相同狀態(tài)，可認(rèn)為被測量等于已知量，再從已知量讀出被測量值。,從比較儀求得差值，根據(jù)度量器數(shù)值和比較差值，求得被測量的數(shù)值。,比較儀表指零時，從度量器讀出被測量的數(shù)值,將被測量與度量器放在比較儀器上進(jìn)行比較，從而求得被測量的數(shù)值。,第二節(jié) 常用測量機(jī)構(gòu),一、磁電式測量機(jī)構(gòu),1. 結(jié)構(gòu),螺旋彈簧,(1)固定部分 馬蹄形永久磁鐵、極掌NS及圓柱形鐵心等。,(2)可動部分 鋁框及線圈，兩根半軸O和O，螺旋彈簧及指針。,極掌與鐵心之間的空氣隙的長度是均勻的，其中產(chǎn)生均勻的輻射方向的磁場。,2. 工作原理

14、,(1) 轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)矩T 的產(chǎn)生,(2) 阻轉(zhuǎn)矩TC的產(chǎn)生,在線圈和指針轉(zhuǎn)動時，螺旋彈簧被扭緊而產(chǎn)生阻轉(zhuǎn)矩TC。,線圈通入電流 I 電磁力 F,線圈受到的轉(zhuǎn)矩 T = k1I,線圈通入電流 I 電磁力 F 線圈受到轉(zhuǎn)矩 T 線圈和指針轉(zhuǎn)動，,彈簧的TC與指針的偏轉(zhuǎn)角成正比，即 TC= k2,當(dāng)彈簧的阻轉(zhuǎn)矩T與線圈受到的轉(zhuǎn)矩TC達(dá)到平衡時，可動部分停止轉(zhuǎn)動，此時有 T = TC,當(dāng)彈簧阻轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)矩達(dá)到平衡即TC= T 時，可轉(zhuǎn)動部分便停止轉(zhuǎn)動， T = k1I ， TC= k2 。,儀表的標(biāo)度尺上作均勻刻度。,3. 阻尼作用的產(chǎn)生,當(dāng)線圈通入電流而發(fā)生偏轉(zhuǎn)時，鋁框切割磁通，在框內(nèi)感應(yīng)出電流，其電

15、流再與磁場作用，產(chǎn)生與轉(zhuǎn)動方向相反的制動力，于是可轉(zhuǎn)動部分受到阻尼作用，快速停止在平衡位置。,即指針的偏轉(zhuǎn)角,結(jié)論: 指針偏轉(zhuǎn)的角度與流經(jīng)線圈的電流成正比。,4.用途,5.優(yōu)點(diǎn)： 刻度均勻；靈敏度和準(zhǔn)確度高；阻尼強(qiáng)；消耗 電能量??；受外界磁場影響小。 缺點(diǎn)： 只能測量直流；價(jià)格較高；不能承受較大過載。,測量直流電壓、直流電流及電阻。,二、電磁式測量機(jī)構(gòu),1. 結(jié)構(gòu),主要部分是固定的圓形線圈、線圈內(nèi)部有固定的鐵片、固定在轉(zhuǎn)軸上的可動鐵片。,2. 工作原理,儀表的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)矩 T = k I ,彈簧的阻轉(zhuǎn)矩 TC = k2,彈簧的阻轉(zhuǎn)矩TC與指針的偏轉(zhuǎn)角 成正比，即,當(dāng) T = TC 時，可動部分停止

16、轉(zhuǎn)動，,即指針的偏轉(zhuǎn)角,結(jié)論: 指針偏轉(zhuǎn)的角度與直流電流或交流電流 有效值的平方成正比。,線圈通入電流 I 磁場線圈通入電流 I 磁場 固定和可動鐵片均被磁化(同一端的極性是相同的)可動片因受斥力而帶動指針轉(zhuǎn)動，,交流為有效值,因指針的偏轉(zhuǎn)角度與直流電流或交流有效值平方成正比，所以儀表標(biāo)度尺上的刻度是不均勻的。,與軸相聯(lián)的活塞在小室中移動產(chǎn)生阻尼力 空氣阻尼器。,3.用途,4.優(yōu)點(diǎn)： 構(gòu)造簡單；價(jià)格低廉；可用于交直流；能測量較大的電流；允許較大的過載。 缺點(diǎn)： 刻度不均勻；易受外界磁場及鐵片中磁滯和渦流（測量交流時）的影響，因此準(zhǔn)確度不高。,測量交流電壓、交流電流。,三、電動式測量機(jī)構(gòu),1. 結(jié)構(gòu)：有兩個線圈：固定線圈和可動線圈。可動線圈與指針及空氣阻尼器的活塞都固定在軸上。,2. 工作原理,固定線圈中的電流 I1 ( i1 ) 磁場 可動線圈中的電流 I2 ( i2 )與磁場相互作用電磁力 F 線圈受到轉(zhuǎn)矩 T 線圈和指針轉(zhuǎn)動，,儀表的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)矩 通入直流時，T=k1I1I2,通入交流時， T=k1I1I2cos,i1和i2的