电工仪表发展史

电工仪表讲课的有关资料电工仪表的发展概况19世纪20年代，相继制造出检流计、惠斯登电桥等电工指示仪表；1895年设计制造出世界上第一台感应系电能表；1952年制造出世界上第一台电子管数字式电压表；60年代生产出晶体管数字式电压表；70年代研制出集成电路的数字式电压表；目前，电工测量技术正向自动化、智能化的方向发展常用电工仪表的分类、型号和标志电工测量就是将被测的电量、磁量或电参数与同类标准量进行比较，从而确定出被测量大小的过程。在电工测量中，除了应根据测量对象正确选择和使用电工仪表外，还必须采取合理的测量方法，掌握正确的操作技能，才能尽可能地减小测量误差。一、常用电工仪表的分类在电工测量中，测量各种电量、磁量及电路参数的仪器仪表统称为电工仪表。电工仪表种类很多,按结构和用途不同,主要分为指示仪表、比较仪表、数字仪表和智能仪表四大类。指示仪表特点：能将被测量转换为仪表可动部分的机械偏转角，并通过指示器直接指示出被测量的大小，故又称为直读式仪表。按工作原理分类：主要有磁电系仪表、电磁系仪表、电动系仪表和感应系仪表。此外,还有整流系仪表、铁磁电动系仪表等。典型仪表：安装式仪表、便携式仪表比较仪表•比较仪表的特点：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的大小。•比较仪表分类：直流比较仪表和交流比较仪表。直流电桥和电位差计属于直流比较仪表，交流电桥属于交流比较仪表。•典型仪表：比较式直流电桥数字仪表•数字仪表的特点：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。•数字仪表的分类：常用的有数字式电压表、数字式万用表、数字式频率表等。•典型仪表：数字式电压表智能仪表•智能仪表的特点：利用微处理器的控制和计算功能，这种仪器可实现程控、记忆、自动校正、自诊断故障、数据处理和分析运算等功能。•智能仪表的分类：智能仪表一般分为两大类：一类是带微处理器的智能仪器；另一类是自动测试系统。•典型仪表：数字式存储示波器二、电工指示仪表的型号安装式指示仪表的型号便携式指示仪表的型号电能表的型号系列代号中DD—单相电能表DS—三相电能表DX—无功电能表三、电工仪表的标志不同的电工仪表具有不同的技术特性，为方便选择和使用仪表，规定用不同的符号来表示这些技术特性，并标注在仪表的面板上，这些图形符号叫做仪表的标志。测量单位的符号按外界条件分组的符号•误差：在电工测量中，无论哪种电工仪表，也不论其质量多高，它的测量结果与被测量的实际值之间总会存在一定的差值，这个差值叫做误差。•准确度：是指仪表的测量结果与实际值的接近程度。可见，仪表的准确度越高，误差越小。误差值的大小可以用来反映仪表本身的准确程度。一、仪表的误差•基本误差：仪表在正常工作条件下，由于仪表本身的结构、制造工艺等方面的不完善而产生的误差叫基本误差。基本误差是仪表本身所固有的误差，一般无法消除。•附加误差：仪表因为偏离了规定的工作条件而产生的误差叫附加误差。附加误差实际上是一种因外界工作条件改变而造成的额外误差，一般可以设法消除。二、误差的表示方法绝对误差相对误差引用误差绝对误差：仪表的指示值Ax与被测量实际值A0之间的差值，叫做绝对误差。△＝Ax－A0在计算△值时，通常可用标准表的指示值作为被测量的实际值。将上式变形可得A0＝Ax－△＝Ax+（－△）＝Ax+C上式中的C＝－△称为仪表的校正值。实际中在测量同一被测量时，我们可以用绝对误差的绝对值来比较不同仪表的准确程度，越小的仪表越准确。用一只标准电压表来校验甲、乙两只电压表，当标准表的指示值为220V时，甲、乙两表的读数分别为220.5V和219V，求甲、乙两表的绝对误差。解：代入绝对误差的定义式得甲表的绝对误差△1＝Ax1－A0＝220.5－220＝0.5V乙表的绝对误差△2＝Ax2－A0＝219－220＝－1V相对误差：•绝对误差△与被测量实际值A0比值的百分数，叫做相对误差γ，即•一般情况下实际值A0难以确定，而仪表的指示值Ax≈A0，故可用以下公式计算实际测量中，相对误差不仅常用来表示测量结果的准确程度，而且便于在测量不同大小的被测量时，对其测量结果的准确程度进行比较。［例］已知甲表测量200V电压时△l＝+2V，乙表测量10V电压时△2＝+1V，试比较两表的相对误差。解：甲表相对误差为乙表相对误差为在测量不同大小的被测量时，不能简单地用绝对误差△来判断测量结果的准确程度。只能用相对误差来比较测量结果的准确程度。引用误差绝对误差△与仪表量程（最大读数）Am比值的百分数，叫做引用误差γm，即工程中，一般采用引用误差来反映仪表的准确程度。引用误差实际上就是仪表在最大读数时的相对误差，即满度相对误差。因为绝对误差△基本不变，仪表量程Am也不变，故引用误差γm可以用来表示一只仪表的准确程度。三、仪表的准确度•国家标准中规定以最大引用误差来表示仪表的准确度。•仪表的准确度：仪表的最大绝对误差△m与仪表量程Am比值的百分数，叫做仪表的准确度（±K％）。即%100xA%1%1002002%1000111A%10%100101%1000222A%100mmA%100%mmAKK表示仪表的准确度等级，它的百分数表示仪表在规定条件下的最大引用误差。最大引用误差越小，仪表的基本误差越小，准确度越高。仪表的基本误差准确度等级0.10.20.51.01.52.55.0基本误差（%）±0.1±0.2±0.5±1.0±1.5±2.5±5.0若已知仪表量程，可求出不同准确度等级仪表所允许的最大绝对误差△m，即［例］用准确度等级为5.0级、量程为500V的电压表，分别测量50V和500V的电压。求其相对误差各为多少?解：先求出该表的最大绝对误差测量50V电流时产生的相对误差为测量500V电流时产生的相对误差为由以上计算结果可以看出:•一般情况下,测量结果的准确度并不等于仪表的准确度，只有当被测量正好等于仪表量程时，两者才会相等。•实际测量时，为保证测量结果的准确性，不仅要考虑仪表的准确度，还要选择合适的量程。•根据产生测量误差的原因不同，测量误差可分为：系统误差偶然误差疏失误差一、系统误差定义：指在相同条件下多次测量同一量时，误差的大小和符号均保持不变，而在条件改变时遵从一定规律变化的误差。100mmAKV251005000.5100mmAK%50%1005025%1000111A%5%10050025%1000222A系统误差产生的原因•测量仪表的误差。包括基本误差和附加误差。•测量方法的误差。•仪表受外磁场的影响。•仪表本身不完善和外界因素影响造成的误差。消除系统误差的方法•重新配置合适的仪表或对仪表进行校正。•采用合理的测量方法。•采用正负误差补偿法。•采用替代法。•引入校正值。二、偶然误差定义：偶然误差是一种大小和符号都不固定的误差，又称为“随机误差”偶然误差产生的原因及消除方法原因：偶然误差主要由外界环境的偶发性变化引起。消除方法：采用增加重复测量次数取算术平均值的方法来消除偶然误差对测量结果的影响。三、疏失误差定义：疏失误差是一种严重歪曲测量结果的误差。疏失误差产生的原因及消除方法原因：主要由于操作者的粗心和疏忽造成。另外也包括由于操作者素质太差，不懂正确读数而造成的误差。消除方法：对含有疏失误差的测量结果应抛弃不用。消除疏失误差的根本方法是加强操作者的工作责任心，倡导认真负责的工作态度，同时要提高操作者的素质和技能水平电工指示仪表的技术要求要有足够的准确度◆要有合适的灵敏度◆要有良好的读数装置◆要有良好的阻尼装置◆仪表本身消耗功率小◆要有足够的绝缘强度◆要有足够的过载能力◆仪表的变差要小一、要有足够的准确度•标准表或精密测量时可选用0.1级或0.2级的仪表。•实验室一般选用0.5级或1.0级的仪表。•一般的工程测量可选用1.5级以下的仪表。仪表的灵敏度•在电工指示仪表中，仪表可动部分偏转角的变化量△α与被测量的变化量△x之比值叫做仪表的灵敏度。用S表示。即灵敏度描述了仪表对被测量的反应能力，即反映了仪表所能测量的最小被测量。二、要有合适的灵敏度•在实际测量中，要根据被测量的要求选择合适的灵敏度。•例如万用表的测量机构就要选用灵敏度较高的仪表，而一般工程测量就不要选用灵敏度较高的仪表，以降低成本。三、要有良好的读数装置良好的读数装置是指仪表的标度尺刻度应尽量均匀，以便于准确读数。对刻度不均匀的标度尺，应标明读数的起点，并用符号“·”表示。四、要有良好的阻尼装置•良好的阻尼装置是指当仪表接入电路后，指针在平衡位置附近摆动的时间要尽可能短，在仪表测量时指针能够均匀地、平稳地指向平衡位置,以便迅速读数。•若阻尼装置失效，则仪表会出现指针在平衡位置左右摆动，长时间不能停留在平衡位置，从而延长读数的时间。五、仪表本身消耗功率小如果仪表本身消耗功率太大，轻者会改变被测电路原有的工作状态，从而产生较大的测量误差，重者可能造成仪表损坏。六、要有足够的绝缘强度使用中严禁测量电路的电压超过仪表的绝缘强度试验电压，否则将引起危害人身和设备安全的事故七、要有足够的过载能力在实际使用中，由于某些原因使仪表过载的现象经常发生，因此要求仪表具有足够的抗过载能力，以延长仪表的使用寿命。否则仪表一旦过载，轻者指针被打弯，重者可能损坏仪表。八、仪表的变差要小•仪表在反复测量同一被测量时，由于摩擦等原因造成的两次读数不同，它们的差值称为“变差”。•一般要求仪表的“变差”不应超过其基本误差的绝对值。常用电工测量方法一、直接测量法•特点：凡能用直接指示的仪器仪表读取被测量数值，而无需度量器直接参与的测量方法，叫做直接测量法。•适用范围：适用于准确度要求不太高的场合。直接测量法的优缺点•优点：方法简便，读数迅速。•缺点：由于仪表接入被测电路后，会使电路工作状态发生变化，因而这种测量方法的准确度较低。•举例：电流表测量电流，电压表测量电压，功率表测量功率等。二、间接测量法xS特点：测量时先测出与被测量有关的电量，然后通过计算求得被测量数值的方法，叫做间接测量法。适用范围：在准确度要求不高的特殊场合。间接测量法的优缺点•优点：在准确度要求不高的一些特殊场合应用十分方便。•缺点：误差较大。•举例：伏安法测量电阻；通过测量晶体三极管发射极电压求得放大器静态工作点IC的方法。三、比较测量法•特点：凡在测量过程中需要度量器的直接参与，并通过比较仪表来确定被测量数值的方法叫做比较测量法。•适用范围：适用于测量要求准确度较高的场合。比较测量法的分类•零值法：在测量过程中，通过改变标准量，使其与被测量相等（即两者差值为零），从而确定被测量数值的方法叫零值法。如用电桥测量电阻就属于这种方法。•差值法：利用被测量与标准量的差值作用于测量仪表，从而确定被测量数值的方法，叫差值法。如用不平衡电桥测量电阻就属于这种方法。•代替法：在测量过程中，用已知标准量代替被测量，若维持仪表原来的读数不变，则被测量必等于已知标准量，这种测量方法叫做代替法。比较测量法的优缺点•优点：准确度高。•缺点：设备复杂，价格较高，操作麻烦。•举例：电桥测量电阻。