1、电气测试技术电气测试技术第3章 电参量的传统测量3.1 直读式电气测量仪表3.2 电位差计3.3 测量用互感器3.4 电压、电流的测量3.5 功率、电能的测量电气测试技术第3章 电参量的传统测量电参量包括电量及电路参数。电量参又分为直流参量和交流参量。电测仪表按测量方式的不同，可分为直读式仪表和比较式仪表两大类。直读式电测仪表按显示方式又可分为模拟量指示仪表和数字量显示仪表。直读式模拟量指示仪表按其内部结构和工作原理，可分为磁电系仪表、电磁系仪表、电动系仪表、静电系仪表和感应系仪表几大类。比较式电测仪表将被测对象直接与标准量进行比较，从而确定被测对象的大小。电气测试技术3.1 直读式电气测量仪
2、表直读式电测技术包括两部分内容：对被测对象（电流）的直接测量和对采用指针指示的测量数据的直接读取。电测仪表中常用的指针式仪表有磁电式、电磁式、电动式三类，其结构原理相同（组件不同）、工作原理相同。电测仪表结构原理框图如下：电气测试技术3.1 直读式电气测量仪表测量机构是指针式仪表的核心，也是区分三类仪表的不同之处。测量机构由固定部分和可动部分组成，固定部分包括磁路系统、固定线圈等，可动部分包括可动线圈、可动铁心、游丝、指针等。按测量机构各元件的功能，主要有：（1）产生转动力矩M的部件； （2）产生反作用力矩Ma的部件；（3）产生阻尼力矩Mp的部件； （4）读数部件，通常由指针、刻度尺组成。aM
3、DapMMM电气测试技术3.1 直读式电气测量仪表1.直读式电气测量指示仪表的主要技术特性 （1）灵敏度 仪表指针偏转角的变化量与被测量的变化量之比称为仪表的灵敏度，即 灵敏度是有量纲的物理量，其单位与被测量有关。 例如被测量为电流时，将1微安的电流通入某微安表时，如果该表的指针偏转2小格，则该微安表的电流灵敏度就是S=2格/微安；当被测量为电压时，将1毫伏的电压加到毫伏表的输入端时，如果该表指针偏转1小格，则该毫伏表的电压灵敏度就是S=1格/毫伏。xSdd电气测试技术3.1 直读式电气测量仪表 （2）准确度 仪表的等级表示了仪表的准确度。而选用仪表的等级要与进行测量所要求的准确度相适应。 （
4、3）仪表本身所消耗的功率 在测量时，仪表本身要消耗功率，若仪表功耗太大，不但引起仪表内部元件发热，产生误差，而且会改变被测电路的工作状况，引入误差。因此，降低仪表的功耗，在一定程度上不但可以提高仪表的准确度，也会提高仪表的灵敏度，扩大使用范围。电气测试技术3.1 直读式电气测量仪表 （4）仪表的阻尼时间 阻尼时间是指被测量从开始变化到某值，而仪表指针变化到距离平衡位置小于标尺全长l时所需的时间。阻尼时间越短，读数越快。 （5）其它 仪表应具有受外界因素影响小，足够高的绝缘电阻，读数方便等特性。电气测试技术3.1 直读式电气测量仪表2. 磁电系仪表 磁电系仪表是利用永久磁铁的磁场和载流线圈相互作
5、用产生转动力矩的原理而制成的。 磁电系测量机构的特点如下： (1) 准确度高； (2) 灵敏度高； (3) 仪表消耗的功率小； (4) 刻度均匀，读数方便。 其缺点是：过载能力小；结构比较复杂，成本高；不加变换器一般只能测量直流。电气测试技术3.1 直读式电气测量仪表 （1）磁电系电流表 磁电系仪表的最基本电路就是电流表。如图所示是用电流表测电流的最简单的电路。 测电流时，因动圈导线细，电流过大生热，易烧坏绝缘。同时，被测电流通过游丝流入动圈，大电流生热易导致游丝弹性系数N变化，影响性能。所以这种电路只能作为毫安表或微安表。因为线圈的导线很细，所以要测量大于 的电流时要加分流电阻 。gIpR电
6、气测试技术3.1 直读式电气测量仪表图中，分流系数分流电阻IRRRRRIgpgpggpgpgRRRIIk1gpkRR例3-1 当 ，满刻度电流 ，若电流表的测量上限为2.5A，求分流电阻 =？解： 1000gRA50gIpR50000pgpgRRRIIk02.01gpkRR电气测试技术3.1 直读式电气测量仪表 实际工作中，通常是采用多量程电流表。其电路如图所示。 电气测试技术3.1 直读式电气测量仪表gI 41R电气测试技术3.1 直读式电气测量仪表)()(g1132ggIIRRRRI)1 .0(4)(g32ggIRRRI39563gRRgg3g221)()(IRRIIRRgg23956)0
7、5.0)(4(IIR 402RmA1 . 0A101 . 03gI4440421RR电气测试技术3.1 直读式电气测量仪表)(g3321ggIIRRRRI33g310) 1 . 010()44(101 . 0RRg33956RR 3960gR电气测试技术3.1 直读式电气测量仪表gUggIgIUsRUsIsgIURssgggg)()(mURRRURRIUfgfg电气测试技术3.1 直读式电气测量仪表可见电压量程的扩大倍数为同时，由上式可得串入附加电阻目的在于对表头限流。例3-2 当 ， 的磁电系机构要制成30V量程的电压表，应串入多大电阻?解：表头满度偏转两端电压 要求扩大量程倍数 故附加电阻
8、 gfggRRRUUmgfRmR)1(A500gI 200gRV1 . 0200A500gU300.1300m(1)59800fgRmR电气测试技术3.1 直读式电气测量仪表 电压表也可制成多量程的，只要按量限串联不同的分压电阻即可。多量程分压电阻的连接如图所示。电气测试技术3.1 直读式电气测量仪表 用电压表测量电压时，只能将电压表并联于被测电路两端。 磁电系电压表只能用于测直流电压。 选用电压表除考虑等级和量程外，还要考虑电压表的内阻，内阻越大，对被测电路影响越小，测量的误差就越小。 还应注意，电压表刻度盘上常标明电压表内阻参数“ ”，如某电压表标明50 ，则10V挡的内阻为 ，100V挡
9、的内阻为 。可见这个参数越大，说明该电压表并联到被测电路上对电路的分流作用就越小。V/V/V/50k10V/50k100电气测试技术3.1 直读式电气测量仪表10g0gggIRRRRIR1006175010100IRR电气测试技术3.1 直读式电气测量仪表 即： 即： 由式可得： A选择100V量程时， 1011ggIRIR10175010100116IR10105310g0gRRRRR410010517501750RRR41102Ik75.117500Rk125.49109125. 441R100)(1210g0gIRRRRRR电气测试技术3.1 直读式电气测量仪表 则：4423105010
10、210010105Rk450104542R电气测试技术3.1 直读式电气测量仪表 （3）磁电系欧姆表 欧姆表的简单原理电路如图： R电阻值应满足当被测电阻等于零时，表头指针是满刻度偏转。即： 当接入 后，电路中的工作电流 ，由于U未变，一个 唯一地对应一个I 值，显然 越大，表头指针偏转越小。0ggUIIRRxRgxUIRRRxRxR电气测试技术3.1 直读式电气测量仪表 称为欧姆表的总内阻，又被称为中值电阻。 因为当 时，表头指向满刻度，当 时，表头测量机构流过电流 ，指针指向刻度盘正中间。 同理可通过波段开关改变中值电阻而达到换档的目的。 可以证明，欧姆表指针在中心位置时测量误差最小，在使
11、用中应选择倍率，使指针尽可能指在中心位置附近。 应注意被测电阻电路必须是无源的，对储能元件（如电感、电容）要事先放电，被测电路也不能与其他部件构成回路。0gRRR0 xR0 xRR2gII电气测试技术3.1 直读式电气测量仪表 （4）带整流器的磁电系仪表 为了测量交流电压或电流，将被测交流信号通过整流电路整流。例如被测交流电流信号经桥式整流后接入测量机构，整流后的电流平均值 这里必须注意，当交流电流为非正弦时，刻度盘的值并不反映被测量的有效值。2dsin2m2/0mIttITIT电气测试技术3.1 直读式电气测量仪表 实际应用中要测量的是交流电流或交流电压的有效值。为此，需找到经整流后流入测量
12、机构的不同波形的平均值与被测正弦波形的有效值之间的关系，即它们之间的比值。 整流式仪表的技术特性： (1) 灵敏度高； (2) 准确度低，一般为1.55.0级,这是由于整流元件的特性不稳定造成的； (3) 只能测正弦交流量，测其它波形有误差；电气测试技术3.1 直读式电气测量仪表 (4) 因整流器极间电容的影响，一般仅可测频率在2000Hz以下的正弦交流电，若加补偿可达10000Hz； (5) 由于串入整流器，使仪表内阻达几百欧，很少用作交流电流表；(这就是为什么万用表一般不设交流电流档的原因) (6) 整流式电压表在低量程时(如6V、10V)，由于整流元件的非线性对刻度影响较大，需单独刻度。
13、电气测试技术3.1 直读式电气测量仪表 （5）磁电系检流计和冲击检流计 检流计是一种高灵敏度的仪表。读数装置采用光反射到刻度盘，可测量微小电流，是用于比较测量的指零仪表，主要参数有以下几个： 电流灵敏度和电流常数。电流灵敏度 。通常在检流计的铭牌上表明的是灵敏度的倒数，即检流计的电流常数。 动圈的运动特性与临界电阻。 自然振荡周期与阻尼时间。ISdd电气测试技术3.1 直读式电气测量仪表检流计使用时应注意的事项： 不能将检流计放在磁场源附近。 调节检流计的水准器，使它严格处于水平位置。 不要受任何机械振动，搬动时要将活动部分用止动器锁住或将接线柱 两端用导线短路。 标尺要固定牢，并调好光距。
14、由于采用的是直线标尺，从标尺上读出的偏转角实际上不等于检流计 的偏转角，此时可按下式修正。电气测试技术3.1 直读式电气测量仪表 采用适当措施消除漏电流及接触热电势的影响。 将各部分的连接导线绞合起来，以防止附加感应。 在被测量的大致范围未知时，测试时要记住配合用一个万用分流器或 串一个几兆欧的保护大电阻。 不许用万用表、欧姆表去测量检流计内阻，以免通入过大电流烧坏检 流计。电气测试技术3.1 直读式电气测量仪表冲击检流计： 冲击检流计的结构与灵敏检流计相仿，区别仅在于它的线圈较扁而宽，从而线圈的转动惯量较大，自由振荡周期较长（T0可达20s以上）。其运动特性如图。 冲击检流计可以测量脉冲电量
15、，从而间接测量一些与电量有关的量。i,mt电气测试技术3.1 直读式电气测量仪表4 电动系仪表 电动系仪表在指针式交流仪表中准确度最高（可达0.05级），它作为交流标准表广泛用于交流精密测量。电动系仪表可做成交、直流两用的电流表、电压表、功率表、功率因数表、相位表和频率表。（1） 电动系仪表的工作原理 电动系仪表是利用载流导体在磁场中受到力这一基本原理制成。其磁场是由通直流电流 的固定线圈产生。当活动线圈通入直流电流I2时，指针发生偏转。1I电气测试技术3.1 直读式电气测量仪表电动系仪表的结构 定圈和动圈BFF 动圈定圈电气测试技术3.1 直读式电气测量仪表 偏转角 ，即偏转角与两电流的乘积
16、成正比，当I1和I2方向同时改变时，偏转角不变。 当仪表通入交流电流时，设固定线圈电流 活动线圈通入 则力矩平衡时偏转角 ； 可见当通入交流电流时，偏转角不仅与通过两线圈的电流有效值有关，而且同两电流的相位差的余弦成正比。 交流和直流的结果只差一个 因子。12 KI ItIisin1m1)sin(2m2tIi12cos KI Icos电气测试技术3.1 直读式电气测量仪表 （2）电动系电流表 电动系测量机构的定、动圈串联，就构成了电动系电流表，如图所示。在电动系仪表中，为了使活动线圈转动灵活，线圈要用比较细的导线绕制，另外活动线圈中的电流还要通过具有极性的游丝引入，所以动圈容许通过的电流不能大
17、。电气测试技术3.1 直读式电气测量仪表 通常当被测电流在0.5A以下时，被测电流可以全部通过活动线圈，这时固定线圈和活动线圈是串联的，即 ，则指针的偏转角为 。 由于电动系电流表的偏转角与被测电流的平方成正比，因而它的刻度盘的分度是不均匀的。 当被测量程大于0.5A时，通常将活动线圈和固定线圈并联，或用分流器对活动线圈分流。12III2 KI电气测试技术3.1 直读式电气测量仪表2()fUKR图a图b电气测试技术3.1 直读式电气测量仪表 （4）电动系仪表的技术特性 准确度高，这种仪表由于采用空心线圈，所以准确度可达0.1级，甚至0.05级，因为不存在铁磁材料的磁滞和涡流损耗；常用作校准用的
18、标准。它不仅可用于交、直流测量，还可测量非正弦量。 频率特性较好。(适应最高频率为2kHz) 仪表本身磁场弱，易受干扰，通常采用磁屏蔽。 内阻小，功耗大。 过载能力小。 刻度不均匀。 灵敏度低。被测量太小，在电流线圈中不能产生足够的磁场。电气测试技术3.1 直读式电气测量仪表 （5）电动系功率表及其使用 功率表的结构与工作原理 固定线圈较粗的导线串联电流线圈； 活动线圈细导线并联电压线圈。 可动部分的转动方向与这两个电流的方向有关，使其正转（顺时针方向转）的两端定为同名端，用“*”表示。按照国标GB312-64规定，功率表的两个线圈符号为：一个圆加一条水平粗实线表示电流线圈，另一条垂直细实线表
19、示电压线圈。电气测试技术3.1 直读式电气测量仪表coscosuiuiRUKIIKI电气测试技术3.1 直读式电气测量仪表 功率表的读数 由于功率表一般为多量程，表盘的刻度通常只表明分格数，即在不同的电压、电流量程时每一个分格仅代表功率的比例系数，称为功率表的分格常数，用C来表示。 （瓦/格） 用功率表进行测量时，只要求得分格数C和测量时读得格数 ，这时被测量为：maxmaxmaxIUCDPC电气测试技术3.1 直读式电气测量仪表 功率表的使用 使用时要正确选择量程和严格按照对应端接线。采用补偿线圈补偿电容(并接在附加电阻上)可制成低功率因数表。 a）正确选择量限 选择量程是保证仪表安全的重要
20、条件。测直流功率时，指针不满偏转，其电压和电流不会超过量限。但测交流功率时，因功率不但与电压、电流有关，而且与被测电路的功率因数有关。若功率因数太低，可能出现电压、电流已接近量限而指针离满刻度还远的情况，这时不能为了使指针趋于满刻度而使电压、电流超过量限。电气测试技术3.1 直读式电气测量仪表 b）正确接线 要做到正确接线，应做到两个方面：一是电流线圈应串于被测电路，电压线圈应并与被测电路；二是按照功率表的同名端接线规则，即将电压、电流线圈的同名端接在同一极上，这样才能保证电磁力方向，使指针正向偏转。 如图（a）和图（b）是功率表的两种正确接线。图（a）接线方式适用于负载阻抗远大于电流线圈阻抗
21、的情况。（a）电气测试技术3.1 直读式电气测量仪表 图（b）接线方式适用于负载阻抗远小于功率表电压支路阻抗的情况。 前者叫功率表电压支路前接，后者叫功率表电压支路后接。所以，为了减少测量误差，应根据负载阻抗的大小和功率表的参数来选择正确的功率表接线方式。 还有频率表、相位表等，目前使用很少，这里不一一分述。（b）电气测试技术3.1 直读式电气测量仪表电气测试技术3.1 直读式电气测量仪表电气测试技术3.1 直读式电气测量仪表4. 电磁系电流表和电压表 电磁系仪表是一种交直流两用的电气测量仪表。它具有工作可靠，成本低等优点，在交流测量中得到了广泛的应用。电磁式仪表主要用于制造电流表和电压表，也
22、可作成比率型仪表来测量电容、相位和频率等。 （1）工作原理 电磁系仪表吸引型排斥型电气测试技术3.1 直读式电气测量仪表线圈磁屏蔽阻尼片永久磁铁偏心铁片铁芯游丝指针平衡锤i吸引型的结构电气测试技术3.1 直读式电气测量仪表静片动片阻尼片线圈排斥型的结构电气测试技术3.1 直读式电气测量仪表 以排斥式为例。 它的固定部分不是磁电系的永久磁铁，而是一个圆筒形的固定线圈，当固定线圈通入被测电流后产生磁场，该磁场同时磁化固定铁芯和另一个固定在表轴上的可动铁片，由于两铁片同一侧被磁化成同一极性，于是互相排斥产生偏转。 即使在固定线圈通入交流电，两铁片仍然在相互排斥，所以这种类型的表是交直流两用。电气测试
23、技术3.1 直读式电气测量仪表 可以证明，当转动力矩与反作用力矩平衡时， 即偏转角与被测电流有效值的平方成正比，因此，电磁系的刻度是非均匀的。 由于被测电流是通过固定线圈，所以在低量限时线圈导线细，匝数多，高量限时导线粗，匝数少。一般可制成最大电流为200A，使其有较强的过载能力。当用作电压表时，最高量限为600V，只须在固定线圈中串入附加电阻。2 KI电气测试技术3.1 直读式电气测量仪表 （2）性能指标 使用范围：可测交、直流量。 刻度性能：偏转角正比于被测电流的平方，刻度非线性。 抗干扰性能：因磁场较弱需采用屏蔽措施。 准确度不高：因定、动片是铁磁物质，存在磁滞和涡流损耗。 此外，与磁电
24、系仪表相比，电磁系仪表灵敏度低，仪表功耗大，目前仅有开关板中使用，实验室中已很少使用。电气测试技术3.1 直读式电气测量仪表 （3）电磁系仪表的特点 灵敏度低、功耗大、非线性刻度； 过载能力强； 构造简单、成本低廉； 非常适合于有效值的测量，可以测交流和直流； 刻度用有效值直接标度。 （4）应用 非常适合于有效值的测量，可以测交流和直流。电气测试技术3.1 直读式电气测量仪表 （5）电磁系仪表与磁电系仪表的区别 结构上 性能上电磁系仪表磁电系仪表动铁式动圈式磁场是由被测量电流通过固定线圈产生的磁场是由永久磁铁产生的游丝中不流电流 游丝中流过电流电磁系仪表磁电系仪表灵敏度低灵敏度高过流能力强过流
25、能力弱功耗大功耗小刻度不均匀刻度均匀可测直流和交流直接测量量是直流电气测试技术3.1 直读式电气测量仪表5. 感应系仪表 感应系仪表是利用导体在交流磁场中产生感应电流并受到作用力的原理制成的，主要用途是计量负载所消耗的电能，即作为电度表。它只能在交流电路中使用，准确度较低。 感应系仪表的测量机构由两部分组成，固定部分由硅钢片叠成的电磁铁铁芯，铁芯上线圈是激磁绕组；活动部分通常是一个铝盘，如图所示。电气测试技术3.1 直读式电气测量仪表三磁通结构式感应系仪表简图1为电流线圈，2位电压线圈，3为铝盘，4位磁极电气测试技术3.1 直读式电气测量仪表 当电磁铁的绕组通以交流电时，它产生的交变磁通将穿过
26、铝盘。在铝盘中产生感应电流，此电流与交变磁通相互作用而产生转矩，使铝盘转动。铝盘转动的快慢与被测功率成正比，记录转动圈数即可获得电度量。 感应系仪表的技术特性： (1) 准确度低。 (2) 灵敏度低。 (3) 负载电流范围宽，即过载能力强。 (4) 转动力矩大。 (5) 一般只用于50Hz交流测量，不能直接测量直流电能。 (6) 潜动。电气测试技术3.1 直读式电气测量仪表6. 静电系仪表 静电式仪表是利用带电导体间的电场力的相互作用来产生偏转的。其基本结构是由一组定叶片和一组动叶片组成，定叶片和动叶片构成空气电容器。 静电系测量机构可动部分的偏转角取决于电压的平方： 定叶片动叶片阻尼片指针游
27、丝电气测试技术3.2 电位差计1. 直流电位差计 直流电位差计是直接测量电压或电动势的比较式仪器，可间接测量电流、电阻和功率。由于采取补偿原理，所以其最大的优点是测量电压或电动势时准确度高，可达0.005或更高，相应间接测量电流、电阻和功率也可以获得较高的准确度。 直流电位差计是根据电位补偿原理制成的测量电压的精密仪器，它是将被测量和已知标准量进行比较而确定被测量大小的比较式仪器。 电位差计一般用于校表、定标，而不是作为现场仪表使用。电气测试技术3.2 电位差计 （1）直流电位差计的工作原理 电路如图所示，其测量步骤是： 校准工作电流： 测量未知电压： 则 ssREI kkIRUUxkssRR
28、EUx电气测试技术3.2 电位差计 直流电位差计线路中包括三个回路： （1）产生电流I的电路，也叫工作电流回路； （2）用标准电池校准电流I的电路，也叫校准工作电流回路； （3）测量未知电压的电路，也叫测量回路。 为了达到高准确度，消除各种基本误差，实际的电位差计电路中还要采取许多措施来消除或减小电路中的热电动势、接触电动势和接触电阻等。电气测试技术3.2 电位差计 直流电位差计测量电压的量程上限一般约为2V，在测量高压时，必须加分压器(如电阻分压器)将电压降到量限范围内然后接到未知端。 而测量电流时必须加取样电阻，取样电阻一般由标准电阻承担，同时也要注意两端电压值不得超过电位差计的量限。 测
29、量电阻时，一般在被测电阻两端通入恒流源，转换为测电压的形式。用一台电位差计分别测量电流和电阻两端的电压，然后求得电阻值。要注意两次测量必须保持恒流源不变，同时在测量电流时取样电阻值应尽量和被测电阻接近。因为这时不需要大幅度调节电位差计的读数盘使得测量结果更加准确。电气测试技术3.2 电位差计 （2）直流电位差计的分类和主要技术特性 分类 a）按使用条件可以分为实验室型和携带型。 实验室型：在实验条件下做准确测量用。 携带型：在生产现场做一般测量用，有内附指示仪、标准电池和工作 电源。 b）按“未知”端(即连接被测电压的两个端钮)的输出电阻高低分为高阻电位差计和低阻电位差计。电气测试技术3.2
30、电位差计 高阻电位差计：输出电阻大于10000/V，适用于测量高内阻电源的电动势以及较大电阻上的电压。其工作电流小，不需大容量的工作电源供电。 低阻电位差计：输出电阻小于100/V，用于测量低内阻电源的电动势（如热电偶电势）和较小电阻上的电压，其工作电流大，需用大容量的工作电源供电，以保持工作电流的稳定。电气测试技术3.2 电位差计 主要技术特性 下表是几种国产直流电位差计的主要技术特性：型号名称测量范围工作电压（V）工作电流（mA）准确度等级UJ1低阻电位差计1.93.5320.05UJ9/1高阻电位差计1.32.20.10.02UJ23携带型低阻电位差计0.1UJ26低阻电位差计5.86.
31、4100.02电气测试技术3.2 电位差计( %) xa Ub U电气测试技术3.2 电位差计 使用直流电位差计应注意的问题 a）选择灵敏度合适的检流计。灵敏度过低产生较大误差，过高则达到平衡困难。 b）选择稳定的工作电源，否则会产生误差。 c）注意标准电池、工作电源和被测电压的极性不能接错。（否则会产生什么后果？） d）校准工作电流时，要避免长时间给标准电池充放电，以免损坏标准电池。 e）按照说明书要求的温度和湿度条件保存和使用。电气测试技术3.2 电位差计 直流电位差计的应用 直流电位差计能够直接测量电压，与其它电路配合还能以较高的准确度测量电流、电阻、功率等。 另外，还可以测量温度，电位
32、差计适合测量微小电压，热电偶产生的电势与冷热端的温差有一定关系，用电位差计测得热电偶的电势，便能确定温差，从而确定温度。 事实上，一切能够转换为电动势的非电量，都有可能用电位差计去测量。电气测试技术3.2 电位差计2. 交流电位差计 由于正弦交流电的三要素是频率、幅值和相位，判断两个交流电相等就必须是同频、同幅且同相。采用同一频率的交流电互相比较，必须是同相的。所以两个交流电压能够补偿的条件实际上是幅值和相位分别相等。 采用极坐标式的电位差计和直角坐标式的电位差计两种电路均可以实现上述条件。电气测试技术3.2 电位差计电气测试技术3.2 电位差计 3.交流电位差计的应用 （1）测量正弦交流电压
33、 被测交流电压的频率要和电位差计的电源频率一样。小于1.5V的电压可直接测量，大于1.5V的电压要通过交流分压箱测量。用极坐标电位差计测得的结果是U的形式，而用直角坐标电位差计测得的结果是UA+jUB的形式。 （2）测量正弦交流电流 如同直流电位差计一样，直接测量电流是不可能的。可以让被测电流通过交流标准电阻，用电位差计测量这个电阻两端的电压，从而确定电流。电气测试技术3.2 电位差计 （3）测量功率 交流电位差计同样可用来测量功率，而且特别适合于测量小功率，因为交流电位差计不消耗被测电路的功率。测功率时，可先分别测出Uu和Ii，再按下式计算功率： （4）测量阻抗 测量阻抗需要先测出电压和电流
34、相量，然后进行计算。)cos(iuUIP电气测试技术课堂测验B电气测试技术课堂测验B二、对某电压进行14次等精密度测量，测量的数据如下（单 位：V）：20.30、24.94、25.24、25.36、25.16、 24.97、25.01、24.95、25.21、25.19、24.90、25.18、 25.32、24.96。已知数据中已无系统误差，请剔除其中 的坏值。（P=95%）（3分）电气测试技术课堂测验B电气测试技术3.3 测量用互感器 测量用电压互感器和电流互感器统称仪用互感器，以区别于其他用途如继电保护用的互感器。 仪用互感器的原理与变压器相同，但仪用互感器要求在带动一定负载条件下有更准
35、确的电压或电流变比和一次测与二次测间有恒小的相角差。使用仪用互感器不仅可以把高电压和大电流变成低电压和小电流,便于用普通仪表进行测量，还具有以下优点： (1)降低仪表的损耗。(2)测量结果的准确度受频率影响小。 (3)可以保护操作人员的安全。(4)有利于仪表制造规格的标准化。电气测试技术3.3 测量用互感器1. 电压互感器 电压互感器一般相当于一个降压变压器，它的初级绕组的匝数远多于次级绕组的匝数。通常电压互感器的初级绕组额定电压采用不同的电压等级，而次级绕组的额定电压为100V，这给测量带来了很大的方便。电压互感器在电路中的图形符号如图所示。 在理想情况下，变压比为初、次级线圈的匝数之比：2
36、121NNUUKU电气测试技术3.3 测量用互感器 通过额定变比来决定被测量是比较方便的，但测量结果会有误差。实际上变比不仅与互感器本身的结构和铁芯材料有关，而且与互感器的工作状态，如电压、电流的大小，负载的大小和特性以及电流频率等有关。所以按额定变比求出的测量值只是一个近似值，与实际值之间存在一定的误差，这误差称为变差或比差：%100%100112111UUUKUUUUU电气测试技术3.3 测量用互感器 电压互感器于其他测量仪表一样，要有一定准确度的要求。而且也可根据允许误差的大小分为若干等级。 例如按照比差误差大小，电流互感器规定有0.01，0.02，0.05，0.1，0.2，0.5，1.
37、0，3.0级；电压互感器有0.1，0.2，0.5，1.0和3.0级。 使用电压互感器应注意的问题： (1) 所选电压互感器一次侧绕组额定电压应大于被测电压。 (2) 根据标准化要求，用100V的交流电压表配套使用，被测电压等于电压表读数乘以变比。电气测试技术3.3 测量用互感器 (3) 电压互感器的一、二次侧绝对不能接反，A、X应接被测电压；a、x应接电压表。 (4) 电压互感器的二次侧不允许短路，必须在原副边串入保险丝或电阻。 (5) 为防止故障时二次侧电压升高，电压互感器的二次侧绕组、外壳和铁芯要可靠接地，以确保人身和设备的安全。电气测试技术3.3 测量用互感器2. 电流互感器 电流互感器
38、相当于一个电流变换器，而它的初级绕组匝数，远比次级的匝数少得多，通常电流互感器额定次级绕组电流大做成5A，这样可以方便测量。电流互感器在电路中的符号如图所示。由于电流互感器初级绕组匝数极少，甚至可以是几匝或一匝，所以在符号中，初级绕组仅用一根直线表示。 变比：1221NNIIKI电气测试技术3.3 测量用互感器 比差： 使用电流互感器应注意的问题： (1) 所选电流互感器一次侧绕组额定电流应大于被测电流，同时要求电流互感器的额定电压与被测电路的电压等级相符。 (2) 根据标准化要求，用5A或1A的交流电流表配套使用，被测电流等于电流表读数乘以变比。%100%100112111IIIKIIIII
39、电气测试技术3.3 测量用互感器 (3) 电流互感器的一、二次侧也不能接反，L1、L2串入被测电路，K1、K2接电流表。 (4) 电流互感器的二次侧不允许开路，否则会因为铁芯损耗过大导致铁芯和线圈发热，同时副边会感应出很高的电压。 (5) 电流互感器的二次侧不允许接熔断器，需要更换测量仪表时，用开关先将二次侧短路，更换仪表后，再将开关打开。 (6) 为了人身和设备的安全，电流互感器的二次侧绕组、外壳和铁芯也要可靠接地。电气测试技术3.4 电压、电流的测量电气测试技术3.4 电压、电流的测量 用电位差计测量时，不消耗被测电路的能量，所以可测量电动势。电位差计的测量范围为10mV2V，最小分度值为
40、0.11V。 当被测电压的数值大于电位差计的量限值时，可采用电阻分压器扩大量限。将电位差计接到分压后的输出端，如图所示。电气测试技术3.4 电压、电流的测量电气测试技术3.4 电压、电流的测量3.大电流测量 （1）直流大电流测量 用分流器分流后测量。 用直流互感器扩大量程。 （2） 交流大电流的测量 测量交流大电流最常用的方法是采用交流电流互感器扩大指示仪表量限，同时互感器还起到主线路与测量线路间的隔离作用，对测量高压下的电流尤为重要，二次电流额定值根据国家标准规定为1A，5A。电气测试技术3.4 电压、电流的测量21221nIIKIn电气测试技术3.4 电压、电流的测量0221iURRRU电
41、气测试技术3.4 电压、电流的测量0121iUCCCU电气测试技术3.4 电压、电流的测量11222nUUKUn电气测试技术3.5 功率、电能的测量1. 直流功率、电能测量 (1) 用电流表、电压表测量直流功率 直流功率为直流电压与直流电流的乘积。利用电流表和电压表测量功率的原理接线如图所示。在图（a）中电压表所测的是负载和电流表的电压之和；图(b)中电流表所测的是负载和电压表的电流之和。电气测试技术3.5 功率、电能的测量 在一般情况，电流表的电压降很小，所以多采用图（a）接法。测低压大电流时，则要采用图(b)接法。 (2) 用功率表测量直流功率 功率表的选择如图所示，功率表的电压线圈有两种
42、接法，均存在由功率表的电压线圈阻抗接入引起的误差。电气测试技术3.5 功率、电能的测量cosPUIsinQUISUI电气测试技术3.5 功率、电能的测量 (1) 用功率表测量有功功率 电动系或铁磁电动系功率表可测量有功功率，频率较高时可用热电系或电子式功率表，测量线路如图所示。电气测试技术3.5 功率、电能的测量电气测试技术3.5 功率、电能的测量)30cos(AAB1IUP)30cos(CCB2IUP电气测试技术3.5 功率、电能的测量)sin30sincos30(cos31UIP)sin30sincos30(cos32UIPPUIUIPPcos3cos30cos3221电气测试技术3.5
43、功率、电能的测量 (3) 三表法测量三相有功功率和电能 三表法适用于三相三线、三相四线对称或不对称电路。实际上是用三只单相表分别测各相功率或电能。各表读数之和即为三相功率或电能。 该方法主要用于三相四线电路，用此原理制成的专用表称为三元件功率表或电能表。电气测试技术3.5 功率、电能的测量4. 三相无功功率和电能的测量 (1) 用有功表跨相90联接法测量三相无功功率和电能 一表法：当三相电压对称、负载又平衡时，可用一只功率表测量三相无功功率，接法如图所示，则功率表的读数： 1ABC1cosIUP )90cos(ABCIUsin3UI电气测试技术3.5 功率、电能的测量113313sin3PPU
44、IQ1ABC1cosIUP 2BCA2cosIUP 电气测试技术3.5 功率、电能的测量sin3)90cos(ABC1UIIUPsin3)90cos(BCA2UIIUPsin3221UIPP)(23)(3213sin32121PPPPUIQ电气测试技术3.5 功率、电能的测量 三表法：sin3)90cos(ABC1UIIUPsin3)90cos(BCA2UIIUPsin3)90cos(CAB3UIIUPsin33321UIPPP)(3313sin3321PPPUIQ)(31321PPP电气测试技术3.5 功率、电能的测量)30cos(AAB1IUP)30cos(CCB2IUP)(312PPQ电气测试技术3.5 功率、电能的测量电气测试技术3.5 功率、电能的测量电气测试技术
