第八章电工仪表与测量

第八章电工仪表与测量海南大学:黄广民第八章电工仪表与测量本章学习要点：了解电工仪器,仪表的基础知识掌握电工仪器,仪表的使用要求熟练掌握电工仪器,仪表的使用方法.第一节电工仪表的种类电气装置,调试,运行,检查和维修中常须测量电流,电压,电能,电阻等运行和性能参数,以判断其运行和安全状态.一.按工作原理分类电工仪表分磁电系,电磁系,电动系和感应应系等.第一节电工仪表的种类(1)磁电系仪表由固定永久磁铁,可转动的线圈及转轴,游丝,指针,机械调零机构等组成.线圈位于永久磁铁的极掌之间.当线圈中流过直流电流时,线圈在永久磁铁的磁场中受力,并带动指针,转轴克服游丝的反作用力而偏转.当电磁力与反作用力平衡时,指针停留在某一位置,刻度盘上给出一相应的读数.第一节电工仪表的种类机械调零机构用于调正零位误差,在没有测量讯号时借以将仪表指针调到指向零位.磁电系仪表灵敏度和精确度较高,刻度盘分度均匀.磁电系仪表必须加上整流器才能用于交流测量,而且过载能力较小.多用于制作携带式电压表和电流表等表计.第一节电工仪表的种类(2)电磁系仪表由固定的线圈,可转动的铁芯及转轴,游丝,指针,机械调零机构等组成.铁芯位于线圈的空腔内.当线圈中流过电流时,线圈产生的磁场使铁芯磁化.铁芯磁化后受到磁场力的作用并带动指针偏转主.电磁系仪表过载能力强,可直接用于直流和交流测量.电磁系仪表精确度较低,刻度盘分度不均匀;易受第一节电工仪表的种类外来干扰,结构上应有抗干扰设计.电磁系仪表常用于制作配电柜用电压表,电流表等表计.(3)电动系仪表由固定线圈,可转动线圈及转轴,游丝,指针,机械调零机构等组成.当两个线圈中都流过电流时,可转动的线圈受力并带动指针偏转.电动系仪表可直接用于交,直流测量;精确度较高.第一节电工仪表的种类电动系仪表制作电压或电流表时,刻度分度不均匀(制作功率表时,刻度盘分度均匀);结构上也应有抗干扰设计.电动系仪表常用于制作功率表,功率因数表等表计.第一节电工仪表的种类(4)感应系仪表由固定的开口电磁铁,永久磁铁,可转动铝盘及转轴,计数器等组成.当电磁铁线圈中流过电流时,铝盘里产生涡流,涡流与磁场相互作用使铝盘受力转动,计数器计数.铝盘转动时切割永久磁铁的磁场产生反作用力矩.感应系仪表主要用于计量交流电能.第一节电工仪表的种类二.按精确度等级分类电工仪表分为0.1,0.2,0.5,1.0,1.5,2.5,4.0七级.仪表精确度用引用相对误差K%表示.即:式中Δm——最大绝对误差；Am——仪表量程.0.5级仪表满量程时的相对误差为0.5%.%100%mmAK第一节电工仪表的种类三.按测量方法分类电工仪表主要分为直读式仪表和比较式仪表.前者根据仪表指针所指位置从刻度盘上直接读数,如电流表,万用表,兆欧表等.后者是将被测量与已知的标准量进行比较来测量,如电桥,接地电阻测量仪等.第二节电流和电压的测量一.电流的测量(一)仪表型式与量程的选择(1)测量直流时,可用磁电式,电磁式或电动式仪表,磁电式灵敏度和准确度最高,故使用较普遍.(2)测量交流时,可用电磁式,电动式或感应式等仪表,电磁式应用较多.(3)测量前,要对被测量大小有个估计,根据待测量大小选择适当的仪表,如A表,mA表.第二节电流和电压的测量(二)测量电流的接线测量直流电流时,要注意仪表极性和量程,用带有分流器的仪表测量时,应将分流器的电流端钮(外侧二个端钮)接入电路中,表头引出线应接分流器的电位端钮.第二节电流和电压的测量2.交流电流的测量测量单相交流电流接线图8-3.测量大容量交流电流,常用电流互感器来扩大电表量程,接线方式图8-4.电流表内阻越小,测量结果越准确.第二节电流和电压的测量二.电压的测量(一)电压表的型式和量程的选择电压表和电流表结构基本相同,但仪表的附加装置和在电路中的接法不同.常根据被测电压的大小,选用伏特表或毫伏表.(二)接线方式测量电路电压时,应将电压表并联在被测电阻的两端.第二节电流和电压的测量使用磁电式仪表测量直流电压时,还要注意仪表接线钮上的”+””-”极性标记,不可接错.交流电压≥600V时,要用电压互感器,将二次侧的电压变换到100V再进行测量,其接线.第三节功率和电能的测量一.功率的测量交流电功率P=UIcosΦ,须用电动式或感应式瓦特表来测量.不能用一个电压表和一个电流表来测量.电动式或感应式瓦特表指针偏转角与UIcosΦ成正比,可测量交流电的功率.使用瓦特表的注意事项:测量中,若瓦特表接线正确,而指针反转,证明功率的实际输送方向与预期方向相反,将电流线圈两端换接即可.但不能换接电压线圈.第三节功率和电能的测量因为电压线圈串联有一个很大的附加电阻R,线间电压绝大部分分配于电阻上,若将电压线圈两个端线换接,则两线圈端电位差将等于电路电压,这两个线圈很近,这一电压,可能引起线圈绝缘损坏.两个不同电位的线圈之间将出现静电作用而使测量结果误差增大.错误接法.第三节功率和电能的测量二.电能的测量测量电能用电能表,用电动式直流电能表测量直流电能,用感应式交流电能表测量交流电能.交流电能表分单相,三相电能表两种.三相电能表分三相两元件和三相三元件电能表.三相两元件电能表用于三相三线制线路或三相设备电能的测量;三相三元件电能表用于低压三相四线制制配电线路电能的测量.第三节功率和电能的测量三.电能表测量原理和技术参数(1)组成和原理电能表由驱动机构,制动元件和积算机构组成.第三节功率和电能的测量驱动机构包括固定的电压电磁铁,电流电磁铁和可转动的铝盘.制动元件指卡着铝盘装设的永久磁铁.积算机构包括铝盘转轴上的蜗杆及蜗轮,计数器等元件.其原理如图.第三节功率和电能的测量电压电磁铁线圈与电路并联,获取电路电压信号;电流电磁铁线圈与电路串联,获取电路的电流信号.(二)主要技术参数单相电能表额定电压多为220V.三相电能表额定电压380V(三相两元件),380/220V(三相三元件)及110V(高压计量用).第三节功率和电能的测量电能表的额定电流有1A,2A,3A,5A,10A等很多等级.凡类似5(10)A标志者,括号外数字表示该电能表额定电流为5A;括号内数字表示该电表改变内部接线后其额定电流可扩大为10A.电能表上都标志有电能表常数.电能表常数指每用1kW·h对应的铝盘转数.电能表电流线圈的直流电阻很小,而电压线圈直流电阻≈1000~2000Ω.第三节功率和电能的测量四.电能表接线应注意分清接线端子及首尾端;三相电能表按正相顺序接线;经互感器接线极性须正确;电压线圈接线要用1.5㎜2绝缘铜线,电流线圈接线接入要用与线路导电能力相当的绝缘铜线(＜6㎜2用单股线),经电流互感器接入要用2.5㎜2绝缘铜线;互感器二次线圈和外壳应接地(或接零);线路开关须接在电能表的后面.第三节功率和电能的测量单相电能表接线见图8-9第三节功率和电能的测量三相三元件电能表的接线见图8-10a,b.第三节功率和电能的测量带电流互感器和电压互感器的三相两元件的有功电能表接线见图8-10c.第四节万用电表一.万用表结构及工作原理万用表是电工测量中常用的多用途,多量程的可携带式仪表.它可测量直流电流,直流电压,电阻等.好的万用表还可测量交流电流,电功率,电感量,电容量等.是电工必备的仪表.第四节万用电表万用表主要由表头(测量机构),测量线路,转换开关,电池,面板及表壳等组成.万用表的表头是一磁电式测量机构.如图是一个简单的万用表原理电路图.第四节万用电表S1是具有12个分接头转换开关,用于选择测量种类和量程.S2是单刀双投开关,测量电阻时,S2拨到”2”位,进行其他测量时,S2拨至”1”位.万用表的工作原理:(一)直流电流的测量测量直流电流时,S1拨在4,5,6位置,S2拨在1位置.第四节万用电表被测电流从”+”端流入,”-”端流出.R1,R2,R3,R4为并联分流电阻,拨动S1可改变测量量程,这和电流表并联分流电阻扩大量程原理一样.第四节万用电表(二)直流电压的测量测量直流电压,S1拨在10,11,12三位置,S2拨在1位置.被测电压加在”+”,”-”两端,R5,R6,R7为串联附加电阻,拨动S1可得到不同电压测量量程.和电压表串联附加电阻变换电压量程原理一样.第四节万用电表(三)电阻的测量测量电阻时,S1拨在7,8,9三个位置,S2拨在2位置,将表内电池接入电路.被测电阻接在万用表的”+”,“-”端,表头内就有电流通过,扭动S1时,就可得到不同量程.第四节万用电表如果被测电阻未接入,则输入端开路,表内无电流通过,指针不偏转,欧姆档标度的左侧是”∞”符号;如果输入端短路,则被测电阻为0,此时指针偏转角最大,所以标度尺的右侧是”0”.第四节万用电表(四)交流电压的测量测量交流电压时,S1拨在1,2,3位置,S2在1位置.因磁电式机构只能测量直流,测量交流电压时,需把交流变成直流才能测量.图中两二极管组成整流器,分别使交流电压正,负半波时通过表头的电流为单相脉动电流.R11,R12,R13串联附加电阻,拨动S1可得到不同的电压量程.第四节万用电表二.万用表使用方法及注意事项万用表是多量程,结构型式多样,不同型号的仪表,其面板的布置有所不同.要做到熟练和正确使用,既要了解各个调节旋钮的用途和使用方法,还要熟悉各刻度标尺的用途,才能准确地读出所需测量的数据.第四节万用电表(一)识别测量表的正,负两极测量前须检查表笔位置,红表笔接”+”接线柱(内部电池”-”),黑表笔接”-”号接线柱(内部电池”+”).测量电压时,应并联接入被测电路;测量电流时,应串联接入被测电路.测量直流电流,电压时,红表笔接被测电路正极,黑表笔接被电路负极,要避免反接.有的万用表有交,直2500V测量端钮,专用于测量高电压,使用时黑笔仍接“-”,红笔接2500V的接线柱上.第四节万用电表(二)根据测量对象,拨转换开关到相应档位有的万用表有两个转换开关,一个是测量种类,另一个是量程,应先选测量种类,再选量程.测量种类要选择准确,若误用电流或电阻档测量电压,将会损坏表头,甚至造成测量线路短路.选量程时,应尽可能使被测值≥1/2或2/3量程,以减小误差,若未知被测值大小,应先选最大量程,再逐步换至适当量程.第四节万用电表(三)读数时,要根据测量的对象在相应的标尺读取数据标尺端有”DC”或”-”标记为测量直流电流和直流电压时用;标尺端标有”AC”或”～”标记是测量交流电压时用;标有”Ω”的标尺是测量电阻专用.第四节万用电表(四)测量电阻时应注意如下事项(1)选择适当的倍率档,使指针尽量接近标度尺中心部分,以确保读数准确.测量时,指针在标度尺的指示值乘以倍率,即为被测电阻的阻值.(2)测量电阻前,或调换不同倍率后,应将两表笔短接,用调零旋钮调零,调不到零时应更换电池.测量完毕,应将转换开关拨到交流电压最高档或空档上,以防表笔短接,造成电池放电.第四节万用电表(3)不能带电测量电阻,否则不仅得不到正确的读数,还有可能损坏表头.(4)用万用表测量半导体元件正,反向电阻时,应用R×100档,不能用高阻档,以免损坏半导体元件.(5)严禁用万用表电阻档直接测量微安表,检流计,标准电池等类似仪器仪表的内阻.第四节万用电表(五)测量电压,电流时注意事项(1)要有人监护,如测量人不懂测量技术,监护人有权制止测量工作.(2)测量时人身不得触及表笔的金属部分,以保证测量的准确性和安全.(3)测量高电压和大电流时,在测量中不得拨动转换开关,若不知被测量有多大时,应将量限制于最高档,然后逐步向低量限档转换.(4)注意被测量的极性,以免损坏.第五节直流电桥一.直流单臂电桥(惠斯登电桥)直流单臂电桥适用于测量电阻(1~108Ω),用它可测量各种电机,变压器及各种其它电器的直流电阻,直流单臂电桥的工作原理如图示.第五节直流电桥被测电阻RX和标准电阻R2,R3,R4组成电桥四个臂,在四边形顶点cd间接入检流计P,在另一对顶点ab间接入电池E,在测量时按下按钮SB接通电源,调节标准电阻R2,R3和R4,使检流计指示为0,则有I1=I2,I3=I4,而且c点电位和d点电位相等,因此有U