電氣測量技術(shù)

1、 電氣測量技術(shù)電氣測量技術(shù)華北電力大學(xué)華北電力大學(xué) 王民富王民富8.1電工測量儀表的分類電工測量儀表的分類8.2電工測量儀表的型式電工測量儀表的型式8.3電流的測量電流的測量8.4電壓的測量電壓的測量8.5萬用表萬用表8.6功率的測量功率的測量8.7兆歐表兆歐表電工測量儀表的基本構(gòu)造、工作原理和正確的使用電工測量儀表的基本構(gòu)造、工作原理和正確的使用方法，以及電壓、電流、電阻和功率的測量方法。方法，以及電壓、電流、電阻和功率的測量方法。8.1電工測量儀表的分類電工測量儀表的分類通常用的電工測量儀表按照下列幾個(gè)方面分類：通常用的電工測量儀表按照下列幾個(gè)方面分類：1按照被測量的種類分類按照被測量的種

2、類分類2按照工作原理分類按照工作原理分類3按照電流的種類分類按照電流的種類分類4按照準(zhǔn)確度分類按照準(zhǔn)確度分類1按照被測量的種類分類按照被測量的種類分類符號(hào)符號(hào)被測量的種類被測量的種類儀表名稱儀表名稱電流電流電流表電流表電壓表電壓表電壓電壓電功率電功率電能電能毫安表毫安表千伏表千伏表功率表功率表千瓦表千瓦表電度表電度表AkWVWmAkWhkV1按照被測量的種類分類符號(hào)符號(hào)被測量的種類被測量的種類儀表名稱儀表名稱相位表相位表頻率表頻率表歐姆表歐姆表相位差相位差頻率頻率電阻電阻兆歐表兆歐表 M f 2按照工作原理分類3按照電流的種類分類型式型式符號(hào)符號(hào)被測量的種類被測量的種類電流的種類與頻率電流的種

3、類與頻率磁電式磁電式整流式整流式電磁式電磁式電動(dòng)式電動(dòng)式電流、電壓、電阻電流、電壓、電阻電流、電壓電流、電壓電流、電壓電流、電壓電流、電壓、功率、電流、電壓、功率、功率因數(shù)、電能量功率因數(shù)、電能量直流直流工頻及較高頻率的工頻及較高頻率的交流交流直流及工頻交流直流及工頻交流直流及工頻與較高直流及工頻與較高頻率的交流頻率的交流3按照電流的種類分類按照電流的種類分類電工測量儀表可分為直流儀表、交流儀表和交直流兩用電工測量儀表可分為直流儀表、交流儀表和交直流兩用儀表。儀表。4按照準(zhǔn)確度分類準(zhǔn)確度是電工測量儀表的主要特性之一。儀表的準(zhǔn)確度準(zhǔn)確度是電工測量儀表的主要特性之一。儀表的準(zhǔn)確度與其誤差有關(guān)。一種

4、是基本誤差，另一種是附加誤差。與其誤差有關(guān)。一種是基本誤差，另一種是附加誤差。儀表的準(zhǔn)確度是根據(jù)儀表的儀表的準(zhǔn)確度是根據(jù)儀表的相對額定誤差相對額定誤差來分級(jí)的。來分級(jí)的。相相對額定誤差對額定誤差是指儀表在正常工作條件下進(jìn)行測量可能產(chǎn)生的是指儀表在正常工作條件下進(jìn)行測量可能產(chǎn)生的最大基本誤差與儀表的最大量程最大基本誤差與儀表的最大量程(滿標(biāo)值滿標(biāo)值)之比，用百分?jǐn)?shù)表之比，用百分?jǐn)?shù)表示，則為示，則為%100m AA 目前我國直讀式電工測量儀表按準(zhǔn)確度分為目前我國直讀式電工測量儀表按準(zhǔn)確度分為 0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5 和和 5.0 七級(jí)。七級(jí)。例如有一準(zhǔn)確度為例如有一準(zhǔn)確度為

5、 2.5 級(jí)的電壓表，其最大量程為級(jí)的電壓表，其最大量程為 50 V，則可能產(chǎn)生的最大基本誤差為則可能產(chǎn)生的最大基本誤差為 U = Um = 2.5% 50 V = 1.25 V4按照準(zhǔn)確度分類按照準(zhǔn)確度分類%5 .12%1001025. 110 %1 . 3%1004025. 140 若用準(zhǔn)確度為若用準(zhǔn)確度為 2.5 級(jí)、最大量程為級(jí)、最大量程為 50 V 的電壓表，測量的電壓表，測量實(shí)際為實(shí)際為 10 V 的電壓時(shí)，則相對測量誤差為的電壓時(shí)，則相對測量誤差為而用它測量實(shí)際為而用它測量實(shí)際為 40 V 的電壓時(shí)，則相對測量誤差為的電壓時(shí)，則相對測量誤差為因此，在選用儀表因此，在選用儀表 的量

6、程時(shí)，應(yīng)使被測量的值接近滿標(biāo)的量程時(shí)，應(yīng)使被測量的值接近滿標(biāo)值。一般應(yīng)使被測量值超過儀表的滿標(biāo)值一半以上。值。一般應(yīng)使被測量值超過儀表的滿標(biāo)值一半以上。準(zhǔn)確度等級(jí)較高的儀表常用來進(jìn)行精密測量或校正準(zhǔn)確準(zhǔn)確度等級(jí)較高的儀表常用來進(jìn)行精密測量或校正準(zhǔn)確度等級(jí)較低的儀表。度等級(jí)較低的儀表。電工測量儀表上的幾種符號(hào)電工測量儀表上的幾種符號(hào)符符 號(hào)號(hào)意義意義交流交流直流直流交直流交直流三相交流三相交流儀表絕緣試驗(yàn)電壓儀表絕緣試驗(yàn)電壓 2000 V儀表直立位置儀表直立位置儀表水平位置儀表水平位置儀表傾斜儀表傾斜 60 放置放置_或或3 2 kV 60 8.2電工測量儀表的型式電工測量儀表的型式直讀式儀表按

7、照工作原理可分為：磁電式、電磁式和電直讀式儀表按照工作原理可分為：磁電式、電磁式和電動(dòng)式幾種。動(dòng)式幾種。通常，直讀式儀表主要由產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)矩部分、產(chǎn)生阻轉(zhuǎn)通常，直讀式儀表主要由產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)矩部分、產(chǎn)生阻轉(zhuǎn)矩的部分和阻尼器等組成。矩的部分和阻尼器等組成。8.2.1磁電式儀表磁電式儀表 另見動(dòng)畫教學(xué)另見動(dòng)畫教學(xué)“磁電式儀表磁電式儀表”8.2.2電磁式儀表電磁式儀表 另見動(dòng)畫教學(xué)另見動(dòng)畫教學(xué)“推斥式電磁式儀表推斥式電磁式儀表”8.2電工測量儀表的型式電工測量儀表的型式8.2.3電動(dòng)式儀表電動(dòng)式儀表 另見動(dòng)畫教學(xué)另見動(dòng)畫教學(xué)“電動(dòng)式儀表電動(dòng)式儀表”8.2.4全數(shù)字儀表全數(shù)字儀表 被測量由互感器或傳感器的模

8、擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量被測量由互感器或傳感器的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量（A/DA/D）, ,再由單片機(jī)為核心的測量模塊經(jīng)數(shù)字處理后再由單片機(jī)為核心的測量模塊經(jīng)數(shù)字處理后LCD/LEDLCD/LED顯示。顯示。8.3電流的測量電流的測量通常測量直流電流用磁電式電流表，而測量交流電通常測量直流電流用磁電式電流表，而測量交流電流主要采用電磁式電流表。電流表應(yīng)流主要采用電磁式電流表。電流表應(yīng)串聯(lián)串聯(lián)在電路中。為在電路中。為了使電路的工作不受接入電流表的影響，電流表的內(nèi)阻了使電路的工作不受接入電流表的影響，電流表的內(nèi)阻必須很小。必須很小。采用磁電式電流表測量電流時(shí)，為了擴(kuò)大它的量程，采用磁電式電流表測量電流時(shí)，為了

9、擴(kuò)大它的量程，應(yīng)在測量機(jī)構(gòu)上并聯(lián)一個(gè)稱為應(yīng)在測量機(jī)構(gòu)上并聯(lián)一個(gè)稱為分流器分流器的低值電阻的低值電阻 RA。IRRRIA0A0 100A IIRRI負(fù)負(fù)載載II0RA負(fù)負(fù)載載R0電流表與分流器電流表與分流器圖中圖中 I0 與與 I 的關(guān)系為的關(guān)系為即即式中式中 R0 是測量機(jī)構(gòu)的電阻。是測量機(jī)構(gòu)的電阻。0A0200.10051110.005RRII 例例 1 有一磁電式表頭，當(dāng)無分流器時(shí)，表頭的滿標(biāo)值有一磁電式表頭，當(dāng)無分流器時(shí)，表頭的滿標(biāo)值電流為電流為 5 mA。表頭電阻為。表頭電阻為 20 。今欲使其量程為。今欲使其量程為 1 A，問分，問分流器的電阻應(yīng)為多大？流器的電阻應(yīng)為多大？ 解解 測

10、量交流大電流時(shí)，可用電流互感器擴(kuò)大電流表的量程。測量交流大電流時(shí)，可用電流互感器擴(kuò)大電流表的量程。注意：注意：8.4電壓的測量電壓的測量測量直流電壓常用磁電式電壓表，而測量交流電壓常用測量直流電壓常用磁電式電壓表，而測量交流電壓常用電磁式電壓表。電壓表應(yīng)電磁式電壓表。電壓表應(yīng)并聯(lián)并聯(lián)在欲測電壓的負(fù)載、電源或一在欲測電壓的負(fù)載、電源或一段電路中。為了使電路的工作不受接入電壓表的影響，電壓段電路中。為了使電路的工作不受接入電壓表的影響，電壓表的內(nèi)阻必須很大。表的內(nèi)阻必須很大。為了擴(kuò)大電壓表的量程，應(yīng)在測量機(jī)構(gòu)上串聯(lián)一個(gè)稱為為了擴(kuò)大電壓表的量程，應(yīng)在測量機(jī)構(gòu)上串聯(lián)一個(gè)稱為倍壓器倍壓器的高值電阻的高值

11、電阻 RV。電壓表和倍壓器電壓表和倍壓器負(fù)負(fù)載載+URV負(fù)負(fù)載載R0U0+U負(fù)負(fù)載載+URV負(fù)負(fù)載載R0U0+U電壓表和倍壓器電壓表和倍壓器由圖中可得由圖中可得0V00RRRUU )1(00V UURR即即負(fù)負(fù)載載+URV負(fù)負(fù)載載R0U0+U電壓表和倍壓器電壓表和倍壓器 例例 1 有一電壓表，其量程為有一電壓表，其量程為 50 V，內(nèi)阻為，內(nèi)阻為 2000 。今欲使其量程擴(kuò)大到今欲使其量程擴(kuò)大到 300 V，問還需串聯(lián)多大電阻的倍壓器？，問還需串聯(lián)多大電阻的倍壓器？ 解解 10000)150300(2000VR8.5萬用表萬用表8.5.1磁電式萬用表 萬用表可測量多種電量，雖然準(zhǔn)確度不高，但是

12、使用簡萬用表可測量多種電量，雖然準(zhǔn)確度不高，但是使用簡單，攜帶方便，特別適用于檢查線路和修理電氣設(shè)備。單，攜帶方便，特別適用于檢查線路和修理電氣設(shè)備。8.5.1磁電式萬用表磁電式萬用表 磁電式萬用表由磁電式磁電式萬用表由磁電式微安表、若干分流器和倍壓微安表、若干分流器和倍壓器、半導(dǎo)體二極器、半導(dǎo)體二極 管及轉(zhuǎn)換開管及轉(zhuǎn)換開關(guān)等組成，可用來測量直流關(guān)等組成，可用來測量直流電流、直流電壓、交流電壓電流、直流電壓、交流電壓和電阻等。和電阻等。測量直流電流原理電路測量直流電流原理電路RRA1 A500mA50mA5mA0.5mA50 ARA2RA3RA4RA5+8.5.1磁電式萬用表磁電式萬用表 1直

13、流電流的測量直流電流的測量測量直流電流原理電路測量直流電流原理電路RRA1 A500mA50mA5mA0.5mA50 ARA2RA3RA4RA5+被測電流從被測電流從“+”“”“”兩端進(jìn)出。兩端進(jìn)出。 RA1 RA5 是分流是分流器電阻，改變轉(zhuǎn)換開關(guān)的位器電阻，改變轉(zhuǎn)換開關(guān)的位置，就可改變電流的量程。置，就可改變電流的量程。8.5.1磁電式萬用表磁電式萬用表 2直流電壓的測量直流電壓的測量測量直流電壓原理電路測量直流電壓原理電路被測電壓加在被測電壓加在“+”“+” 、 “”兩端。兩端。RV1、RV2 是倍壓器電阻，改變轉(zhuǎn)是倍壓器電阻，改變轉(zhuǎn) 換換開關(guān)的開關(guān)的 位置，就可改變電位置，就可改變電壓

14、的量程。量程愈大，倍壓的量程。量程愈大，倍壓器的電阻也愈大。儀表壓器的電阻也愈大。儀表的靈敏度可以表明這一特的靈敏度可以表明這一特征。征。RA A1V5VRV1RV2RV3+R25V儀表的儀表的靈敏度靈敏度是用儀表總內(nèi)阻除以電壓量程。靈敏度愈高是用儀表總內(nèi)阻除以電壓量程。靈敏度愈高被測電路受儀表的影響愈小。被測電路受儀表的影響愈小。 MF-30 萬用表在直流電壓萬用表在直流電壓 25 V 擋上儀表的總內(nèi)阻為擋上儀表的總內(nèi)阻為 500 k ，則這擋的靈敏度為，則這擋的靈敏度為V/k20V25k500 8.5.1磁電式萬用表磁電式萬用表 3交流電壓的測量交流電壓的測量測量交流電壓原理電路測量交流電

15、壓原理電路被測電壓加在被測電壓加在“+”“+”、 “”兩端。在正半周時(shí)，兩端。在正半周時(shí)，設(shè)電流從設(shè)電流從“+”“+”流進(jìn)，經(jīng)二流進(jìn)，經(jīng)二 極管極管 D1，部分電流經(jīng)微安表，部分電流經(jīng)微安表流出。在負(fù)半周時(shí)，電流直流出。在負(fù)半周時(shí)，電流直接經(jīng)接經(jīng) D2 從從“+”“+”端端 流出?？闪鞒觥？梢?，通過微安表的是半波電見，通過微安表的是半波電流，讀數(shù)為該電流的平均值。流，讀數(shù)為該電流的平均值。為此，表中加一為此，表中加一 600 交流交流調(diào)整電位器調(diào)整電位器,100V10VRV1RV2+R AD1D2600 萬用表交流電壓擋的靈敏度一般較直流電壓擋低。萬用表交流電壓擋的靈敏度一般較直流電壓擋低。M

16、F-30萬用表交流電壓擋的靈敏度為萬用表交流電壓擋的靈敏度為 5 k / V。用來改變表盤刻度；用來改變表盤刻度；RV1、RV2，是倍壓電阻，用以改變電壓量程。，是倍壓電阻，用以改變電壓量程。4電阻的測量電阻的測量測量電阻原理電路測量電阻原理電路被測電阻加在被測電阻加在“+” 、 “”兩端。測量前應(yīng)將兩端。測量前應(yīng)將“+”、“”兩端短接，兩端短接，看指針是否偏轉(zhuǎn)最大而看指針是否偏轉(zhuǎn)最大而指在零，否則應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)零指在零，否則應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)零歐姆調(diào)節(jié)電位器進(jìn)行校歐姆調(diào)節(jié)電位器進(jìn)行校正。正。注意：注意：使用電阻擋絕對不能在帶電線路上測量電阻。用使用電阻擋絕對不能在帶電線路上測量電阻。用畢將轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)到高電壓擋。

17、畢將轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)到高電壓擋。8.5.1磁電式萬用表磁電式萬用表 +R1 k A1.7 k 10100+1.5 V調(diào)零調(diào)零8.5.2數(shù)字式萬用表數(shù)字式萬用表1測量范圍測量范圍以以 DT-830 型數(shù)字萬用表為例說明它的測量范圍和使用型數(shù)字萬用表為例說明它的測量范圍和使用方法。方法。( (1) )直流電壓分五擋：直流電壓分五擋：200 mV，2 V，20 V，200 V，1000 V。輸入電阻為。輸入電阻為 10 M 。( (2) )交流電壓分五擋：交流電壓分五擋：200mV，2V，20V，200V，750V。輸入阻抗為。輸入阻抗為 10 M 。頻率范圍。頻率范圍 40 500 Hz。( (3) )

18、直流電流分五擋：直流電流分五擋：200 A，2 mA，20 mA，200 mA，10 A。( (4) )交流電流分五擋：交流電流分五擋：200 A，2 mA，20 mA，200 mA，10A。8.5.2數(shù)字式萬用表數(shù)字式萬用表 ( (5) )電阻電阻 分分 六擋：六擋：200 ，2 k ，20 k ，200 k ，2 M ，20 M 。此外，還可檢查二極管的導(dǎo)電性能，并能測量晶體管的此外，還可檢查二極管的導(dǎo)電性能，并能測量晶體管的電流放大系數(shù)和檢查線路通斷。電流放大系數(shù)和檢查線路通斷。2面板說明面板說明( (1) )顯示器顯示四位數(shù)字，最高位只能顯示顯示器顯示四位數(shù)字，最高位只能顯示 1 或不

19、顯示或不顯示數(shù)字?jǐn)?shù)字，算半位算半位，故稱三位半故稱三位半。最大指示值為。最大指示值為 1999 或或 1999。 當(dāng)被測量超過最大指示值時(shí)，顯示當(dāng)被測量超過最大指示值時(shí)，顯示“1”或或“ 1” 。( (3) )轉(zhuǎn)換開關(guān)根據(jù)被測的電量選擇相應(yīng)的功能位；按被測轉(zhuǎn)換開關(guān)根據(jù)被測的電量選擇相應(yīng)的功能位；按被測量的大小選擇適當(dāng)?shù)牧砍獭Ａ康拇笮∵x擇適當(dāng)?shù)牧砍獭? (2) )電源開關(guān)使用時(shí)置于電源開關(guān)使用時(shí)置于“ON”；使用完畢置于；使用完畢置于“OFF”。8.5.2數(shù)字式萬用表數(shù)字式萬用表 ( (4) )輸入插座將黑色測試筆插入輸入插座將黑色測試筆插入“COM”插座；紅色插座；紅色測試筆在測試筆在 測量電

20、壓和電阻時(shí)，插入測量電壓和電阻時(shí)，插入“V ”插座，測量小插座，測量小于于 200 mA 電流時(shí)，插入電流時(shí)，插入“mA”插座，測量大于插座，測量大于 200 mA 電電流時(shí)，插入流時(shí)，插入“10 A”插座。插座。8.6功率的測量功率的測量8.6.1單相交流和直流功率的測量 電路中的功率與電壓和電流的乘積有關(guān)，因此常用電動(dòng)電路中的功率與電壓和電流的乘積有關(guān)，因此常用電動(dòng)式儀表來測量功率。式儀表來測量功率。在線圈通入交流在線圈通入交流時(shí)，電動(dòng)式儀表指針時(shí)，電動(dòng)式儀表指針偏轉(zhuǎn)的角度偏轉(zhuǎn)的角度 cos21IkI 8.6.1單相交流和直流功率的測量單相交流和直流功率的測量 負(fù)負(fù)載載ii 12iu+_*

21、可動(dòng)線圈可動(dòng)線圈固定線圈固定線圈由于在功率表中，并聯(lián)線圈電由于在功率表中，并聯(lián)線圈電路串有高阻值的倍壓器，它的感抗路串有高阻值的倍壓器，它的感抗與電阻相比可以忽略不計(jì)，故可以與電阻相比可以忽略不計(jì)，故可以認(rèn)為其中電流認(rèn)為其中電流 i2 與與 u 同相。同相。因此因此 cos21IkI 可以寫成可以寫成PkUIk cos可見，電動(dòng)式功率表中指針偏轉(zhuǎn)角可見，電動(dòng)式功率表中指針偏轉(zhuǎn)角 與電路的平均功率與電路的平均功率 P 成正比。成正比。使用時(shí)，功率表兩個(gè)線圈的始端使用時(shí)，功率表兩個(gè)線圈的始端( (標(biāo)以標(biāo)以“ ”或或“* *”號(hào)號(hào)) )均應(yīng)連在電源的同一端。均應(yīng)連在電源的同一端。電動(dòng)式功率表也可以測

22、量直流功率。電動(dòng)式功率表也可以測量直流功率。8.6.1單相交流和直流功率的測量單相交流和直流功率的測量 負(fù)負(fù)載載ii 12iu+_*三相三線制電路中，廣泛采用兩功率表法測量三相功率。三相三線制電路中，廣泛采用兩功率表法測量三相功率。i1 1AZBZCZi2 2i3 3L1L2L3*W1*W21 12 23 3uiu iu i1230i ii 1122312()p ui ui u i i 圖中，三相瞬時(shí)功率為圖中，三相瞬時(shí)功率為123p ppp 因?yàn)橐驗(yàn)樗运?3 123 2131232()()u u iu u iu i u ippW1W28.6.2三相功率的測量三相功率的測量13 113 1

23、01dcosTPu itU ITW123 223201dcosTPu itU ITW28.6.2三相功率的測量三相功率的測量 第一個(gè)功率表第一個(gè)功率表 W1 的讀數(shù)為的讀數(shù)為式中，式中， 為為 u13 和和 i1 之間的相位差。之間的相位差。式中，式中， 為為 u23 和和 i2 之間的相位差。之間的相位差。兩功率表的讀數(shù)兩功率表的讀數(shù) PW1 與與 PW2 之和即為三相功率之和即為三相功率W 1W 213 123 2coscosP PPU IU I當(dāng)負(fù)載對稱時(shí)當(dāng)負(fù)載對稱時(shí)13 1coscos(30)llPU IU IW123 2coscos(30)llPU IU IW2第二個(gè)功率表第二個(gè)功率

24、表 W2 的讀數(shù)為的讀數(shù)為8.6.2三相功率的測量三相功率的測量 因此，兩功率表讀數(shù)之和為因此，兩功率表讀數(shù)之和為 cos3)30cos()30cos(W2W1llllllIUIUIUPPP 當(dāng)相電壓與相電流同相時(shí)，兩個(gè)功率表的讀數(shù)相等。當(dāng)當(dāng)相電壓與相電流同相時(shí)，兩個(gè)功率表的讀數(shù)相等。當(dāng)相電流比相電壓滯后的角度相電流比相電壓滯后的角度 60 時(shí)，時(shí)，P2 為負(fù)值，因此必為負(fù)值，因此必須將功率表的電流線圈反接。這時(shí)三相功率等于第一個(gè)功率須將功率表的電流線圈反接。這時(shí)三相功率等于第一個(gè)功率表的讀數(shù)減去第二個(gè)功率表的讀數(shù)，即表的讀數(shù)減去第二個(gè)功率表的讀數(shù)，即P = PW1 + ( PW2) = PW1 PW2三相功率應(yīng)是兩個(gè)功率表讀數(shù)的三相功率應(yīng)是兩個(gè)功率表讀數(shù)的代數(shù)和代數(shù)