第16章 电工测量
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当T=TC时，可动部分停止转动 。 此时 ，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，所以刻度是不均匀的。
小结
• 在线圈通有交流电流时，由于两铁心的极性同 时改变，仍然产生推斥力。此类仪表不仅能测 直流还可以测交流电流和交流电压。 • 由于被测电流不流过可动部分，所以可以测量 较大的电流。
16.2.3电动式仪表
（1）转动转矩的形成
和磁电式仪表一样，电流I1是通过游丝 流入可动线圈的；当固定线圈通有电 流I2时，在其内部产生均匀的磁场，使 可动线圈的两边产生大小相等、方向 相反的两个力，产生转动力矩T， T=K1I1I2cosφ，其中I1、I2是交流电流i1、 i2的有效值，φ是i1和i2之间的相位差， 在这转矩T的作用下，可动线圈和指针 发生偏转。 （2）阻尼转矩的形成 当游丝产生的反作用力矩TC=k2α与转 动力矩达到平衡时，可动部分便停止
n 100% Am
最大引用误差：取最大绝对误差Δm与仪表最大量 程 （满标值） Am之比。
nm
m 100% Am
2. 准确度
因为相对误差随被测量的减小而逐渐增大，故它不 能说明仪表的优劣，只能说明测量结果的准确程度。
仪表的准确度说明仪表的读数与被测量的真值相符 合的程度，误差越小，准确度越高。 用最大引用误差来衡量仪表的准确度等级，其定义 是：
（2）已知仪表准确度等级K%和最大量程Am，测 量的读度数为Ax，则被测量Ax 的可能最大相对误 差为：
m K % Am 100% 100% Ax Ax
说明
在正常工作条件下，可以认为最大误差Δm 是不变 的，所以被测量越大，则相对测量误差也越大。 在选用仪表的量程时，应使被测量的值越接近满标 值（即量程）越好，一般应使被测量的值超过仪表 满标值得一半以上。
例：用量限为10A，准确度为0.5级的电流表测量10A 和5A的电流，求测量的相对误差。 解：仪表在测量过程中所能产生的最大基本误差：
ΔIm=±0.5%×10=±0.05(A)
测量10A时的最大相对误差
10m
5m
0.05 100% 0.5% 10
0.05 100% 1.0% 5
16.2.2电磁式仪表
1. 转矩的形成
当线圈中通入电流时，产生磁场，铁心被磁化， 固定铁心和可动铁心相互排斥而使转轴转动。
仪表的转动力矩为： T=k1I2
中，I为直流电流值或交流电流的有效值。
2. 阻转矩的形成
和磁电式一样，产生反作用力矩的也是联在转轴 上的游丝，即： TC=K2α
（3）二转矩平衡
• 欧姆表和兆欧表等。
（2）按照工作原理分为：
• 磁电式仪表； • 电磁式仪表；
• 电动式仪表；
• 整流式仪表。
（3）按照电流的种类分为：
• 直流仪表；
• 交流仪表；
• 交直流两用仪表。
（4）按照准确度等级分为：
0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5和5.0七级。
16.2 电工测量仪表的形式
（3）按测量手段分
1）直接测量：能直接从仪表的刻度盘上读出测量 结果。
2）间接测量：通过未知量与若干变量相联系的关 系式。分别对各变量进行直接测量，然后将所得的 数值代入该关系式进行计算，从而求得未知量的数 值。
例如要测量电阻R消耗的功率，可先测量R和I，根 据P=RI2求出功率。 3）组合测量：有多个相关的未知量，可以通过直 接测量和间接测量所得的结果求解方程组得到。
• 电动式仪表还可以用来测量功率等。
（2）阻转矩的形成
在转动力矩的作用下，线圈和指针便转动起来， 和转轴固定在一起的游丝便发生形变，从而产生 反作用力矩TC，它与指针的偏转角α成正比。 TC=k2α
（3）二转矩平衡
当弹簧的阻转矩与转动转矩达到平衡时,可动部分 便停止运动，即：T=TC。 其中k1、k2为比例系数。 表明，指针偏转的角度与通入的电流成正比，因 此磁电式仪表可以采取均匀刻度指示被测电量。
（3）频率范围宽 （4）便于实现遥测 如宇宙星体、核反应堆、动 物机体内、海洋、沙漠深处等。
（5）测量速度快
（6）方便灵活
2. 测量方法
（1）按被测量的状态分
1）静态测量：被测量的状态不随时间变化。
2）动态测量：被测量的状态随时间变化。
（2）按测量系统分
1）有源测量：测量系统具有激励源 2）无源测量：测量系统没有激励源
m K% 100% Am
仪表最大引用误差的百分数
我国直读式电工测量仪表的准确度分为： 0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5，5.0 七级。
仪表的准确度愈高，其最大引用误差愈小。
3.最大测量误差的估计
（1）已知仪表准确度等级K%和最大量程Am， 则可能产生的最大误差Δm为：
( K %) Am m K % Am 100%
小结
• 被测量只能是直流电流，如果用它来测量电压、 电阻时，必须选用适当的电路把这些量变成电流 后，才能测量。 • 直接测量时，只能做毫安或微安表，不允许测量 大电流。这是因为电流必须经过游丝引入测量机 构。当游丝通入大电流时，会因发热而使弹性改 变。所以测量几十毫安以上的电流时，必须设法 扩大量限。 • 万用表的测量机构采用磁电式基本结构。它可以 用来测量直流电流、电压，交流电压和电阻等。
根据引起误差的原因，可将误差分为： • 基本误差：仪表在正常工作条件下进行测量 时，由于内部结构和制作不完善所引起的误 差。 • 附加误差：仪表偏离正常工作条件而产生的 除上述基本差外的误差，称为附加误差。
仪表的正常工作条件
a. 指针调零；
b. 位置正确；
c. 无外来电磁场；
d. 环境温度适合；
e. 频率、波形满足要求等等。
（4）按被测量的性质分
1）时域测量：以时间为函数的量，如电压、电流 等 2）频域测量：以频率为函数的量，如增益、相位 等 3）数据域测量：指对数字信号进行测量 4）随机测量：如对噪声、干扰等随机量的测量
16.1.2 测量误差
在任何测量中，由于各种原因，仪表的读数和真值 之间总是存在着一定的差值，这个差值就称为误差。
（2）阻尼转矩的形成
当游丝产生的反作用力矩TC=k2α与转动力矩达到平 衡时，可动部分便停止转动。 即： T=TC
α=K1I1I2cosφ（交流）； α= k1I1I2（直流）。 原理同电磁式仪表相似。
小结
• 当固定线圈和可动线圈中的电流的方向同时改 变时，指针偏转方向不变，此类仪表既可以测 直流量（电压和电流），也可以测交流量（电 压和电流）。
1. 误差的表示方法
（1）绝对误差：
测量值Ax 与被测量的真值A0 之间的差值称为测 量的绝对误差，用Δ表示：
Δ= Ax -A0
（2）相对误差
绝对误差Δ与被测量的真值A0 之比称为相对误差。 通常以百分数γ表示：
A 100% A0
（3）引用误差
某一刻度点误差读数的绝对值Δ与仪表最大量程（满 标值） Am之比。
测量5A时的最大相对误差：
当仪表的准确度等级给定后，所选仪表的量限越接近 被测量的值，测量误差越小。
16.1.3仪表分类与标志
直读式电工测量仪表的分类： （1）按照被测量的名称（单位）分为： • 电流表（安培表）、毫安表； • 电压表（伏特表）、千伏表；
• 功率表、千瓦表、电度表；
• 相位表；
• 频率表；
电工测量仪表一般由测量电路和测量机构组成：
被测量 测量电路 x
过渡电量
Y f (X )
测量机构
指针偏转角
பைடு நூலகம்
f (Y ) ( X )
16.2.1 磁电式仪表
1.基本结构
2.工作原理
当被测直流电流I 流经游丝再流过可动线圈时，线 圈两边受到大小相等、方向相反的电磁力F： F =BILN B为空气隙中的磁感应强度； L为线圈的有效长度； N为线圈的匝数。 设线圈的宽度为b，则线圈受到的转动力矩： T=Fb=BLbNI=k1I
第16章
电工测量
凡是利用电工、电子技术进行的测量都称为电工测 量，其范围已包括所有电量（如电压、电流、功率、 电能及电路参数等）及各种非电量（如温度、压力、 速度、位移、应变、流量、液位等）的测量。
16.1电工测量及仪表的基础知识
16.1.1 测量的概念
1. 测量的特点
（1） 精确度高 目前在长度、热量、力学测量方面的最高精确度 还未得到10-10，而电工测量已达到10-13～ 10-14。 （2） 量程范围大 量程：指测量上下值之差，高灵敏度的数字电压 表的量程可达10nV~1000V。
小结
• 在线圈通有交流电流时，由于两铁心的极性同 时改变，仍然产生推斥力。此类仪表不仅能测 直流还可以测交流电流和交流电压。 • 由于被测电流不流过可动部分，所以可以测量 较大的电流。
16.2.3电动式仪表
（1）转动转矩的形成
和磁电式仪表一样，电流I1是通过游丝 流入可动线圈的；当固定线圈通有电 流I2时，在其内部产生均匀的磁场，使 可动线圈的两边产生大小相等、方向 相反的两个力，产生转动力矩T， T=K1I1I2cosφ，其中I1、I2是交流电流i1、 i2的有效值，φ是i1和i2之间的相位差， 在这转矩T的作用下，可动线圈和指针 发生偏转。 （2）阻尼转矩的形成 当游丝产生的反作用力矩TC=k2α与转 动力矩达到平衡时，可动部分便停止
n 100% Am
最大引用误差：取最大绝对误差Δm与仪表最大量 程 （满标值） Am之比。
nm
m 100% Am
2. 准确度
因为相对误差随被测量的减小而逐渐增大，故它不 能说明仪表的优劣，只能说明测量结果的准确程度。
仪表的准确度说明仪表的读数与被测量的真值相符 合的程度，误差越小，准确度越高。 用最大引用误差来衡量仪表的准确度等级，其定义 是：
（2）已知仪表准确度等级K%和最大量程Am，测 量的读度数为Ax，则被测量Ax 的可能最大相对误 差为：
m K % Am 100% 100% Ax Ax
说明
在正常工作条件下，可以认为最大误差Δm 是不变 的，所以被测量越大，则相对测量误差也越大。 在选用仪表的量程时，应使被测量的值越接近满标 值（即量程）越好，一般应使被测量的值超过仪表 满标值得一半以上。
例：用量限为10A，准确度为0.5级的电流表测量10A 和5A的电流，求测量的相对误差。 解：仪表在测量过程中所能产生的最大基本误差：
ΔIm=±0.5%×10=±0.05(A)
测量10A时的最大相对误差
10m
5m
0.05 100% 0.5% 10
0.05 100% 1.0% 5
16.2.2电磁式仪表
1. 转矩的形成
当线圈中通入电流时，产生磁场，铁心被磁化， 固定铁心和可动铁心相互排斥而使转轴转动。
仪表的转动力矩为： T=k1I2
中，I为直流电流值或交流电流的有效值。
2. 阻转矩的形成
和磁电式一样，产生反作用力矩的也是联在转轴 上的游丝，即： TC=K2α
（3）二转矩平衡
• 欧姆表和兆欧表等。
（2）按照工作原理分为：
• 磁电式仪表； • 电磁式仪表；
• 电动式仪表；
• 整流式仪表。
（3）按照电流的种类分为：
• 直流仪表；
• 交流仪表；
• 交直流两用仪表。
（4）按照准确度等级分为：
0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5和5.0七级。
16.2 电工测量仪表的形式
（3）按测量手段分
1）直接测量：能直接从仪表的刻度盘上读出测量 结果。
2）间接测量：通过未知量与若干变量相联系的关 系式。分别对各变量进行直接测量，然后将所得的 数值代入该关系式进行计算，从而求得未知量的数 值。
例如要测量电阻R消耗的功率，可先测量R和I，根 据P=RI2求出功率。 3）组合测量：有多个相关的未知量，可以通过直 接测量和间接测量所得的结果求解方程组得到。
• 电动式仪表还可以用来测量功率等。
（2）阻转矩的形成
在转动力矩的作用下，线圈和指针便转动起来， 和转轴固定在一起的游丝便发生形变，从而产生 反作用力矩TC，它与指针的偏转角α成正比。 TC=k2α
（3）二转矩平衡
当弹簧的阻转矩与转动转矩达到平衡时,可动部分 便停止运动，即：T=TC。 其中k1、k2为比例系数。 表明，指针偏转的角度与通入的电流成正比，因 此磁电式仪表可以采取均匀刻度指示被测电量。
（3）频率范围宽 （4）便于实现遥测 如宇宙星体、核反应堆、动 物机体内、海洋、沙漠深处等。
（5）测量速度快
（6）方便灵活
2. 测量方法
（1）按被测量的状态分
1）静态测量：被测量的状态不随时间变化。
2）动态测量：被测量的状态随时间变化。
（2）按测量系统分
1）有源测量：测量系统具有激励源 2）无源测量：测量系统没有激励源
m K% 100% Am
仪表最大引用误差的百分数
我国直读式电工测量仪表的准确度分为： 0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5，5.0 七级。
仪表的准确度愈高，其最大引用误差愈小。
3.最大测量误差的估计
（1）已知仪表准确度等级K%和最大量程Am， 则可能产生的最大误差Δm为：
( K %) Am m K % Am 100%
小结
• 被测量只能是直流电流，如果用它来测量电压、 电阻时，必须选用适当的电路把这些量变成电流 后，才能测量。 • 直接测量时，只能做毫安或微安表，不允许测量 大电流。这是因为电流必须经过游丝引入测量机 构。当游丝通入大电流时，会因发热而使弹性改 变。所以测量几十毫安以上的电流时，必须设法 扩大量限。 • 万用表的测量机构采用磁电式基本结构。它可以 用来测量直流电流、电压，交流电压和电阻等。
根据引起误差的原因，可将误差分为： • 基本误差：仪表在正常工作条件下进行测量 时，由于内部结构和制作不完善所引起的误 差。 • 附加误差：仪表偏离正常工作条件而产生的 除上述基本差外的误差，称为附加误差。
仪表的正常工作条件
a. 指针调零；
b. 位置正确；
c. 无外来电磁场；
d. 环境温度适合；
e. 频率、波形满足要求等等。
（4）按被测量的性质分
1）时域测量：以时间为函数的量，如电压、电流 等 2）频域测量：以频率为函数的量，如增益、相位 等 3）数据域测量：指对数字信号进行测量 4）随机测量：如对噪声、干扰等随机量的测量
16.1.2 测量误差
在任何测量中，由于各种原因，仪表的读数和真值 之间总是存在着一定的差值，这个差值就称为误差。
（2）阻尼转矩的形成
当游丝产生的反作用力矩TC=k2α与转动力矩达到平 衡时，可动部分便停止转动。 即： T=TC
α=K1I1I2cosφ（交流）； α= k1I1I2（直流）。 原理同电磁式仪表相似。
小结
• 当固定线圈和可动线圈中的电流的方向同时改 变时，指针偏转方向不变，此类仪表既可以测 直流量（电压和电流），也可以测交流量（电 压和电流）。
1. 误差的表示方法
（1）绝对误差：
测量值Ax 与被测量的真值A0 之间的差值称为测 量的绝对误差，用Δ表示：
Δ= Ax -A0
（2）相对误差
绝对误差Δ与被测量的真值A0 之比称为相对误差。 通常以百分数γ表示：
A 100% A0
（3）引用误差
某一刻度点误差读数的绝对值Δ与仪表最大量程（满 标值） Am之比。
测量5A时的最大相对误差：
当仪表的准确度等级给定后，所选仪表的量限越接近 被测量的值，测量误差越小。
16.1.3仪表分类与标志
直读式电工测量仪表的分类： （1）按照被测量的名称（单位）分为： • 电流表（安培表）、毫安表； • 电压表（伏特表）、千伏表；
• 功率表、千瓦表、电度表；
• 相位表；
• 频率表；
电工测量仪表一般由测量电路和测量机构组成：
被测量 测量电路 x
过渡电量
Y f (X )
测量机构
指针偏转角
பைடு நூலகம்
f (Y ) ( X )
16.2.1 磁电式仪表
1.基本结构
2.工作原理
当被测直流电流I 流经游丝再流过可动线圈时，线 圈两边受到大小相等、方向相反的电磁力F： F =BILN B为空气隙中的磁感应强度； L为线圈的有效长度； N为线圈的匝数。 设线圈的宽度为b，则线圈受到的转动力矩： T=Fb=BLbNI=k1I
第16章
电工测量
凡是利用电工、电子技术进行的测量都称为电工测 量，其范围已包括所有电量（如电压、电流、功率、 电能及电路参数等）及各种非电量（如温度、压力、 速度、位移、应变、流量、液位等）的测量。
16.1电工测量及仪表的基础知识
16.1.1 测量的概念
1. 测量的特点
（1） 精确度高 目前在长度、热量、力学测量方面的最高精确度 还未得到10-10，而电工测量已达到10-13～ 10-14。 （2） 量程范围大 量程：指测量上下值之差，高灵敏度的数字电压 表的量程可达10nV~1000V。