第三章-常用电工仪表及测量

节目录退出节目录退出第三章常用电工仪表及测量第一节电工测量仪表的基本知识第二节常用电工仪表的工作原理第三节电气测量第四节常用测量仪表的安全使用节目录退出第三章常用电工仪表及测量•电气测量：电气测量主要是指测量一些电的物理量，如电流、电压、电功率、电能、电阻和频率等。•学习电工仪表及测量的重要性：电气作业人员无论是在电气设备的安装、调试、运行、维修中，还是对电气产品进行检测试验中，都经常需要进行电气测量。电气作业人员在进行电气测量时要能合理选择与正确使用测量仪表，就必需熟悉电工仪表的结构、原理及使用方法。否则，不但不能得到正确的测量结果，而且容易发生严重事故。本章对电气测量知识和如何正确使用测量仪表进行简要介绍。节目录退出第一节电工测量仪表的基本知识一、电工测量仪表的分类二、标记与符号三、仪表的误差和准确度等级节目录退出一、电工测量仪表的分类电气测量仪表的品种、规格繁多，但基本上可以分为三大类，即电测指示仪表、比较仪表和数字式仪表。节目录退出一、电工测量仪表的分类1、指示仪表原理：能将被测量转换为仪表可动部分的机械偏转角，并通过指示器直接显示出被测量的大小。特点：结构简单、可靠性高、使用维护方便。范例：44C2-A电表500型万用表节目录退出一、电工测量仪表的分类1、指示仪表分类：指示仪表按准确度等级、使用环境、防护性能、工作原理等又可分为以下几种。（1）按准确度等分，可分为0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0共7个等级。准确度较高（0.1，0.2，0.5）的仪表常用来进行精密测量或校正其他仪表。（2）按使用环境条件分，要分为A、B、C三组类型。A：0℃~40℃B：-20℃~50℃C：-40℃~60℃节目录退出一、电工测量仪表的分类1、指示仪表分类：（3）按外壳防护性能分，可分为普通、防尘、防溅、防水、水密、气密、隔爆等类型。（4）按仪表防御外界磁场或电场影响的性能分，可分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四等。（5）按使用方式分，可分为安装式、便携式等。（6）按工作原理分，可分为磁电系、电磁系、电动系、感应系、静电系、整流系等。节目录退出一、电工测量仪表的分类2、比较仪表原理：在测量过程中，通过被测量与同类标准量进行比较，然后根据比较结果，才能确定被测量大小。特点：准确度高，使用较复杂。范例：QJ-23电桥QJ-47电桥分类：直流比较仪表和交流比较仪表。如电位差计和直流电桥属于直流比较仪表，交流电桥属于交流比较仪表。节目录退出一、电工测量仪表的分类3、数字仪表原理：采用数字测量技术，并以数码的形式直接显示出被测量的大小。特点：使用方便，准确度高。范例：DT-2008数字万用表分类：数字式仪表种类很多，常用的有电压表、电流表、万用表、频率表等。节目录退出二、标记与符号仪表的表面标记、符号是识别仪表种类，表明仪表的用途、构造、准确度等级、正常工作条件和环境要求等的标志。几种常用电气测量仪表的标记、符号见表3-2（P48）被测量单位符号见表3-3（P49）节目录退出三、仪表的误差和准确度等级1、仪表误差的分类误差：测量时仪表的读数和实际值之间的差异称为仪表的误差。（1）基本误差基本误差是在正常工作条件下本身所固有的它是由于结构和制作而产生的误差。一般包括活动部件的摩擦误差；活动部件不对称而产生的不平衡误差；倾斜误差；刻度误差；弹簧变形误差以及内部电磁场误差等。分类：（2）附加误差附加误差是仪表受外界条件的影响所引起的误差。它包括温度附加误差；外磁场和外电场附加误差以及频率附加误差等。节目录退出三、仪表的误差和准确度等级2、误差的几种表达形式（1）绝对误差Δ指仪表的指示值AX与被测量的实际值A0之间的差值称为测量的绝对误差。即Δ=AX-A0被测量的实际值A0系指范型仪表（精度高的标准表）的指示值。节目录退出三、仪表的误差和准确度等级2、误差的几种表达形式（2）相对误差γ指绝对误差Δ占被测量实际值A0的百分数，即相对误差给出了测量误差的明确概念，用它对不同的测量误差进行比较很方便，所以它是一种较为常用的测量误差的表示形式。在实际测量中，，常常用仪表的指示值AX代替实际值A0进行相对误差的近似估算。即节目录退出三、仪表的误差和准确度等级2、误差的几种表达形式（3）引用误差γm相对误差可以表示测量结果的准确度，但却不能说明仪表本身的准确程度。一般采用引用误差来反映仪表的准确度，即绝对误差Δ与仪表量程（最大读数）Am的比值的百分数，即引用误差实际指仪表在最大读数时的相对误差，即满刻度相对误差。节目录退出三、仪表的误差和准确度等级3、仪表的准确度±Ｋ仪表的准确度：由于指示仪表在测量时，绝对误差Δ会多少有些变化，因而造成的误差也会随之变化，所以，工程上规定以最大引用误差来表示仪表的准确度。即仪表最大绝对误差Δm与仪表最大量程数Am比值的百分数，叫做仪表的准确度。因此，被测量值越接近满刻度，最大引用误差越小，仪表的基本误差也越小，准确度越高。节目录退出三、仪表的误差和准确度等级3、仪表的准确度±Ｋ仪表的准确度等级：国家标准规定，电工仪表精度分为七个等级（P50表3-4）准确度等级0.10.20.51.01.52.55.0基本误差％±0.1±0.2±0.5±1.0±1.5±2.5±5.00.1、0.2级仪表作为标准表（又称范型仪表）0.5、1.0、1.5级仪表多用于实验室1.5、2.5、5.0级仪表则用于电气工程测量节目录退出三、仪表的误差和准确度等级3、仪表的准确度±Ｋ选用仪表时注意：在选用仪表时，除了考虑仪表的准确度以外，还要选择合适的量限，以提高测量的精度。前面已经说过，仪表的准确度以最大引用误差来衡量，而测量精度以该处可能产生的最大误差来衡量。准确度高的仪表在使用不合理时产生的相对误差可能会大于准确度低的仪表。节目录退出三、仪表的误差和准确度等级3、仪表的准确度±Ｋ例如：为了测量20V电压，如果选用准确度为0.5级的，但量限为150V的电压表，则测量结果中可能出现的最大绝对误差为Δm=γmAm=±0.5％×150=±0.75V测量20V时的相对误差为为了测量20V电压，如果选用准确度为1.5级的，但量限为30V的电压表，则测量结果中可能出现的最大绝对误差为Δm=γmAm=±1.5％×30=±0.45V测量20V时的相对误差为节目录退出三、仪表的误差和准确度等级3、仪表的准确度±Ｋ结论：由此可见，测量结果的精度，不仅与仪表的准确度等级有关，而且与它的量限也有关。因此，在选择仪表的量限时，被测值应尽量使指针指在刻度标尺的三分之二以上。节目录退出第二节常用电工仪表的工作原理一、指示仪表的基本组成部分及其作用二、磁电系仪表的工作原理三、电磁系仪表的工作原理四、电动系仪表和铁磁电动系仪表的工作原理五、感应系仪表六、几种常用测量机构的主要特性及应用节目录退出一、指示仪表的基本组成部分及其作用1、指示仪表的基本组成部分电工指示仪表的任务就是把被测电量、磁量或电参数转换为仪表可动部分的机械偏转角，在转换过程中，使两者都保持一定的函数关系，从而用指针偏转的角度大小反映被测量的数值。节目录退出一、指示仪表的基本组成部分及其作用1、指示仪表的基本组成部分指示仪表一般由测量线路和测量机构构成。被测量测量机构能接受的过渡量偏转角α=F(y)=φ(x)xy=f(x)测量线路测量机构测量线路:测量线路的作用是把各种不同的被测量按一定的比例转换为能被测量机构所接受的过渡量。测量线路通常由电阻器、电容器、电感器等电子元件组成，不同的仪表其测量线路各不相同。如：电流采用分流器，电压采用分压器等。节目录退出一、指示仪表的基本组成部分及其作用1、指示仪表的基本组成部分指示仪表一般由测量线路和测量机构构成。被测量测量机构能接受的过渡量偏转角α=F(y)=φ(x)xy=f(x)测量线路测量机构测量机构:测量机构的作用是将被测量x（或过渡量y）转换成仪表可动部分的机械偏转角α，它是电工指示仪表的核心。节目录退出一、指示仪表的基本组成部分及其作用2、测量机构的主要装置1）转动力矩装置在被测量或过渡量的作用下，能产生使仪表偏转的转动力矩。而且这个转动力矩的大小要随被测量或过渡量的变化而按一定的关系变化。根据测量机构产生转动力矩的原理的不同，指示仪表可分为磁电系、电磁系、电动系等等。节目录退出一、指示仪表的基本组成部分及其作用2、测量机构的主要装置2）反作用力装置在可动部分偏转时，能产生随偏转角增加而增加的反作用力矩，以平衡转动力矩，使偏转角能够反映被测量的大小。反作用力矩一般由游丝或张丝产生，还有利用磁力来产生反作用力矩的，其大小与偏转角成正比。节目录退出一、指示仪表的基本组成部分及其作用2、测量机构的主要装置3）阻尼力矩装置在可动部分作偏转运动时，能产生适当的阻尼力矩以限制其摆动，从而使可动部分尽快地稳定在平衡的位置上。阻尼力矩一般由空气阻尼器和磁感应阻尼器产生，空气阻尼器的阻尼力矩是利用空气阻力产生的；磁感应阻尼器的阻尼力矩是利用可动部分在磁场中运动时产生的电磁力产生的。节目录退出一、指示仪表的基本组成部分及其作用2、测量机构的主要装置4）支撑装置测量机构中的可动部分要随被测量大小而偏转，必须有支撑装置，支撑装置的摩擦力应尽可能小，以保证仪表工作的准确度。电工指示仪表内的支撑装置有轴尖轴承支撑装置和张丝弹片支撑装置。节目录退出一、指示仪表的基本组成部分及其作用2、测量机构的主要装置5）读数装置应能直接指示出被测量的大小。电工指示仪表指示被测量大小一般由指示装置完成，指示装置由指针和标度尺组成。注意：为了消除视觉误差，有些仪表标度尺下面还安装一块反射镜，当看到指针和指针在镜中的影像重合时才能读数。节目录退出二、磁电系仪表的工作原理1、测量机构的组成主要由固定的永久磁铁和活动的通电线圈两部分组成。节目录退出二、磁电系仪表的工作原理2、工作原理磁电系仪表的核心部分是测量机构（又叫表头），它是根据通电线圈在磁场中受电磁力的作用而偏转的原理制成的。节目录退出二、磁电系仪表的工作原理3、特点（1）准确度和灵敏度高由于永久磁铁磁性很强，能在很小电流下产生很大的转矩，所以摩擦力小，温度和外磁场所造成的误差小。（2）刻度均匀由于指针的偏转角与被测电流的大小成正比，所以该系列仪表刻度均匀，易读数。（3）功率消耗小由于通过测量机构的电流很小，所以本身消耗功率很小。节目录退出二、磁电系仪表的工作原理3、特点（4）过载能力小由于被测电流要通过游丝与线圈连通，而线圈的导线又很细，所以，一旦过载，易引起游丝弹性变化，甚至烧表。（5）只能测量直流由于永久磁铁的极性是固定的，所以只有线圈流入直流电流，表的可动部分才能产生稳定的偏转。节目录退出三、电磁系仪表的工作原理1、测量机构的组成主要由固定线圈和装在转轴上的可动铁片组成。可分为吸引型和排拆型两种。节目录退出三、电磁系仪表的工作原理2、工作原理电磁系仪表和磁电系仪表一样，也是依靠电磁相互作用原理制成的。但它与磁电系仪表的区别是其磁场是由被测电流产生的。节目录退出三、电磁系仪表的工作原理3、特点（1）既可测量直流，又可测量交流，但测量直流时有磁滞误差，只有当铁片采用优质坡莫合金材料时，才可以制成交直流两用仪表。（2）可直接测量较大电流，过载能力强，结构简单，制造成本低。（被测电流不是游丝导入导出，而是通过固定线圈）（3）标尺刻度不均匀，因为指针偏转角与被测电流的平方成正比，所以标尺具有平方律的特性，即起始段分布较密，而末段分布稀疏。节目录退出三、电磁系仪表的工作原理3、特点（4）易受外磁场影响。因为它的磁场是由固定线圈通入电流而产生，强度较弱，所以极易受外界磁场干扰。①磁屏蔽将测量机构装在用导磁性能良好的材料做成的屏蔽罩内，有时采用多层磁屏蔽。解决办法：②无定位结构把测量机构的固定线圈分成完全相同的两个部分，而且进行反串，当线圈通电后，两线圈产生的磁场方向相反，但其总转矩却是相加的，一旦有外磁场存在，一个线圈的磁场若被消弱，另一个线圈的磁场势必增强，因两个线圈的结构完全对称，所以外磁场对测量机构的总作用相互抵消，使得仪表放置的位置如何，外磁场总是抵消的。