第九章電工測量

第九章電工測量第1頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202329.1電工測量儀表的分類與型式

一、按準(zhǔn)確度分類根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB776—76，電工測量儀表可以分為0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5和5.0七個精度等級，這些數(shù)字是指儀表的最大引用誤差值，如表12-1所示。其中，0.1、0.2和0.5級的較高準(zhǔn)確度儀表常用來進行精密測量或作為校正表；1.5級的儀表一般用于實驗室；2.5和5.0級的儀表一般用于工程測量。9.1.1電工測量儀表的分類第2頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月20233表9-1電工儀表的準(zhǔn)確度和最大引用誤差

準(zhǔn)確度等級

最大引用誤差

符號0.1±0.1％0.10.2±0.2％0.20.5±0.5％0.51.0±1.0％1.01.5±1.5％l.52.5±2.5％2.55.0±5.0％5.0第3頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月20234不管儀表的質(zhì)量如何，儀表的指示值與實際值之間總有一定的差值，稱為誤差。顯然，儀表的準(zhǔn)確度與其誤差有關(guān)。誤差有兩種：一種是基本誤差，它是由儀表本身的因素引起的，比如由彈簧永久變形或刻度不準(zhǔn)確等造成的固有誤差；另一種是附加誤差，它是由外加因素引起的，比如測量方法不正確，讀數(shù)不準(zhǔn)確，電磁干擾等。儀表的附加誤差是可以減小的，使用者應(yīng)盡量讓儀表在正常情況下進行測量，這樣可以近似認為只存在基本誤差。第4頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月20235儀表的準(zhǔn)確度是根據(jù)儀表的最大引用誤差來分級的。最大引用誤差是指儀表在正常工作條件下測量時可能產(chǎn)生的最大基本誤差ΔA與儀表的滿量程Am之比，習(xí)慣上用百分數(shù)表示，即（9-1）第5頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月20236由上式可以求得儀表的最大基本誤差，如一準(zhǔn)確度為1.0,量程為10A的儀表，可能產(chǎn)生的最大基本誤差為

ΔA=γAm=±1.0%×10=±0.1A在正常工作條件下，儀表的最大基本誤差（最大絕對誤差）是不變的。要衡量測量值的準(zhǔn)確度，必須使用相對誤差。第6頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月20237相對誤差是指最大基本誤差ΔA與被測量真值A(chǔ)0之比的百分數(shù)，即(9-2)第7頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月20238相對誤差越小，測量的準(zhǔn)確度越高。比如用上述電流表分別來測量8A和2A的電流，則相對誤差分別為±1.25%和±5%。因此，在選用儀表的量程時，應(yīng)該使被測量的值盡量接近滿標(biāo)值。通常當(dāng)被測量的值接近滿刻度的2/3時，測量結(jié)果較為準(zhǔn)確。第8頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月20239［例9-1］某待測電壓為8V，現(xiàn)用0.5級量程為0～30V和1.0級量程為0～10V的兩個電壓表來測量，問用哪個電壓表測量更準(zhǔn)確？［解］用0.5級量程為0～30V的電壓表來測量，可能產(chǎn)生的最大基本誤差為

ΔA1=γAm=±0.5%×30=±0.15V最大可能出現(xiàn)的相對誤差為第9頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202310用1.0級量程為0～10V的電壓表來測量，可能產(chǎn)生的最大基本誤差為

ΔA2=γAm=±1.0%×10=±0.1V最大可能出現(xiàn)的相對誤差為第10頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202311相對誤差越小，測量越準(zhǔn)確，顯然用1.0級量程為0～10V的電壓表來測量更為準(zhǔn)確。例9-1說明，為了獲得較為準(zhǔn)確的測量結(jié)果，除了選用準(zhǔn)確度等級較高的儀表外，還要注意選擇合適的量程。第11頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202312二、按被測量的種類分類按照被測量的種類可以將電工儀表分為電流表、電壓表、歐姆表、功率表、頻率表、電度表、功率因數(shù)表等，如表9-2所示。第12頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202313

表19-2電工儀表按被測量的種類分類第13頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202314三、按被測電流種類分類按被測電流種類可以將電工儀表分為直流儀表、交流儀表和交直流儀表三種，如表9-3所示。表9-3電工儀表按被測電流種類分類

被測電流

儀表名稱

符號

直流

直流表__

交流

交流表~

交流、直流交、直流兩用表

~第14頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202315四、按工作原理分類電工儀表按工作原理不同可分為磁電式儀表、電磁式儀表、電動式儀表、整流式儀表等，如表9-4所示。第15頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202316表9-4電工儀表按工作原理分類第16頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202317在儀表的表面上通常都標(biāo)有儀表類型、準(zhǔn)確度等級、所通電流種類、儀表的絕緣耐壓強度和放置位置等，如表9-5所示。

表9-5某一電工儀表上的符號第17頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月2023189.1.2電工測量儀表的型式一、電工儀表的結(jié)構(gòu)電工儀表通常由測量機構(gòu)和測量電路兩部分組成，測量機構(gòu)又分為固定部分和可動部分。固定部分由磁鐵、線圈、軸承和表盤等組成，可動部分包含可動線圈、轉(zhuǎn)軸、指針、旋轉(zhuǎn)彈簧（游絲）、阻尼器等（如圖9.1.1所示）。第18頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202319圖9.1.1可動部分示意圖第19頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202320測量機構(gòu)的主要作用是當(dāng)被測量接入測量機構(gòu)時，產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩，使得儀表指針轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動力矩的大小是被測量和偏轉(zhuǎn)角的函數(shù)，同時彈簧產(chǎn)生一個反作用力矩，該力矩的大小是偏轉(zhuǎn)角的函數(shù)。當(dāng)測量被測量時，若測量機構(gòu)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動力矩與反作用力矩相等，則指針就停在某一位置上，指示出被測值。第20頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202321測量電路的作用是將被測量轉(zhuǎn)換成測量機構(gòu)可以接受的、與被測量成正比的電磁量。為了縮短測量時間，電工儀表中均設(shè)有阻尼裝置。當(dāng)轉(zhuǎn)動力矩與反作用力矩平衡時，往往由于可動部分的慣性作用，指針在偏轉(zhuǎn)角附近搖擺不定，從而延長了測量時間，這時阻尼裝置產(chǎn)生一個與速度成正比、與運動方向相反的力矩，稱為阻尼力矩，使得可動部分很快穩(wěn)定。阻尼力矩既可以由電磁力產(chǎn)生，也可以由空氣阻尼裝置產(chǎn)生。下面介紹常用的幾種電工儀表。第21頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202322二、磁電式儀表磁電式儀表是指利用儀表可動線圈中的被測電流產(chǎn)生的磁場和固定的永久磁鐵產(chǎn)生的恒定磁場之間的相互作用來工作的儀表。第22頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202323磁電式儀表的結(jié)構(gòu)如圖9.1.2所示。它的固定部分主要是磁路，包括永久磁鐵、極掌（永久磁鐵靠近圓柱形鐵心的端面）和圓柱形鐵心，極掌與鐵心間有均勻分布的氣隙；它的可動部分套在圓柱形鐵心的外面，由轉(zhuǎn)軸、指針、線圈、旋轉(zhuǎn)彈簧（游絲）及鋁框等組成。線圈繞在鋁框的外邊，工作時可動線圈中通以被測電流。轉(zhuǎn)軸分為前后兩部分，每半部分均與鋁框相連，前面的轉(zhuǎn)軸上安裝旋轉(zhuǎn)彈簧，旋轉(zhuǎn)彈簧一端固定，一端與線圈的出線端相連，用以將被測電流引入線圈中，同時旋轉(zhuǎn)彈簧用來產(chǎn)生反作用力矩。第23頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202324圖9.1.2第24頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202325用磁電式儀表進行測量時，可動線圈中通入被測電流，由于永久磁鐵產(chǎn)生恒定磁場，通電線圈在恒定磁場中受到電磁力的作用，根據(jù)左手定則，可以判斷線圈的兩個有效邊受到的力大小相等，方向相反（上下兩個方向），對線圈所連接的轉(zhuǎn)軸形成力矩的作用，其大小為T=Fb=B(NI)lb=NBIS（9-3）第25頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202326式中,B為磁感應(yīng)強度；l為線圈的有效長度；b為線圈的寬度；S為線圈的面積；N為線圈的匝數(shù)。上面的這個電磁轉(zhuǎn)矩使得轉(zhuǎn)軸帶動指針偏轉(zhuǎn)，同時旋轉(zhuǎn)彈簧隨轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生反作用力矩。顯然旋轉(zhuǎn)彈簧的反作用力矩與指針的偏轉(zhuǎn)角成正比，即Tf=Kfα（9-4）第26頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202327當(dāng)反轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)矩平衡時，指針停止偏轉(zhuǎn)，即

T=Tf這時，偏轉(zhuǎn)角（9-5）第27頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202328上式說明，指針偏轉(zhuǎn)角與儀表所通電流成正比，所以磁電式儀表的刻度是線性的。磁電式儀表的阻尼裝置是由鋁框兼顧的。當(dāng)鋁框上的線圈受到電磁力的作用轉(zhuǎn)動時，鋁框一起轉(zhuǎn)動，將切割永久磁場的磁力線，在框內(nèi)感應(yīng)出電流，該電流又與恒定磁場作用，使得鋁框受到與其運動方向相反的力的作用，產(chǎn)生制動力矩。儀表的可動部分將受到阻尼力矩的作用，可以消除振蕩，使指針迅速停止在平衡位置。第28頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202329從前面的分析可知，磁電式儀表只能通入直流電，若通入交流電，由于可動部分的轉(zhuǎn)動慣量大，電流頻率變化較快，因而來不及隨轉(zhuǎn)矩的變化而轉(zhuǎn)動，偏轉(zhuǎn)角只能由平均轉(zhuǎn)矩來決定。因為轉(zhuǎn)矩由電流產(chǎn)生，正弦交流電的平均值為零，平均轉(zhuǎn)矩也為零，指針搖擺后最終回到零，所以磁電式儀表不能測交流電。第29頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202330若在測量電路中增加一個整流環(huán)節(jié)，即將交流電整流后再加給線圈，則電流的平均值不再為零。將此平均值與交流電的有效值的比例關(guān)系考慮到刻度中去，就可以用來測量交流電的有效值。一般這類儀表都是針對正弦交流電來設(shè)計的，所以可以直接用來測量正弦交流電的有效值。對于非正弦交流電，由于刻度并不是按照其有效值進行標(biāo)注的，故不能測量其有效值。第30頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202331磁電式儀表的優(yōu)點是刻度均勻，儀表內(nèi)部耗能小，靈敏度和準(zhǔn)確度較高。另外，由于儀表本身的磁場較強，所以抗外界磁場干擾能力較強。這種儀表的缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格較高，過載能力小，且只能用來測量直流。由于磁電式儀表準(zhǔn)確度較高，所以經(jīng)常用作實驗室儀表和高精度的直流標(biāo)準(zhǔn)表，通常用來測直流電流、直流電壓，也用作萬用表的表頭。第31頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202332三、電磁式儀表電磁式儀表的測量機構(gòu)分為吸引型、排斥型兩大類，常用排斥型儀表的結(jié)構(gòu)如圖9.1.3所示，下面以排斥型電磁式儀表為例講述其工作原理。電磁式儀表主要由固定的圓形線圈、線圈內(nèi)部的固定鐵片、固定在轉(zhuǎn)軸上的可動鐵片以及阻尼片等構(gòu)成。當(dāng)線圈中通以被測電流時，在線圈周圍產(chǎn)生磁場，定鐵片和動鐵片同時被磁化，這稱為同一磁性，即同一端的極性相同。由于同性相斥，可動鐵片帶動指針偏轉(zhuǎn)，當(dāng)轉(zhuǎn)動力矩與游絲產(chǎn)生的反作用力矩平衡時，指針就穩(wěn)定在某一位置上，指示被測值。第32頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202333圖9.1.3排斥型電磁式儀表的結(jié)構(gòu)第33頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202334可以近似認為作用在儀表可動部分的轉(zhuǎn)動力矩與被測電流的平方成正比。若通入直流電，則儀表的轉(zhuǎn)動力矩為T=K1′I2（9-6）與磁電式儀表相同，旋轉(zhuǎn)彈簧產(chǎn)生的反作用力矩也與指針的偏轉(zhuǎn)角成正比，即

Tf=Kfα當(dāng)轉(zhuǎn)動力矩與反力矩平衡時，指針停止偏轉(zhuǎn)，即（9-7）第34頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202335若通交流電，儀表內(nèi)仍然可以產(chǎn)生相互排斥的作用力，因為當(dāng)電流方向改變時，可動鐵片和固定鐵片的磁化方向也隨之改變，由它們產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動力矩的瞬時值仍然與電流瞬時值的平方成正比，又因為轉(zhuǎn)動力矩與電流的平方成正比，所以電流方向改變時，轉(zhuǎn)動力矩的方向不變。習(xí)慣上用平均力矩來衡量儀表的偏轉(zhuǎn)，則平均力矩為（9-8）式中,I為交流電的有效值，K1與K1′均為常數(shù)。第35頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202336可以推導(dǎo)得出，儀表的偏轉(zhuǎn)角仍然與電流的平方成正比，只是該電流指的是交流電的有效值。換句話說，電磁式儀表測交流量時，儀表的指示值為交流量的有效值。由于轉(zhuǎn)動力矩與電流的平方成正比，所以電磁式儀表的刻度不均勻。電磁式儀表的阻尼裝置采用的是空氣阻尼器。阻尼片固定在轉(zhuǎn)軸上，并且放在一個密閉的小室中，當(dāng)儀表的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時，阻尼片隨之移動，使阻尼片兩側(cè)的空氣壓力不同而產(chǎn)生一個阻礙可動部分轉(zhuǎn)動的力矩，該力矩就是阻尼力矩，其作用與磁電式儀表的阻尼力矩相同，使得指針迅速穩(wěn)定。第36頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202337電磁式儀表的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，過載能力較大，能用來測量直流、正弦和非正弦交流電量，不需輔助設(shè)備，可直接測量大電流；缺點是刻度不均勻，準(zhǔn)確度和靈敏度不高，耗能較大，由于其本身磁場是由被測電流產(chǎn)生的，所以防電磁干擾能力較差。一般用電磁式儀表來測量交流電壓和電流。

第37頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202338四、電動式儀表電動式儀表是指可動線圈中的電流與固定線圈中的電流相互作用而工作的儀表，其結(jié)構(gòu)如圖9.1.4所示。電動式儀表主要由固定線圈和可動線圈組成。固定線圈分兩部分繞在框架上，以產(chǎn)生均勻磁場；可動線圈固定在轉(zhuǎn)軸上，軸上還固定有指針、旋轉(zhuǎn)彈簧、空氣阻尼片等。和磁電式儀表相同，可動線圈的電流也是從旋轉(zhuǎn)彈簧引入的。由于固定線圈的電流不需經(jīng)過旋轉(zhuǎn)彈簧，所以固定線圈的導(dǎo)線可以選用較粗的導(dǎo)線。

第38頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202339圖9.1.4第39頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202340當(dāng)固定線圈中通以電流I1時，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，將在線圈周圍產(chǎn)生磁場，其磁感應(yīng)強度B與電流I1成正比。若可動線圈也通入電流I2，則可動線圈在磁場B中將受到電磁力的作用，根據(jù)左手定則可判斷出，可動線圈的左右兩側(cè)有效邊受到的電磁力的方向剛好相反，大小與磁感應(yīng)強度B和電流I2的乘積成正比。該力矩可以表示為T=K1I1I2(9-9)第40頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202341此力矩將帶動轉(zhuǎn)軸和指針一起偏轉(zhuǎn)。同時旋轉(zhuǎn)彈簧將產(chǎn)生反作用力矩，與指針的偏轉(zhuǎn)角成正比，即

Tf=Kfα當(dāng)反力矩與轉(zhuǎn)動力矩相等時，指針穩(wěn)定下來，偏轉(zhuǎn)角為（9-10）第41頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202342上式說明，當(dāng)測直流電時，偏轉(zhuǎn)角與兩個線圈所通電流的乘積成正比，依此可以刻出表盤，但表盤刻度不均勻。指針的偏轉(zhuǎn)方向取決于兩個電流的方向，改變其中任何一個線圈的電流方向即可改變指針的偏轉(zhuǎn)方向。若固定線圈和可動線圈的電流同時改變，則指針的偏轉(zhuǎn)方向不變。因此，電動式儀表既可以測量直流量，也可以用來測量交流量。第42頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202343對電動式儀表通入正弦交流電i1和i2，與電磁式儀表相似，其轉(zhuǎn)動力矩的瞬時值與兩電流的瞬時值乘積成正比，同樣，習(xí)慣上用平均值衡量被測量，則平均力矩為（9-11）

式中,I1和I2為交流電的有效值；cosφ為交流電i1和i2相位差的余弦。

第43頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202344當(dāng)用電動式儀表測交流電時，其偏轉(zhuǎn)角為（9-12）

從上式可以看出，測交流電時，偏轉(zhuǎn)角不僅與交流電的有效值有關(guān)，還與兩電流的相位差的余弦成正比。因此，可以用電動式儀表來測量交流電功率。電動式儀表的阻尼裝置與電磁式的相同。第44頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202345電動式儀表的優(yōu)點是既可以測量交流、直流量，還可以測量非正弦交流量的有效值，由于沒有鐵心的磁滯和渦流影響，所以準(zhǔn)確度比電磁式儀表要高；缺點是刻度不均勻，過載能力差，儀表內(nèi)部耗能大，由于可動線圈的電流從旋轉(zhuǎn)彈簧引入，所以抗電磁干擾能力較差。電動式儀表一般適用于制作交、直流兩用儀表和交流校準(zhǔn)表，或用來制作功率表。第45頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月2023469.2電流與電壓的測量電工測量是指在直流或低頻時用電工儀表或數(shù)字儀表對電學(xué)量（電壓、電流、電功率、電阻、電容等）、磁學(xué)量（磁場強度、磁通、磁動勢等）以及有些非電量進行測量，其中，各種電學(xué)量的測量是電工測量的主要任務(wù)。下面介紹一些常用電量的測量技術(shù)。第46頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月2023479.2.1電流的測量

進行電流測量時，通常選用電流表。測量某一支路的電流時，只有被測電流流過電流表，電流表才能指示其結(jié)果，因此電流表應(yīng)串聯(lián)在被測量電路中，如圖9.2.1所示。考慮到電流表有一定的電阻，串入之后不應(yīng)該影響電路的測量結(jié)果，所以電流表的內(nèi)阻必須遠小于電路的負載電阻。第47頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202348圖9.2.1電流的測量電路第48頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202349

圖9.2.2具有分流器的電流表測量電路第49頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202350測量直流電流一般用磁電式電流表。磁電式電流表的測量機構(gòu)只能通過幾十微安到幾十毫安的電流，要測量較大的電流時，應(yīng)該在測量機構(gòu)上并聯(lián)一個低值電阻以進行分流，如圖9.2.2所示。這樣儀表所測的電流是被測電流的一部分，但它們之間有如下關(guān)系：則可得出分流電阻（9-13）第50頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202351［例9-2］一磁電式電流表，其滿量程為10mA，內(nèi)阻10Ω?，F(xiàn)要將其量程改為1A，問應(yīng)并聯(lián)多大的分流電阻？［解］應(yīng)并聯(lián)的電阻為第51頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202352測量交流電流一般用電磁式電流表，進行精密測量時用電動式電流表。由于所測的是交流電流，所以其測量機構(gòu)既有電阻又有電感，要想擴大量程就不能單純地并聯(lián)分流電阻，而應(yīng)將固定線圈繞組分成幾段，采用線圈串聯(lián)、并聯(lián)及混聯(lián)的方法來實現(xiàn)多個量程。當(dāng)被測電流很大時，可利用電流互感器來擴大量程。第52頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202353

9.2.2電壓的測量測量某一段電路的電壓時，應(yīng)將電壓表并聯(lián)在被測電壓的兩端，電壓表的端電壓才等于被測電壓，如圖9.2.3所示。電壓表并入電路必然會分掉原來支路的電流，影響電路的測量結(jié)果，為了盡量減小測量誤差，不影響電路的正常工作狀態(tài)，電壓表的內(nèi)阻應(yīng)遠大于被測支路的電阻。但電壓表的測量機構(gòu)本身電阻不大，所以在電壓表的測量機構(gòu)中都串聯(lián)一個阻值很大的電阻。第53頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202354圖9.2.3電壓的測量電路第54頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202355圖9.2.4具有倍壓器的電壓測量電路第55頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202356直流電壓的測量一般使用磁電式電壓表。要擴大儀表的量程，應(yīng)該在測量機構(gòu)中串聯(lián)分壓電阻，此分壓電阻稱為倍壓器，如圖9.2.4所示。此時，測量機構(gòu)上所測電壓為被測電壓的一部分，即由上式可得分壓電阻（9-14）第56頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202357可以看出，電壓表要擴大的量程越大，所串聯(lián)的倍壓器的阻值應(yīng)越大。多量程的電壓表內(nèi)部具有多個分壓電阻，不同的量程串接不同的分壓電阻。第57頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202358［例9-3］一磁電式電壓表，量程為50V，內(nèi)阻2000Ω?，F(xiàn)想將其量程改為200V，問應(yīng)串聯(lián)多大的電阻？［解］應(yīng)串聯(lián)的電阻為第58頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202359測量交流電壓時，一般采用電磁式電壓表，精密測量則采用電動式電壓表。要想擴大交流電壓表的量程，可以采用線圈串、并聯(lián)的方法來實現(xiàn)，也可以在電磁式電壓表內(nèi)部串聯(lián)倍壓器來實現(xiàn)。測量600V以上的電壓時，應(yīng)該使用電壓互感器先把電壓降低再來配合測量。第59頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202360

9.3功率的測量

前面講過，電動式儀表的偏轉(zhuǎn)角不僅與兩線圈電流的有效值有關(guān)，而且與它們的相位差的余弦有關(guān)，所以通常用電動式儀表來測量電功率。測量功率時，電動式儀表可動線圈的電流從旋轉(zhuǎn)彈簧流入，因為線圈的導(dǎo)線較細，所通過的電流較小，所以用可動線圈作為電壓線圈(即可動線圈)串聯(lián)倍壓器后，與測量電路并聯(lián)以測量負載電壓。第60頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202361固定線圈的電流可直接流入線圈，因為線圈的導(dǎo)線較粗，可以通過較大電流，所以可作為電流線圈(即固定線圈)與被測電路串聯(lián)以測量電流，功率表的結(jié)構(gòu)示意如圖9.3.1所示。第61頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202362

圖9.3.1功率表的結(jié)構(gòu)示意圖(a)結(jié)構(gòu)示意圖；(b)圖形符號第62頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202363

9.3.1.直流電功率的測量

直流電功率可以用電壓表和電流表間接測量求得，也可以用功率表來直接測量。直接測量時的接線如圖9.3.2所示。應(yīng)該注意，電壓線圈與電流線圈的進線端一般標(biāo)記為“*”，應(yīng)把兩個進線端接到電源的同一端，使得兩個線圈的電流參考方向相同。第63頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202364圖9.3.2功率表的接線圖第64頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202365在測量直流功率時，由式（9-10）可知，電動式儀表的偏轉(zhuǎn)角α=KI1I2，可動線圈作為電壓線圈，電壓與電流同相，有（9-15）第65頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202366由上式可知，電動式功率表的偏轉(zhuǎn)角與功率UI成正比。也就是說，只要測出了指針的偏轉(zhuǎn)格數(shù)，就可以算出被測量的電功率,即（9-16）

式中C為功率表每格所代表的功率，用量程除以滿標(biāo)值求得。第66頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202367［例9-4］功率表的滿標(biāo)值為1000，現(xiàn)選用電壓為100V，電流為5A的量程，若讀數(shù)為600，求被測功率為多少？［解］若選用題目中的量程，則功率表每格所代表的功率為第67頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202368于是，被測功率為P=Cα=0.5×600=300W從上例可以看出，功率表的量程選擇實際上是通過選擇電壓和電流量程來實現(xiàn)的。第68頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月2023699.3.2單相交流電功率的測量在測量交流電時，由式（9-12）可知，電動式儀表的偏轉(zhuǎn)角不僅與電壓電流有效值的乘積有關(guān)，而且與它們的相位差的余弦有關(guān)。電動式功率表的電壓線圈上的電壓與其所通過的電流有一定的相差，但電動式儀表的電壓線圈串有很大的分壓電阻，其感抗與電阻相比可忽略，認為電壓線圈上的電壓與其電流基本同相，則有（9-17）第69頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202370則單相交流電的功率（9-18）

可見，由功率表測得的單相交流電的功率是平均功率，它與功率表的偏轉(zhuǎn)角成正比。同理，只要測出了儀表的偏轉(zhuǎn)表格，即可算出被測功率。實驗室用的單相功率表一般都有兩個相同的電流線圈，可以通過兩個線圈的不同連接方法（串聯(lián)或并聯(lián)）來獲得不同的量程，電壓線圈量程的改變是通過改變倍壓器來實現(xiàn)的。第70頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202371

9.3.3三相交流電功率的測量

三相交流電的功率有以下三種測量方法。（1）一瓦計法。對于三相對稱電路，由于各相負載所消耗的功率相等，所以可以采用一瓦計法測量出一相的功率，然后乘以3，則為三相的功率，即P=3P1（9-19）第71頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202372（2）兩瓦計法。對于三相三線制電路，不論負載是星形還是三角形，都可以采用兩瓦計法來測量功率，如圖12-11所示。兩個功率表的讀數(shù)之和即為三相總功率，即P=P1+P2（9-20）由圖可以看出P1=U13I1cosαP2=U23I2cosβ

式中,α為線電壓u13與線電流i1的相位差；β為線電壓u23與線電流i2的相位差。第72頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202373圖9.3.3兩瓦計法測三相功率第73頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202374采用兩表法進行測量時，兩個功率表的電流線圈串接在三相電路中任意兩相以測線電流，電壓線圈分別跨接在電流線圈所在相和公共相之間以測線電壓。應(yīng)該注意的是，電壓線圈和電流線圈的進線端“*”仍然應(yīng)該接在電源的同一側(cè)，否則將損壞儀表。用兩瓦計法測量功率的測量原理介紹如下。第74頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202375三相瞬時功率為

p=p1+p2+p3=u1i1+u2i2+u3i3

=u1i1+u2i2+u3(-i1-i2)=(u1-u3)i1+(u2-u3)i2

=u13i1+u23i2=p1+p2

平均功率為第75頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202376由上式可知，三相電路采用兩瓦計法測量時，兩表的讀數(shù)之和確實是三相總功率。

當(dāng)負載的功率因數(shù)很低時，線電壓和線電流的相位差可能大于90°，功率表的指針要反偏，這時必須將功率表的電流線圈反接才能測量出結(jié)果，但計算總功率時，必須將此項計為負值，即式（9-20）是兩表的代數(shù)和。第76頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202377（3）三瓦計法。對于三相四線制電路，通常采用三瓦計法測量功率，如圖9.3.4所示。三個功率表的代數(shù)和即為三相總功率，即P=P1+P2+P3（9-21）第77頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202378

圖9.3.4三瓦計法測三相功率第78頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月2023799.4萬用表

萬用表是一種常用的多功能表，主要用來測量電壓、電流、電阻、晶體管放大倍數(shù)等,雖然準(zhǔn)確度不高，但使用簡單，攜帶方便，是維護、檢修電氣設(shè)備的常用工具。萬用表可以分為模擬式和數(shù)字式萬用表兩大類。第79頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202380

9.4.1模擬式萬用表

模擬式萬用表由磁電式微安表、測量電路、轉(zhuǎn)換開關(guān)等幾大部分組成。測量電路的作用是把被測量轉(zhuǎn)換成適合磁電式儀表測量的小直流電流；轉(zhuǎn)換開關(guān)的作用是針對不同的測量電量實現(xiàn)不同測量電路的轉(zhuǎn)換和量程的轉(zhuǎn)換。圖9.4.1是MF—30型萬用表的外形圖，下面以該萬用表為例，說明其使用方法。

第80頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202381

圖9.4.1MF—30型萬用表第81頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202382

一.直流電流的測量

圖9.4.2是用MF—30型萬用表測量直流電流時的原理圖。此時轉(zhuǎn)換開關(guān)打到直流電流擋，將萬用表串聯(lián)在被測電路中。電流從“＋”端流入，“－”端流出。直流電流擋有五個量程，從圖可以看出，不同的量程對應(yīng)不同的分流電阻，改變轉(zhuǎn)換開關(guān)的位置實際上是改變了分流器的分流電阻值，也就改變了量程。第82頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202383比如打到5mA擋，分流器的阻值為RA1

+RA2

+RA3

，其余電阻與表頭串聯(lián)；指針偏轉(zhuǎn)時，應(yīng)該按照表盤上第二條線讀數(shù)，但要注意量程與滿標(biāo)值之間的關(guān)系。實際使用時，如果對被測電流的大小不了解，應(yīng)該先用最大量程來測量，然后再根據(jù)指針的偏轉(zhuǎn)程度來選用合適的量程，以減小誤差。轉(zhuǎn)換量程時注意不可帶電轉(zhuǎn)換。第83頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202384圖9.4.2測量直流電流的原理電路圖第84頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202385圖9.4.3測量直流電壓的原理電路圖第85頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202386

二.直流電壓的測量測量直流電壓時，萬用表的轉(zhuǎn)換開關(guān)打到直流電壓擋，將萬用表并聯(lián)在被測電壓兩端，其原理圖如圖9.4.3所示。直流電壓表由直流電流表串聯(lián)不同的電阻構(gòu)成，串接的電阻越大，電壓表的量程越大。電壓表的內(nèi)阻越高，從測量電路分到的電流越小，被測電路受到的影響越小。通常用儀表的靈敏度來表示這一特征，即用儀表的總內(nèi)阻與電壓量程的比值來表示。如MF—30型萬用表的500V擋，其總內(nèi)阻為2500kΩ，則靈敏度為2500/500=5kΩ/V。第86頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202387

三.交流電壓的測量由于磁電式儀表只能測直流，所以測交流電壓時需要在測量電路中增加整流裝置，如圖9.4.4所示。電路中設(shè)置了整流二極管VD1和VD2。第87頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202388圖9.4.4測量交流電壓的原理電路圖第88頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202389測量時，在正弦交流電的正半周，二極管VD1導(dǎo)通，VD2截止，這時萬用表與測量直流電壓時的電路相同；在正弦交流電的負半周，VD2導(dǎo)通，VD1截止，表頭被短接，沒有電流通過萬用表。可見，萬用表測交流電壓時，測的是正弦波正半周的電流平均值，而正半周的電流平均值與交流電壓的有效值間有一定的比例關(guān)系，因此可以直接用萬用表來測量正弦交流電壓的有效值。一般萬用表測量的電量頻率為45～1kHz，只能用來測正弦交流電的電壓。交流電壓擋的量程改變與直流電壓相同，靈敏度較直流電壓擋低。

第89頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202390

四.電阻的測量測量電阻時，萬用表打到電阻擋。把待測電阻分別與萬用表的兩個表筆相接觸，則待測電阻與萬用表內(nèi)的干電池、調(diào)節(jié)電阻、表頭形成一個閉合回路，如圖9.4.5所示，萬用表面板上的“+”端接內(nèi)部電源的負極，而“―”端接內(nèi)部電源的正極，這樣回路中將有電流產(chǎn)生，使得指針偏轉(zhuǎn)，指示被測電阻值。第90頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202391

圖9.4.5測量電阻的原理電路圖第91頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202392從圖9.4.5可以看出，被測電阻越大，回路電流越小，偏轉(zhuǎn)角越小。當(dāng)被測電阻為零時，偏轉(zhuǎn)角最大；被測電阻無窮大時，偏轉(zhuǎn)角為零。因此，測量電阻時，萬用表的刻度剛好與測量電壓、電流時的刻度方向相反。表盤上的刻度與量程擋之間成比例關(guān)系，比如對于×10擋，指示值乘以10即為當(dāng)前所測電阻值。

第92頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202393實際測量時，首先要將萬用表調(diào)零，方法是將萬用表打到電阻擋，兩個表筆短接，若指針偏轉(zhuǎn)后指在0刻度，說明該萬用表不需要調(diào)零；否則應(yīng)轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)電位器，使指針指到零。每換一個量程，需要調(diào)零一次。如果調(diào)零后指針調(diào)不到0刻度，則說明表內(nèi)電池不足或接觸不良，需要更換電池或維修。

第93頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202394

為了提高測量電阻的準(zhǔn)確性，應(yīng)盡量使用刻度盤的中間段，因此需要選擇合適的量程。

使用電阻擋測量電阻時應(yīng)特別注意，不要帶電測量，以免外電路電壓在電阻測量電路中產(chǎn)生電流，燒壞萬用表。測量低電阻時，要注意表筆的接觸電阻；測量大電阻時，應(yīng)注意

不要與人體形成并聯(lián)電路。測量結(jié)束后，應(yīng)將轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)到高電壓擋，避免造成電池的浪費。

第94頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202395

9.4.2數(shù)字式萬用表

數(shù)字式萬用表由轉(zhuǎn)換開關(guān)、測量電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)字顯示電壓表等幾大部分組成。其中轉(zhuǎn)換開關(guān)、測量電路的功能與模擬式萬用表相同，模數(shù)轉(zhuǎn)換器是把測量電路測出的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，數(shù)字顯示電壓表接受來自模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字信號，采用七段數(shù)碼、液晶等顯示電路進行電壓數(shù)值顯示。第95頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202396由于電壓表內(nèi)部采用了半導(dǎo)體集成技術(shù)，所以數(shù)字式萬用表電流擋的內(nèi)阻可以做得很小，電壓擋內(nèi)阻則可以做得很大，電阻擋流過的電流又可以很小，從而減少了對被測電路的影響。數(shù)字式萬用表內(nèi)部沒有機械損耗，杜絕了機械損耗所引起的讀數(shù)誤差，它的準(zhǔn)確度和靈敏度比模擬式萬用表要高得多。此外，它還具有測量速度快，易于讀取等優(yōu)點。第96頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202397圖9.4.6為DT—830型數(shù)字式萬用表的外形圖。用數(shù)字式萬用表測量電阻時，黑表筆（一般接COM端）接內(nèi)電源負極，紅表筆（接其余三個輸入插孔中的一個）接正極，正好與模擬式萬用表的接法相反。數(shù)字式萬用表的使用方法與模擬式萬用表基本相同。第97頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月202398

圖9.4.6DT—830型數(shù)字式萬用表的外形圖第98頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月2023999.5電度表及電能的測量9.5.1電度表及接線方式一、電度表的分類電度表又稱電能表，用于測量電能。它是生產(chǎn)和使用數(shù)量最多的一種儀表。根據(jù)電度表的工作原理不同，可分為感應(yīng)式、電動式和磁電式三種；根據(jù)接入電源的性質(zhì)不同，可分為交流電度表和直流電度表；根據(jù)測量對象可分為有功電度表和無功電度表；根據(jù)電度表接入電源相數(shù)不同可分為單相電度表和三相電度表。第99頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月2023100二、單相交流電度表的結(jié)構(gòu)及接線1、單相交流電度表的結(jié)構(gòu)2、單相交流電度表的接線三、三相交流電度表的結(jié)構(gòu)及接線1.三相交流電度表的結(jié)構(gòu)2、三相交流電度表的接線9.5.2電能測量電能的組成包括有功電能和無功電能。有功電能可用有功電表進行測量，無功電能可用無功電表進行測量。通常我們進行的是有功電能的測量。第100頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月2023101一、單相有功電能的測量單相有功電能的測量可用單相有功電表進行測量。當(dāng)線路電流不太大時，可采用直接接入法，即把單相電度表直接接入電路進行測量。當(dāng)線路電流較大，超過了電度表允許工作電流時，則電度表必須經(jīng)過電流互感器接入電路，此時，電度表實際測量電能量為：W=K*W讀式中，K為電流互感器的變化，W讀為電度表的讀數(shù)。二、三相有功電能的測量若三相負載對稱，則W=3W1

第101頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月2023102若三相負載不對稱，則W=W1+W2+W3注意：當(dāng)電路中的電流太大時，三相電度表必須經(jīng)電流互感器接入電路進行測量。當(dāng)電路中的電流及電壓都較大時，則電度表必須經(jīng)過電流互感器及電壓互感器接入電路進行測量。第102頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月20231039.6兆歐表

9.6.1工作原理兆歐表的測量機構(gòu)示意圖如圖9.6.1所示。它有兩個可動線圈，兩個線圈成一定角度固定在軸上，固定部分是永久磁鐵。當(dāng)線圈通以電流時，兩個線圈受電磁力作用產(chǎn)生的力矩相反，一個是轉(zhuǎn)動力矩，一個是反作用力矩，平衡時，兩力矩相等?？梢宰C明，指針的偏轉(zhuǎn)與兩電流的比值成正比，即α=K(I1/I2)，所以該測量機構(gòu)稱為比率計。第103頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月2023104不同用途的磁電式比率型測量機構(gòu)采用不同形狀的鐵心和極掌，以獲得所需要的不均勻的磁場。圖9.6.1(a)所

示為有缺口的鐵心結(jié)構(gòu),圖9.6.1(b）為橢圓形鐵心結(jié)構(gòu)。第104頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月2023105圖9.6.1兆歐表測量機構(gòu)示意圖第105頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月2023106圖9.6.2兆歐表的原理電路圖第106頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月2023107利用比率計制成的兆歐表，其原理電路如圖9.6.2所示。

由圖可以看出，被測電阻Rx與測量機構(gòu)中的可動線圈1串聯(lián)，流過可動線圈1的電流I1為

流過線圈2的電流為第107頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月2023108以上兩式中的Rc和RV為附加電阻，則(9-31)

由上式可以看出，兆歐表的偏轉(zhuǎn)角與發(fā)電機的電壓及線圈的電流無關(guān)，只與被測電阻有關(guān)，兆歐表的指針偏轉(zhuǎn)直接反映被測電阻的大小。第108頁，共117頁，2023年，2月20日，星期三03五月20231099.6.2使用注意事項選用兆歐表時，其額定電壓一定要與被測電氣設(shè)備或線路的工作電壓相適應(yīng)，測量范圍應(yīng)與被測絕緣電阻的范