测量仪表的基本知识

常用电工仪表及测量李建松常用电工仪表及测量1电工测量的基本知识2电工仪表的基本知识3常用仪表的安全使用4发电厂及变电所的电气测量仪表配置测量的基本知识测量是人们认识客观事物，并用数量概念描述客观事物，进而达到逐步掌握事物的本质和揭示自然界规律的一种手段。在工农业生产、商业贸易、日常生活中都需要测量，而现代科学技术的发展更是与测量的发展分不开。测量是用实验的方法把被测量与同类标准量进行比较以确定被测量大小的过程。测量方式的分类(1)直接测量在测量过程中，能够直接将被测量与同类标准量进行比较，或能够直接用事先刻度好的测量仪器对被测量进行测量，从而直接获得被测量的数值的测量方式称为直接测量。直接测量方式广泛应用于工程测量中。测量方式的分类(2)间接测量当被测量由于某种原因不能直接测量时，可以通过直接测量与被测量有一定函数关系的物理量，然后按函数关系计算出被测量的数值，这种间接获得测量结果的方式称为间接测量。间接测量方式广泛应用于科研、实验室及工程测量中。测量方法的分类在测量过程中，作为测量单位的度量器可以直接参与也可以间接参与。根据度量器参与测量过程的方式，可以把测量方法分为直读法和比较法。测量方法的分类直读法用直接指示被测量大小的指示仪表进行测量，能够直接从仪表刻度盘上读取被测量数值的测量方法，称为直读法。直读法测量时，度量器不直接参与测量过程，而是间接地参与测量过程。例如，用欧姆表测量电阻时，从指针在刻度尺上指示的刻度可以直接读出被测电阻的数值。这一读数被认为是可信的，因为欧姆表刻度尺的刻度事先用标准电阻进行了校验，标准电阻已将它的量值和单位传递给欧姆表，间接地参与了测量过程。直读法测量的过程简单，操作容易，读数迅速，但其测量的准确度不高。测量方法的分类比较法将被测量与度量器在比较仪器中直接比较，从而获得被测量数值的方法称为比较法。例如，用天平测量物体质量时，作为质量度量器的砝码始终都直接参与了测量过程。在电工测量中，比较法具有很高的测量准确度，可以达到土0.001%，但测量时操作比较麻烦，相应的测量设备也比较昂贵。根据被测量与度量器进行比较时的不同特点又可将比较法分为零值法、较差法和替代法三种。零值法又称平衡法，它是利用被测量对仪器的作用，与标准量对仪器的作用相互抵消，由指零仪表做出判断的方法。即当指零仪表指示为零时，表示两者的作用相等，仪器达到平衡状态；此时按一定的关系可计算出被测量的数值。显然，零值法测量的准确度主要取决于度量器的准确度和指零仪表的灵敏度。较差法是通过测量被测量与标准量的差值，或正比于该差值的量，根据标准量来确定被测量的数值的方法。较差法可以达到较高的测量准确度。替代法是分别把被测量和标准量接入同一测量仪器，在标准量替代被测量时，调节标准量，使仪器的工作状态在替代前后保持一致，然后根据标准量来确定被测量的数值。用替代法测量时，由于替代前后仪器的工作状态是一样的，因此仪器本身性能和外界因素对替代前后的影响几乎是相同的，有效地克服了所有外界因素对测量结果的影响。替代法测量的准确度主要取决于度量器的准确度和仪器的灵敏度。测量的过程测量包含有三个重要因素，即测量对象、测量方法和测量设备。一个完整的测量过程一般包括以下三个阶段准备阶段认真分析测量对象的性质、特点、测量条件及测量结果所要达到的准确度要求，然后选定适当的测量方法及选择相应的测量仪器，拟定出测量过程及测量步骤。测量方法的选择正确与否，直接关系到测量结果的可信赖程度，也关系到测量方案的经济性和可行性。不正确的测量方法，即使有先进的精密仪器，也不会得到正确的测量结果。测量阶段了解测量设备的特性、使用方法，建立测量仪器所必需的测量条件，按照已拟定出的测量过程及测量步骤谨慎进行操作，认真记录测量数据。数据处理阶段。根据记录的数据，考虑测量条件的实际情况，按照选定的测量方法及理论计算出被测量的测量结果的估计值；根据误差传递理论，求得测量误差。数据处理阶段根据记录的数据，考虑测量条件的实际情况，按照选定的测量方法及理论计算出被测量的测量结果的估计值；根据误差传递理论，求得测量误差。误差的产生实践证明，用任何仪器、仪表和测量的全过程中，误差是普遍和绝对存在的，因为在仪表的制造过程中，材料和加工都不可能毫无误差地符合理想；在测量时，环境、测量者的知识和经验等因素，都会影响测量结果，使测量结果与真实情况有差异，测量结果与真实情况的差异，称之为测量误差，测量误差的产生是不可避免的，但可以减小或设法修正。测量误差的介绍：任何测量都不可能避免的存在测量误差。测量误差分为：测量的绝对误差、测量的相对误差、引用误差。测量误差的来源基准件误差：方法误差：测量器具误差调整误差：环境误差：人员误差：测量误差分类按产生的原因和性质分类系统误差：在对同一被测量的多次测量过程中，保持恒定或可以预知方式变化的测量误差分量。随机误差：对同一被测量的多次测量过程中，一不可预知方式变化的测量误差的分量。是由测量过程中未加控制又不起显著作用的多种随机因素引起。（正态分布）粗大误差：明显超出规定条件下预期的误差。是由不正常的因素造成的。仪表误差的表示方法1、绝对误差绝对误差△是仪表的示值Ax与被测量的真值A0之间的差值，即△=Ax-A02、相对误差相对误差就是绝对误差与真值之比。γ=△/A0×100%3、引用误差引用误差是绝对误差△与仪表测量上限Am值的比值。γn=△/Am×100%0A0A0A电工仪表的基本知识一、电工指示仪表的基本原理及组成电工指示仪表的基本原理是把被测电量或非电量变换成仪表指针的偏转角。因此它也称为机电式仪表，即用仪表指针的机械运动来反映被测电量的大小。电工指示仪表通常由测量线路和测量机构两部分组成。测量机构是实现电量转换为指针偏转角，并使两者保持一定关系的机构。它是电工指示仪表的核心部分。测量线路将被测电量或非电量转换为测量机构能直接测量的电量，测量线路的构成必须根据测量机构能够直接测量的电量与被测量的关系来确定；它一般由电阻、电容、电感或其它电子元件构成。二、电工指示仪表的分类、标志和型号1、电工指示仪表的分类电工指示仪表可以根据原理、结构、测量对象、使用条件等进行分类。(1)根据测量机构的工作原理分类，可以把仪表分为磁电系、电磁系、电动系、感应系、静电系、整流系等。(2)根据测量对象分类，可以分为电流表（安培表、毫安表、微安表）、电压表（伏特表、毫伏表、微伏表以及千伏表）、功率表（又称瓦特表）、电度表、欧姆表、相位表等。(3)根据仪表工作电流的性质分类，可以分为直流仪表、交流仪表和交直流两用仪表。(4)按仪表使用方式分类，可以分为安装式仪表和可携式仪表等。(5)按仪表的使用条件分类，可以分为A、A1、B、B1和C五组。有关各组的规定可以查阅国家标准GB76—76《电测量指示仪表通用技术条件》。(6)按仪表的准确度分类，有0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5和5.0共七个准确度等级。常用电工仪表的符号和意义分类符号名称被测量的种类－直流电表直流电流、电压～交流电表交流电流、电压、功率～交直流两用表直流电量或交流电量电流种类或3～三相交流电表三相交流电流、电压、功率AmAuA安培表、毫安表、微安表电流VkV伏特表、千伏表电压WkW瓦特表、千瓦表功率kW·h千瓦时表电能量V相位表相位差f频率表频率测量对象ΩMΩ欧姆表、兆欧表电阻、绝缘电阻常用电工仪表的符号和意义磁电式仪表电流、电压、电阻电磁式仪表电流、电压电动式仪表电流、电压、电功率、功率因数、电能量整流式仪表电流、电压工作原理感应式仪表电功率、电能量1.01.0级电表以标尺量限的百分数表示准确度等级1.51.5级电表以指示值的百分数表示绝缘等级2kV绝缘强度试验电压表示仪表绝缘经过2kV耐压试验→仪表水平放置↑仪表垂直放置工作位置∠60°仪表倾斜60°放置+正端钮－负端钮±或公共端钮端钮┴或┴接地端钮电工仪表的误差和准确度电工仪表的准确度是指测量结果（简称示值）与被测量真实值（简称真值）间相接近的程度，是测量结果准确程度的量度。误差是指示值与真值的偏离程度。准确度与误差本身的含义是相反的，但两者又是紧密联系的，测量结果的准确度高，其误差就小，因此，在实际测量中往往采用误差的大小来表示准确度的高低。由于制造工艺的限制及测量时外界环境因素和操作人员的因素，误差是不可避免的。根据引起误差的原因不同，仪表误差可分为基本误差和附加误差。基本误差是在规定的温度、湿度、频率、波形、放置方式以及无外界电磁场干扰等正常工作条件下，由于仪表本身的缺点所产生的误差。附加误差是由于外界因素的影响和仪表放置不符合规定等原因所产生的误差。附加误差有些可以消除或限制在一定范围内，而基本误差却不可避免。电工仪表的误差和准确度注意：被测量比仪表量程小得越多，测量结果可能出现的最大相对误差值也越大。例如用1.0级量程为150V的电压表测量30V的电压，可能出现的最大相对误差为5％，而改用1.0级量程为50V的电压表测量30V的电压，可能出现的最大相对误差为1.67％。所以选用仪表的量程时应使读数在2／3量程以上。电工测量仪表的工作原理指针式仪表的结构及工作原理电工测量中常用的指针式仪表有磁电式、电动式、电磁式3种。这些仪表的结构虽然不同，但工作原理却是相同的，都是利用电磁现象使仪表的可动部分受到电磁转矩的作用而转动，从而带动指针偏转来指示被测量的大小。磁电式仪表的工作原理磁电系测量机构是利用线圈在磁场中受到电磁力的作用的原理制成的。当可动线圈流过电流时，由于永久磁铁的磁场和线圈电流相互作用，产生了电磁力F。因为永久磁铁产生的磁场方向恒定不变，所以只用通入直流电流才能产生稳定的偏转。如果通入的是交流电流，则由于电流方向不断变化，转动力矩也是交变的，可动部分由于惯性作用，还来不及转过去，马上又得转回来，结果指针只能在零位左右摆动，得不到正确读数。磁电式仪表的优点：刻度均匀、灵敏度高、准确度高、消耗功率小、受外界磁场影响小等。磁电式仪表的缺点：结构复杂、造价较高、过载能力小，而且只能测量直流，不能测量交流。使用注意事项：电表接入电路时要注意极性，否则指针反打会损坏电表。通常磁电式仪表的接线柱旁均标有+、－记号，以防接错。电磁式仪表的工作原理电磁系测量机构利用线圈通入交、直流电流时，能产生一定方向的转矩，带动指针偏转最后指示出被测电量的值。线圈通入电流时产生磁场，使其内部的固定铁片和可动铁片同时被磁化。由于两铁片同一端的极性相同，因此两者相斥，致使可动铁片受到转动力矩的作用，从而通过转轴带动指针偏转。当转动力矩与游丝的反抗力矩相平衡时，指针便停止偏转。电磁系测量机构的特点（1）既可测量直流，又可测量交流。（2）测量机构的可动部分不通过电流，而通过电流的固定线圈可用较粗导线绕制，因此可以直接测量较大的电流，过载能力强，并且结构简单，制造成本也低。（3）标尺刻度不均匀。（4）测量直流时有磁滞误差。（5）受外磁场影响大。电动式仪表磁电系测量机构的磁场是有永久磁铁建立的，当利用通有电流的固定线圈来代替永久磁铁时，便构成了电动系测量机构。电动系测量机构不但可以做成交流电流表、电压表，还可以比较方便的做成测量功率、相位和频率的仪表，也是目前应用比较广泛的测量机构之一。当固定线圈通过电流I1时，将建立一个磁场（磁感强度)。通过电流I的可动线圈处于固定线圈的磁场中，将受到磁场作用的电磁力F，其方向可由左手定测确定，结果使仪表可动部分在转动力矩作用下发生偏转，直到与游丝产生的反作用力矩相平衡为止，指针停在某一刻度上，便可读出指示值。电动测量机构的特点电动测量机构有以下优点：（1）准确度高。（2）不仅可以交直流两用，而且可以用来测量非正弦电流的有效值。（3）电动测量机构制成的功率表，标尺刻度均匀。电动测量机构的缺点是：（1）读数易受外磁场影响。（2）过载能力小。（3）由电动系测量机构制成的电动表和电压表，其偏转角随两个线圈电流的乘积而变化