第12章电工测量

电源开 关 量程转 换开关
O FF O N
h PE
h
PF
DC A
V AC V
AC A
C D
1 0 A m A C O M V /
晶体管 插孔
输入插 孔
2020/6/19
DT-830型万用表的面板图
2020/6/19
2020/6/19
2020/6/19
W1 的读数为
P1T 10TuAiC AdtUAIC Acoαs
2020/6/19
电工测量仪表上的几种符号
符号
~ ~
3 ~ 或 ~~
2 kV 或¬ 或 60 °
意义 直流 交流 交直流 三相交流 仪表绝缘试验电压2000V 仪表直立放置 仪表水平放置 仪表倾斜60°度放置
2020/6/19
12.2 电工测量仪表的型式
直读式仪表测量各种电量的基本原理 利用仪表中通入电流后产生电磁作用，使可动部分
输出电压
应变电阻
U 0(R1R 1R R42)(R R32R 3R4)U
设测量前电桥平衡，即
+ U–0
R4
R1 R4 =R2 R3 U0 0
– U+ 交流电桥测量电路
测量时应变电阻变化了R1，则
U 0(R R 11 R 4R 1 R R 1R 24 ) R (R 3 2R R 34)U
U γU m 2.5 5% 0 1.25V
正常情况下, 可认为最大基本误差是不变的, 所 以被测量值比满标值愈小，则相对测量误差就愈大。
如在用选上用述仪电表压表来测量实际值为10V的电压时，
相测对的般的满量误量 应 值 标实差程 使 超 值际为时 被 过 的值， 测 仪 一γ为一 量 表 半140 0V的1 1电0 .压2时15，0相0对% 误1差2为.5% 以上。 γ401 4.021500% 3.1%
3. 阻尼作用的产生 当线圈通入电流而发生偏转时，铝框切割磁通，
在框内感应出电流，其电流再与磁场作用，产生与 转动方向相反的制动力，于是可转动部分受到阻尼 作用，快速停止在平衡位置。
2020/6/19
4.用途 测量直流电压、直流电流及电阻。
5.优点： 刻度均匀；灵敏度和准确度高；阻尼强；消耗
电能量小；受外界磁场影响小。 缺点： 只能测量直流；价格较高；不能承受较大过载。
3UlIlcos
UBC
当 < 60º时，P1和P2 均为正值，P = P1+P2
当 > 60º时，P1为正值，P2为负值，P = P1– P2 可见，采用两表法可测量三相功率。
2020/6/19
*
L1
i1
* ＋
W
u13
*
L2
i2
－
L3
i3
* ＋
W
u23
－
三 相 负 载
2020/6/19
对于三相四线制电路， 通常采用三瓦计法测量功率
20 1 1
0.100Ω5
I0
0.005
2020/6/19
2020/6/19
由 U R0 RV
U0
R0
可得，串联电阻 RV R0(UU0 1)
可知，需扩大的量程愈大，则串联电阻应愈大。
例: 有一电压表，其量程为50V，内阻为2000 。
今欲使其量程扩大到300V，问还需串联多大电阻
的倍压器？
相对额定误差
最大基本误差
A100%
Am
仪表的最大量程（满标值）
目前我国直读式电工测量仪表按照准确度分为 0.1, 0.2, 0.5, 1.0, 1.5, 2.5, 5.0七级。
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。
2020/6/19
例：一准确度为2.5级的电压表，其最大量程为50V， 则可能产生的最大基本误差为
解:
RV
R0(UU0
1)2
0
0(03001)10Ω k 50
2020/6/19
2020/6/19
2020/6/19
3.交流电压的测量 磁电式仪表只能测
600
R + A -
量直流，如果要测量 交流，需加整流元件，
D1
D2
如图中D1和D2。 正半周时，电流流经
RV1 RV2 100V
10V
D1和部分电流流经微 安表流出。
如选R1= R2，R3= R4，并忽略分母中的R1，则有
2020/6/19
U0
1R1 4R
U
2020/6/19
2. 工作原理 衔铁处于中间位置， 线圈
电桥平衡，输出电压
U0 0
当衔铁偏离中间位置上 下移动时，电桥不平衡， 输出电压的大小与衔铁位
标
+准
U–0
电 阻
R0
– U+ 交流电桥测量电路
测量电阻时，需接 入电池，被测电阻愈 小，电流愈大，则指 针偏转的角度愈大。
注意： (1) 测量前应先将 “+”、“-”两端短 接，看指针是否指在 零，否则应调节调零 电位器（图中 1.7k 电阻）进行校正。
2020/6/19
1 7 k (调 零 )
A R
p
×10 ×10 0
×1 k
－ ＋E
(2) 绝对不能在带电线路 上测量电阻。用毕应将转 换开关转到高电压档。
1.按照被测量的种类分类
次 序 被测量的种类 仪表名称 符 号
1
电流
电流表
A
毫安表
mA
2
电压
电压表
V
千伏表
kV
3
电功率
功率表
W
千瓦表
kW
4 5 6
7
2020/6/19
电能 相位差 频率
电阻
电度表
kWh
相位表
频率表
f
欧姆表
兆欧表
M
2.按照工作原理分类
型 式 符 号 被测量的种类
磁电式
电流、电压、 电阻
-
+
测量交流电压的原理电路
负半周时，电流直接流经D2从“+”端流出。 可见，通过微安表的是半波电流，读数应为该电流的 平均值。为此，加一交流调整电位器（图中600），
用来改变表盘刻度；指示读数被折换为正弦电压有效 值。普通万用表只适合测量频率为45~1000Hz的电压。
2020/6/19
4. 电阻的测量
当 T = TC 时，可动部分停止转动，
即指针的偏转角 = kI1I2 （直流）
= kI1I2 cos （交流）
结论: 指针偏转的角度与两个电流 (对交流为有效值)的乘积成正比。
i1和i2之间 的相位差
3. 用途 测量交直流电压、电流及功率。
4. 优点：可用于交直流；准确度较高。 缺点：受外界磁场影响大；不能承受较大过载。
2020/6/19
2020/6/19
2. 工作原理
(1) 转动转矩T 的产生
线圈通入电流 I 电磁力 F 线圈受到转矩 T
线圈和指针转动，
F
线圈受到的转矩 T = k1I
(2) 阻转矩TC的产生
N
S
在线圈和指针转动时，螺旋
弹簧被扭紧而产生阻转矩TC。
F
弹簧的TC与指针的偏转角成正比，
即
TC= k2
受到转矩而发生转动。转动转矩与通入的电流之间有 T=f (I)
直读式仪表的基本组成部分
(1)产生转动转矩 T 的部分 使仪表可动部分受到转矩而发生转动。
(2)产生阻转矩TC 的部分 当阻转矩TC等于转动转矩T 时，仪表可动部分
平衡在一定的位置。 (3)阻尼器
能产生制动力（阻尼力）的装置，使仪表可动部 分能迅速静止在平衡位置。
2020/6/19
2020/6/19
2. 工作原理 线圈通入电流 I 磁场 固定和可动铁片均被磁
化(同一端的极性是相同的)可动片因受斥力而带 动指针转动，
仪表的转动转矩 T = k I ²
弹簧的阻转矩TC与指针的偏转角 成正比，即 弹簧的阻转矩 TC = k2
当 T = TC 时，可动部分停止转动，
构造简单；价格低廉；可用于交直流；能测量 较大的电流；允许较大的过载。
缺点： 刻度不均匀；易受外界磁场及铁片中磁滞和涡 流（测量交流时）的影响，因此准确度不高。
2020/6/19
2020/6/19
2. 工作原理 固定线圈中的电流 I1 ( i1 ) 磁场 可动线圈中的电流 I2 ( i2 )与磁场相互作用电磁 力 F 线圈受到转矩 T 线圈和指针转动，
即指针的偏转角
k1
I2
kI2
交流为 有效值
k2
结论: 指针偏转的角度与直流电流或交流电流 有效值的平方成正比。
2020/6/19
因指针的偏转角度与直流电流或交流有效值平方 成正比，所以仪表标度尺上的刻度是不均匀的。
与轴相联的活塞在小室中移动产生阻尼力 空气阻尼器。 3. 用途:测量交流电压、交流电流。 4. 优点：
12.5 万用表
机械零 位调整
4 15 A-V-Ω
转换开关
2020/6/19
Ω
×10×100 ×1
×1k ×10k
μA 50
1
500
5
– + 5
25 V
100
mA50
50010
100
500 500
V～
MF-30型万用表的面板图
零欧姆 调整
2020/6/19
2020/6/19
2.面板说明
显示器
2020/6/19
2020/6/19
由
I0
R0 R0 RA
I
可得，分流电阻
RA
R0 I 1
I0
可知，需扩大的量程愈大，则分流电阻应愈小。
例: 有一磁电式电流表，当无分流器时，表头的满 标值电流为5mA，表头电阻为20 。今欲使其量程 （满标值）为1A，问分流器的电阻应为多大？
解 : RA
R0 I 1
P1 = UAC IA cos
三相功UC率应IC是两个功率
= Ul Il cos (30º– ) 表读数的代数和，其中任
P2 = UBC IB cos
= Ul Il cos (30º+ )
两功率表读数之和为 P = P1+ P2
意意一义个的功。IB率表 的读数IA是UA无
UB
30º
UAC
= Ul Il cos (30º– )+ Ul Il cos (30º+ )
当弹簧的阻转矩T与线圈受到的转矩TC达到平 衡时，可动部分停止转动，此时有
2020/6/19
T = TC
当弹簧阻转矩与转动转矩达到平衡即TC= T 时，
可转动部分便停止转动， T = k1I ， TC= k2 。
即指针的偏转角
α
k1
I
kI
k2
结论: 指针偏转的角度与流经线圈的电流ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ正比。
仪表的标度尺上作均匀刻度。
Ix=I2, I3=I4
•
由此可得 IxRx=I4R4
I2R2=I3R3
将上两式相比， 得被测电阻
2020/6/19
Rx
R2 R3
R4
2020/6/19
2020/6/19
2020/6/19
2020/6/19
2020/6/19
常用电桥电路（大多采用不平衡电桥），把电阻 的相对变化转换为电压或电流变化。
电工测量技术的应用主要有以下优点： 1.电工测量仪表的结构简单，使用方便，并有 足够的精确度。 2.电工测量仪表可以灵活地安装在需要进行测 量的地方，并可实现自动记录。 3.电工测量仪表可实现远距离的测量问题。 4.能利用电工测量的方法对非电量进行测量。
2020/6/19
12.1 电工测量仪表的分类
电流的种类与频率 直流
整流式
电流、电压
工频和较高频率的交 流
电磁式
电流、电压
直流和工频交流
电动式
电流、电压、电 功率、功率因数、
电能量
直流及工频与较高频 率的交流
•3. 按照电流的种类分类（见上表）
2020/6/19
4.按照准确度分类 准确度是电工测量仪表的主要特性之一。仪表的
准确度是根据仪表的相对额定误差来分级的。
式中 为uAC和iA之间的相位差。iA
W2 的读数为
A
* * W1
P2T 10TuBiC BdtUBIC BcoβsB
iB *
*
W2
ZA
ZC
ZB
式中 为uBC和iB之间的相位差。
两功率表读数之和为
C iC
P = P1+ P2 = UAC IA cos + UBC IB cos
2020/6/19
当负载对称时，由相量图可知，两功率表的读数为
第12章
电工测量
2020/6/19
第12章 电工测量
本章要求：
1. 了解常用电工测量仪表的结构和工作原理; 2. 掌握常用电工测量仪表的使用方法; 3. 了解电桥测量电阻、电容和电感的方法; 4. 了解常用非电量的电测法。
2020/6/19
第12章 电工测量
电路中的各个物理量（如电压、电流、功率、 电能及电路参数等）的大小，除用分析与计算的方 法外，常用电工测量仪表去测量。
仪表的转动转矩
通入直流时，T=k1I1I2
通入交流时，
F
T=k1I1I2cos
可动线圈
F
固定线圈
i1和i2的 有效值
i1和i2之间 的相位差
2020/6/19
仪表的转动转矩 通入直流时，T=k1I1I2
通入交流时，T=k1I1I2cos
弹簧的阻转矩TC与指针的偏转角 成正比，即 弹簧的阻转矩 TC = k2
*
L1
i1
* ＋
W
*
L2 i2 u1
L3 i3
－ N
* ＋
W
三
u2
*
相
* ＋W
负 载
u3
－
－
P=P1+P2+P3
2020/6/19
2020/6/19
2020/6/19
2020/6/19
2020/6/19
• 测量时,调节某个桥臂的电阻使得检流计 的电流为零,即Ubd =0， 这时电桥平衡， 则
移的大小成正比，其相位 与衔铁移动的方向有关。 线圈
r
L1
电感传感器常用来测
r
量压力、位移、液位、
L2
表面光洁度等。
衔铁 铁心 差动电感传感器