第11章 电工仪表与测量

2020/5/4第11章电工常用测量仪表•测量就是将未知的被测量与已知的标准量进行直接或间接的比较，从而确定被测量数值的过程。•电工测量就是将被测的电量或磁量与作为测量单位的同类电量或磁量进行比较，以确定被测的电量或磁量的值得过程。2020/5/411.1电工仪表的基本知识•电工仪表的分类•一般将直接指示测量结果的仪器仪表称为仪表•将较量仪器称为仪器•将用于电工测量的所有仪器仪表统称电工仪表•电工仪表不仅可以测量电磁量，还可以通过各种变换器来测量非电磁量根据原理、结构和用途分•1、指示仪表•它是最常见的一种电工仪表，它又称为电测量指示仪表，是电工仪表的主要组成种类。•特点：把被测电磁量转换为可动部分的角位移，然后根据可动部分的指针在标尺上的位置直接读出被测量的数值，所以它是一种直读式仪表。特点•指示仪表结构简单，工作稳定，可靠性比较高•缺点：测量的准确度不太高•分类：•工作原理分为：磁电系、电动系、感应系、静电系、振簧系、整流系•工作电流分：直流表、交流表、交直流两用表•按测量名称（单位）分:电流表、电压表、功率表、瓦特表、欧姆表、高阻表、电能表、相位表、频率表•按准确度等级分：0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5，5.0•按使用条件分：A、A1、B、B1、C五种组别•按外壳防护性能分:普通式、防尘式、防溅式、防水式、水密式、气密式、隔爆式•数值越小，准确度越高。•A组：工作环境为0～+40℃，相对湿度在85%以下。•B组：工作环境为-20～+50℃，相对湿度在85%以下。•C组：工作环境为-40～+60℃，相对湿度在98%以下。•按使用方式：安装式、可携式•按外形尺寸大小分：微型、小型、中型、大型•按工作位置：水平使用和垂直使用•按可动部分的支撑方式、耐受机械力作用的性能、标度尺特性等进行分类2、数字仪表•它是一种只读式仪表，将被测量转经过模数转换器把模拟量转换为数字量，然后以数字方式直接显示出被测量的数值。•常见的数字仪表有：数字电压表、数字频率表、数字欧姆表、数字功率表、数字万用表3.比较仪器•用于比较测量，它包括各类交直流电桥、交直流补偿式的测量仪器，以及电位差计等测量仪器。•比较测量法的准确度都比较高，所以比较仪器可用对电磁量进行比较精密的测量场合。•电工比较仪器一般分直流和交流两大类，每类包含比较仪器本体、检流设备、度量器等。4.记录仪表•它是随时间记录电参量的仪表，一般分为测量和记录两部分。•发电厂和变电站采用了大量的记录仪表。•电工仪表还有扩大量程变换装置和变换器、电源装置等类型。11.2常用仪表的符号•磁电式系仪表电磁式系仪表电动式系仪表感应式系仪表11.3电工仪表的误差和准确度•1.电工仪表的误差及分类测量误差分类系统误差基本误差：由仪表结构造成的误差附加误差：偏离规定的工作条件造成的误差随机误差：偶发原因引起大小方向都不确定的误差疏忽误差：测量人员疏忽造成2.测量误差的表示方法•绝对误差•用测量值与被测量真值之间的差值所表示的误差称为绝对误差。•△=Ax－A0•相对误差•绝对误差⊿与被测量真值之比，称为相对误差。%1000A△%100XA或写成△•引用误差•以绝对误差Δ与仪表上量限的比值所表示的误差称为引用误差，其中绝对误差若取可能出现的最大值则称为最大引用误差，可以用来评价仪表性能,即仪表的准确度等级%100mmmA△3.仪表准确度•正确度:表征系统误差的大小。•精密度:指在多次精密测量中，测量读数重复一致的程度，表征即随机误差的大小。•准确度:表示测量中系统误差和随机误差两者的综合影响，系统误差小称之为正确度高，随机误差小称之为精密度高，准确度高则是指系统误差和随机误差都比较小。指既“正确”又“精密”的测量。可见准确度可以表示测量结果与被测真值的一致程度。4.测量误差•系统误差的消除方法•从制造角度：改进仪表结构和制造工艺，如减少转动部分的摩擦，加强对外界电磁场的屏蔽等。这也是消除系统误差最根本的办法。•从使用角度；使用者无法改变仪表的结构，只能在使用中采用比较法、正负误差补偿法等来减小误差，例如测量后将仪表调转180°，重测一次，用两次测量平均值作为测量值，以消除地磁的影响，或利用校正值求得被测量的真值。•偶然误差•又称随机误差，是一种大小和符号都不固定的误差。•原因：由于仪表的工作条件发生偶然性变化引起的。•消除方法：增加测量次数，再取算术平均值的方法来实现。•疏失误差•是一种严重歪曲测量结果的误差。•原因：由于操作者的粗心大意造成的•方法：加强操作者的责任心和提倡严谨的工作态度，提升自身素质和操作水平。对象属性影响影响影响测量策略、算法数据状态参数命令被测信息原理方法被测对象仪器系统测量人员测量环境激励信号选择仪器决定方法图1-3测量的基本要素11.4常用电工仪表组成及工作原理•1.指示仪表的组成和原理•模拟指示仪表•模拟指示仪表是将被测电磁量转换为可动部分的角位移，然后根据可动部分指针在标尺上的位置直接读出被测量的数值。•数字仪表•数字仪表是将被测电磁量转换为电压，再转换为数字量，并以数字方式直接显示。模拟指示仪表组成：作用：•1.产生转动力矩的装置：利用电磁力的有磁电式、电磁式、电动式、感应式、振动式等。利用电荷作用力的有静电式等。•2.产生反作用力矩的装置：主要有游丝、悬丝等。•3.产生阻尼力矩的装置：可以利用电磁阻尼、空气阻尼、油阻尼等。数字仪表的组成被测线路A/D转换数字显示器被测量x电压U由于A/D转换的对象必须是电压,所以需要测量线路将被测量转换为电压通过A/D转换将电压转换为数字脉冲数字脉冲经译码加到显示器•测量方法测量方式直接测量间接测量组合测量指被测量与中间量的函数式中还有其他未知数，须通过改变测量条件，得出不同条件下的关系方程组，然后解联立方程组求出被测量的数值。指要利用某种中间量与被测量之间的函数关系，先测出中间量，再算出被测量。例如用伏安法测电阻。指仪表读出值就是被测的电磁量，例如用电流表测量电流，用电压表测量电压。2电流的测量•直流电流测量及电流表量程的扩大•1.直流电流的测量•采用直接测量法，采用直读式指示仪表•测量时注意量程，选择电流表内阻小的，误差小，也可以采用间接测量法。•2.直流电流表量程的扩大•磁电式仪表的磁电式仪表广泛地应用于直流电压和电流的测量。•磁电系仪表由固定的磁路系统和可动线圈两部分组成。•方法：用一个电阻与其并联，使大部分电流流到并联电阻中，而磁电系仪表只流过其允许的电流•将磁电系测量机构制成量程扩大n倍的电流表，所需要的分流电阻值，应为磁电系测量机构内阻的1/n-1。交流电流测量及电流表量程的扩大•交流电流的测量•采用直接测量法，采用直读式指示仪表•测量时注意量程，选择电流表内阻小的，误差小，也可以采用间接测量法。•通常采用电磁系电流表•一般情况下，电流表的量程越大，线圈导线越粗，匝数越少。•2.交流电流表量程扩大•一般分为安装式和便携式•（1）安装式交流电流表一般制成单程的，并且最大量程不超过200A。使用时需与电流互感器一起使用。•（2）便携式交流电流表一般制成多量程的，扩大量程采用将固定线圈分成两段，然后利用分段线圈的串、并联来实现。电流互感器•定义：它是一种变换交流电流大小的电器，它的实质是一个降流变压器。•1.电流互感器的构造和原理•它有两个互相绝缘的线圈，与被测电路串联的线圈叫一次侧，与仪表相连的叫二次侧。•电流互感器能把一次侧的大电流变成二次侧的小电流，一般二次侧额定电流为5A。•2.电流互感器的选择和使用•要按要求的准确度确定•正确使用电流互感器•使用时，一次侧与被测电路串联，二次侧与电流表串联。与功率表等一起使用时，注意互感器的极性的正确性。2电压的测量•直流电压测量及电压表量程的扩大•1.直流电压的测量•采用直接测量法，采用直读式指示仪表•测量时注意量程，选择电压表内阻小的，误差小，也可以采用间接测量法。•一般选用磁电系测量机构•2.直流电压表量程的扩大•方法：根据串联电阻可以分压的原理•用一个电阻与其串联，使大部分电压分到串联电阻中，而磁电系仪表只流过其允许的电压•要是电压表的量程扩大m倍，需要串联的分压电阻应是测量机构内阻的（m-1）倍。•例题交流电压测量及电压表量程的扩大•交流电压的测量•一般只需要将电磁系测量机构与被测电路并联，就可以作为电压表测量电压。•由定圈和附加电阻组成，只有一个量程。•电压表量程的扩大•分为：安装式和便携式•1.安装式•通常做成单量程的，量程一般为100v，最大量程为600v。•2.便携式•采用分段线圈的串并连接法•采用附加电阻的分段法•可用内附电压互感器的办法。3电压互感器•定义：不仅可以隔离高压和低压，以保证人员和设备的安全，也扩大了电压表的量程工作、这种降压的仪表变压器称为电压互感器。•电压互感器的一次侧的额定电压应与电力系统的额定电压相同，二次侧的额定电压通常固定在100v。•1.电压互感器的构造与原理•它相当于一台降压变压器，电压互感器能将一次测的高压变换成二次侧的低压，又因为电压与线圈匝数成正比，所以一次侧的匝数远多于二次侧的匝数。•使用时，将一次侧与被测电路并联，二次侧与电压表并联即可。•2.电压互感器的选择和使用•实际选用时，必须注意其额定电压得与被测电路的额定值相符，二次侧负载总电流不得超过二次额定电流。•要正确使用•为保证测量的精确度，电压互感器的准确度应比所接仪表的准确度高2级。4电阻的测量•三种方法：伏安法、欧姆表法、电桥法•伏安法：R=U/I•分类：电压表前接，电压表后接•电压表前接，电阻的测量值偏大，适合测量大电阻；电压表后接，电阻的测量值偏小，适合测量小电阻。•它能在电阻工作时进行测量•欧姆表法•对电阻的测量实际就是在一定电压下对电流进行测量，不过欧姆表的标尺刻度与电流表不同，偏转角越大，数值越小，且刻度不均。•每次测量电阻时，均需调零。将表笔短接，然后调节调零电位器，直至指针为零。•电桥法•直流单臂电桥：适用于精确测量中值电阻•RxR3=R2R4•Rx=倍率*比较臂的读数•直流双臂电桥：适合测量低值电阻•Rx=倍率*标准电阻的读数11.5单相交流电路电功率及电能的测量•1.电动系功率表•它既可以测量直流功率，也可以测量交流功率，其标尺以功率值刻度，刻度是均匀的。•2.单相交流功率测量•功率表的选用•功率表的连接方法：发电机端守则•发电机端守则：•对于电流线圈，要使电流从发电机端流入，电流线圈与负载串联；对于电压线圈，要使电流从发电机端流入，电压线圈支路与负载并联。•两个线圈的电流参考方向都是从发电机端流入•注意•在实际使用中，多采用电压线圈前接的方式，这是因为电流线圈的损耗比电压线圈的损耗要小的多。•测量功率时，有时会发生指针反向偏转的情况，这时需要将该电表的电流线圈的两个端钮对调，切不可对调电压线圈的端钮。5.2单相交流电路电能的测量•测量仪表不仅要反映出发电机发出多少功率或者负载吸收多少功率，还要反映出功率延续的时间，即要能反映出电能随时间积累的总和。•感应系电能表（俗称电度表）就是测量电能的基本仪表。它不属于指示仪表，而是一种积算仪表。•1.感应系电能仪表•（1）电能表的分类•接通电源性质：交流电能表和直流电能表•交流电能表：单相、三相三线和三相四线有功电能表•结构原理分：电气机械式和电子式•准确等级度：普通级和精密级•按使用情况分：安装式和可携式•按用途分类：有功电能表、无功电能表、标准电能表、分时计费电能表•电能表的铭牌标志：有名称、型号、绝缘耐压数值及生产厂家、出厂编号、日期等•标准电流和额定最大电流值：5（10）A•额定电压：三相电能表额定电压的标注方法是在线电压前乘以相数•准确度等级：一般用小圆圈内的数字表示•电能表常数：即每千瓦时等于圆盘转多少圈•2.单相交流电能表的测量•电能表的选用：形式和负载的电压和电流•电能表的连接方法：发电机端原则•电流线圈与负载串联，电压线圈跨接在线路两端。电能表下部有接线盒，内有四个端子，应符合火线1进2出、零线3进4出的原则，进端接电源，出端接负载。11.6万用表•