1、计量培训辅导讲座电器计量第一章 电测量指示仪表电测量指示仪表是电测技术领域中出现最早的一种仪表。它可用来直接测量电磁参数，如电压、电流、电阻、功率、相位、频率、磁通等。除此以外，还可以通过相应的变换器或传感器去测量如照度、温度、湿度、转数、流量、压力等非电磁参数。模拟指示仪表：被测量通过电磁能量转换而作用在它的测量机构上，使之产生机械位移带动指针偏转指示出被测量的大小。 第二章 指示仪表的结构和工作原理指示仪表一般都有测量线路和测量机构两大部分组成。测量线路：使被测量转换成直接驱动仪表活动部分产生偏转并具有相应量值的物理量的电路称为测量线路。测量机构：被测量经过测量线路的转换后就能直接去驱动仪
2、表活动部分而产生偏转，产生这种偏转需要一定的机构。仪表在接受测量线路转换后的被测量的作用能产生转动的部分称为测量机构。在测量机构中一般又包括不动的固定部分和可动的活动部分。 转矩：经测量线路转换后的被测量作用于测量机构后，便在测量机构内部产生了作用力。这个力将对测量机构的可动部分产生一个一定大小的力矩，驱动它绕一个转轴转动。这个力矩称为转矩。 必须指出，在测量机构中只有转矩是不能实现测量的，除了转矩的作用外，还有摩擦力矩，只有当克服了摩擦力矩才能无限制的转动。 作用在仪表测量机构活动部分上的力矩有四个：转矩、摩擦力矩、反作用力矩、阻尼力矩。前三个力矩对仪表本身的误差特性将产生影响。 第三章 指
3、示仪表指示仪表（模拟仪表或电工仪表）：被测量通过电磁能量的转换而作用于在它的测量机构上，使之产生机械位移带动指针偏转指示出被测量的大小。测量线路：使被测量转换成直接驱动仪表活动部分产生偏转并具有相应量值的物理量的电路测量机构：仪表在接受经测量线路转换后的被测量的作用能产生转动的部分称为测量机构。在测量机构中一般都包括不动的固定部分和可动的活动部分。作用在仪表测量机构活动部分上的力矩有四个：转矩、摩擦力矩、反作用力矩、阻尼力矩。误差和准确度等级 仪表的基本误差：仪表在规定的正常工作条件下所具有的误差。基本误差对测量结果起主要作用。基本误差产生的主要因素是：摩擦误差、轴隙误差、不平衡误差、标尺分度
4、和装配误差、游丝（张丝或吊丝）永久变形误差、内部电磁场误差等等。%1%1005005500%9 . 1%1002508 . 4250仪表的相对误差：例：一个量限为500mA的电流表，在500mA刻度点的测量绝对误差为5mA，在250mA刻度点的测量绝对误差为4.8mA，此两点的相对误差分别为 仪表的引用误差：被测值与实际值之差除以测量上限值。 %100%1000nmmxxxxx 各种标度尺仪表的引用误差表达式规定：1、对于单向均匀标度尺的仪表，引用误差的表示方法同上；2、对于双向均匀标度尺的仪表，引用误差的表示方法为最大绝对误差与标度尺全部工作部分两个方向上限绝对值之和的比的百分数。即%100
5、%1000nmmmmxxxxxxx3、对于无零位均匀标度尺的仪表，引用误差的表示方法为最大绝对误差与标度尺工作部分上下限之差的比的百分数。即 %100%1000n下上下上mmmmxxxxxxx4、对于标度尺刻度不均匀的各种仪表，用刻度长度表示绝对误差与标度尺刻度总长度之比的百分数。 %100lll 仪表灵敏度及仪表常数： 仪表灵敏度S：等于单位被测量引起指示器偏转的格数。 仪表常数C：为灵敏度的倒数SC1 例：一个单量限测量上限为50mA的电流表，刻度共有200小格且均匀。那么它的灵敏度为 常数为 mAAS/4m50200格格/25. 0411mASC 如果将该表测量上限扩展为100mA，则在
6、100mA量限时格；格/5 . 021/2m100200mACmAAS 绝缘强度： 为保证使用上的安全，仪表应具有足够的绝缘强度。应能承受一定的耐压试验。也就是说：仪表及其附件中所有线路对其外壳之间应有足够大的绝缘电阻。耐压试验就是对这个绝缘电阻所能承受的电压值进行试验。 耐压试验方法：用50Hz交流正弦波电压值历时一分钟的试验。耐压试验应在室温和相对湿度为85%以下及温度为（302），相对湿度为（953）%两种情况下进行。试验时，电压应加到连接在一起的仪表接线端钮和仪表的外壳之间。 指示仪表的选择： 基本误差应不超过该表的准确度等级规定； 误差变化小，稳定性和可靠性好； 功率损耗小； 阻尼良
7、好； 绝缘电阻高； 耐过载能力强； 良好的读数装置，结构简单、坚固，易于安装和携带。 价格低廉。 指示仪表分类： 常用的指示仪表有：磁电系仪表、电磁系仪表、电动系仪表、铁磁电动系、感应系、静电系、整流系、热电系、电子系、振簧系等，一般前七种较为常见。 仪表的使用和正确选择： 仪表测量误差：有两块电压表A和B。A表准确度为0.5级，测量上限为150V。B表准确度为1.5级测量上限为30V。用它们同去测量20V的电压。 A表在测量20V电压时的测量误差为 B表在测量20V电压时的测量误差为 %75. 3%5 . 020150A%25. 2%5 . 12030B 由此可见，测量结果的准确程度，不仅和
8、所用仪表的准确度有直接关系，而且和仪表量限与被测量的大小的适应程度有很大关系。只有被测量等于仪表测量上限时，测量误差才与仪表准确度相等。在其他各点，测量误差都大于仪表准确度等级所允许的误差。所以，一般选择仪表时要根据被测量的大小，合理选择仪表量程，使读数在测量上限的2/3以上为好。 根据被测对象的阻抗选择仪表内阻： 仪表内阻的大小对于不同阻抗的被测对象，其测量结果将产生很大的差异。 例：如图，电源电压为200V，电源内阻R0为2000，负载电阻R为2000。如果用一内阻Rv为2000的电压表去测R两端的电压，结果是：1、R两端的电压，若不用电压表去测，而用计算求出，则 VRRRUR100200
9、040002002000RcRVARU=100A2、当电压表接入后，如果电压表的内阻无穷大，则测出电压应为100V。因电压表内阻仅为2000，这样，当电压表接入后，相当于一个2000的电阻与R并联。因此，R两端的电压将变为 VRRRRRUVVR7 .661000300200200020002000200020002002000 可见与不接电压表的R两端为100V的电压相比，接入电压表的测量结果毫无价值。 如果电压表的内阻增大10倍，即为20k，此时电压表的读数为 VRRRRRUVVR95k202000k20200020002002000 显然，测量结果接近了，但仍有5V的测量误差，由此可见，即
10、使准确度很高的电压表，如果内阻低，也会给测量结果带来很大误差。 一个100的电阻接在一个100V的电源上，计算可知，流过R的电流为1A。如果用一块内阻为100的电流表串入电路去测量这个电流，只会得出0.5A的读数，这个结果也是毫无价值的。其原因就是电流表的内阻太大。 由此可见： 对于测量电路来说，要求电压表的内阻越高越好。特别是当被测线路的阻抗很高时。这是因为电压表在使用时都是并联在被测对象上。如果所用电压表内阻低，则仪表将对被测线路产生一个很大的分流作用。带来很大的测量误差。 对于电流表要求所用电流表的内阻越小越好.因为电流表在使用时是和被测线路相串联。电流表内阻太大，将会带来很大的测量误差
11、。 在使用时一般电压表的内阻应大于或等于100倍被测线路的总电阻，电流表的内阻应小于或等于1/100倍的被测线路的总电阻。这样可以忽略由仪表内阻造成的误差。 第四章 磁电系仪表磁电系仪表是电工仪表中应用最广泛的一种仪表。它可以用于测量直流电流和电压。如果加上整流器就可以做成整流系仪表，用来测量交流电流和电压。比如万用表的交流电压档，如果采取特殊结构，可以做成直流检流计，用来测定很小的电流，如10-10A等。 结构原理：磁电系仪表是利用载流导体在磁场中受力而运动的原理制成的。它主要有一个固定的永久磁铁和一个可以转动的线圈。如果给可以转动的线圈通入一定的电流，在磁场作用下，就会在此载流线圈上产生一
12、个与通入的电流成比例的转动力矩，使线圈转动。根据运动的相对性原理，这种仪表也可以做成载流线圈是固定的，而永久磁铁是可动的。因此，磁电系仪表有两种类型，载流线圈是可动的叫动圈式，永久磁铁可动的叫动磁式。一般电磁系仪表通常都是动圈式。 磁电系电流表和分流器 由磁电系仪表原理可知，给它通入一定的电流，它的偏转机构就会产生一个正比于该电流的偏转。因此，磁电系测量机构可直接做成电流表。当通入的电流达到一定值时，仪表指针就会偏转到满刻度。如果继续加大通入电流，就会使动圈发热，乃至绝缘损坏而烧毁。因为绕制动圈的线很细、及通入的电流是由游丝导入的。电流过大会使游丝过热而变形。 因此，磁电系仪表本身直接能测量的
13、电流的能力很小，一般在几十微安到几十毫安之间。但如果采用增加分流器的方法，就可组成能测较大电流的电流表。所用一般磁电系电流表可分为微安表、毫安表、安培表和千安表。一个单量限电流表如果加了多量限分流器就可做成多量限电流表。 检流计 一般指针式磁电系仪表虽然灵敏度很高，但对于微小电流或电压等灵敏度还是不够便无法测量。主要是因为轴和轴承之间的摩擦使小电流或小电压对偏转机构不能引起反应。为了解决进一度提高灵敏度，就采用了悬吊丝结构将动圈吊起来，去掉了游丝和轴承，并利用光点反射来指示读数，这就是检流计。 使用检流计注意的事项：1、检流计有零点调节器和标度盘活动调节器。前者为零点粗调，后者为细调。2、检流
14、计配有多档分流器。测量时应从最低灵敏度档开始，逐渐向高灵敏度档。3、使用时轻拿轻放，避免机械振动。在搬动时用止动器锁住活动部分。对没有止动器的，用一根导线将输入端短路（有的配有短路阻尼开关）。4、决不许用万用表、欧姆表去检测检流计的内阻，以免通入过大的电流烧毁检流计。磁电系仪表只能用于直流测量。使用时必须注意仪表接线端钮上的“+”“-”号。以免使指针反向而打弯指针。磁电系仪表测量机构加上适当的测量变换器后，也可以测量交流电量。 第五章 电磁系仪表利用一个或几个载流线圈的磁场对一个或几个铁磁元件的作用而产生转矩的测量机构，叫做电磁系测量机构。结构和工作原理电磁系测量机构有多种不同结构，一般可分为
15、扁线圈结构和圆线圈结构。 扁线圈结构：当载流线圈有电流通过时，根据右手螺旋定则将产生磁场，活动铁芯同时被磁化产生吸引力而发生偏转。当转动力矩与游丝的反作用力矩平衡时，指针停住。当线圈中的电流方向改变时，磁场极性及铁芯被磁化极性都同时改变，因此指针仍向原来的方向偏转。可见电磁系仪表可以用在交流测量中。 圆线圈结构：当载流线圈有电流通过时，固定铁芯和可动铁芯同时被磁化且对应部分极性相同，故产生排斥力使可动铁芯偏转。当电流方向改变时，两铁芯磁化极性同时改变，指针偏转方向仍不变。因此同样可以用作交流测量。 电磁系电压表和电流表 把电磁系测量机构与附加电阻串联，就可以组成电磁系电压表。在量限不同时，其全
16、偏转电流也不同。在量限小时，全偏转电流可达200300mA，在电压为几百伏时，全偏转电流在30mA左右。 电磁系电流表可以把线圈直接串在被测回路中，电流不通过可动部分，因此可以测量大电流。一般直接接入的电磁系电流表可测200300A大电流。 第六章 电动系仪表磁电系仪表的磁场是永久磁铁建立的，如果利用载流线圈去建立磁场，再使活动线圈发生偏转，就构成电动系仪表。电动系电压表和电流表在电动系电压表中可动与固定线圈相互串联，并和附加电阻一起形成多量限电压表测量线路。电动系电流表在测小电流时，是将固定线圈和活动线圈串联起来使用。这种串联方式只能用在0.5A以下。在测量大电流时，通常将固定线圈和活动线圈
17、并联或采用分流器的方法。 电动系功率表 由电动系测量机构原理可知，刚好能满足电压和电流乘积来达到测量功率的目的。 在作为功率表使用时，其固定线圈和可动线圈各构成自己的回路，分别与负载串联和并联。固定线圈串联在负载电路中，它通过的电流就是负载电流，也叫电流线圈。而可动线圈和附加电阻串联后并联在负载两端，可动线圈两端的电压就是负载电压，因此可动线圈也叫电压线圈。 功率表的正确接线 当功率表所加电压和电流有一个反接以后，表针将向反方向指示。为了保证功率表在使用中指针正向指示，在功率表的接线端钮上都标有“*”号或“”。它表示了电流和电压两个被测量的同极性端，称为“发电机端”。在使用时，必须使发电机端与
18、电源端相接，这就是功率表在使用时所必须遵守的“发电机端”接线原则。 依据这个原则，功率表的正确接线可分两种：.电压线圈前接和电压线圈后接法。不同点在于它们产生的方法误差不同。对于前接法，由于在电压线圈上所加的电压包括了电流线圈的压降和负载电阻的压降之和，因此所测得的功率将比实际功率大。 由于功率表内部存在功耗，所以不论是前接法还是后接法都使读数比实际功率大。但由于功率表内的电流线圈功耗一般都比电压线圈功耗小，特别在一般测量中，被测功率比功率表内的部功耗大许多，所以一般都采用电压线圈接线法的接法。RfRLRfRL 在一般测量中由于不熟悉功率表的接线或者不注意，往往容易产生错误的接法。可能出现的错
19、误接法有三种：1、电流线圈反接：电流和电压之间的相位角由变为（180-），这时功率表的指针将向反方向指示而不能读数或打坏指针。2、电压线圈反接：和第一种一样，只不过是由于电压线圈反接了而造成了电流和电压之间的相位角由变为（180-），所以功率表也是向反方向指示。这时电流线圈与电压线圈的电位差接近于电源电压。 电流线圈和电压线圈同时反接：这时的电流和电压之间的相位角仍然是，此时表针是向正方向指示的。但由于Rf比电压线圈电阻大很多，而电流线圈内阻很小，所以电源电压几乎全部降在Rf上，造成电流线圈和电压线圈之间存在着接近于电源电压的电位差。这不仅会使测量结果产生静电误差，还可能使电流线圈和电压线圈之
20、间的绝缘击穿烧毁仪表。 即使接线方法正确，在实际测量中也可能出现反向指示的情况，是因为负载侧实际上有电源存在，并且负载支路不是消耗功率而是发出功率。在二表法测定三相三线电路功率时相位角60情况下，也会出现反向指示。一旦出现反向指示，为了读数，一般将电流线圈的接线换接，不宜将电压线圈接线换接，以免在电流线圈和电压线圈之间出现较大的电位差。此时读数的数据应加上负号。对于有换向开关的功率表，只要切换开关。 静电系仪表 利用带电导体与电介质组成的系统电场能量来驱动活动部分偏转的测量机构称为静电系测量机构。这种测量机构的固定和活动部分一般都是电极。 静电系测量机构可以直接接入被测电压，不需要任何转换，仪
21、表的偏转与电压的平方成正比，所以电压极性改变时偏转角的方向并不改变，可以用于交流电的测量，并反映出交流量的有效值。 万用表 一般可以测量直流电压、直流电流、交流电压、音频电平。有的还可以测交流电流、电感、电容等。它一般包括三大部分：表头、转换开关和测量线路。表头采用磁电系仪表，测量线路都是由各种类型和数值的电阻组成，转换开关是一种由固定触点和活动触点组成的按钮式切换开关。 绝缘电阻表 是一种不受电源电压变化影响的比率式结构的仪表。它的测量线路可分为串联式和并联式两种。串联式适合测大电阻，并联式适合测小电阻。通过转换开关以适应不同的被测电阻。 使用注意事项1、根据被测物的耐压要求选择适当电压的绝
22、缘电阻表，不能过高或过低。高了易击穿被测物，低了测量结果不准确。2、测量前必须将被测设备电源切断，并对地短路放电。决不允许设备带电进行测量，以保证人身和设备安全。3、对可能感应出高电压的设备，必须消除其可能性后进行测量。4、被测物表面要清理干净，以免造成测量误差。5、使用前须对表本身进行检查。首先在输入端开路状态下，摇动发电机至额定转数，指针应指向无穷大。然后将输入端“线”、“地”端钮短接，轻轻摇动发电机，指针应迅速指零。说明本身正常。6、“线”、“地”端钮连线要用单根导线与被测物相连。特别是“线”端钮连线一定要对大地有良好的绝缘。在进行有大电容的设备测试时，须先将被测物短路放电后再停止绝缘电
23、阻表的转动，以免电容器放电打坏绝缘电阻表。 第七章 电测量指示仪表的检定仪表的基本误差：在标准和技术条件规定的正常条件下，测得的示值误差。附加误差：当仪表为同一示值时，在正常条件下与非正常条件下所对应的被测量实际值之差值。允许误差：标准中规定仪表示值允许的误差。电流表、电压表、功率表的检定主要包括直流和交流（频率从10Hz20000Hz）的测量功能。检定方法有四种： 1、直流补偿法：直流电压表检定：1.如果被测电压表测量上限低于电位差计测量上限，但检定时用电位差计第一个十进盘，按下图接线； 2.如果被测电压表测量上限超过电位差计测量上限时，按下图接线； 检定精度较高，但只能检定直流仪表。 热电
24、比较法：利用交直流比较原理来检定，检定精度也较高数字表法：利用数字表代替了直流补偿法中的电位差计，因此检定精度也很高。且检定速度快，操作简单。直接比较法：用标准表与被检表接在同一电路中，用两个示值直接比较的方法来确定被检表的误差。受标准表准确度的影响，检定精度不高。 第八章 直流电位差计是一种采用比较法测量电动势（或电压）的一种仪器。用作比较的度量器一般采用标准电池。比较方法是采用补偿测量法，即让某一已知电流流过电位差计的一系列精密电阻，在这些精密电阻上取出一部分已知电压降与被测的电动势（或电压）相比较，从而确定被测电动势（或电压）的大小。直流电位差计选用原则：1、根据被测电压的特点选择：如果
25、被测对象是一个内阻较低的电源电动势（如热电偶的热电势）、内阻较小的电压表（如电动式电压表）和低值电阻上的电压降时，则应选用低阻型的电位差计。反之则选择高阻型电位差计。2、根据待测电压的大小选择：尽量用上电位差计的第一测量盘，最好使电位差计工作在测量上限附近。3、根据测量准确度要求进行选择：4、配用标准电池的选择：为使电位差计的工作电流校正准确度较高，一般0.01级的电位差计应配用0.005级的标准电池。5、供电电源的选择：电位差计的工作电流不超过5mA，一般采用一号干电池；如果要求电源稳定性更高，则应限制在1mA以下采用一号干电池；工作电流在5mA，可采用蓄电池，一般要求蓄电池的容量为所取电流
26、的1000倍以上；不论电位差计的工作电流为多大，都可以采用直流电子稳压电源供电，但要求直流电子稳压电源的稳定性应比电位差计的准确度级别高10倍以上，其次，直流电子稳压电源的低频纹波电压的分量不应超过100V。 配用检流计的选择：选用适当的灵敏度，一般用所引起的测量误差应不超过1/3；选择工作在临界阻尼状态附近的检流计。第九章 直流补偿法测量技术用直流电位差计测量未知电压是使未知电压与补偿电压相互平衡（或补偿）的原理来实现的，所以这种测量方法称为直流补偿法。 直流补偿法测量的三个特点：1、当测量回路达到平衡时，由于检流计的示值指零，表明输入端的电压或者输入电流为零。在检流计支路中的连线导线及转换
27、开关的接触电阻都不通过电流，从而不产生压降。因此可以准确地保证未知电压和补偿电压相等，而不致产生测量误差。 2、当测量回路达到平衡时，由于检流计中不通过电流，因而使电位差计与被测电路之间相互隔离开来，两个电路之间不发生能量交换，彼此的参数之间不发生相互影响。3、被测电压的准确度主要取决于标准电动势和标准电阻，它们的准确度很高，由此比值误差大大减小。测量电压或检定电压表原理：当给定被测电压或者调节分压器使检电压表的示值指示在待检刻度时，即可调节电位差计的测量进位盘使其达到平衡。记录电位差计的读数与分压箱的倍乘系数，则被测电压的实际值或者被检表待检示值的实际值便可如下计算： kDaUKU 测量电流
28、或检定电流表当给定被测电流或者调节使被检电流表指示在待检示值之后，便可调节电位差计的测量进位盘使其达到平衡。记录此时电位差计的读数，则被测电流的实际值或被检表待检示值的实际值可按下式计算： NkaRUI 检定直流有功功率表先将转换开关与调节电压的两个分压器接通，调节分压器的可动触点使工作电压升到被检功率表的额定值。然后调节可变电阻使工作电流升到额定值附近，细调工作电流使被检功率表指示在待检示值上，这时接通电位差计立即测量并记录读数Uk1，然后将开关与标准电阻接通，此时保持被检功率表的示值不变，并用电位差计进行测量，记录此时电位差计读数Uk2。 则被检表待检示值的实际值可如下计算： NkkDaR
29、UUKW21用补偿法测量电阻测量时双郑开关一端先将电位差计与标准电阻接通，调节可变电阻使工作电流达到一定大小，接通电位差计进行测量读数，然后将开关与被测电阻接通，此时应保持工作电流不变，再接通电位差计进行测量读数。可得两个平衡方程： NkNkxxRUUR 第十章 交流电能的测量交流功率测量：交流电能的测量与电功率的测量在技术上是基本一致的，电能是电功率对时间的积分，如果功率是随时间恒定不变的，则电能就等于功率与时间间隔的乘积。 三相三线制有功功率的测量电路： 三相四线制有功功率的测量电路： 有功电能的测量： 单相交流电能表 三相四线制交流电能表 三相三线制交流电能表 电子式电能表 电子式电能表
30、由于它没有可运动的机械部件，故称为静止式电能表。它分为两种类型：模拟乘法器与采样数字乘法器型。 第十一章 电测装置的干扰防护干扰影响的主要原因：在直流电路里，主要的干扰原因有热电势、接触电位差及由于绝缘不良引起的直流漏电等。在交流电路里，热电势与接触电位差基本不产生影响。 装置内部元件间的互相干扰；装置线路的对地泄漏；外界磁场干扰；外界电场干扰。 防护措施： 减小各元件之间、或各线路之间的寄生导纳。采用足够优质的绝缘材料，加大测量装置各部件之间的空间距离； 减小测量装置与周围环境之间的电位差。在装置中或某部分线路中加设等电位屏蔽，也可将装置或线路的某一部分采取合理接地的方法，以降低关键部位对周围环境之间的电位差； 建立合理的泄漏途径，使泄漏电流绕过指零仪或其它高值阻抗的支路，以减轻泄漏电流的影响程度；采取静电屏蔽的方法，也可以防护测量装置受到外界电场的干扰；在某些特殊情况下，可以采取使泄漏电流平衡抵消的方法（对称法），以消除它们的影响；在条件允许的情况下，也可以采用增大工作电流的方法，以减轻恒值泄漏电流的相对影响。对于磁场耦合性质的干扰，可采取如下措施：谢谢大家！
