電工儀表與測(cè)量培訓(xùn)教案

1、電工儀表與測(cè)量第一節(jié)電工儀表與測(cè)量的基本知識(shí)一、常用電工儀表的分類、組成與誤差定義：用來(lái)測(cè)量各種電量、磁量及電路參數(shù)的儀器、儀表統(tǒng)稱為電工儀表。（一）分類電工儀表的分類：（按結(jié)構(gòu)和用途分類）指示儀表、比較儀表、數(shù)字儀表一）指示儀表：1、定義：能將被測(cè)量轉(zhuǎn)換為儀表可動(dòng)部分的機(jī)械偏轉(zhuǎn)角，并通過(guò)指示器直接顯示出被測(cè)量的大小，故又稱為直讀式儀表。2、分類：（1）按工作原理分類：有電磁系儀表、磁電系儀表、電動(dòng)系儀表、感應(yīng)系儀表等。（2）按被測(cè)量分類：有電流表、電壓表、功率表、電能表、相位表等（3）按使用方法分類：有安裝式、便攜式。安裝式儀表：固定安裝在開(kāi)關(guān)板或電器設(shè)備面板上的儀表，又稱面板式儀表。準(zhǔn)確度

2、不高，廣泛用于發(fā)電廠、配電所的運(yùn)行監(jiān)視和測(cè)量中。便攜式儀表：可以攜帶的儀表，準(zhǔn)確度較高，廣泛用于電氣實(shí)驗(yàn)、精密測(cè)量及儀表檢定中。（4）按準(zhǔn)確度等級(jí)分類：有0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0共7個(gè)等級(jí)。（5）按使用條件分類：有A、B、C三組類型。A組儀表適用于環(huán)境溫度為0400C；B類儀表適用于20500C；C組儀表適用于40600C。相對(duì)濕度條件均為85%范圍內(nèi)。（6）按被測(cè)電流種類分類：有直流儀表、交流儀表以及交、直流兩用儀表。二）比較儀表：在測(cè)量過(guò)程中，通過(guò)被測(cè)量與同類標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果確定被測(cè)量的大小。分直流比較儀表和交流比較儀表。例直流單臂電橋、雙臂電橋，

3、交流電橋。三）數(shù)字儀表：采用數(shù)字測(cè)量技術(shù)，以數(shù)字的形式直接顯示出被測(cè)量的大小。有數(shù)字電壓表、數(shù)字萬(wàn)用表、數(shù)字頻率表等。（二）電工指示儀表的組成電工指示儀表的任務(wù)就是要把被測(cè)電量、磁量或電參數(shù)轉(zhuǎn)換為儀表可動(dòng)部分的機(jī)械偏轉(zhuǎn)角，轉(zhuǎn)換過(guò)程中兩者保持一定的函數(shù)關(guān)系，從而用指針偏轉(zhuǎn)角的大小來(lái)反映被測(cè)量的數(shù)值。為實(shí)現(xiàn)上述轉(zhuǎn)換，電工指示儀表必須具有測(cè)量機(jī)構(gòu)和測(cè)量線路兩部分組成。1 .測(cè)量機(jī)構(gòu)測(cè)量機(jī)構(gòu)的作用是將被測(cè)量x（或過(guò)渡量y）轉(zhuǎn)換成儀表可動(dòng)部分的機(jī)械偏轉(zhuǎn)角。測(cè)量機(jī)構(gòu)是電工指示儀表的核心。2 .測(cè)量線路測(cè)量線路的作用是把各種被測(cè)量按一定的比例轉(zhuǎn)換為能被測(cè)量機(jī)構(gòu)所能接受的過(guò)渡量。測(cè)量線路通常由電阻器、電容器、

4、電感器等電子元件組成。不同儀表的測(cè)量線路各不相同，如電流表采用分流器。電工指示儀表的結(jié)構(gòu)方框圖：測(cè)量對(duì)象x測(cè)量線路過(guò)渡量y測(cè)量機(jī)構(gòu)指針偏轉(zhuǎn)角aa = F(y)=(x)3 .測(cè)量機(jī)構(gòu)的組成及各部分的作用測(cè)量機(jī)構(gòu)按各部分的動(dòng)與不動(dòng)來(lái)分的話，可分為固定部分和可動(dòng)部分兩大塊。按各部分的作用來(lái)分可分為產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩裝置、產(chǎn)生反作用力矩裝置、產(chǎn)生阻尼力矩裝置、讀數(shù)裝置、支撐裝置五部分。（如圖）1 .產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩裝置不同的測(cè)量機(jī)構(gòu)產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的裝置不同，作用原理不同，但作用都相同，就是能產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，使可動(dòng)部分產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的特點(diǎn)：轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的大小M與被測(cè)量X以及指針偏轉(zhuǎn)角a成某種函數(shù)關(guān)系，即：M=f（X,

5、a）2 .反作用力矩裝置如果測(cè)量機(jī)構(gòu)中只有轉(zhuǎn)動(dòng)力矩M,則不論被測(cè)量有多大，可動(dòng)部分都將在其作用下轉(zhuǎn)到盡頭。為此，要求可動(dòng)部分偏轉(zhuǎn)時(shí)，測(cè)量機(jī)構(gòu)中能夠產(chǎn)生隨偏轉(zhuǎn)角增大而增大的反作用力矩M,使得當(dāng)M=M寸，可動(dòng)部分平衡，從而穩(wěn)定在一定的偏轉(zhuǎn)角a上。產(chǎn)生反作用力矩裝置一般采用的是游絲。反作用力矩的特點(diǎn)：作用：使可動(dòng)部分偏轉(zhuǎn)與被測(cè)量相對(duì)應(yīng)的角度。在游絲的彈性范圍內(nèi)，大?。捍笮∨c可動(dòng)部分的偏轉(zhuǎn)角a成正比，即Mf=Da。式中D為游絲是反作用系數(shù)，是一個(gè)只與游絲的材料性質(zhì)及幾何尺寸有關(guān)的常數(shù)。方向:與轉(zhuǎn)動(dòng)力矩方向相反。3阻尼力矩裝置由于指示儀表的可動(dòng)部分都有一定的慣性，因此，當(dāng)M=Mf時(shí)，可動(dòng)部分不可能馬上停

6、止下來(lái)，而是在平衡位置附近來(lái)回?cái)[動(dòng)，因而不能盡快讀取測(cè)量結(jié)果。為了縮短可動(dòng)部分的擺動(dòng)時(shí)間以利于盡快讀數(shù)，儀表中還必須有阻尼力矩的裝置。常用阻尼裝置有空氣阻尼器見(jiàn)圖、磁感應(yīng)阻尼器見(jiàn)圖?？諝庾枘崞髟恚寒?dāng)可動(dòng)部分運(yùn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)阻尼片2運(yùn)動(dòng)，而阻尼片2在密封的阻尼器盒1中運(yùn)動(dòng)時(shí)，必然受到空氣的阻力，從而產(chǎn)生阻尼力矩Mz。顯然，儀表可動(dòng)部分的運(yùn)動(dòng)速度越快，阻尼力矩越大。磁感應(yīng)阻尼器原理：當(dāng)可動(dòng)部分?jǐn)[動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)阻尼片3在永久磁鐵4的磁場(chǎng)內(nèi)運(yùn)動(dòng)，從而切割電磁線產(chǎn)生渦流，該渦流與永久磁鐵的磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生了阻尼力矩Mz，阻礙了可動(dòng)部分的擺動(dòng)。顯然，儀表可動(dòng)部分的運(yùn)動(dòng)速度越快，產(chǎn)生渦流越大，阻尼力矩越大。阻尼

7、力矩的特點(diǎn)：作用：縮短可動(dòng)部分的擺動(dòng)時(shí)間以利于盡快讀數(shù)。方向；與可動(dòng)部分的運(yùn)動(dòng)方向始終相反。大?。号c可動(dòng)部分的運(yùn)動(dòng)速度的平方成正比關(guān)系。當(dāng)可動(dòng)部分靜止時(shí)，阻尼力矩等于零。4、讀數(shù)裝置讀數(shù)裝置由指示器和刻度盤組成。指示器分指針式和光標(biāo)式兩種。指針?lè)置魏偷缎?。矛形指針多用于大、中型安裝式儀表中，以便遠(yuǎn)距離讀數(shù)；刀形指針多用于小型安裝式儀表及便攜式儀表中以利于精確讀數(shù)。光標(biāo)式指示器由燈泡1射出的光線經(jīng)過(guò)聚光裝置2照射到固定在可動(dòng)部分轉(zhuǎn)軸上的反射鏡3上，經(jīng)反射落到標(biāo)度尺上，就能通過(guò)光標(biāo)指示出被測(cè)量的數(shù)值。光標(biāo)指示器可以完全消除視覺(jué)誤差，適用于一些高靈敏度和高準(zhǔn)確度的儀表?？潭缺P又叫表盤，它是一個(gè)畫(huà)有

8、標(biāo)度尺和儀表標(biāo)志符號(hào)的平面。為消除視覺(jué)誤差，有些便攜式精密儀表在標(biāo)度尺下面還安裝一塊反射鏡，當(dāng)看到指針和指針在鏡中影像重合時(shí)才能讀數(shù)。5、支撐裝置測(cè)量機(jī)構(gòu)中的可動(dòng)部分要隨被測(cè)量大小而偏轉(zhuǎn)，就必須有支撐裝置。常見(jiàn)的支撐方式有軸尖軸承支撐方式和張絲彈片支撐方式。軸尖軸承支撐方式：軸尖在軸承中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)存在摩擦誤差。張絲彈片支撐方式：彈片對(duì)張絲起減振和保護(hù)作用，這種支撐方式?jīng)]有摩擦誤差存在，因而靈敏度很高，適用于精密度比較高的儀表，例檢流計(jì)。（三）儀表的誤差及分類儀表誤差：儀表的測(cè)量結(jié)果與被測(cè)量的實(shí)際值之間存在的差值叫誤差。一）儀表誤差分類：根據(jù)產(chǎn)生誤差的原因，儀表誤差分為兩類：（1）基本誤差：儀表在正

9、常的工作條件下（指規(guī)定的溫度和放置方式、頻率，沒(méi)有外磁場(chǎng)和外電場(chǎng)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)生的誤差叫基本誤差。它是儀表本身所固有的。如：儀表活動(dòng)部分的摩擦、標(biāo)度尺刻度不準(zhǔn)、零件裝配不當(dāng)?shù)仍蛟斐傻恼`差，都是儀表的基本誤差。（2）附加誤差：儀表偏離了規(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(chǎng)和外磁場(chǎng)的影響）而產(chǎn)生的誤差叫附加誤差。它是一種因外界工作改變而造成的額外誤差。儀表在非正常的工作條件工作時(shí)所產(chǎn)生的誤差包括基本誤差和附加誤差兩部分。二）誤差的表示方法1、絕對(duì)誤差4:儀表的指示值A(chǔ)x與被測(cè)量的實(shí)際值A(chǔ)o之間的差值，叫絕對(duì)誤差，用表示

10、。即：=Ax-Ao（11）例11用一只標(biāo)準(zhǔn)電壓表來(lái)校驗(yàn)甲、乙兩只表，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)表的指示值為220V時(shí)，甲、乙兩表的讀數(shù)分別為220.5V和219V,求甲、乙兩表的絕對(duì)誤差。解：由式（11）得甲表的絕對(duì)誤差1=Ax-A0=220.5-220=+0.5V乙表的絕對(duì)誤差2=Ax-Ao=219-220=1V結(jié)果表明，絕對(duì)誤差有正、負(fù)之分，并且單位與被測(cè)量一致。正誤差說(shuō)明儀表指示值比實(shí)際值大，負(fù)誤差說(shuō)明指示值比實(shí)際值小。甲表指示值偏離實(shí)際值有0.5V,乙表偏離指示值有1V,說(shuō)明甲表的測(cè)量結(jié)果比乙表更準(zhǔn)確。實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)準(zhǔn)確度較高的儀表，一般都給出該表的校正值，以便在測(cè)量過(guò)程中校正被測(cè)量的指示值，從而提高測(cè)量

11、準(zhǔn)確度。什么是校正值？由（11）可得：A0=Ax-=Ax（-）=AxC式中C=稱為儀表的校正值。當(dāng)用不同的儀表來(lái)測(cè)量同一被測(cè)量時(shí)，可通過(guò)絕對(duì)誤差的絕對(duì)值|來(lái)比較儀表測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確程度，但是用不同的儀表來(lái)測(cè)量不同的被測(cè)量時(shí)，就不能用絕對(duì)誤差來(lái)比較了，而要用另外一種誤差相對(duì)誤差來(lái)比較了。例：甲表測(cè)量200V電壓時(shí)1=+2V,乙表測(cè)量10V電壓時(shí)2=+1V,通過(guò)絕對(duì)誤差的大小反映不出哪一個(gè)表的準(zhǔn)確度更高一些。2、相對(duì)誤差丫：絕對(duì)誤差與被測(cè)量的實(shí)際值的比值的百分?jǐn)?shù)叫相對(duì)誤差。用丫表示。即：T=A/AoX100%沒(méi)有單位例：用甲表測(cè)量100V的電壓，甲=2V;用乙表測(cè)量10V的電壓，乙=1V,求其相對(duì)誤

12、差。解：甲表：丫甲=2/100X100%=2%乙表：丫乙=1/10X100%=10%由以上結(jié)果可見(jiàn)乙表的測(cè)量結(jié)果要比甲表的測(cè)量結(jié)果要準(zhǔn)確。在實(shí)際測(cè)量中，相對(duì)誤差不僅常用來(lái)表示測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確程度，而且便于在測(cè)量不同大小的被測(cè)量時(shí)，對(duì)其測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確程度進(jìn)行比較。3、引用誤差Ym相對(duì)誤差可以表示測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確程度，但卻不能說(shuō)明儀表本身的準(zhǔn)確程度。對(duì)同一只儀表，在測(cè)量不同被測(cè)量時(shí)，由于摩擦等原因造成的絕對(duì)誤差雖然變化不大，但被測(cè)量卻可以在儀表的整個(gè)刻度范圍內(nèi)變化。顯然，對(duì)應(yīng)于不同大小的被測(cè)量，就有不同的相對(duì)誤差。因此，不能用相對(duì)誤差來(lái)全面衡量一只儀表的準(zhǔn)確程度。工程上，一般采用引用誤差來(lái)反映儀表的準(zhǔn)

13、確程度。絕對(duì)誤差與儀表量程比值的百分?jǐn)?shù)，叫引用誤差，Tm=A/AmiX100%由上式可看出，引用誤差實(shí)際上就是儀表在最大讀數(shù)時(shí)的相對(duì)誤差。因絕對(duì)誤差基本不變，儀表量程Am也不變，故引用誤差m可用來(lái)表示儀表的準(zhǔn)確程度。三）儀表的準(zhǔn)確度由于指示儀表在測(cè)量不同被測(cè)量時(shí)，絕地誤差會(huì)多少有些變化，因而造成引用誤差也隨之有些變化。為使引用誤差能包括儀表所有的基本誤差，工程上規(guī)定以最大引用誤差來(lái)表示儀表的準(zhǔn)確度。儀表的最大絕對(duì)誤差m與儀表量程Am比值的百分?jǐn)?shù)，叫儀表的準(zhǔn)確度K即：±K%=zm/Arm<100%式中K表示儀表的準(zhǔn)確度等級(jí)，它的百分?jǐn)?shù)表示儀表在規(guī)定條件下的最大引用誤差。顯然，最大

14、引用誤差越小，儀表的基本誤差越小。儀表的準(zhǔn)確度等級(jí)與儀表的基本誤差之間的關(guān)系如下：儀表的基本誤差準(zhǔn)確度等級(jí)0.10.20.51.01.52.55.0基本誤差（）±0.1±0.2±0.5±1.0±1.5±2.5±5.0若已知儀表的量程、準(zhǔn)確度等級(jí)，可求出該儀表所允許的最大絕對(duì)誤差4成即 m= K Am100例13計(jì)算準(zhǔn)確度等級(jí)為1.5級(jí)，量程為250V的電壓表的最大絕對(duì)誤差解: K Am1001.5 250100=± 3.75V例14用準(zhǔn)確度等級(jí)為2.0級(jí)、量程為100A的電流表，分別測(cè)量 的電流，求其相對(duì)誤差各為多

15、少？解：先求出該表的最大絕對(duì)誤差5A 和 100A m=K Am1002.0 100100=± 2.0A測(cè)量5A電流時(shí)出現(xiàn)的最大絕對(duì)誤差為_(kāi)203=1X100%=0X100%=±40%Ax15測(cè)量100A電流時(shí)出現(xiàn)的最大絕對(duì)誤差為2=5100%=20100%=2.0%Ax2100由以上結(jié)果可看出，在一般情況下，測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度并不等于儀表的準(zhǔn)確程度。只有當(dāng)被測(cè)量正好等于儀表的量程時(shí)，兩者才會(huì)相等。被測(cè)量越接近于儀表的量限，測(cè)量誤差就越小。因此決不能把儀表的準(zhǔn)確度與測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度混為一談為保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，不僅要考慮儀表的準(zhǔn)確度，還要選擇合適的量程,常測(cè)量時(shí)要使儀表的指

16、針能指在滿刻度的后三分之一段。二、常用電工測(cè)量方法及測(cè)量誤差電工測(cè)量：將被測(cè)電量、磁量或電參數(shù)與同類標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，從而確定出被測(cè)量的大小的過(guò)程。度量器：測(cè)量單位的復(fù)制體（通常所說(shuō)的標(biāo)準(zhǔn)量）。例標(biāo)準(zhǔn)電池、標(biāo)準(zhǔn)電阻、標(biāo)準(zhǔn)電感就分別是電動(dòng)勢(shì)、電阻、電感的復(fù)制體。根據(jù)度量器是否參入到測(cè)量中，以及獲取測(cè)量結(jié)果的方式不同，電工測(cè)量方法可分為以下幾種：（一）直接測(cè)量法1、定義：通過(guò)儀表的指針指示直接指示出被測(cè)量數(shù)值，而無(wú)需度量器直接參與的測(cè)量方法，叫直接測(cè)量法。例：電流表測(cè)電流、電壓表測(cè)電壓等。2、優(yōu)點(diǎn)：方法簡(jiǎn)便，讀數(shù)迅速。3、缺點(diǎn)：由于儀表接入被測(cè)電路后，會(huì)使電路的工作狀態(tài)發(fā)生變化，因而這種測(cè)量方法準(zhǔn)確

17、度較低。（二）間接測(cè)量法1、定義：測(cè)量時(shí)先測(cè)出與被測(cè)量有關(guān)的電量，然后通過(guò)電工公式計(jì)算求得被測(cè)量數(shù)值的方法，叫間接測(cè)量法。例：用伏安法測(cè)量電阻，用電壓表測(cè)三級(jí)管集電級(jí)電流。2、優(yōu)點(diǎn)：適用于一些用直接測(cè)量法不方便、準(zhǔn)確度要求不高的特殊場(chǎng)合。3、缺點(diǎn)：測(cè)量誤差較大。（三）比較測(cè)量法1、定義：在測(cè)量過(guò)程中需要度量器的直接參與，并通過(guò)比較儀表來(lái)確定被測(cè)量數(shù)值的方法，叫比較測(cè)量法。例：直流單臂電橋測(cè)電阻。根據(jù)被測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)量比較方式的不同，比較測(cè)量法又分為以下三種：（1）零值法在測(cè)量過(guò)程中，通過(guò)改變標(biāo)準(zhǔn)量，使其與被測(cè)量相等（即兩者差值為零），從而確定被測(cè)量數(shù)值的方法叫零值法。如用平衡電橋測(cè)電阻就屬于這種方

18、法。（2）差值法利用被測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)量的差值作用于測(cè)量?jī)x表，從而確定出被測(cè)量數(shù)值的方法，叫差值法。例：不平衡電橋測(cè)電阻。（3）代替法在測(cè)量過(guò)程中，用已知標(biāo)準(zhǔn)量代替被測(cè)量，若維持儀表原來(lái)的讀數(shù)不變，則被測(cè)量就等于已知標(biāo)準(zhǔn)量，叫代替法。2、優(yōu)點(diǎn)：準(zhǔn)確度高。3、缺點(diǎn)：設(shè)備復(fù)雜，操作麻煩，通常適用于測(cè)量要求準(zhǔn)確度較高的場(chǎng)合。（四）測(cè)量誤差及消除方法在測(cè)量過(guò)程中，由于受到測(cè)量?jī)x表、測(cè)量方法、試驗(yàn)條件、外界環(huán)境以及觀測(cè)經(jīng)驗(yàn)等方面因素的影響，造成測(cè)量結(jié)果與被測(cè)量的實(shí)際值之間存在一定的差異，這種差異稱為測(cè)量誤差。根據(jù)測(cè)量誤差產(chǎn)生的原因不同，測(cè)量誤差可分為系統(tǒng)誤差、偶然誤差和疏失誤差三類。一）系統(tǒng)誤差指在相同條件下

19、多次測(cè)量同一被測(cè)量時(shí)，誤差的大小和符號(hào)均保持不變，而在條件改變時(shí)遵循一定規(guī)律變化的誤差。1. 系統(tǒng)誤差包括：儀表誤差和方法的誤差。（ 1）測(cè)量?jī)x表（設(shè)備）的誤差：包括測(cè)量?jī)x表本身不完善而造成的基本誤差以及由于儀表工作條件改變而造成的附加誤差。（ 2）測(cè)量方法的誤差：由于所用的測(cè)量方法不完善、儀表安裝或配線不當(dāng)、外界條件變化以及測(cè)量人員操作技能和經(jīng)驗(yàn)不足或采用了近似計(jì)算公式而引起的誤差。2. 系統(tǒng)誤差的消除根據(jù)系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的原因，可采取相應(yīng)的措施加以消除。消除方法有：（ 1）重新配置合適的儀表或?qū)y(cè)量?jī)x表進(jìn)行校正。（ 2）采用合理的測(cè)量方法（ 3）采用特殊的消除方法：1）正負(fù)消去法：對(duì)同一量進(jìn)行

20、兩次測(cè)量，使測(cè)量結(jié)果中的一次誤差為正，一次為負(fù)，取其結(jié)果的平均值，就能消除這種系統(tǒng)誤差。例：為消除外磁場(chǎng)對(duì)電流表讀數(shù)的影響，可將電流表放置的位置調(diào)換1800后再測(cè)量一次，則在兩種位置下測(cè)量結(jié)果的誤差負(fù)號(hào)必是一正一負(fù)，取其平均值后，就能消除這種由外磁場(chǎng)影響而引起的系統(tǒng)誤差。2）替代法：用已知量代替被測(cè)量，并使儀表的工作狀態(tài)保持不變，于是，由已知量的數(shù)值便可求得被測(cè)量。這樣，由儀表本身的不完善和外界因素的影響對(duì)測(cè)量結(jié)果不發(fā)生作用，從而消除了系統(tǒng)誤差。3）引入校正值：（書(shū)上沒(méi)有列出）若已知儀表的校正曲線，則可將相應(yīng)的校正值引入到測(cè)量結(jié)果中，即把測(cè)量值加上相應(yīng)的校正值，從而消除系統(tǒng)誤差。二）偶然誤差偶

21、然誤差是一種大小和符號(hào)都不固定的誤差，又稱“隨機(jī)誤差”。1. 偶然誤差產(chǎn)生的原因主要由外界環(huán)境的偶發(fā)性變化引起。如外磁場(chǎng)、外電場(chǎng)、溫度等變化使得在重復(fù)測(cè)量同一被測(cè)量時(shí)，其結(jié)果不完全相同，從而產(chǎn)生偶然誤差。2. 偶然誤差的消除通過(guò)多次測(cè)量同一被測(cè)量，算出算術(shù)平均值的方法來(lái)消除偶然誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。測(cè)量次數(shù)越多，其平均值就越接近實(shí)際值。三）疏失誤差疏失誤差是一種嚴(yán)重歪曲測(cè)量結(jié)果的誤差。1. 產(chǎn)生疏失誤差的原因：由于操作者粗心和疏忽造成的，如測(cè)量中讀數(shù)錯(cuò)誤、記錄錯(cuò)誤、算錯(cuò)數(shù)據(jù)等。2. 疏失誤差的消除拋棄不用這個(gè)數(shù)據(jù)，加強(qiáng)操作者的責(zé)任心，倡導(dǎo)認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度。第二節(jié)常用測(cè)量機(jī)構(gòu)一、磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)

22、（一）磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)組成及各部分的作用1、固定的磁路系統(tǒng)：永久磁鐵1、極掌2和圓柱形鐵心3。作用是在極掌和鐵心之間的空氣隙中產(chǎn)生較強(qiáng)的均勻磁場(chǎng)。2、可動(dòng)部分：繞在鋁框架上的可動(dòng)線圈4、線圈兩端裝的轉(zhuǎn)軸7、與轉(zhuǎn)軸相連的指針6、平衡錘8以及游絲5。游絲的作用是：1、產(chǎn)生反作用力矩，2、把被測(cè)電流導(dǎo)入和導(dǎo)出可動(dòng)線圈。鋁框架的作用是：產(chǎn)生阻尼力矩。3、磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)的分類：根據(jù)永久磁鐵和可動(dòng)線圈之間的相對(duì)位置不同，我們可以把測(cè)量機(jī)構(gòu)分為如下幾類：外磁式：永久磁鐵在可動(dòng)線圈的外部。內(nèi)磁式：永久磁鐵在可動(dòng)線圈的內(nèi)部。內(nèi)外磁結(jié)合式：可動(dòng)線圈內(nèi)、外部都有永久磁鐵。這種結(jié)構(gòu)磁性更強(qiáng)，結(jié)構(gòu)可以緊湊。（二）磁

23、電系測(cè)量機(jī)構(gòu)的工作原理磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)是根據(jù)通電線圈在磁場(chǎng)中受到電磁力矩而發(fā)生偏轉(zhuǎn)的原理制成的，其原理示意圖見(jiàn)圖24。當(dāng)可動(dòng)線圈中通入電流時(shí)，載流線圈在永久磁鐵的磁場(chǎng)中將受到電磁力矩的作用而偏轉(zhuǎn)。通電線圈的電流越大，線圈受到的轉(zhuǎn)矩越大，儀表指針偏轉(zhuǎn)的角度也越大；同時(shí)，游絲扭的越緊，反作用力矩也越大。當(dāng)線圈受到的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩與反作用力矩大小相等時(shí)，線圈就停留在某一平衡位置，此時(shí)，指針就指示出被測(cè)量的大小。下面分析儀表可動(dòng)部分的偏轉(zhuǎn)角a與線圈中通入被測(cè)電流I之間的關(guān)系。如圖24所示，極掌與鐵心之間氣隙的磁場(chǎng)呈輻射狀均勻分布，設(shè)其磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,線圈匝數(shù)為N,垂直于磁場(chǎng)方向線圈的有效邊長(zhǎng)為1,則當(dāng)線圈中通

24、入電流為I時(shí)，每個(gè)有效邊的電磁力F為F=NBI1線圈受到的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩為M=2Fr=2NBI1式中r為線圈有效邊到轉(zhuǎn)軸的距離。由于線圈所包圍的面積為S=2r1故有M=NBIS（21）線圈在轉(zhuǎn)動(dòng)力矩M的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)的同時(shí)，引起游絲變形，產(chǎn)生的反作用力矩為Mf=Da（22）式中D為游絲是反作用系數(shù)，a為可動(dòng)部分的偏轉(zhuǎn)角（即指針偏轉(zhuǎn)角）。由式（22）看出，反作用力矩隨偏轉(zhuǎn)角的增大而增大，當(dāng)增大到M=Mf時(shí)，可動(dòng)部分處于平衡狀態(tài)，指針就停留在某一平衡位置上，指針偏轉(zhuǎn)的角度為：將（21）和（22）代入M=Mf得NBSI=D：整理得a=NBSI（23）D對(duì)于已制造好的儀表，NRS、D都是常數(shù)，所以厚也是一個(gè)

25、常數(shù)，D用Si表小，則式（23）可寫(xiě)成a=S-I（24）式中s=a叫做磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)的靈敏度，表示單位被測(cè)量所對(duì)應(yīng)的偏轉(zhuǎn)角。I式（24）說(shuō)明，磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)可動(dòng)部分的穩(wěn)定偏轉(zhuǎn)角口與通過(guò)線圈的電流I成正比。因此，可以用偏轉(zhuǎn)角的大小來(lái)衡量被測(cè)量的大小，并由指針在標(biāo)度尺上直接顯示被測(cè)電流的數(shù)值。（三）磁電系儀表的特點(diǎn)由以上分析的磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和原理可以看出，磁電系儀表具有以下特點(diǎn)：1 .準(zhǔn)確度高、靈敏度高：由于永久磁鐵的磁性很強(qiáng)，能在很小的電流作用下產(chǎn)生很大的轉(zhuǎn)矩，所以，由于摩擦、溫度改變及外磁場(chǎng)影響所造成的誤差相對(duì)較小，可以忽略，因而準(zhǔn)確度高。另外，由S=NBS/D可知，當(dāng)B很大時(shí)，靈敏度S

26、必然高。2 .刻度尺均勻、便于讀數(shù)：因?yàn)榇烹娤禍y(cè)量機(jī)構(gòu)指針的偏轉(zhuǎn)角與被測(cè)電流的大小成正比，因此儀表的標(biāo)度尺刻度是均勻的。3 .過(guò)載能力?。河捎诒粶y(cè)電流是通過(guò)游絲倒入和倒出可動(dòng)線圈的，而且線圈的導(dǎo)線又很細(xì)，所以通入的電流如果太大的話，會(huì)使游絲的彈性遭到破壞，甚至燒毀線圈。因此磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)的過(guò)載能力小。4,功率消耗小：由于磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)通入的電流很小，故儀表本身消耗的功率很小。5 .只能測(cè)量直流電量：由于永久磁鐵的極性是固定不變的，所以只有在線圈中通入直流電流，儀表的可動(dòng)部分才能產(chǎn)生穩(wěn)定的偏轉(zhuǎn)。如果在線圈中通入交流電流，則產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩也是交變的，可動(dòng)部分由于慣性的作用來(lái)不及轉(zhuǎn)過(guò)去又的轉(zhuǎn)回來(lái)，使

27、得指針只能在零位左右擺動(dòng)而不能讀數(shù)，所以，磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)只能直接測(cè)量直流電量。要想測(cè)量交流電流，就必須在測(cè)量機(jī)構(gòu)前加上整流器才能使用。6 .磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)可動(dòng)部分的穩(wěn)定偏轉(zhuǎn)角口與通過(guò)線圈的電流I成正比。、電磁系測(cè)量機(jī)構(gòu)（一）電磁系測(cè)量機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)組成及各部分作用主要由固定線圈和可動(dòng)的軟磁鐵片組成。電磁系測(cè)量機(jī)構(gòu)根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式的不同，可分為吸引型和排斥型兩類。1、吸引型測(cè)量機(jī)構(gòu)組成：產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的裝置固定線圈、偏心地裝在轉(zhuǎn)軸上的可動(dòng)鐵片。它們能產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩。產(chǎn)生反作用力矩的裝置游絲。它只產(chǎn)生反作用力矩而不通過(guò)電流。產(chǎn)生阻尼力矩的裝置阻尼片、永久磁鐵。組成磁感應(yīng)阻尼器，產(chǎn)生阻尼力矩。讀數(shù)裝置指針支撐

28、裝置轉(zhuǎn)軸此外，為防止永久磁鐵的磁場(chǎng)對(duì)線圈磁場(chǎng)的影響，在永久磁鐵前加裝了用導(dǎo)磁性良好的材料制成的磁屏蔽。2、排斥型測(cè)量機(jī)構(gòu)組成：固定部分固定線圈、固定在線圈內(nèi)壁上的固定鐵片可動(dòng)部分可動(dòng)鐵片、游絲、指針及阻尼片等（二）電磁系測(cè)量機(jī)構(gòu)的工作原理1、吸引型電磁系測(cè)量機(jī)構(gòu)的工作原理當(dāng)固定線圈通電后，線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)將可動(dòng)鐵片磁化，對(duì)鐵片產(chǎn)生吸引力，使固定在同一轉(zhuǎn)軸上的指針隨之發(fā)生偏轉(zhuǎn)，同時(shí)游絲產(chǎn)生反作用力矩。線圈中電流越大，磁化作用越強(qiáng)，指針偏轉(zhuǎn)角就越大。當(dāng)游絲產(chǎn)生的反作用力矩與轉(zhuǎn)動(dòng)力矩相平衡時(shí)，指針就穩(wěn)定地留在某一平衡位置，指示出被測(cè)量的大小。顯然，當(dāng)流過(guò)線圈的電流方向改變而大小不變時(shí)，線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)極

29、性及可動(dòng)鐵片被磁化的極性也同時(shí)改變，但它們之間的作用力仍是吸引力，轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的大小和方向不變，保證了指針偏轉(zhuǎn)角不會(huì)改變。所以，吸引型測(cè)量機(jī)構(gòu)可用來(lái)組成交、直流兩用儀表。2、排斥型電磁系測(cè)量機(jī)構(gòu)的工作原理當(dāng)電流通過(guò)固定線圈時(shí)產(chǎn)生磁場(chǎng)，使固定鐵片和可動(dòng)鐵片同時(shí)磁化，且兩鐵片的同一側(cè)為相同的極性。由于同性磁極相互排斥，轉(zhuǎn)動(dòng)力矩使可動(dòng)鐵片轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)指針偏轉(zhuǎn)。當(dāng)游絲產(chǎn)生的反作用力矩與轉(zhuǎn)動(dòng)力矩相平衡時(shí)，指針就停留在某一位置，指示出被測(cè)量的大小。如果線圈中電流方向改變，線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)的方向也隨著改變，兩鐵片的磁化極性也同時(shí)改變，但其相互排斥力的方向不變。所以，排斥型的結(jié)構(gòu)同樣適用于交、直流測(cè)量中。綜上所述，電磁

30、系測(cè)量機(jī)構(gòu)的工作原理是：利用通電流的固定線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，使鐵心磁化。然后利用線圈與鐵心或鐵心與鐵心相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，帶動(dòng)指針偏轉(zhuǎn)。3、指針偏轉(zhuǎn)角與線圈中電流的關(guān)系分析：對(duì)吸引型結(jié)構(gòu)來(lái)講，電磁系測(cè)量機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩取決于固定線圈的磁場(chǎng)和可動(dòng)鐵片被磁化后的磁場(chǎng)強(qiáng)弱，而它們磁場(chǎng)的強(qiáng)弱又都與被測(cè)電流有關(guān)。可見(jiàn)，轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的大小應(yīng)與線圈磁勢(shì)的平方成正比。對(duì)排斥型結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，其轉(zhuǎn)動(dòng)力矩取決于固定鐵片和可動(dòng)鐵片被磁化后磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，而它們的磁場(chǎng)也都與被測(cè)電流有關(guān)。所以，排斥型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的大小也應(yīng)與線圈產(chǎn)生的磁勢(shì)的平方成正比。顯然，電磁系測(cè)量機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩與線圈磁勢(shì)的平方成正比，即2M=Ki(NI)(29)Ki是

31、一個(gè)系數(shù)；它與線圈和鐵片的尺寸、形狀、材料及它們相互位置有關(guān)。游絲產(chǎn)生的反作用力矩是Mf=DaD是游絲的反作用系數(shù)。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩和反作用力矩相等時(shí)，可動(dòng)部分停止在某一平衡位置上，指針就有一個(gè)穩(wěn)定的偏轉(zhuǎn)角a。由M=Mf有Ki(NI)2=Da.一K,co得：a=(NI)2=K(NI)2(210)D式中K=K/D也是一個(gè)系數(shù)。式(210)說(shuō)明，電磁系測(cè)量機(jī)構(gòu)指針的偏轉(zhuǎn)角a與被測(cè)電流的平方成正比，因此可用來(lái)測(cè)量被測(cè)電流的大小。(三)電磁系測(cè)量機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)1、標(biāo)度尺刻度不均勻。因a與I2成正比。2、準(zhǔn)確度和靈敏度都不高。因磁場(chǎng)是由通電的固定線圈產(chǎn)生，比較弱。3、過(guò)載能力強(qiáng)。由于被測(cè)電流是不經(jīng)過(guò)游絲直接進(jìn)入線

32、圈的，所以只要繞制固定線圈的導(dǎo)線粗一些，就可以測(cè)量較大的電流。4、既可測(cè)量直流又可測(cè)量交流。由于測(cè)量直流時(shí)有磁滯誤差，故一般只用它作交流儀表，要想將它制成交直流兩用表，需要里面的鐵片都采用優(yōu)質(zhì)的坡莫合金材料。5、易受外磁場(chǎng)的影響。因電磁系儀表的磁場(chǎng)是由固定線圈通入電流而產(chǎn)生的，比較弱，故很容易受外磁場(chǎng)的影響。所以必須設(shè)法減少其影響。常用的減少外磁場(chǎng)影響的方法有：（1）磁屏蔽：將測(cè)量機(jī)構(gòu)裝在導(dǎo)磁性能良好的材料做成的屏蔽罩內(nèi)。這樣外磁場(chǎng)的磁感線將沿著屏蔽罩穿過(guò)，而不會(huì)影響罩內(nèi)的測(cè)量機(jī)構(gòu)。有時(shí)為進(jìn)一步削弱外磁場(chǎng)的影響，可采用兩層甚至三層磁屏蔽。（2）無(wú)定位結(jié)構(gòu)：將固定線圈分成完全相同的兩部分且反方向

33、串聯(lián)，如圖所示。當(dāng)線圈通電以后，兩線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向相反，但其總轉(zhuǎn)矩卻是相加的。一旦有外磁場(chǎng)存在，一線圈的磁場(chǎng)被削弱，另一線圈的磁場(chǎng)必將增強(qiáng)。因兩線圈的結(jié)構(gòu)完全對(duì)稱，所以外磁場(chǎng)對(duì)測(cè)量機(jī)構(gòu)的總作用相互抵消。不論儀表放在哪里，外磁場(chǎng)的作用總是抵消的，故得名“無(wú)定位結(jié)構(gòu)”。三、電動(dòng)系測(cè)量機(jī)構(gòu)（一）電動(dòng)系測(cè)量機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)組成：兩大部分1、固定部分：固定線圈1，固定線圈分成完全相同的兩段，目的一是能使工作磁場(chǎng)比較均勻，二是可以改變電流量程2、可動(dòng)部分：可動(dòng)線圈2、指針3、游絲、空氣阻尼器和轉(zhuǎn)軸，其中游絲的作用有二，一是產(chǎn)生反作用力矩，二是引導(dǎo)電流（二）電動(dòng)系測(cè)量機(jī)構(gòu)的工作原理電動(dòng)系測(cè)量機(jī)構(gòu)是利用兩個(gè)通電線

34、圈之間產(chǎn)生電動(dòng)力作用的原理制成的。如圖所示當(dāng)在固定線圈中通入電流I1時(shí)，將產(chǎn)生磁場(chǎng)B1，同時(shí)在可動(dòng)線圈中通入電流I2,可動(dòng)線圈中的電流就受到固定線圈磁場(chǎng)的作用力，產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，從而推動(dòng)可動(dòng)部分發(fā)生偏轉(zhuǎn)，直到與游絲產(chǎn)生的反作用力矩相平衡為止，指針停在某一位置，指示出被測(cè)量的大小。顯然，轉(zhuǎn)動(dòng)力矩M的方向與I1、I2的方向有關(guān)。如果I1、I2的方向同時(shí)改變，轉(zhuǎn)動(dòng)力矩M的方向并不改變。所以，電動(dòng)系儀表既可以測(cè)量直流電，又可以測(cè)量交流電。固定線圈中磁場(chǎng)大小與通過(guò)其中的電流Il成正比。由于電動(dòng)系測(cè)量機(jī)構(gòu)測(cè)量直流電時(shí)，可動(dòng)線圈受到的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩M與通電兩線圈的電流Il、I2成正比，即M=KiIil2式中Ki是一

35、個(gè)與儀表結(jié)構(gòu)有關(guān)的系數(shù)。當(dāng)M=Mi時(shí)KiIil2=Daa="II2=KI1I2D式中K=KL是一個(gè)系數(shù)；D是游絲的反作用系數(shù)。D上式說(shuō)明，電動(dòng)系測(cè)量機(jī)構(gòu)測(cè)量直流時(shí)，可動(dòng)部分的偏轉(zhuǎn)角a與兩線圈中電流的乘積成正比。當(dāng)電動(dòng)系測(cè)量機(jī)構(gòu)測(cè)量交流電時(shí)，可以證明其轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的平均值為Mp=K11112cos:根據(jù)力矩平衡條件Mf=MP即Da=K1I112cos中一K”故a=I12cos邛=K1112cos中D該式說(shuō)明，電動(dòng)系測(cè)量機(jī)構(gòu)測(cè)量交流電時(shí)，可動(dòng)部分的偏轉(zhuǎn)角a不僅與通過(guò)兩個(gè)線圈電流的有效值有關(guān)，而且還與兩電流相位差的余弦cos邛有關(guān)。（三）電動(dòng)系測(cè)量機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)1、準(zhǔn)確度高。由于這種儀表內(nèi)沒(méi)有鐵磁

36、物質(zhì)，不存在磁滯誤差，故較電磁系儀表的準(zhǔn)確度要高，可達(dá)0.1級(jí)。2、既可測(cè)直流也可測(cè)交流，并且能測(cè)量非正弦電流的有效值。3、能夠多種儀表，刻度尺各不相同。其中電動(dòng)系功率表的刻度尺均勻，電動(dòng)系電流表和電壓表刻度尺不均勻。4、過(guò)載能力小。因可動(dòng)線圈的電流要經(jīng)過(guò)游絲，如果電流太大，游絲易失去彈性或燒斷。5、本身消耗功率大6、易受外磁場(chǎng)的影響。因固定線圈所產(chǎn)生的工作磁場(chǎng)很弱。為消除外磁場(chǎng)的影響，線圈系統(tǒng)通常都采用磁屏蔽或無(wú)定位的結(jié)構(gòu)，也可直接采用鐵磁電動(dòng)系測(cè)量機(jī)構(gòu)。四、感應(yīng)系測(cè)量機(jī)構(gòu)：功率表只能測(cè)量單位時(shí)間內(nèi)負(fù)載所消耗的電能，而負(fù)載在某一段時(shí)間內(nèi)所消耗的電能通過(guò)功率表是測(cè)量不出來(lái)的，因此電能的測(cè)量要用

37、另外一種儀表去測(cè)量，即電能表。電能表是專門用來(lái)測(cè)量電能的儀表，由于電能的單位是度和千瓦時(shí)，所以電能表又叫電度表或千瓦時(shí)表。電能表之所以能用來(lái)測(cè)量電能是因?yàn)樗膬?nèi)部有一個(gè)記度器也叫積算機(jī)構(gòu)，它能把負(fù)載在某一段時(shí)間內(nèi)消耗的電能自動(dòng)的累計(jì)起來(lái)。目前，交流電能的測(cè)量大多采用感應(yīng)系電能表，這種儀表的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩大，成本低，是一種應(yīng)用廣泛的電工儀表。（一）感應(yīng)系電能表的結(jié)構(gòu)組成及各部分的作用1、驅(qū)動(dòng)元件：（1）組成：它是由電流元件和電壓元件組成。電流元件是由電流線圈和繞制電流線圈的U形鐵心組成，電流線圈與負(fù)載串聯(lián)，通過(guò)它的電流就是負(fù)載電流，因此，它的線粗，匝數(shù)少。電壓元件是由電壓線圈和繞制它的E字形鐵心組成，

38、電壓線圈與負(fù)載并聯(lián)，通過(guò)它的電流很少，故其線很細(xì)而匝數(shù)多。（2）作用：產(chǎn)生一交變的工作磁場(chǎng)。2、轉(zhuǎn)動(dòng)元件（1）組成：鋁盤和固定鋁盤的轉(zhuǎn)軸（2）作用：與驅(qū)動(dòng)元件相互作用能產(chǎn)生一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩使鋁盤轉(zhuǎn)動(dòng)。3、制動(dòng)元件（1）組成：永久磁鐵。（2）作用：與鋁盤相互作用能產(chǎn)生一個(gè)制動(dòng)力矩，使鋁盤的轉(zhuǎn)速與被測(cè)功率成正比。4、記度器（也叫積算機(jī)構(gòu)）（1）組成：與轉(zhuǎn)軸連在一起的蝸桿、渦輪、齒輪和滾輪。（2）作用：通過(guò)記度器能直接顯示出被測(cè)電能的多少。（二）感應(yīng)系電能表的工作原理1、電能表的電路和磁路一般感應(yīng)系電能表的鐵心結(jié)構(gòu)如圖所示。電流元件和電壓元件的鐵心之間留有間隙，以便使鋁盤能在間隙中自由的轉(zhuǎn)動(dòng)。電壓元件的鐵心上裝有用鋼板沖制成的回磁板?；卮虐宓南露松烊脘X盤下部，隔著鋁盤與電壓元件的鐵心柱相對(duì)應(yīng)，構(gòu)成電壓線圈工作磁通的回路。電能表的電路和磁路如圖所示。電能表工作時(shí)，通過(guò)電壓線圈的電流產(chǎn)生的磁通分為兩部分，一部分是穿過(guò)鋁盤并經(jīng)回磁板構(gòu)成回路的工作磁通；另一部分是不經(jīng)過(guò)鋁盤而經(jīng)左右鐵腕構(gòu)成回路的非工作磁通。通過(guò)