第09章电工测量
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第9章
电工测量
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测量交流高电压扩大量程
工厂中高压配电装置的电压一般为 6 kV、 10 kV、 35 kV等，对高电压的测量均要通过电压互感器将高电压 变低后，再用电压表来测量降低后的电压。 电压互感器二次绕组的额定 电压，一般均设计为 100 V如 6000/l00V、35000Vl00V等，它 们的变比分别为60和350。与电 压互感器配套使用的交流电压表 应选用l00V量程。右图为电压互 感器的接线图。
例9.2.1 已知表头的内阻为1kΩ， 满偏转电流为500μA，如果将该表量 程扩大为5A，问应并联的RfL为多少？ 解：求分流系数
求RfL
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补充：钳形电流表 测量电流时，有些场合不能断开电路，这时可以使用 钳形电流表（简称钳形表）。
钳形表是由电流互感器和整流 系电流表组成，其外形如图所示。 它的铁心如同钳子一样，用弹簧压 紧。测量时将钳子压开而套入被测 导线。这时该导线就是电流互感器 的一次绕组，电流互感器的二次绕 组绕在铁心上并与电流表接通。根 据电流互感器一次、二次绕组间的 一定变比关系，电流表的指示值就 是被测量的数值。
电流来内阻对测量值的影响 为了减小电流表接入电 路后对电路原始状态的影响，要求电流表的内阻尽可能小。 电流表的内阻越小，测量结果就越接近于实际值。
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通常采用分流器来扩大电流表的量程，如图9.2.2所示。 其扩程步骤如下：
1．首先要知道表头的内阻和满刻度电流； 2．根据并联电路原理，求出分流系数n，n=IfL/Ie； （IfL为扩大量程，Ie为表头满偏转电流。） 3．求出分流器的阻值
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电压表使用注意事项
使用磁电系电压表测量直流电压时，还应注意电压表 接线端钮上的“＋”、“－”极性标记，应和被测两点的 高低电位相一致，即“＋”端接高电位，“－”端接低电 位，不能接错，否则指针反转，会损坏电压表。
选择电压表量程时，应使所选量程大于被测电压的值， 以免损坏电压表。例如工厂里低压配电装置的电压，一般 为 380 V或 220 V，测量时应选用量程为 450 V或 300 V的电压表。此外，最好使被测电压值处在不小于电压表 满刻度值附近的区域，以提高测量的准确度。 为了减小电压表接入电路后对电路原始状态的影响， 要求电压表的内阻尽可能大。
按防御外界磁场或电场的性能：I、II、III、IV四个等级。
外壳防护性能：普通式、防尘式、防溅式、防水式、水密式、 气密式、隔爆式等七种。
以上介绍的指示仪表七种分类方法，实际上是从不同角度来反 映仪表的技术性能。通常在指示仪表的标度盘上标有一些符号来说 明上述各种技术性能，常用的符号及含义可查阅有关资料。 6
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测量交流大电流扩大量程 在测量数值较大的交流电流时，常借助于电流互感 器来扩大电流表的量程。下图所示为电流互感器的接线 图。使被测电流通过电流互感器一次绕组，电流表串接 在电流互感器二次绕组电路中，但电流表的读数应乘以 电流互感器的变比，才是实际电流的数值。
还有一种吸引式结构。
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2）排斥型电磁式仪表的工作原理
当固定线圈通过电流时，电流产生的磁场使得 两铁片磁化产生斥力，使之转动，当转动力矩与游丝 产生的反作用力矩相平衡。电流的大小与转角有关。
3）电磁式仪表的优缺点
电磁系测量机构具有结构简单、过载能力强与 交直流两用等优点。它的缺点是刻度不均匀，测量 机构本身的磁场较弱，易受外磁场影响，以致准确 度不高。具有这种测量机构的仪表通常为0.5级一 2.5级。
无论电流互感器一次绕组电流 是多大，二次绕组的额定电流一般 均设计为 5 A，例如200A/5A。 600A/5A等，它们的变比分别为40和 120。与电流互感器配套使用的交流 电流表应选5A的量程。
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电流表使用注意事项 电流表测量时必须串联在待测支路中。注意极性不 要接错。 电流表量程的选择 选择电流表量程时，首先应根据 被测电流的大小，使所选的量程大于被测电流的大小。若 测量前无法判别电流大小，则应先选用电流表较大的量程 试测后，再换适当的量程。为了减小测量误差，在选择量 程时还应注意使指针尽可能接近于满刻度值，一般最好工 作在不小于满刻度值2/3的区域。
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9.2.2 电压的测量 电压的测量通常是用电压表来实现的。其测量方法是 将电压表并联在电路中被测元件的两端，如图（a）所示。
为了测量较高电压，通常在电压表回路中串联一个高 值的附加电阻（交流电路也可采用电压互感器）来扩大电 压表的量程，如图（b）、（C）。
9.3 功率测量 9.3.1 单相交流和直流功率的测量 功率的测量是基本的电测量之一。从电工基础可知， 直流电路和交流电路的功率计算公式分别为 直流功率 P=U· I 交流功率 P=U· Icosθ 通常我们采用电动式瓦特表来进行 交直流功率测量，其结构电路如图所示。 它有两组线圈，一组电流线圈为固定，另 一组串接一个附加电阻Rfj后为电压线圈， 是可动的。
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使用钳形表时应注意以下几点：
（1）选择合适的量程，不可用小量程档测量大电流。 如果被测电流较小，读数不明显，可将载流导线多绕几圈 放进钳口进行测量，但应将读数除以所绕的留数才是实际 的电流值。
（2）被测导线必须置于钳口中部，钳口必须闭紧。
（3）不要在测量过程中变换量程档。 （4）不允许用钳形表去测量高压电路的电流，以免 发生事故。
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例9.2.2 一个满刻度偏转电流Ic等于500μA，内阻Rc等 于200Ω的表头，要制成量程为 300V的电压表，问应串联 多大的附加电阻Rfj？ 解：表头满刻度偏转时两端的电压
量程扩大倍数
则附加电阻
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2）电动式仪表的工作原理 当定圈中通以电流时，在定圈中就建立了磁场，当动 圈中再通以另一电流时，则在定圈磁场中受到电磁力的作 用而转动。 3）电动式仪表的优缺点
电动系测量机构具有准确度高、使用范围广等优点，一般可制 成0.2－1.0级的仪表。它不仅可测量交直流的电流和电压，还可测 量交流电的功率。它的缺点是自身功耗较大，过载能力小，且价格 较贵。
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2、电磁式仪表 1）电磁式仪表结构 电磁式仪表测量机构 如下图所示，它属于推斥 式测量机构类型。推斥式 测量机构的固定部分是由 圆形线圈和装在线圈内部 的弧形铁片（称为固定铁 片）组成的。可动部分则 由装在转轴上的铁片（称 为可动铁片）、指针、弹 簧游丝等部件组成。
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9.1.2 电工测量仪表的型式
指示仪表的测量机构按其工作原理主要分为三种：磁电系、电 磁系。电动系。同一型式的测量机构配不同的附件，可组成多种用 途和多量程的仪表，例如磁电系测量机构可分别制成直流电流表和 电压表。测量机构可分为固定部分和可动部分，固定部分主要用来 产生磁场，可动部分用来产生电磁转矩
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9.1 电工测量仪表的分类与型式
9.1.1 常用电工测量仪表的分类
电工测量的主要任务是借助各种电工仪器仪表， 对电流、电压、电功率、电能等进行测量，以便了 解和掌握电气设备的特性或运行状况。 电工测量的方法可分为直读法和比较法两类。 直读法测量是利用指示仪表直接读取被测电量的值。 例如用电流表测量电流，用电压表测量电压等。这 种测量方法具有简单、迅速和方便等优点，但测量 准确度不高。比较法测量是将被测量和标准量在较 量仪器中进行比较，以确定被测量的值，例如用电 桥测量电阻等。这种测量方法准确度较高，但测量 时操作比较复杂，测量速度也比较慢。 3
1、磁电式仪表 1）磁电式仪表的结构 磁电系测量机构的固定部分由永久磁铁和处在磁极 中间的圆柱形铁心组成。圆柱形铁心的作用，一方面是 减少磁路中的磁阻，以增强磁感应强度B；另一方面是在 极掌与圆柱形铁心之间的气隙中形成均匀辐射的磁场。 磁电系测量机构如下图所示。
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指示仪表的分类
按被测量的性质: 电流表、电压表、功率表、电能表等。
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按动作原理:
磁电系、电磁系、电动系、感应系、整流系等。
按测量电流种类：直流表、交流表、交直流两用表等。
按准确度等级：0.l、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5和5.0等七级。一 般0.l和0.2级仪表用作标准仪表，0.5级至1.5级的仪表用于实验、实 训时测量，1.5级至5.0级仪表用作工程测量。 按使用方式: 安装式仪表和可携式仪表。
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一般电工测量仪表:
1 指示仪表
指示仪表是应用最为广泛的一类电工仪表。各 种交直流电流表和电压表以及万用表等都是指示仪 表。指示仪表的特点是，将被测电量转换为驱动仪 表可动部分偏转的转动力矩，以指针偏转的大小来 反映被测电量的大小，使操作者可从标度尺上直接 读数，所以指示仪表是一种直读式仪表。
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9.2 电流与电压的测量 9.2.1 电流的测量 电流的测量通常是用电流表来实现的。其测量方法是 将电流表串联于被测电流支路中，如图（a）所示。由于 电流表的量程一般较小，为了测量更大的电流，就必须扩 大仪表的量程。其方法是采用分流器（见图（b））和电 流互感器（见图（C））来实现。
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3、电动式仪表 1）电动式仪表的结构
电动系测量机构如图所示。 它的固定部分是两个平行排 列的固定线圈2，可动部分 由转轴动固定在转轴上的可 动线圈人指针1、阻尼翼片4 以及游丝7组成。固定线因 分成两个，是为了获得均匀 的磁场和便于改变电流量程。 可动线圈位于固定线圈内部， 可以在固定线圈内自由偏转。
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电工电子基础
电子教案
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第9章 电工测量
9.1 电工测量仪表的分类与型式
9.2 电流与电压的测量
9.3 功率测量 9.4 万用表 9.5 电度表及电能的测量 9.6 兆欧表及绝缘电阻测量
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电工测量
*2
较量仪器
较量仪器是将被测量与相应的标准量进行比较 的装置。例如，各类交、直流电桥，电位差计等。 较量仪器的灵敏度与准确度都很高，一般用于高精 度测量或校对指示仪表。
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其他电工仪表
除了指示仪表和较量仪器两大类外，常见的电工仪表还有数字 式仪表、记录式仪表以及用于扩大仪表量程装置的仪表，如分流器 测量用互感器等。
应用中要注意什么？
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一般电压表的扩程采用串联附加电阻的方法，如图 9.2.4点划线框内所示。这时，通过测量机构的电流Ic为 从式中可以看出，只要附加电阻Rfj不变，则Ic与两端 点电压U成正比。若将电压表量程扩大m倍时，则附加电 阻Rfj可通过下式求取
磁电系测量机构
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2）磁电系仪表的工作原理
当被测电流通过线圈时，线圈受到磁力矩的作用而转 动时，螺旋弹簧将产生一反抗力矩与之相平衡。其电流大 小与偏转的夹角成正比。 3）磁电式仪表的优缺点
磁电系测量机构具有灵敏度高、准确度高、刻度均匀、 阻尼强、结构精细与消耗能量小等优点，可制成0.1－0.5 级的仪表。它的缺点是只能用来测量直流，而且结构复杂， 价格较贵，过载能力小。 目前用来测量直流量的仪表，测量机构几乎全是磁电 系的。
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测量交流高电压扩大量程
工厂中高压配电装置的电压一般为 6 kV、 10 kV、 35 kV等，对高电压的测量均要通过电压互感器将高电压 变低后，再用电压表来测量降低后的电压。 电压互感器二次绕组的额定 电压，一般均设计为 100 V如 6000/l00V、35000Vl00V等，它 们的变比分别为60和350。与电 压互感器配套使用的交流电压表 应选用l00V量程。右图为电压互 感器的接线图。
例9.2.1 已知表头的内阻为1kΩ， 满偏转电流为500μA，如果将该表量 程扩大为5A，问应并联的RfL为多少？ 解：求分流系数
求RfL
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补充：钳形电流表 测量电流时，有些场合不能断开电路，这时可以使用 钳形电流表（简称钳形表）。
钳形表是由电流互感器和整流 系电流表组成，其外形如图所示。 它的铁心如同钳子一样，用弹簧压 紧。测量时将钳子压开而套入被测 导线。这时该导线就是电流互感器 的一次绕组，电流互感器的二次绕 组绕在铁心上并与电流表接通。根 据电流互感器一次、二次绕组间的 一定变比关系，电流表的指示值就 是被测量的数值。
电流来内阻对测量值的影响 为了减小电流表接入电 路后对电路原始状态的影响，要求电流表的内阻尽可能小。 电流表的内阻越小，测量结果就越接近于实际值。
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通常采用分流器来扩大电流表的量程，如图9.2.2所示。 其扩程步骤如下：
1．首先要知道表头的内阻和满刻度电流； 2．根据并联电路原理，求出分流系数n，n=IfL/Ie； （IfL为扩大量程，Ie为表头满偏转电流。） 3．求出分流器的阻值
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电压表使用注意事项
使用磁电系电压表测量直流电压时，还应注意电压表 接线端钮上的“＋”、“－”极性标记，应和被测两点的 高低电位相一致，即“＋”端接高电位，“－”端接低电 位，不能接错，否则指针反转，会损坏电压表。
选择电压表量程时，应使所选量程大于被测电压的值， 以免损坏电压表。例如工厂里低压配电装置的电压，一般 为 380 V或 220 V，测量时应选用量程为 450 V或 300 V的电压表。此外，最好使被测电压值处在不小于电压表 满刻度值附近的区域，以提高测量的准确度。 为了减小电压表接入电路后对电路原始状态的影响， 要求电压表的内阻尽可能大。
按防御外界磁场或电场的性能：I、II、III、IV四个等级。
外壳防护性能：普通式、防尘式、防溅式、防水式、水密式、 气密式、隔爆式等七种。
以上介绍的指示仪表七种分类方法，实际上是从不同角度来反 映仪表的技术性能。通常在指示仪表的标度盘上标有一些符号来说 明上述各种技术性能，常用的符号及含义可查阅有关资料。 6
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测量交流大电流扩大量程 在测量数值较大的交流电流时，常借助于电流互感 器来扩大电流表的量程。下图所示为电流互感器的接线 图。使被测电流通过电流互感器一次绕组，电流表串接 在电流互感器二次绕组电路中，但电流表的读数应乘以 电流互感器的变比，才是实际电流的数值。
还有一种吸引式结构。
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2）排斥型电磁式仪表的工作原理
当固定线圈通过电流时，电流产生的磁场使得 两铁片磁化产生斥力，使之转动，当转动力矩与游丝 产生的反作用力矩相平衡。电流的大小与转角有关。
3）电磁式仪表的优缺点
电磁系测量机构具有结构简单、过载能力强与 交直流两用等优点。它的缺点是刻度不均匀，测量 机构本身的磁场较弱，易受外磁场影响，以致准确 度不高。具有这种测量机构的仪表通常为0.5级一 2.5级。
无论电流互感器一次绕组电流 是多大，二次绕组的额定电流一般 均设计为 5 A，例如200A/5A。 600A/5A等，它们的变比分别为40和 120。与电流互感器配套使用的交流 电流表应选5A的量程。
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电流表使用注意事项 电流表测量时必须串联在待测支路中。注意极性不 要接错。 电流表量程的选择 选择电流表量程时，首先应根据 被测电流的大小，使所选的量程大于被测电流的大小。若 测量前无法判别电流大小，则应先选用电流表较大的量程 试测后，再换适当的量程。为了减小测量误差，在选择量 程时还应注意使指针尽可能接近于满刻度值，一般最好工 作在不小于满刻度值2/3的区域。
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9.2.2 电压的测量 电压的测量通常是用电压表来实现的。其测量方法是 将电压表并联在电路中被测元件的两端，如图（a）所示。
为了测量较高电压，通常在电压表回路中串联一个高 值的附加电阻（交流电路也可采用电压互感器）来扩大电 压表的量程，如图（b）、（C）。
9.3 功率测量 9.3.1 单相交流和直流功率的测量 功率的测量是基本的电测量之一。从电工基础可知， 直流电路和交流电路的功率计算公式分别为 直流功率 P=U· I 交流功率 P=U· Icosθ 通常我们采用电动式瓦特表来进行 交直流功率测量，其结构电路如图所示。 它有两组线圈，一组电流线圈为固定，另 一组串接一个附加电阻Rfj后为电压线圈， 是可动的。
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使用钳形表时应注意以下几点：
（1）选择合适的量程，不可用小量程档测量大电流。 如果被测电流较小，读数不明显，可将载流导线多绕几圈 放进钳口进行测量，但应将读数除以所绕的留数才是实际 的电流值。
（2）被测导线必须置于钳口中部，钳口必须闭紧。
（3）不要在测量过程中变换量程档。 （4）不允许用钳形表去测量高压电路的电流，以免 发生事故。
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例9.2.2 一个满刻度偏转电流Ic等于500μA，内阻Rc等 于200Ω的表头，要制成量程为 300V的电压表，问应串联 多大的附加电阻Rfj？ 解：表头满刻度偏转时两端的电压
量程扩大倍数
则附加电阻
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2）电动式仪表的工作原理 当定圈中通以电流时，在定圈中就建立了磁场，当动 圈中再通以另一电流时，则在定圈磁场中受到电磁力的作 用而转动。 3）电动式仪表的优缺点
电动系测量机构具有准确度高、使用范围广等优点，一般可制 成0.2－1.0级的仪表。它不仅可测量交直流的电流和电压，还可测 量交流电的功率。它的缺点是自身功耗较大，过载能力小，且价格 较贵。
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2、电磁式仪表 1）电磁式仪表结构 电磁式仪表测量机构 如下图所示，它属于推斥 式测量机构类型。推斥式 测量机构的固定部分是由 圆形线圈和装在线圈内部 的弧形铁片（称为固定铁 片）组成的。可动部分则 由装在转轴上的铁片（称 为可动铁片）、指针、弹 簧游丝等部件组成。
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9.1.2 电工测量仪表的型式
指示仪表的测量机构按其工作原理主要分为三种：磁电系、电 磁系。电动系。同一型式的测量机构配不同的附件，可组成多种用 途和多量程的仪表，例如磁电系测量机构可分别制成直流电流表和 电压表。测量机构可分为固定部分和可动部分，固定部分主要用来 产生磁场，可动部分用来产生电磁转矩
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9.1 电工测量仪表的分类与型式
9.1.1 常用电工测量仪表的分类
电工测量的主要任务是借助各种电工仪器仪表， 对电流、电压、电功率、电能等进行测量，以便了 解和掌握电气设备的特性或运行状况。 电工测量的方法可分为直读法和比较法两类。 直读法测量是利用指示仪表直接读取被测电量的值。 例如用电流表测量电流，用电压表测量电压等。这 种测量方法具有简单、迅速和方便等优点，但测量 准确度不高。比较法测量是将被测量和标准量在较 量仪器中进行比较，以确定被测量的值，例如用电 桥测量电阻等。这种测量方法准确度较高，但测量 时操作比较复杂，测量速度也比较慢。 3
1、磁电式仪表 1）磁电式仪表的结构 磁电系测量机构的固定部分由永久磁铁和处在磁极 中间的圆柱形铁心组成。圆柱形铁心的作用，一方面是 减少磁路中的磁阻，以增强磁感应强度B；另一方面是在 极掌与圆柱形铁心之间的气隙中形成均匀辐射的磁场。 磁电系测量机构如下图所示。
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指示仪表的分类
按被测量的性质: 电流表、电压表、功率表、电能表等。
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按动作原理:
磁电系、电磁系、电动系、感应系、整流系等。
按测量电流种类：直流表、交流表、交直流两用表等。
按准确度等级：0.l、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5和5.0等七级。一 般0.l和0.2级仪表用作标准仪表，0.5级至1.5级的仪表用于实验、实 训时测量，1.5级至5.0级仪表用作工程测量。 按使用方式: 安装式仪表和可携式仪表。
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一般电工测量仪表:
1 指示仪表
指示仪表是应用最为广泛的一类电工仪表。各 种交直流电流表和电压表以及万用表等都是指示仪 表。指示仪表的特点是，将被测电量转换为驱动仪 表可动部分偏转的转动力矩，以指针偏转的大小来 反映被测电量的大小，使操作者可从标度尺上直接 读数，所以指示仪表是一种直读式仪表。
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9.2 电流与电压的测量 9.2.1 电流的测量 电流的测量通常是用电流表来实现的。其测量方法是 将电流表串联于被测电流支路中，如图（a）所示。由于 电流表的量程一般较小，为了测量更大的电流，就必须扩 大仪表的量程。其方法是采用分流器（见图（b））和电 流互感器（见图（C））来实现。
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3、电动式仪表 1）电动式仪表的结构
电动系测量机构如图所示。 它的固定部分是两个平行排 列的固定线圈2，可动部分 由转轴动固定在转轴上的可 动线圈人指针1、阻尼翼片4 以及游丝7组成。固定线因 分成两个，是为了获得均匀 的磁场和便于改变电流量程。 可动线圈位于固定线圈内部， 可以在固定线圈内自由偏转。
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电工电子基础
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第9章 电工测量
9.1 电工测量仪表的分类与型式
9.2 电流与电压的测量
9.3 功率测量 9.4 万用表 9.5 电度表及电能的测量 9.6 兆欧表及绝缘电阻测量
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较量仪器
较量仪器是将被测量与相应的标准量进行比较 的装置。例如，各类交、直流电桥，电位差计等。 较量仪器的灵敏度与准确度都很高，一般用于高精 度测量或校对指示仪表。
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其他电工仪表
除了指示仪表和较量仪器两大类外，常见的电工仪表还有数字 式仪表、记录式仪表以及用于扩大仪表量程装置的仪表，如分流器 测量用互感器等。
应用中要注意什么？
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电工测量
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一般电压表的扩程采用串联附加电阻的方法，如图 9.2.4点划线框内所示。这时，通过测量机构的电流Ic为 从式中可以看出，只要附加电阻Rfj不变，则Ic与两端 点电压U成正比。若将电压表量程扩大m倍时，则附加电 阻Rfj可通过下式求取
磁电系测量机构
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第9章
电工测量
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2）磁电系仪表的工作原理
当被测电流通过线圈时，线圈受到磁力矩的作用而转 动时，螺旋弹簧将产生一反抗力矩与之相平衡。其电流大 小与偏转的夹角成正比。 3）磁电式仪表的优缺点
磁电系测量机构具有灵敏度高、准确度高、刻度均匀、 阻尼强、结构精细与消耗能量小等优点，可制成0.1－0.5 级的仪表。它的缺点是只能用来测量直流，而且结构复杂， 价格较贵，过载能力小。 目前用来测量直流量的仪表，测量机构几乎全是磁电 系的。