第9章电工测量

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。
测量交流大电流扩大量程
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。
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。
还有一种吸引式结构。
2）排斥型电磁式仪表的工作原理
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电动式功率表既可测量直流功率， 又可测量交流功率。
单相功率表的接线如图所示。电压和电流各有一个接 线端上标有“＊”或“±”的极性符号。对于单相功率表 的电压“＊”端，可以和电流“＊”端接在一起，也可以 和电流的无符号端连在一起。前者称为前接法，适用于负 载电阻远比功率表电流线圈电阻大得多的情况；后者称为 后接法，适用于负载电阻远比功率表电压支路电阻小得多 的情况。在这两种情况下，功率表电压支路中的电流可忽 略不计，可提高测量准确度。
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。
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。
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
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统组从，电流表串 接在电流互感器二次绕组从电路中，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。
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。
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。
磁电系测量机构
2）磁电系仪表的工作原理
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
第9章 电工测量
本章介绍了电工测量仪表的分类、型式 及工作原理，电流与电压的测量，功率表及 功率测量，万用表的类型及使用，电度表接 线及电能的测量，兆欧表的使用及绝缘电阻 的测量
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
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。
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。
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。
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。
一般电工测量仪表可以分成两大类
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。 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。
3 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。
指示仪表的分类
按被测量的性质: 电流表、电压表、功率表、频率表。
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
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
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。
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。 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。
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）。
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。
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。
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。
应用中要注意什么？
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
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。
使用功率表的注意事项 正确选择功率表的量程 选择功率表的量程，实际上 是要正确选择功率表的电流量程和电压量程，务必使电流 量程能允许通过负载电流，电压量程能承受负载电压，不 能只从功率角度考虑。
正确读出功率表的读数 便携式功率表一般都是多量 程的，标度尺上只标出分度格数，不标注瓦特数。读数时， 应先根据所选的电压、电流 量程以及标度尺满度时的格 数，求出每格瓦特数（又称 功率表常数），然后再乘以 指针偏转的格数，即得到所 测功率的瓦特数。
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。
以上介绍的指示仪表八种分类方法，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。
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
9.3.2 三相功率的测量 三相功率的测量仪表，大多采用单相功率表也有采用 三相功率表。其测量方法有一表法、二表法、三表法及直 接三相功率表法四种。 一、一表法 一表法仅适用于三相四线制系统三相负载对称的三相 功率测量，如图所示。此时，表中读数为单相功率Pl，由 于三相功率相等，因此，三相功率为