電學(xué)計(jì)量基礎(chǔ)知識(shí)

1、電學(xué)計(jì)量基礎(chǔ)知識(shí)新疆計(jì)量測(cè)試研究院 劉偉目 錄第一章 電工學(xué)基礎(chǔ)知識(shí) 第一節(jié) 電測(cè)基本概念（一）電（二）電的類型（三）電壓等級(jí)（四）電荷、電壓與電流（五）導(dǎo)體和絕緣體第二節(jié)、直流電路（一）電路的作用與組成部分（二）歐姆定律 (三) 電路的串聯(lián)、并聯(lián)和混聯(lián)（四）電功與電功率（五）電容器及其特性第三節(jié) 交流電路（一）交流電的基本知識(shí)（二）單相交流電路（三）交流電路功率（四）三相交流電路第二章 電學(xué)計(jì)量單位和電學(xué)量具（一）概述（二）電學(xué)主要標(biāo)準(zhǔn)量具第三章 電學(xué)測(cè)量基礎(chǔ)（一）電測(cè)量指示儀表的基本知識(shí)（二）指針式儀表的結(jié)構(gòu)及工作原理（三）電流、電壓、功率及電能的測(cè)量第一章 電工基礎(chǔ)知識(shí)第一節(jié) 電的基本概

2、念 （一）、電1、定義：電是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的一種形式。它是物質(zhì)內(nèi)所含的電子等載流子運(yùn)動(dòng)時(shí)的一種能量表現(xiàn)形式。從實(shí)質(zhì)上講，電是一種能量，也常稱作電能。2、電的作用：電的熱效應(yīng)： 電在人們的生產(chǎn)和生活中獲得了極其廣泛的應(yīng)用，如通 電后可以使燈光和電爐發(fā)熱；電的動(dòng)力效應(yīng)：可以使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)；電的化學(xué)效應(yīng)：可以進(jìn)行電解（稱）；電的磁效應(yīng)： 電磁鐵會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)的吸引力等?？梢?jiàn)電具有許多功能，它可以轉(zhuǎn)化為其他多種形式的能量。正是由于電具有如此巨大的做功本領(lǐng)和能力，所以通常把電功率表示的電能成為電力。（二）、電的類型根據(jù)自由電子在傳導(dǎo)物體內(nèi)是否移動(dòng)，其方向是否隨時(shí)間而改變及如何改變等特性，可將電大概劃分為如下幾種類型。

3、 靜電 恒穩(wěn)直流電電 直流電 脈沖直流電 動(dòng)電 單相交流電 交流電 三相交流電 靜電：是由于受摩擦力的作用，兩種相關(guān)物體發(fā)生了自由電子的得失而產(chǎn)生的，由于它不能在帶電物體內(nèi)流動(dòng)，故稱為靜電。靜電會(huì)產(chǎn)生危害：例如運(yùn)油車(chē)行駛時(shí)，燃油與油罐摩擦、撞擊產(chǎn)生大量靜電，會(huì)引起爆炸。防止靜電常用方法有接地增加空氣濕度等。動(dòng)電：是使電能按照人們的意愿，在規(guī)定的通路內(nèi)“流動(dòng)”的一種電，故稱為動(dòng)電。直流電：電流方向不隨時(shí)間改變的電稱為直流電。恒穩(wěn)直流電：電流方向和大小均與時(shí)間無(wú)關(guān)，始終保持不變的叫恒穩(wěn)直流電。脈沖直流電：電流方向不變而大小隨時(shí)間發(fā)生規(guī)律性變化的叫脈沖直流電。交流電：電流的方向隨時(shí)間發(fā)生周期性交替變

4、化的叫交流電。 （三）、電壓等級(jí)我國(guó)執(zhí)行的供電電壓等級(jí)分為：0.22/0.4kV、6 kV、10 kV、35 kV、110 kV、220 kV、330 kV、500 kV、750 kV 。（四）、電荷、電位、電流、電壓和電動(dòng)勢(shì)概念1、電荷 電荷定義：電荷是帶電的物質(zhì)基本微粒。 電子是它的最小單位，一個(gè)電子所帶的電荷為1.610-19C（庫(kù)侖）。 電荷單位： C（庫(kù)侖） 電荷是客觀存在的一種物質(zhì)，既不能創(chuàng)造也不能消滅。同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引。2、電路中電位的概念在分析電路時(shí)，常常要用到電位這個(gè)概念(與物理學(xué)中電勢(shì)的概念相同)，實(shí)際上所說(shuō)某一點(diǎn)的電位，是指該點(diǎn)相對(duì)與電位參考點(diǎn)而言的電位

5、差。通常，多是選擇大地作為零電位點(diǎn)。參考點(diǎn)在電路圖中應(yīng)標(biāo)上“接地”符號(hào)“ ”，含義為電位等于0V (0伏特)。電位的單位都是V(伏特)、kV(千伏)或mV(毫伏)等。3、電流基本物理量電流概念:電荷有規(guī)則的定向運(yùn)動(dòng)大小:單位時(shí)間通過(guò)導(dǎo)體橫截 面的電荷量方向:正電荷移動(dòng)的方向單位:安培(A) 毫安(mA) 微安(A) abSIab i =dq / dt I = q / t (直流)4、電壓概念：電荷在導(dǎo)體中作定向運(yùn)動(dòng)時(shí)，一定要受到力的作用。如果這個(gè)力源是電場(chǎng)，則電荷運(yùn)動(dòng)就要消耗電場(chǎng)能量，或者說(shuō)電場(chǎng)力對(duì)電荷作了功。為衡量電場(chǎng)力對(duì)電荷作功的能力，引入一新的物理量電壓大?。篴、b兩點(diǎn)間電壓 Uab 在

6、數(shù)值上等于電場(chǎng)力把單位正電荷從a點(diǎn)移到b點(diǎn)所作的功。也就是單位正電荷在移動(dòng)過(guò)程中所失去的電能。電路的基本物理量方向：正電荷在電場(chǎng)的作用下，從高電位向低電位移動(dòng)。規(guī)定這時(shí)正電荷的的移動(dòng)方向?yàn)殡妷旱恼较?。在分析電路之前，可以任意選擇某一方向?yàn)殡妷旱膮⒖挤较颉．?dāng)實(shí)際電壓方向與參考方向一致時(shí)，電壓值為正，反之為負(fù)。單位：伏特(V) 千伏(kV) 毫伏(mV)電路的基本物理量電壓如圖為關(guān)聯(lián)方向定義的電壓和電流電壓關(guān)聯(lián)方向 當(dāng)a、b兩點(diǎn)間所選擇的電壓參考方向由a指向b時(shí)，也選擇電流的參考方向經(jīng)電路由由a指向b，這種參考方向的定義方式成為關(guān)聯(lián)方向。電路的基本物理量abIUabIU5、電動(dòng)勢(shì)正電荷從高電位a

7、向低電位b移動(dòng)，a端的正電荷逐漸減少會(huì)使其電位逐漸降低。 為維持導(dǎo)體中的電流能夠連續(xù)不斷地流過(guò)，且應(yīng)使得導(dǎo)體a、b兩端的電壓不致喪失，就要將b端的正電荷移至a端。但電場(chǎng)力的作用方向恰好與此相反，因此就必須要有另一種力去克服電場(chǎng)力而使b端的正電荷移至a端。電源中必須具有這種力電源力，我們把這種衡量電源力做功大小的物理量叫做電源電動(dòng)勢(shì)。電路的基本物理量IEabUab+_ab電源力電動(dòng)勢(shì)大小：電源電動(dòng)勢(shì)Eab的數(shù)值等于電源力把單位正電荷從電源的低電位b端經(jīng)電源內(nèi)部移到電源高電位b端所作的功，也就是單位正電荷從電源低電位端移到高電位端多獲得得能量。方向：電動(dòng)勢(shì)的實(shí)際方向是由電源低電位端指向電源高電位端

8、。在分析問(wèn)題時(shí)可設(shè)參考方向。單位：電動(dòng)勢(shì)與電壓的單位相同。為伏特(V)標(biāo)量性：電動(dòng)勢(shì)與電壓和電流都是標(biāo)量。電路的基本物理量（五）、導(dǎo)體和絕緣體1、電阻與電阻率物體對(duì)電流通過(guò)時(shí)所呈現(xiàn)的阻力叫電阻。電阻率是指長(zhǎng)度為1m、均勻截面積為1mm2物體所具有的電阻值。電阻(R)的單位：國(guó)際單位：歐姆()；常用的單位有：兆歐(M)、千歐(k)。 1兆歐=103千歐； 1千歐=103歐。在溫度不變時(shí)，一定材料的導(dǎo)體的電阻跟它的長(zhǎng)度成正比，跟它的截面積成反比，這個(gè)規(guī)律叫做電阻定律。公式R=L/S :電阻率；L電阻長(zhǎng)度；S電阻截面積。2、導(dǎo)體凡電阻率在10-6-10-8m范圍內(nèi)，因含有大量能夠在電場(chǎng)力作用下自由移

9、動(dòng)的帶電粒子，故能很好的傳導(dǎo)電流的物體，常稱作導(dǎo)體，如各種金屬、碳棒等。3、絕緣體若電阻率在108-1020m范圍內(nèi)，導(dǎo)電性能很差，可以認(rèn)為在一般溫度下幾乎不導(dǎo)電的物體，叫做絕緣體或電介質(zhì)，如空氣、膠體等。電阻率的大小與材料的溫度有關(guān)。對(duì)金屬材料而言，其電阻率隨溫度的升高而增大；對(duì)絕緣體和半導(dǎo)體而言，其電阻率隨溫度的升高而減小。平均溫度系數(shù)，當(dāng)導(dǎo)體溫度變化1時(shí)，導(dǎo)體電阻變化的數(shù)值與原來(lái)電阻數(shù)值的比值 .第二節(jié)、直流電路（電路模型）實(shí)際電路都是根據(jù)人們的需要將實(shí)際的電路元件或器件搭接起來(lái)，以完成人們的預(yù)想要求。如發(fā)電機(jī)、變壓器、電動(dòng)機(jī)、電阻器及電容器等但是，實(shí)際元器件的電磁特性十分復(fù)雜。為便于對(duì)

10、電路的分析和數(shù)學(xué)描述，常將實(shí)際元器件理想化（即模型化）由理想電路元件組成的電路就是電路的電路模型。（下圖：一個(gè)最簡(jiǎn)單的手電筒電路）電路與電路模型實(shí)際電路：電路模型：導(dǎo)線開(kāi)關(guān)電池?zé)襞?R0R開(kāi)關(guān)E干電池電珠S導(dǎo)線開(kāi)關(guān)電池+R0R開(kāi)關(guān)E干電池電珠SI 分析 “電路” 問(wèn)題的 核心點(diǎn)任何電路，都是在電動(dòng)勢(shì)、電壓或電流的作用下進(jìn)行工作的，對(duì)于電路的分析和計(jì)算就是要討論電壓、電動(dòng)勢(shì)和電流狀態(tài)以及它們之間的關(guān)系。即討論響應(yīng)的狀態(tài)及與激勵(lì)的關(guān)系電電動(dòng)勢(shì)例題電路的基本物理量+R0U=2.8VU =-2.8VI=0.28AI =-0.28A如圖所示E=3V電動(dòng)勢(shì)為E=3V方向由負(fù)極指向正極電壓為U=2.8V 由

11、指向電流為I=0.28A 由流向其參考方向?yàn)殛P(guān)聯(lián)方向。U 與 I 的參考方向選擇亦為關(guān)聯(lián)方向的定義方式。而電壓U 與電流 I 的參考方向?yàn)榉顷P(guān)聯(lián)方向。二、 歐姆定律1、歐姆定律：實(shí)踐證明：當(dāng)導(dǎo)體溫度不變時(shí)，通過(guò)導(dǎo)體的電流與加在導(dǎo)體兩端的電壓成正比，而與其電阻成反比，這一結(jié)論叫做一段電路的歐姆定律 流過(guò)電阻的電流與電阻兩端的電壓成正比?；蛘弑硎緸椋簹W姆定律的單位： 在SI中，電阻為歐姆() 或者為千歐(k) 、兆歐(M) UIR歐姆定律的符號(hào)根據(jù)電路上所選電壓和電流方向的不同，歐姆定律的表達(dá)式有著不同的符號(hào)：當(dāng)電流和電壓的正方向定義為關(guān)聯(lián)方向時(shí)，歐姆定律如(1)式 UIR歐姆定律當(dāng)電流和電壓的正

12、方向定義為非關(guān)聯(lián)方向時(shí)歐姆定律如(2)式 (1)(2)UIR應(yīng)用歐姆定律對(duì)如下各圖列出表達(dá)式，并求出電阻值。例題(1-1)：歐姆定律UIR6V2A(a)UIR6V-2A(b)UIR-2A-6V(d)UIR(c)-6V 2A歐姆定律的符號(hào)對(duì)于(a)圖例題(1-1)分析歐姆定律的應(yīng)用UIR6V2A(a)UIR6V-2A(b)對(duì)于(b)圖UIR-2A-6V(d)UIR(c)-6V 2A例題(1-1)分析歐姆定律的應(yīng)用對(duì)于(c)圖對(duì)于(d)圖例題(1-2)：計(jì)算圖中電阻R的值，已知Uab=-12V歐姆定律的應(yīng)用I= -2ARnmUnmE1=5VE2=3Vab解：a點(diǎn)電位比b點(diǎn)電位低12V n點(diǎn)電位比b

13、點(diǎn)電位低7V m點(diǎn)電位比b點(diǎn)電位高3V于是： n點(diǎn)電位比m 點(diǎn)電位低7+3=10V即Unm =-10V2、全電流的歐姆定律在實(shí)際工作中，會(huì)遇到以直流電機(jī)或蓄電池等作電源供給負(fù)載的電路。圖給出了一臺(tái)直流發(fā)電機(jī)負(fù)載的簡(jiǎn)單電路。這種電路是由內(nèi)電路（即電源內(nèi)部電路）和外電路（包括導(dǎo)線和負(fù)載）所組成的全電路。實(shí)踐證明：在只有一個(gè)電源的無(wú)分支閉合電路中，電流的大小與電源的電動(dòng)勢(shì)E成正比，而與內(nèi)、外電路電阻之和（r0+R）成反比，這一結(jié)論叫做全電路的歐姆定律。用公式表示，即或E=IR+I=U+U0式中-電源的內(nèi)電阻，； R 外電路的電阻（包括導(dǎo)線電阻和負(fù)載電阻），；U0即I，電源內(nèi)阻上的電壓降，V;U即IR

14、,電源兩端的電壓（通常叫端電壓），當(dāng)不計(jì)導(dǎo)線電阻時(shí)即為負(fù)載兩端的電壓，V;(三)、電路的串聯(lián)、并聯(lián)和混聯(lián) 1、電阻串聯(lián)電路 把幾個(gè)電阻的頭尾依次串聯(lián)成一串，這樣的連接叫做電阻的串聯(lián)，如下圖所示。串聯(lián)電路的特點(diǎn)如下（1）電流特點(diǎn)。串聯(lián)電路的電流處處相等，即I=I1=I2=I3（2）電壓特點(diǎn)。串聯(lián)電路的電壓等于各電阻上分電壓之和，即U=U1+U2+U33.電阻的串聯(lián)總電阻n個(gè)電阻串聯(lián)可等效為一個(gè)電阻4.分壓公式兩個(gè)電阻串聯(lián)時(shí)例 有一磁電系表頭，如圖（a）所示。滿刻度偏轉(zhuǎn)電流IC=50A,內(nèi)電阻RC=3k,若改裝成最大量程為10V的電壓表，應(yīng)串聯(lián)一個(gè)多大的分壓電阻？解：當(dāng)指針滿刻度時(shí)，表頭兩端的電壓

15、UC=ICRC=5010-63103=0.15(V)若量程擴(kuò)大到10V,則分壓電阻兩端電壓 U分壓=U-UC=10-0.15=9.85(V)由此得出：R分壓=U分壓/IC=9.85/(5010-6)=197 (k)即應(yīng)串聯(lián)197 k的電阻，才能將表頭改裝成量程為10V的電壓表。2、電阻并聯(lián)電路幾個(gè)電阻并排地接到同一電壓的兩節(jié)點(diǎn)之間的連接，叫做電阻的并聯(lián)，如下圖所示。 （1）電壓特點(diǎn)。并聯(lián)電路電阻兩端的電壓相等， 即U=U1=U2=U3（2）電流特點(diǎn)。并聯(lián)電路的總電流等于通過(guò)各電阻的分電流之和，即I=I1+I2+I33電阻的并聯(lián)電阻n個(gè)電阻并聯(lián)可等效為一個(gè)電阻分流公式兩個(gè)電阻并聯(lián)時(shí)例有一只直流電

16、流表，如圖（a）所示，其內(nèi)電阻RC=2000，指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度時(shí)的電流IC=0.05mA,若測(cè)量5mA的直流電流，需并聯(lián)多大數(shù)值的分流電阻？解：表頭兩端允許電壓 UC=ICRC=0.0510-32000=0.1(V) 分流電阻R分流在上通過(guò)的電流 I分流=I總-IC=5-0.05=4.95(mA)表頭與分流電阻兩端電壓相等，所以 R分流=UC/I分流=0.1/（4.9510-3）=20.2（） 表頭并聯(lián)分流電阻后，總電阻 R=(200020.2)/(2000+20.2)=20(）應(yīng)并聯(lián)20.2的電阻，使回路總電阻降為20，才能將表頭改裝成量程為5mA的電流表。電阻的混聯(lián)電路在實(shí)際電路中，既有電

17、阻串聯(lián)又有電阻并聯(lián)的電路，稱為混聯(lián)電路。如圖所示。下面介紹混聯(lián)電路的計(jì)算方法和簡(jiǎn)化步驟。（1）整理化簡(jiǎn)電路。把幾個(gè)串聯(lián)或并聯(lián)的電阻分別用等效電阻來(lái)代替，然后 求出該電路的總電阻，如圖（b）(c) (d)所示。（2）根據(jù)電路的總電壓、總電阻、計(jì)算出該電路的總電源。（3）最后推算出各部分的電壓降和電流等。例如圖所示的電阻分壓電路，利用分壓器上滑動(dòng)端C的滑動(dòng)，可向負(fù)載R3輸出0-U1的可變電壓。現(xiàn)已知U1=12V，負(fù)載電阻R3=200?；瑒?dòng)端C移動(dòng)到中間時(shí)，分壓器兩電阻R1=R2=600,試求開(kāi)關(guān)K在斷開(kāi)和接通兩種情況下的電壓U2,負(fù)載電壓U3以及通過(guò)分壓器的電流I1和I2。解：K斷開(kāi)時(shí)，為串聯(lián)電路

18、 I3=0 I1=I2=U1/(R1+R2)=12/1200=0.01(A)=10(mA) U2=I2R2=0.01600=6(V) U3=0K閉合時(shí)，為混聯(lián)電路，電路總等效電阻 R=R1+R2R3/(R2+R3) =600+600200/(600+200)=750( I1=U1/R=12/750=0.016(A)=16(mA)并聯(lián)支路各分流與電阻成反比，故 I3=I1R2/(R2+R3)=0.016600/(600+200)=0.012(A)=12(mA)因R2與R3并聯(lián)連接，故U2=U3=2.4(V)從上述結(jié)過(guò)可以看出，當(dāng)K閉合后，分壓器ac段的電流從10mA增加到16mA。4、基爾霍夫定

19、律在研究電路時(shí)，會(huì)常遇到一些不能用串聯(lián)、并聯(lián)簡(jiǎn)化成一個(gè)單回路的電路，稱為復(fù)雜電路。復(fù)雜電路的分析和計(jì)算的僅靠歐姆定律是不夠的， 下面介紹基爾霍夫第一定律、第二定律來(lái)解決 一些電路的計(jì)算問(wèn)題。先介紹幾個(gè)名詞。 （1）支路 ：由一個(gè)或幾個(gè)元件（電阻或電源）串聯(lián)成的無(wú)分支電路叫做支路。在同一個(gè)支路中各元件通過(guò)的電流是相等的。圖中，fab和bcd都叫支。 （2）節(jié)點(diǎn)：由三條或更多數(shù)目的支路聯(lián)結(jié)的地方叫做節(jié)點(diǎn)。圖中b、e、f為節(jié)點(diǎn)。 （3）由支路構(gòu)成的閉合路徑叫回路。一個(gè)回路可能包含幾個(gè)支路，并通過(guò)若干個(gè)節(jié)點(diǎn)。圖中abefa、bcdeb、abcdgfa都是回路。 （4）基爾霍夫第一定律 基爾霍夫第一定律

20、也稱節(jié)點(diǎn)電流定律：對(duì)電路中任一節(jié)點(diǎn)，在任一時(shí)刻流入節(jié)點(diǎn)的電流之和等于流出節(jié)點(diǎn)的電流之和。用公式表示 基爾霍夫第一定律也可表述為；在任一時(shí)刻，通過(guò)電路中任一節(jié)點(diǎn)的電流代數(shù)和恒等于零。用公式表示為例列出下圖中各節(jié)點(diǎn)的KCL方程節(jié)點(diǎn)a i1i4i60節(jié)點(diǎn)b i2i4i50節(jié)點(diǎn)c i3i5i60以上三式相加： i1 i2i3 0; KCL通常用于節(jié)點(diǎn)，但是對(duì)于包圍幾個(gè)節(jié)點(diǎn)的閉合面也是適用的。（5）基爾霍夫第二定律 基爾霍夫第二定律也稱回路電壓定律，其內(nèi)容為：對(duì)電路中的任一閉合回路，沿回路繞行方向上各段電壓的代數(shù)和等于零。用公式表示為 基爾霍夫第二定律也可表述為：對(duì)電路中的任一閉合回路，各電阻上電壓降的

21、代數(shù)和等于各電源電動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和。用公式表示為例列出下圖的KVL方程 5、戴維南定理（1）、二端網(wǎng)絡(luò)任何具有兩個(gè)出線端的部分電路都稱作二端網(wǎng)絡(luò)。若網(wǎng)絡(luò)中含有電源稱為有源二端網(wǎng)絡(luò)，否則稱為無(wú)源二端網(wǎng)絡(luò)。（2） 戴維南定理對(duì)外電路來(lái)說(shuō)，任何一個(gè)線性有源二端網(wǎng)絡(luò)，都可以用一條含源支路即電壓源和電阻串聯(lián)的支路來(lái)代替，其電壓源電壓等于線性有源二端網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)路電壓uOC，電阻等于線性有源二端網(wǎng)絡(luò)除源后兩端間的等效電阻Ro。這就是戴維南定理。NabusRoab+6、疊加原理在任何由線性電阻、線性受控源及獨(dú)立源組成的電路中，每一元件的電流或電壓等于每一個(gè)獨(dú)立源單獨(dú)作用于電路時(shí)在該元件上所產(chǎn)生的電流或電壓的代數(shù)和。

22、這就是疊加定理。說(shuō)明：當(dāng)某一獨(dú)立源單獨(dú)作用時(shí)，其他獨(dú)立源置零。例：求 I解：應(yīng)用疊加定理R12AIR24VR1R22A22IR1R2I4V（四）電功與電功率 1、電功：在電場(chǎng)力作用下，電荷定向移動(dòng)形成的電流所做的功稱為電功。電流做功的過(guò)程就是將電能轉(zhuǎn)化成其它的能的過(guò)程。因此，電功也稱為電能。 如果加在導(dǎo)體兩端的電壓為U，在時(shí)間t內(nèi)通過(guò)的導(dǎo)體橫截面的電荷量為q，則導(dǎo)體中的電流I = q / t,根據(jù)電壓的定義式 可知，電流所做的功，即電功的大小為 式中： W 電功，單位是焦耳（J）； U加在導(dǎo)體兩端的電壓，單位是伏特（V）； I導(dǎo)體中的電流，單位是安培（A）;t通電時(shí)間，單位是秒（s）對(duì)于純電阻

23、電路，歐姆定律成立，即U=RI，帶入上式可得 2、電功率： 電功率是描述電流做功快慢的物理量。電流在單位時(shí)間內(nèi)所做的功叫做電功率。如果時(shí)間t內(nèi)，電流通過(guò)導(dǎo)體所做的功為 W，那么電功率為 式中： W 電能，單位是焦耳（J）； P 電功率，單位是瓦特（W）； t電流做功所用的時(shí)間，單位是秒（s）同樣對(duì)于純電阻電路，電功率的公式可以寫(xiě)成 數(shù)學(xué)分析證明：當(dāng)負(fù)載電阻R和電源內(nèi)阻r相等時(shí)（如圖），電源輸出功率最大（負(fù)載獲得最大功率Pmax）,即當(dāng)R=r時(shí)，使負(fù)載獲得最大功率的條件也叫做最大功率輸出定理。（五）電容器及其特性 任何兩個(gè)絕緣介質(zhì)隔開(kāi)而又相互靠近的導(dǎo)體，就可稱為電容器。這兩個(gè)導(dǎo)體就是電容器的兩個(gè)

24、極板，中間的絕緣物質(zhì)稱為電容器的介質(zhì)。最簡(jiǎn)單的電容器是平行板電容器，它由兩塊相互平行且靠的很近而又彼此絕緣的金屬板組成，兩塊金屬板就是電容器的兩個(gè)極板，中間的空氣即為電容器的介質(zhì)。 電容器最基本的特性是能夠儲(chǔ)存電荷。電容器極板上所儲(chǔ)存的電荷隨著外接電源電壓增高而增加。實(shí)驗(yàn)證明，電容器所儲(chǔ)存的電荷量與兩極板的電壓的比值是一個(gè)常數(shù)，稱為電容器的電容量，簡(jiǎn)稱電容，用字母C表示。它表示電容器儲(chǔ)存電荷的本領(lǐng)，用公式為 式中：C電容，單位是法拉（F）； Q一個(gè)極板的電荷量，單位是庫(kù)倫（C）； U兩極板間的電壓，單位是伏特（V） 電容量的單位是法拉，簡(jiǎn)稱法，用符號(hào)F表示。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，法拉這個(gè)單位太大，通常用

25、遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于法拉的單位是微法（F）和皮法（pF)： 1F=10-6F 1 pF=10-12F1、電容器串聯(lián)電路特點(diǎn)(如圖)：電量特點(diǎn)。電容器串聯(lián)電路各電容器所帶的電量相等。電壓特點(diǎn)。電容器串聯(lián)電路的總電壓等于每個(gè)電容器 的兩端電壓之和。電容特點(diǎn)。電容器串聯(lián)電路的等效電容的倒數(shù)等于各 個(gè)分電容的倒數(shù)之和。電壓分配。電容器串聯(lián)電路中各電容器兩端的電壓與電容量成例有兩個(gè)電容器，C1=200pF, C2=300pF,求串聯(lián)后的等效電容。解：串聯(lián)后的等效電容為 C=例有兩個(gè)電容器串聯(lián)后兩端接到電壓為360V的電源上，其中C1=100pF,耐壓100V，C2=400pF,耐壓為350V，問(wèn)電路能否正常工作？分

26、析：電路能否正常工作，需求串聯(lián)電路中每只電容器上所承受的電壓是否超過(guò)自身的耐壓。若在耐壓范圍之內(nèi)，工作是安全可靠的，否則會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)。解：總電容C= 各電容所帶電荷量 電容器C1承受的電壓電容器C2承受的電壓由于電容器C1所承受的電壓是288V，超過(guò)了它的耐壓，C1會(huì)被擊穿，導(dǎo)致360V電壓全部加到C2上，C2也會(huì)被擊穿。因此電路不能正常工作。2、電容器并聯(lián)電路特點(diǎn)(如圖)：電量特點(diǎn)。由于并聯(lián)電容器兩端的電壓相等，每個(gè)電容器所充有的電荷量為 所以總電荷量為 。電壓特點(diǎn)。電容器并聯(lián)電路每個(gè)電容器兩端的電壓相同，并等于外加電源電壓，即U=U1=U2。電容特點(diǎn)。電容器并聯(lián)后的等效電容量等于各個(gè)電容器的

27、電容量之和。例有兩個(gè)電容器并聯(lián)，C1=2F,耐壓100V, C2=10F,耐壓200V,求并聯(lián)后的等效電容及耐壓。分析：電路能否正常工作，每只電容器的耐壓均應(yīng)大于外加電壓，所以等效電容耐壓值應(yīng)保證每個(gè)電容器都能承受。解：并聯(lián)后的等效電容為 并聯(lián)后的耐壓UC=100V例有兩個(gè)電容器，C1=2F,耐壓60V, C2=4F,耐壓100V。求：（1）若將它們串聯(lián)起來(lái)，等效電容是多少？電路能承受的最大電壓是多少？（2）若將它們并聯(lián)起來(lái)，等效電容是多少？電路能承受的最大電壓是多少？解：將電容器串聯(lián)起來(lái)等效電容C=電容C1能儲(chǔ)存的最大電量電容C2能儲(chǔ)存的最大電量因此，電容器串聯(lián)后能儲(chǔ)存的最大電量電路能承受的

28、最大電壓(2)將電容器并聯(lián)起來(lái)等效電容為電路能承受的最大電壓U=U1=60V第三節(jié) 交流電路（一）交流電的基本知識(shí)1、交流電的基本概念：在電路中，大小和方向隨時(shí)間作周期性變化的電流和電壓，分別稱為交變電流和交變電壓，統(tǒng)稱交流電。交流電分為正弦交流電和非正弦交流電。大小和方向隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化的電壓和電流，稱為正弦交流電，即我們平時(shí)所說(shuō)的單相交流電，其文字符號(hào)用字母“AC”表示，圖形符號(hào)用“”表示。交流電流和電壓在變化過(guò)程中的任一瞬間，都有確定的大小和方向，稱為交流電的瞬時(shí)值，分別用小寫(xiě)字母i、u、e表示電流、電壓和電動(dòng)勢(shì),、表示電壓、電流最大值。隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化的電壓、電流稱為正弦電壓和

29、正弦電流。表達(dá)式為：以正弦電流為例振幅角頻率振幅、角頻率和初相稱為正弦量的的三要素。相位初相角: 簡(jiǎn)稱初相波形角頻率：正弦量單位時(shí)間內(nèi)變化的弧度數(shù)角頻率與周期及頻率的關(guān)系：周期T：正弦量完整變化一周所需要的時(shí)間頻率f：正弦量在單位時(shí)間內(nèi)變化的周數(shù)周期與頻率的關(guān)系：相位：正弦量表達(dá)式中的角度初相：t=0時(shí)的相位相位差：兩個(gè)同頻率正弦量的相位之差，其值等于它們的初相之差。如相位差為：4 振幅與有效值振幅：正弦量的最大值周期電流有效值：讓周期電流i和直流電流I分別通過(guò)兩個(gè)阻值相等的電阻R，如果在相同的時(shí)間T內(nèi)，兩個(gè)電阻消耗的能量相等，則稱該直流電流I的值為周期電流i的有效值。根據(jù)有效值的定義有： 周

30、期電流的有效值為：對(duì)于正弦電流，因所以正弦電流的有效值為：同理，正弦電壓的有效值為：（二）單相交流電電阻元件伏安關(guān)系：u=Ri根據(jù)相量運(yùn)算的規(guī)則，有： 1、純電阻電路 例將一個(gè)阻值為1210的白熾燈，接到電壓為 V的電源上，求：（1）通過(guò)白熾燈的電流為多少？寫(xiě)出電流的解析式;(2)白熾燈消耗的功率是多少？分析：從電壓表達(dá)式先讀出電壓的有效值和初相位，再根據(jù)歐姆定律和有功功率的計(jì)算公式求出電流和有功功率。解：由 V可知：電源電壓有效值U=220V， 初相位(1)通過(guò)白熾燈的電流初相位電流的解析式為(2)白熾燈消耗的功率P=UI=2200.182=40W2、電感元件電感元件伏安關(guān)系：根據(jù)相量運(yùn)算的

31、規(guī)則有： 感抗：XL=L，與頻率成正比。例一個(gè)電感為318mH的純電感線圈，接在電壓 V的電源上，求：（1）通過(guò)線圈的電流為多少？寫(xiě)出電流解析式；（2）電路的無(wú)功功率是多少？分析：從電壓表達(dá)式先讀出電壓的有效值、角頻率和初相位，再根據(jù)歐姆定律和無(wú)功功率的計(jì)算公式求出電流和無(wú)功功率。解：由 V可知：電源的電壓有效值U=220V,角頻率=314rad/s,初相位(1)線圈的感抗通過(guò)線圈的電流初相位電流的解析式為(2)電路的無(wú)功功率 var3、電容元件或容抗：XC=1/C，與頻率成反比。電感元件伏安關(guān)系：根據(jù)相量運(yùn)算的規(guī)則有： 例一個(gè)容量為31.8F的電容器，接在電壓 V的電源上，求：（1）通過(guò)電容

32、器的電流為多少？寫(xiě)出電流的解析式；（2）電路的無(wú)功功率為多少？解：由 V可知；電源的電壓有效值U=220V,角頻率=314rad/s,初相位(1)電容器的容抗通過(guò)線圈的電流初相位電流的解析式為(2) 電路的無(wú)功功率 var4 正弦交流電路的一般分析方法 將正弦交流電路中的電壓、電流用相量表示，元件參數(shù)用阻抗來(lái)代替。運(yùn)用基爾霍夫定律的相量形式和元件歐姆定律的相量形式來(lái)求解正弦交流電路的方法稱為相量法。運(yùn)用相量法分析正弦交流電路時(shí)，直流電路中的結(jié)論、定理和分析方法同樣適用于正弦交流電路。1阻抗的定義定義無(wú)源二端網(wǎng)絡(luò)端口電壓相量和端口電流相量的比值為該無(wú)源二端網(wǎng)絡(luò)的阻抗，并用符號(hào)Z表示，即：或或稱為

33、歐姆定律的相量形式。電阻、電感、電容的阻抗： 相量模型將所有元件以相量形式表示：2阻抗的性質(zhì)電阻電抗阻抗模阻抗角電壓超前電流，感性電壓滯后電流，容性電壓電流同相，阻性3阻抗的串聯(lián)與并聯(lián)的阻抗的阻抗R R的阻抗u，i ， 相量 相量模型將所有元件以相量形式表示：4. RLC串聯(lián)電路由歐姆定律：由KVL：例：RLC串聯(lián)電路。已知R=5k，L=6mH，C=0.001F，U=5 sin106tV。(1) 求電流i和各元件上的電壓，畫(huà)出相量圖；(2)當(dāng)角頻率變?yōu)?105rad/s時(shí)，電路的性質(zhì)有無(wú)改變。解：(1)kkk由，得電壓相量為：(2)當(dāng)角頻率變?yōu)?105rad/s時(shí)，電路阻抗為： 可見(jiàn)電阻總是消

34、耗能量的，而電感和電容是不消耗能量的，其平均功率都為0。平均功率就是反映電路實(shí)際消耗的功率。各電阻所消耗的平均功率之和，就是該電路所消耗的平均功率。（三）交流電路功率1、平均功率（有功功率）2無(wú)功功率單位為乏（Var）3視在功率單位為伏安（VA）平均功率P、無(wú)功功率Q和視在功率S的關(guān)系：表示用電設(shè)備的容量。1、提高功率因數(shù)的意義：(1)提高發(fā)、配電設(shè)備的利用率；(2)減少輸電線路的電壓降和功率損失。2、提高功率因數(shù)的方法：在感性負(fù)載上并聯(lián)適當(dāng)?shù)碾娙荨?. 功率因數(shù)的提高（四） 三相交流電路 1、定義：由3個(gè)頻率相同、振幅相同、相位互差120的正弦電壓源所構(gòu)成的電源稱為三相電源。由三相電源供電的

35、電路稱為三相電路。2、三相電源 三相電源由三相交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的。在三相交流發(fā)電機(jī)中有3個(gè)相同的繞組。3個(gè)繞阻的首端分別用A、B、C表示，末端分別用X、Y、Z表示。這3個(gè)繞組分別稱為A相、B相、C相，所產(chǎn)生的三相電壓分別為：三個(gè)電壓 同幅值 同頻率相位互差120三個(gè)電壓達(dá)最大值的先后次序叫相序，圖示相序?yàn)锳BC（1）三相電源的星形連接星形連接：3個(gè)末端連接在一起引出中線，由3個(gè)首端引出3條火線。每個(gè)電源的電壓稱為相電壓火線間電壓稱為線電壓。由相量圖可得：可見(jiàn)，三個(gè)線電壓幅值相同，頻率相同，相位相差120。（2）三相電源的三角形連接注：此種接法如一相接反，將造成嚴(yán)重后果。三角形連接：將三相繞組的首

36、、末端依次相連，從3個(gè)點(diǎn)引出3條火線。第二章、電學(xué)計(jì)量單位和電學(xué)量具（一）概述人類為了認(rèn)識(shí)自然和改造自然，需要不斷地對(duì)自然界的各種現(xiàn)象進(jìn)行測(cè)量，所謂測(cè)量“就是以確定量值為目的的一組操作。它是人類認(rèn)識(shí)和改造客觀世界的一種必不可少的手段，是從客觀事物中取得定量信息，以獲得物體或物質(zhì)某些特征的數(shù)字表征，使人們對(duì)物體、物質(zhì)和自然現(xiàn)象屬性的認(rèn)識(shí)達(dá)到從定性到定量的轉(zhuǎn)化。電學(xué)計(jì)量就是按照國(guó)家法定的計(jì)量檢定系統(tǒng)，應(yīng)用電測(cè)量器具，采用相應(yīng)的測(cè)量方法對(duì)被測(cè)電參量進(jìn)行定量分析的一門(mén)科學(xué)；是人們掌握電學(xué)知識(shí)，發(fā)展電學(xué)理論和電學(xué)技術(shù)的重要手段。電學(xué)計(jì)量產(chǎn)生于電現(xiàn)象的發(fā)展和認(rèn)識(shí)之中，同時(shí)又促進(jìn)電的研究、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。電學(xué)計(jì)

37、量包括電量計(jì)量和參量計(jì)量。電量計(jì)量是指與電荷有關(guān)的量，如電流、電壓、電功率、電能、電流密度、電場(chǎng)強(qiáng)度等的計(jì)量；參量計(jì)量是指與電路元件參數(shù)有關(guān)的量，如電阻、電容、電感、電導(dǎo)、電阻率等的計(jì)量。電磁測(cè)量包括所有電磁學(xué)量的測(cè)量，以及有關(guān)的其他量（交流電的頻率、相角等）的測(cè)量。利用電磁學(xué)原理已經(jīng)設(shè)計(jì)制作出各種專用儀表(安培計(jì)，伏特計(jì)、歐姆計(jì)、磁場(chǎng)計(jì)等)和測(cè)量電路，它們可滿足對(duì)各種電磁學(xué)量的測(cè)量。 電磁測(cè)量的另一個(gè)重要的方面是非電量(長(zhǎng)度、速度、形變、力、溫度、光強(qiáng)、成分等)的電測(cè)量。它的主要原理是利用電磁量與非電量相互聯(lián)系的某種效應(yīng)，將非電量的測(cè)量轉(zhuǎn)換為電磁量的測(cè)量。由于電測(cè)量有一系列優(yōu)點(diǎn)：準(zhǔn)確度高、量

38、程寬、慣量小、操作簡(jiǎn)便，并可遠(yuǎn)距離遙測(cè)和實(shí)現(xiàn)測(cè)量技術(shù)自動(dòng)化，非電量的電測(cè)量正在不斷發(fā)展。在國(guó)際單位制七個(gè)基本單位中，電學(xué)基本單位是安培（A）其定義是安培是一恒定電流，若保持在處于真空中相距1m的兩根無(wú)限長(zhǎng)而圓截面可忽略的平行直導(dǎo)線內(nèi)，則此兩導(dǎo)線之間產(chǎn)生的力在每米長(zhǎng)度上等于210-7牛頓。電學(xué)基準(zhǔn)度量器的構(gòu)成，電學(xué)計(jì)量中，基準(zhǔn)度量器有電動(dòng)勢(shì)基準(zhǔn)、電阻基準(zhǔn)和電容基準(zhǔn)，這三者共同構(gòu)成了電學(xué)計(jì)量的基礎(chǔ)。（二）電學(xué)主要標(biāo)準(zhǔn)量具1、標(biāo)準(zhǔn)電池標(biāo)準(zhǔn)電池是原電池的一種，它的電動(dòng)勢(shì)比較穩(wěn)定。但由于它的內(nèi)阻很高，在充放電的情況下會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象，故不能用作供電使用。在電學(xué)計(jì)量中正是利用了標(biāo)準(zhǔn)電池電動(dòng)勢(shì)比較穩(wěn)定這一特點(diǎn)

39、，用它作為直流電動(dòng)勢(shì)（或電壓）的基準(zhǔn)或標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)電池按其電解液的濃度不同分為飽和標(biāo)準(zhǔn)電池和不飽和標(biāo)準(zhǔn)電池。飽和標(biāo)準(zhǔn)電池中的電解液在其允許使用的溫度范圍內(nèi)都是飽和溶液。不飽和標(biāo)準(zhǔn)電池中的電解液在其允許使用的溫度范圍內(nèi)都是不飽和溶液。標(biāo)準(zhǔn)電池主要特性是溫度特性，原則上講，標(biāo)準(zhǔn)電池的電動(dòng)勢(shì)是隨環(huán)境溫度的變化而變化的。國(guó)際上統(tǒng)一規(guī)定，對(duì)于任何一只標(biāo)準(zhǔn)電池只給出其在20時(shí)的電動(dòng)勢(shì)值，在偏離20的條件下應(yīng)用時(shí)，要根據(jù)它的溫度修正公式進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于飽和標(biāo)準(zhǔn)電池而言，我國(guó)采用的溫度修正公式為式中溫度適用范圍是0+40。為了在實(shí)際上使用方便起見(jiàn)，在要求不是十分嚴(yán)格的場(chǎng)合，可以采用下述簡(jiǎn)化的溫度修正公式進(jìn)行計(jì)算對(duì)

40、于不飽和標(biāo)準(zhǔn)電池而言，其每個(gè)電極的電位溫度系數(shù)也是較大的（例如大于300V/），但是由于兩個(gè)電極的溫度系數(shù)比較相近，基本上可以實(shí)現(xiàn)相互補(bǔ)償，所以其電動(dòng)勢(shì)的溫度系數(shù)是很低的。一般來(lái)說(shuō)，不飽和標(biāo)準(zhǔn)電池的一次項(xiàng)溫度系數(shù)僅為-1-5V/，因此在實(shí)際使用時(shí)可根據(jù)要求的準(zhǔn)確度高低決定其是否需要進(jìn)行溫度修正。由于不飽和標(biāo)準(zhǔn)電池的溫度系數(shù)較小，因此它在攜帶式電位差計(jì)和直流數(shù)字電壓表中應(yīng)用得比較廣泛。2、標(biāo)準(zhǔn)電阻標(biāo)準(zhǔn)電阻是電阻單位（歐姆）的標(biāo)準(zhǔn)量具。它是為了保存和傳遞歐姆單位的量值而特制的一種電阻線圈。為了使電阻單位準(zhǔn)確可靠，要求標(biāo)準(zhǔn)電阻的阻值十分穩(wěn)定，為此，必須使其溫度系數(shù)做到極小，而其應(yīng)該隨時(shí)間的變化極微；

41、其次，要求其熱電效應(yīng)很小，即通過(guò)電流時(shí)基本上不產(chǎn)生熱電勢(shì)；還要求它只有很小的殘余電感和分布電容。標(biāo)準(zhǔn)電阻的主要技術(shù)特性溫度特性，標(biāo)準(zhǔn)電阻的阻值是環(huán)境溫度的函數(shù)，其函數(shù)關(guān)系可用下面公式表達(dá)。即實(shí)際上也是一個(gè)近似公式，但是研究工作表明，采用此式來(lái)推算標(biāo)準(zhǔn)電阻在不同溫度下的實(shí)際值，其準(zhǔn)確度已經(jīng)足夠了。實(shí)際使用當(dāng)中，在檢定證書(shū)里都應(yīng)給出標(biāo)準(zhǔn)電阻的、與三個(gè)數(shù)據(jù)，這樣在使用時(shí)只要測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)電阻的環(huán)境溫度t，便可利用上式很方便地推算出它在該溫度下的電阻實(shí)際值。3、標(biāo)準(zhǔn)電感標(biāo)準(zhǔn)電感通常是用絕緣的銅導(dǎo)線在用絕緣材料（如大理石或陶瓷）做成的支架上面制成的扁平型線圈。4、標(biāo)準(zhǔn)電容標(biāo)準(zhǔn)電容器按其所用的介質(zhì)不同可分為空氣

42、電容器和云母電容器兩種。一般來(lái)說(shuō)，小容量（1000pF以下）的標(biāo)準(zhǔn)電容器都是以空氣為介質(zhì)，大容量（1000pF以上）的標(biāo)準(zhǔn)電容器則以云母為介質(zhì)。標(biāo)準(zhǔn)電池標(biāo)準(zhǔn)電阻標(biāo)準(zhǔn)電容箱標(biāo)準(zhǔn)電感新疆計(jì)量院電學(xué)設(shè)備（最高）房間號(hào)：221（兩臺(tái)設(shè)備）-標(biāo)準(zhǔn)電池電阻實(shí)驗(yàn)室名稱：一等電池檢標(biāo)準(zhǔn)裝置測(cè)量范圍：（1.01860001.0186700）V準(zhǔn)確度：一等產(chǎn)地：上海檢測(cè)對(duì)象： 標(biāo)準(zhǔn)電池等設(shè)備二名稱：一等直流電阻標(biāo)準(zhǔn)裝置測(cè)量范圍：（10-3105）準(zhǔn)確度：一等產(chǎn)地：上海檢測(cè)對(duì)象： 標(biāo)準(zhǔn)電阻等名稱：數(shù)字多用表標(biāo)準(zhǔn)裝置（5720A、8508A）技術(shù)指標(biāo)：DCV:510-6 ACV:610-5 DCI:510-5 ACI

43、:110-4 DCR:110-5測(cè)量范圍 (01000)V (010)A產(chǎn)地：美國(guó)檢測(cè)對(duì)象：數(shù)字多用表、多功能校準(zhǔn)源等設(shè)備名稱：自校式交直流高壓測(cè)量系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)：0.1%測(cè)量范圍：（0200）KV產(chǎn)地：湖北檢測(cè)對(duì)象：高壓發(fā)生器、高壓分壓器等設(shè)備名稱：工頻電壓比例標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)指標(biāo)：0.0002級(jí)測(cè)量范圍：（0110）KV產(chǎn)地：湖北檢測(cè)對(duì)象：電壓互感器等0.01級(jí)標(biāo)準(zhǔn)電能表設(shè)備名稱：三相電能表檢定裝置技術(shù)指標(biāo)0.02級(jí)測(cè)量范圍：（0450）V （0120）A產(chǎn)地：廣東檢測(cè)對(duì)象：?jiǎn)稳鄻?biāo)準(zhǔn)電能表、安裝式電能表等設(shè)備名稱：三相電功能率源標(biāo)準(zhǔn)6140B、多功能電測(cè)產(chǎn)品檢定裝置技術(shù)指標(biāo)ACV:0.02% AC

44、I: 0.03% 功率：0.02% 諧波電流電壓：0.05%測(cè)量范圍：（01000）V （080）A檢測(cè)對(duì)象：電能質(zhì)量分析儀、諧波測(cè)量?jī)x等按測(cè)量方法可分為比較式和直讀式兩類。比較式儀表需將被測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較后才能得出被測(cè)量的數(shù)量，常用的比較式儀表有電橋、電位差計(jì)等。直讀式儀表將被測(cè)量的數(shù)量由儀表指針在刻度盤(pán)上直接指示出來(lái)，常用的電流表、電壓表等均屬直讀式儀表。直讀式儀表測(cè)量過(guò)程簡(jiǎn)單，操作容易，但準(zhǔn)確度不可能太高；比較式儀表的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，造價(jià)較昂貴，測(cè)量過(guò)程也不如直讀法簡(jiǎn)單，但測(cè)量的結(jié)果較直讀式儀表準(zhǔn)確。按被測(cè)量的種類可分為電流表、電壓表、功率表、頻率表、相位表等。按電流的種類可分為直流、交

45、流和交直流兩用儀表。按工作原理可分為磁電式、電磁式、電動(dòng)式儀表等。按顯示方法可分為指針式（模擬式）和數(shù)字式。指針式儀表用指針和刻度盤(pán)指示被測(cè)量的數(shù)值；數(shù)字式儀表先將被測(cè)量的模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，然后用數(shù)字顯示被測(cè)量的數(shù)值。按準(zhǔn)確度可分為0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5和5.0共7個(gè)等級(jí)。第三章 電學(xué)測(cè)量基礎(chǔ)（一） 電流、電壓、電功率及電能的測(cè)量方法常用電工儀表的符號(hào)和意義常用電工儀表的符號(hào)和意義電工儀表的準(zhǔn)確度是指測(cè)量結(jié)果（簡(jiǎn)稱示值）與被測(cè)量真實(shí)值（簡(jiǎn)稱真值）間相接近的程度，是測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確程度的量度。誤差是指示值與真值的偏離程度。準(zhǔn)確度與誤差本身的含義是相反的，但兩者又是緊密聯(lián)系的

46、，測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度高，其誤差就小，因此，在實(shí)際測(cè)量中往往采用誤差的大小來(lái)表示準(zhǔn)確度的高低。由于制造工藝的限制及測(cè)量時(shí)外界環(huán)境因素和操作人員的因素，誤差是不可避免的。根據(jù)引起誤差的原因不同，儀表誤差可分為基本誤差和附加誤差?；菊`差是在規(guī)定的溫度、濕度、頻率、波形、放置方式以及無(wú)外界電磁場(chǎng)干擾等正常工作條件下，由于儀表本身的缺點(diǎn)所產(chǎn)生的誤差。附加誤差是由于外界因素的影響和儀表放置不符合規(guī)定等原因所產(chǎn)生的誤差。附加誤差有些可以消除或限制在一定范圍內(nèi)，而基本誤差卻不可避免。誤差的表示方法（1）絕對(duì)誤差：（2）相對(duì)誤差：（3）引用誤差：儀表的準(zhǔn)確度：示值誤差：Ax：示值A(chǔ)o：真值A(chǔ)m：滿標(biāo)度值即量限

47、Am ：最大絕對(duì)誤差示值誤差用于誤差很小或要求不高的場(chǎng)合。直讀儀表的準(zhǔn)確度用最大引用誤差來(lái)分級(jí)，分為0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5和5.0共7個(gè)等級(jí)。如準(zhǔn)確度為2.5級(jí)的儀表，其最大引用誤差為2.5。最大相對(duì)誤差：例如：用一量程為150V的電壓表在正常條件下測(cè)某電路的兩點(diǎn)間電壓U，示值為100V，絕對(duì)誤差為1V。這時(shí)U的真值為1001=99V，相對(duì)誤差r=1%。如果示值為10V，絕對(duì)誤差為0.8V。則其真值為10.8V，相對(duì)誤差8%。如果已知該電壓表可能發(fā)生的最大絕對(duì)誤差為1.5V，則儀表的最大引用誤差為：注意：被測(cè)量比儀表量程小得越多，測(cè)量結(jié)果可能出現(xiàn)的最大相對(duì)誤差值也越大。

48、例如用1.0級(jí)量程為150V的電壓表測(cè)量30V的電壓，可能出現(xiàn)的最大相對(duì)誤差為5，而改用1.0級(jí)量程為50V的電壓表測(cè)量30V的電壓，可能出現(xiàn)的最大相對(duì)誤差為1.67。所以選用儀表的量程時(shí)應(yīng)使讀數(shù)在23量程以上。所以該儀表的準(zhǔn)確度等級(jí)為1.0級(jí)。（二） 指針式儀表的結(jié)構(gòu)及工作原理電工測(cè)量中常用的指針式儀表有磁電式、電動(dòng)式、電磁式3種。這些儀表的結(jié)構(gòu)雖然不同，但工作原理卻是相同的，都是利用電磁現(xiàn)象使儀表的可動(dòng)部分受到電磁轉(zhuǎn)矩的作用而轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)指針偏轉(zhuǎn)來(lái)指示被測(cè)量的大小。1、 磁電式儀表直流電流I通過(guò)可動(dòng)線圈時(shí)，線圈與磁場(chǎng)相互作用使線圈產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，帶動(dòng)指針偏轉(zhuǎn)。指針偏轉(zhuǎn)后扭緊彈簧游絲，使游絲

49、產(chǎn)生反抗力矩。當(dāng)反抗力矩和轉(zhuǎn)動(dòng)力矩相平衡時(shí)，線圈和指針便停止偏轉(zhuǎn)。由于在線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的范圍內(nèi)磁場(chǎng)均勻分布，因此線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩與電流的大小成正比。又由于游絲的反抗力矩與線圈的偏轉(zhuǎn)角度成正比，所以儀表指針的偏轉(zhuǎn)角度與流過(guò)線圈的電流的大小成正比，即：=KI。可見(jiàn)磁電式儀表標(biāo)尺上的刻度是均勻的。磁電式儀表的優(yōu)點(diǎn)：刻度均勻、靈敏度高、準(zhǔn)確度高、消耗功率小、受外界磁場(chǎng)影響小等。磁電式儀表的缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)較高、過(guò)載能力小，而且只能測(cè)量直流，不能測(cè)量交流。使用注意事項(xiàng)：電表接入電路時(shí)要注意極性，否則指針?lè)创驎?huì)損壞電表。通常磁電式儀表的接線柱旁均標(biāo)有+、記號(hào)，以防接錯(cuò)。2、電磁式儀表線圈通入電流時(shí)產(chǎn)生磁場(chǎng)，使

50、其內(nèi)部的固定鐵片和可動(dòng)鐵片同時(shí)被磁化。由于兩鐵片同一端的極性相同，因此兩者相斥，致使可動(dòng)鐵片受到轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的作用，從而通過(guò)轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)指針偏轉(zhuǎn)。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩與游絲的反抗力矩相平衡時(shí)，指針便停止偏轉(zhuǎn)。由于作用在鐵心上的電磁力與空氣隙中磁感應(yīng)強(qiáng)度的平方成正比，磁感應(yīng)強(qiáng)度又與線圈電流成正比，因此儀表的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩與電流的平方成正比。又由于游絲的反抗力矩與線圈的偏轉(zhuǎn)角度成正比，所以儀表指針的偏轉(zhuǎn)角度與線圈電流的平方成正比，即：=KI2。可見(jiàn)電磁式儀表標(biāo)尺上的刻度是不均勻的。推斥型電磁式儀表也可以測(cè)量交流，當(dāng)線圈中電流方向改變時(shí)，它所產(chǎn)生磁場(chǎng)的方向隨之改變，因此動(dòng)、靜鐵片磁化的極性也發(fā)生變化，兩鐵片仍然相互排斥，轉(zhuǎn)

51、動(dòng)力矩方向不變，其平均轉(zhuǎn)矩與交流電流有效值的平方成正比。3 、電動(dòng)式儀表固定線圈中通入直流電流I1時(shí)產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B1正比于I1。如果可動(dòng)線圈通入直流電流I2，則可動(dòng)線圈在此磁場(chǎng)中就要受到電磁力的作用而帶動(dòng)指針偏轉(zhuǎn)，電磁力F的大小與磁感應(yīng)強(qiáng)度B1和電流I2成正比。直到轉(zhuǎn)動(dòng)力矩與游絲的反抗力矩相平衡時(shí)，才停止偏轉(zhuǎn)。儀表指針的偏轉(zhuǎn)角度與兩線圈電流的乘積成正比，即：=KI1I2。對(duì)于線圈通入交流電的情況，由于兩線圈中電流的方向均改變，因此產(chǎn)生的電磁力方向不變，這樣可動(dòng)線圈所受到轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的方向就不會(huì)改變。設(shè)兩線圈的電流分別為i1和i2，則轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的瞬時(shí)值與兩個(gè)電流瞬時(shí)值的乘積成正比。而儀表可動(dòng)部分的偏轉(zhuǎn)程度取決于轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的平均值，由于轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的平均值不僅與i1及i2的有效值成正比，而且還與i1和i2相位差的余弦成正比，因此電動(dòng)式儀表用于交流時(shí)，指針的偏轉(zhuǎn)角與兩個(gè)電流的有效值及兩電流相位差的余弦成正比。即：=KI1I2cos。（三）電流、電壓、功率及電能的測(cè)量1、電流的測(cè)量測(cè)量直流電流通常采用磁電式電流表，測(cè)量交流電流主要采用電磁式電流表。電流表必須與被測(cè)電路串聯(lián)，否則將會(huì)燒毀電表。此外，測(cè)量直流電流時(shí)還要注意儀表的極性。擴(kuò)大量程的方法是在表頭上并聯(lián)一個(gè)稱為分流器的低值電阻RA，分流器的阻值為：RA=Ro/(n