電工電子技術(shù)第6章-電工測量課件

第6章電工測量電流、電壓、電功率、電阻及電能的測量方法電流表、電壓表、功率表、萬用表、兆歐表及電度表的使用方法磁電式、電磁式及電動(dòng)式儀表的結(jié)構(gòu)和工作原理學(xué)習(xí)要點(diǎn)2023/12/5電工電子技術(shù)第6章電工測量6.1電工儀表的類型、誤差和準(zhǔn)確度6.2指針式儀表的結(jié)構(gòu)及工作原理6.3電流、電壓、功率及電能的測量6.4電阻的測量2023/12/5電工電子技術(shù)6.1電工儀表的類型、誤差和準(zhǔn)確度電工儀表是實(shí)現(xiàn)電工測量過程所需技術(shù)工具的總稱。電工儀表的測量對象主要是電學(xué)量與磁學(xué)量。電學(xué)量又分為電量與電參量。通常要求測量的電量有電流、電壓、功率、電能、頻率等；電參量有電阻、電容、電感等。通常要求測量的磁學(xué)量有磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁導(dǎo)率等。2023/12/5電工電子技術(shù)按測量方法可分為比較式和直讀式兩類。比較式儀表需將被測量與標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較后才能得出被測量的數(shù)量，常用的比較式儀表有電橋、電位差計(jì)等。直讀式儀表將被測量的數(shù)量由儀表指針在刻度盤上直接指示出來，常用的電流表、電壓表等均屬直讀式儀表。直讀式儀表測量過程簡單，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，測量過程也不如直讀法簡單，但測量的結(jié)果較直讀式儀表準(zhǔn)確。按被測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指示被測量的數(shù)值；數(shù)字式儀表先將被測量的模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，然后用數(shù)字顯示被測量的數(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。6.1.1電工儀表的分類2023/12/5電工電子技術(shù)常用電工儀表的符號(hào)和意義2023/12/5電工電子技術(shù)常用電工儀表的符號(hào)和意義2023/12/5電工電子技術(shù)6.1.2電工儀表的誤差和準(zhǔn)確度電工儀表的準(zhǔn)確度是指測量結(jié)果（簡稱示值）與被測量真實(shí)值（簡稱真值）間相接近的程度，是測量結(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，測量結(jié)果的準(zhǔn)確度高，其誤差就小，因此，在實(shí)際測量中往往采用誤差的大小來表示準(zhǔn)確度的高低。由于制造工藝的限制及測量時(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、放置方式以及無外界電磁場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。2023/12/5電工電子技術(shù)誤差的表示方法（1）絕對誤差：（2）相對誤差：（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ΔAm：最大絕對誤差示值誤差用于誤差很小或要求不高的場合。直讀儀表的準(zhǔn)確度用最大引用誤差來分級，分為0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5和5.0共7個(gè)等級。如準(zhǔn)確度為2.5級的儀表，其最大引用誤差為2.5％。最大相對誤差：2023/12/5電工電子技術(shù)例如：用一量程為150V的電壓表在正常條件下測某電路的兩點(diǎn)間電壓U，示值為100V，絕對誤差為1V。這時(shí)U的真值為100－1=99V，相對誤差r=1%。如果示值為10V，絕對誤差為－0.8V。則其真值為10.8V，相對誤差8%。如果已知該電壓表可能發(fā)生的最大絕對誤差為1.5V，則儀表的最大引用誤差為：注意：被測量比儀表量程小得越多，測量結(jié)果可能出現(xiàn)的最大相對誤差值也越大。例如用1.0級量程為150V的電壓表測量30V的電壓，可能出現(xiàn)的最大相對誤差為5％，而改用1.0級量程為50V的電壓表測量30V的電壓，可能出現(xiàn)的最大相對誤差為1.67％。所以選用儀表的量程時(shí)應(yīng)使讀數(shù)在2／3量程以上。所以該儀表的準(zhǔn)確度等級為1.0級。2023/12/5電工電子技術(shù)6.2指針式儀表的結(jié)構(gòu)及工作原理電工測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)來指示被測量的大小。2023/12/5電工電子技術(shù)6.2.1磁電式儀表直流電流I通過可動(dòng)線圈時(shí)，線圈與磁場相互作用使線圈產(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)角度與流過線圈的電流的大小成正比，即：α=KI?？梢姶烹娛絻x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、過載能力小，而且只能測量直流，不能測量交流。使用注意事項(xiàng)：電表接入電路時(shí)要注意極性，否則指針反打會(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)。2023/12/5電工電子技術(shù)6.2.2電磁式儀表線圈通入電流時(shí)產(chǎn)生磁場，使其內(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：α=KI2。可見電磁式儀表標(biāo)尺上的刻度是不均勻的。推斥型電磁式儀表也可以測量交流，當(dāng)線圈中電流方向改變時(shí)，它所產(chǎn)生磁場的方向隨之改變，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)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。2023/12/5電工電子技術(shù)6.2.3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，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：α=KI1I2。對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：α=KI1I2cos。2023/12/5電工電子技術(shù)6.3電流、電壓、功率及電能的測量6.3.1電流的測量測量直流電流通常采用磁電式電流表，測量交流電流主要采用電磁式電流表。電流表必須與被測電路串聯(lián)，否則將會(huì)燒毀電表。此外，測量直流電流時(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－1)。式中Ro為表頭內(nèi)阻，n=I/Io為分流系數(shù)，其中Io為表頭的量程，I為擴(kuò)大后的量程。2023/12/5電工電子技術(shù)6.3.2電壓的測量測量直流電壓通常采用磁電式電壓表，測量交流電壓主要采用電磁式電壓表。電壓表必須與被測電路并聯(lián)，否則將會(huì)燒毀電表。此外，測量直流電壓時(shí)還要注意儀表的極性。擴(kuò)大量程的方法是在表頭上串聯(lián)一個(gè)稱為倍壓器的高值電阻RV，倍壓器的阻值為：RV=(m－1)Ro。式中Ro為表頭內(nèi)阻，m=U/Uo為倍壓系數(shù)，其中Uo為表頭的量程，U為擴(kuò)大后的量程。2023/12/5電工電子技術(shù)6.3.3功率的測量測量功率時(shí)采用電動(dòng)式儀表。測量時(shí)將儀表的固定線圈與負(fù)載串聯(lián)，反映負(fù)載中的電流，因而固定線圈又叫電流線圈；將可動(dòng)線圈與負(fù)載并聯(lián)，反映負(fù)載兩端電壓，所以可動(dòng)線圈又叫電壓線圈。分格常數(shù)：被測功率：2023/12/5電工電子技術(shù)一表法：用一個(gè)單相功率表測得一相功率，然后乘以3即得三相負(fù)載的總功率。二表法：用兩只單相功率表來測量三相功率，三相總功率為兩個(gè)功率表的讀數(shù)之和。若負(fù)載功率因數(shù)小于0.5，則其中一個(gè)功率表的讀數(shù)為負(fù)，會(huì)使這個(gè)功率表的指針反轉(zhuǎn)。為了避免指針反轉(zhuǎn)，需將其電壓線圈或電流線圈反接，這時(shí)三相總功率為兩個(gè)功率表的讀數(shù)之差。2023/12/5電工電子技術(shù)三表法：用3只單相功率表來測量三相功率，三相總功率為3個(gè)功率表的讀數(shù)之和。用二元功率表和三元功率表測量三相總功率，三相總功率均可直接從表上讀出。2023/12/5電工電子技術(shù)6.3.4電能的測量驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)用來產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，包括電壓線圈、電流線圈和鋁制轉(zhuǎn)盤。當(dāng)電壓線圈和電流線圈通過交流電流時(shí)，就有交變的磁通穿過轉(zhuǎn)盤，在轉(zhuǎn)盤上感應(yīng)出渦流，渦流與交變磁通相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，從而使轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)。制動(dòng)機(jī)構(gòu)用來產(chǎn)生制動(dòng)力矩，由永久磁鐵和轉(zhuǎn)盤組成。轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)后，渦流與永久磁鐵的磁場相互作用，使轉(zhuǎn)盤受到一個(gè)反方向的磁場力，從而產(chǎn)生制動(dòng)力矩，致使轉(zhuǎn)盤以某一轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速與負(fù)載功率的大小成正比。積算機(jī)構(gòu)用來計(jì)算電度表轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)數(shù)，以實(shí)現(xiàn)電能的測量和計(jì)算。轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過蝸桿及齒輪等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)字輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而直接顯示出電能的度數(shù)。電度表2023/12/5電工電子技術(shù)單相電度表接線時(shí)，電流線圈與負(fù)載串聯(lián)，電壓線圈與負(fù)載并聯(lián)。單相電度表共有四根連接導(dǎo)線，兩根輸入，兩根輸出。電流線圈及電壓線圈的電源端應(yīng)接在相（火）線上，并靠電源側(cè)。2023/12/5電工電子技術(shù)6.4電阻的測量6.4.1萬用表1、磁電式萬用表2023/12/5電工電子技術(shù)（1）直流電流的測量。轉(zhuǎn)換開關(guān)置于直流電流檔，被測電流從+、－兩端接入，便構(gòu)成直流電流測量電路。圖中RAl、RA2、RA3是分流器電阻，與表頭構(gòu)成閉合電路。通過改變轉(zhuǎn)換開關(guān)的檔位來改變分流器電阻，從而達(dá)到改變電流量程的目的。（2）直流電壓的測量。轉(zhuǎn)換開關(guān)置于直流電壓檔，被測電壓接在+、－兩端，便構(gòu)成直流電壓的測量電路。圖中RVl、RV2、RV3是倍壓器電阻，與表頭構(gòu)成閉合電路。通過改變轉(zhuǎn)換開關(guān)的檔位來改變倍壓器電阻，從而達(dá)到改變電壓量程的目的。（3）交流電壓的測量。轉(zhuǎn)換開關(guān)置于交流電壓檔，被測交流電壓接在+、－兩端，便構(gòu)成交流電壓測量電路。測量交流時(shí)必須加整流器，二極管D1和Dl組成半波整流電路，表盤刻度反映的是交流電壓的有效值。RVl'、RV2'、RV3'是倍壓器電阻，電壓量程的改變與測量直流電壓時(shí)相同。（4）電阻的測量。轉(zhuǎn)換開關(guān)置于電阻檔，被測電阻接在+、－兩端，便構(gòu)成電阻測量電路。電阻自身不帶電源，因此接入電池E。電阻的刻度與電流、電壓的刻度方向相反，且標(biāo)度尺的分度是不均勻的。2023/12/5電工電子技術(shù)500型萬用表有兩個(gè)“功能/量程”轉(zhuǎn)換旋鈕，每個(gè)旋鈕上方有一個(gè)尖形標(biāo)志。利用兩個(gè)旋鈕不同位置的組合，可以實(shí)現(xiàn)交、直流電流、電壓、電阻及音頻電平的測量。如測量直流電流，先轉(zhuǎn)動(dòng)左邊的旋鈕，使“A”檔對準(zhǔn)尖形標(biāo)志，再將右邊旋鈕轉(zhuǎn)至所需直流電流量程即可進(jìn)行測量。使用前注意先調(diào)節(jié)調(diào)零旋鈕，使指針準(zhǔn)確指示在標(biāo)尺的零位置。2023/12/5電工電子技術(shù)2、數(shù)字式萬用表數(shù)字式萬用表由功能變換器、轉(zhuǎn)換開關(guān)和直流數(shù)字電壓表3部分組成，其原理框圖如圖所示。直流數(shù)字電壓表是數(shù)字式萬用表的核心部分，各種電量或參數(shù)的測量，都是首先經(jīng)過相應(yīng)的變換器，將其轉(zhuǎn)化為直流數(shù)字電壓表可以接受的直流電壓，然后送入直流數(shù)字電壓表，經(jīng)模／數(shù)轉(zhuǎn)換器變換為數(shù)字量，再經(jīng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)并以十進(jìn)制數(shù)字將被測量顯示出來。2023/12/5電工電子技術(shù)2023/12/5電工電子技術(shù)2023/12/5電工電子技術(shù)6.4.2兆歐表兆歐表俗稱搖表，是測量絕緣體電阻的專用儀表，主要由磁電式流比計(jì)與手搖直流發(fā)電機(jī)組成。2023/12/5電工電子技術(shù)流比計(jì)是用電磁力代替游絲產(chǎn)生反作用力矩的儀表。它與一般磁電式儀表不同，除了不用游絲產(chǎn)生反作用力矩外，還有兩個(gè)區(qū)別：一是空氣隙中的磁感應(yīng)強(qiáng)度不均勻；二是可動(dòng)部分有兩個(gè)繞向相反且互成一定角度的線圈，線圈1用于產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，線圈2用于產(chǎn)生反作用力力矩。被測電阻接在L（線）和E（地）兩個(gè)端子上，形成了兩個(gè)回路，一個(gè)是電流回路，一個(gè)是電壓回路。電流回路從電源正端經(jīng)被測電阻Rx、限流電阻RA、可動(dòng)線圈1回到電源負(fù)端。電壓回路從電源正端經(jīng)限流電阻RV、可動(dòng)線圈2回到電源負(fù)端。由于空氣隙中的磁感應(yīng)強(qiáng)度不均