1、南京信息工程大学南京信息工程大学 第一章第一章 电工仪表与测量的基本知识电工仪表与测量的基本知识 第一节第一节 测量方法的分类测量方法的分类 第二节第二节 电工仪表的分类电工仪表的分类 第三节第三节 电工仪表的组成和基本原理电工仪表的组成和基本原理 第四节第四节 测量误差及其表示方法测量误差及其表示方法 第五节第五节 系统误差的消除与随机误差的估计系统误差的消除与随机误差的估计 第六节第六节 工程上最大测量误差的估计工程上最大测量误差的估计 南京信息工程大学南京信息工程大学 测量方法的分类测量方法的分类 根据根据测量手段测量手段来分为来分为直接测量直接测量、间接测量间接测量和和组合测量（联立测
2、组合测量（联立测量）量）；根据根据测量方式测量方式来分可分为来分可分为偏差式（偏差式（直读式）直读式）测量、测量、平衡式（零位平衡式（零位式）式）测量和测量和微差式微差式测量。测量。微差式测量方法的优点微差式测量方法的优点是是反应快，测量精度高反应快，测量精度高，既适用于测，既适用于测量缓变信号，也适用于测量迅速变化的信号，因此，在实验量缓变信号，也适用于测量迅速变化的信号，因此，在实验室和工程测量中都得到广泛应用。室和工程测量中都得到广泛应用。测量仪表的基本功能：测量仪表的基本功能：测量仪表应具有测量仪表应具有变换变换、选择选择、比较比较和和显示显示四种功能。四种功能。仪表的基本性能：仪表的
3、基本性能：主要是衡量仪表测量能力的那些指标，如主要是衡量仪表测量能力的那些指标，如准确度准确度、稳定性稳定性、测量范围测量范围、输入输出特性输入输出特性等。等。南京信息工程大学南京信息工程大学 测量仪表的结构测量仪表的结构 直接变换型结构直接变换型结构平衡变换型结构平衡变换型结构差动变换型结构差动变换型结构 平衡变换型结构有两个变换回路，形成一个深平衡变换型结构有两个变换回路，形成一个深度负反馈的闭环系统。度负反馈的闭环系统。直接变换型仪表由几个组成环节串联连接而成，信直接变换型仪表由几个组成环节串联连接而成，信息的变换只沿一个方向进行，是一个开环系统。息的变换只沿一个方向进行，是一个开环系统
4、。南京信息工程大学南京信息工程大学 1.1.5.3 差动变换型结构差动变换型结构 差动变换型结构由差动变换型结构由 、和和 三个回路组成。三个回路组成。差动变换型仪表的灵敏度较高。差动变换型仪表的灵敏度较高。1k2k3k南京信息工程大学南京信息工程大学 任何仪表都有任何仪表都有时间常数时间常数 和和时延时延 ，可用一阶或，可用一阶或二阶加时延环节的特性来描述仪表的动态特性。二阶加时延环节的特性来描述仪表的动态特性。表征仪表静态特性的指标有表征仪表静态特性的指标有灵敏度灵敏度、线性度线性度、重重复性复性和和滞环滞环四个指标。四个指标。测量仪表的输入输出特性测量仪表的输入输出特性南京信息工程大学南
5、京信息工程大学 电工仪表的分类电工仪表的分类 返回本章首页1 模拟指示仪表模拟指示仪表2 数字仪表数字仪表3 比较仪器比较仪器模拟指示仪表是将模拟指示仪表是将被测电磁量被测电磁量转换转换为可动部分的为可动部分的角位角位移移，然后根据可动部分，然后根据可动部分指针在标尺上的位置指针在标尺上的位置直接读出直接读出被测量的数值。由被测量的数值。由测量线路和测量机构测量线路和测量机构两大部分组成两大部分组成数字仪表是将数字仪表是将被测电磁量被测电磁量转换转换为为电压电压，再转换再转换为为数数字量字量，并，并以数字方式直接显示以数字方式直接显示。指使用指使用电桥、补偿等方法电桥、补偿等方法，将，将标准度
6、量器与被测量标准度量器与被测量置于比较仪置于比较仪器中进行器中进行比较比较，从而，从而求得被测量求得被测量。这类仪器除需要仪表本体外。这类仪器除需要仪表本体外（如电桥、电位差计等）（如电桥、电位差计等）还需要检流设备、度量器还需要检流设备、度量器等参与。等参与。南京信息工程大学南京信息工程大学 1.产生转动力矩的产生转动力矩的驱动装置驱动装置：利用利用电磁力电磁力的有的有磁电式磁电式、电磁式电磁式、电动式电动式、感应式感应式、振动式振动式等。等。利用利用电荷作用力电荷作用力的有的有静电式静电式等。等。2.产生反作用力矩的产生反作用力矩的控制装置控制装置：主要有游丝、悬丝等。主要有游丝、悬丝等。
7、3.产生阻尼力矩的产生阻尼力矩的阻尼装置阻尼装置：可以利用电磁阻尼、空气阻尼、油可以利用电磁阻尼、空气阻尼、油阻尼等。阻尼等。模拟指示仪表中测量机构的三大部件模拟指示仪表中测量机构的三大部件数字仪表的组成数字仪表的组成 南京信息工程大学南京信息工程大学 测量误差及其表示方法测量误差及其表示方法 要解决一项测量任务要解决一项测量任务：1）分析分析被测对象和被测量的被测对象和被测量的特性；特性；2）选用）选用适当的测量适当的测量仪表仪表和和测量方法测量方法，组成组成合理的测量系统；合理的测量系统；3）对测量结果进行数据处理和作出恰当的）对测量结果进行数据处理和作出恰当的评价评价。南京信息工程大学南
8、京信息工程大学 测量误差及其表示方法测量误差及其表示方法 测量误差测量误差 分类分类 系统误差系统误差 基本误差基本误差：由仪表结构造：由仪表结构造成的误差成的误差附加误差附加误差：偏离规定的工作：偏离规定的工作条件造成的误差条件造成的误差随机误差随机误差：偶发：偶发原因引起大小方原因引起大小方向都不确定的误向都不确定的误差差疏忽误差疏忽误差：测量人：测量人员疏忽造成员疏忽造成南京信息工程大学南京信息工程大学 a)定义：定义：在在相同条件下相同条件下多次测量多次测量同一量值同一量值时，误差的时，误差的绝对值和符号保持不变绝对值和符号保持不变，或者，或者改变测量条件改变测量条件时，时，按按一定规
9、律变化一定规律变化的误差称为系统误差。的误差称为系统误差。b)b)系统误差是有系统误差是有规律性规律性的误差。通过仔细分析和研的误差。通过仔细分析和研究，产生系统误差的规律是可以掌握的。因此，究，产生系统误差的规律是可以掌握的。因此，可可设法设法减小或消除系统误差减小或消除系统误差。c)d)c)系统误差表征了测量结果的系统误差表征了测量结果的正确度正确度，系统误差愈，系统误差愈小，正确度愈高，反之亦然。小，正确度愈高，反之亦然。1.系统误差系统误差（简称系差）（简称系差）南京信息工程大学南京信息工程大学 a)在在相同条件下多次重复测量同一被测量相同条件下多次重复测量同一被测量，其，其误差的误差
10、的大小和符号均是无规律变化的误差称为随机误差大小和符号均是无规律变化的误差称为随机误差。b)产生随机误差的原因是由于产生随机误差的原因是由于许多复杂的因素微小变许多复杂的因素微小变化的总和引起化的总和引起的。的。c)随机误差表征了测量结果的随机误差表征了测量结果的精密度精密度，随机误差小，随机误差小，精密度高，反之，精密度低。精密度高，反之，精密度低。d)当测量次数足够多时，当测量次数足够多时，大多数大多数随机误差是随机误差是服从正态服从正态分布的。分布的。2.随机误差随机误差（偶然误差偶然误差）南京信息工程大学南京信息工程大学 a)定义：定义：在在相同相同 条件下多次测量同一被测量条件下多次
11、测量同一被测量时，可时，可能有能有某些测量值明显偏离了被测量的真（正）值某些测量值明显偏离了被测量的真（正）值所形成的误差称为粗大误差。所形成的误差称为粗大误差。b)人身误差人身误差是产生粗差的原因之一。此外，由于是产生粗差的原因之一。此外，由于测测量条件的突然量条件的突然变化，例如电源电压突变、雷电、变化，例如电源电压突变、雷电、机械冲击等是造成粗差的客观原因。机械冲击等是造成粗差的客观原因。c)凡是被确认凡是被确认含有粗差的测量结果含有粗差的测量结果称为称为坏值坏值。在测量。在测量数据处理时，所有坏值都数据处理时，所有坏值都必须剔除必须剔除。3.粗大误差粗大误差（简称粗差，（简称粗差，疏忽
12、误差疏忽误差）南京信息工程大学南京信息工程大学 1.绝对误差绝对误差 用测量值与被测量真值之间的差值所用测量值与被测量真值之间的差值所表示的误差称为绝对误差。表示的误差称为绝对误差。2.2.相对误差相对误差 绝对误差绝对误差与被测量真值之比，称为与被测量真值之比，称为相对误差。相对误差。0AAX%1000A%100 XA或写成测量误差的表示方法测量误差的表示方法南京信息工程大学南京信息工程大学 以以绝对误差绝对误差与与仪表上量限仪表上量限的比值所表示的误差称为的比值所表示的误差称为引用误差引用误差，其中其中绝对误差绝对误差若若取可能出现的最大取可能出现的最大值则值则称称为为最大引用误差最大引用
13、误差，可以用来评价仪表性能，可以用来评价仪表性能,即即仪表的准仪表的准确度等级。确度等级。%100 mmmA3.引用误差引用误差南京信息工程大学南京信息工程大学 系统误差的消除方法系统误差的消除方法1.从产生系统误差的原因采取措施：从产生系统误差的原因采取措施：仪器仪表的选择、测量方法的选择、环境因素的消减、提仪器仪表的选择、测量方法的选择、环境因素的消减、提高操作水平和责任心；高操作水平和责任心；2.定期校正，减小缓变系统误差定期校正，减小缓变系统误差；3.加修正值加修正值；4.零位测量法零位测量法；5.微差法微差法；6.替代法（代换法、交换法等）替代法（代换法、交换法等）南京信息工程大学南
14、京信息工程大学 随机误差是由一些偶发原因引起的误差，例如电磁场微变、热随机误差是由一些偶发原因引起的误差，例如电磁场微变、热起伏、空气扰动、大地微振等。在一组测量数据列中，随机起伏、空气扰动、大地微振等。在一组测量数据列中，随机误差通常呈正态分布，表现为误差通常呈正态分布，表现为有界性、单峰性有界性、单峰性和和正负误差出正负误差出现几率相等现几率相等的特点。的特点。随机误差值一般都比较小，工程上可以不予考虑。只有在随机误差值一般都比较小，工程上可以不予考虑。只有在精密实验时才需要进行计算。精密实验时才需要进行计算。计算前首先要进行多次测量，取得大量数据计算前首先要进行多次测量，取得大量数据，然
15、后然后按以下步骤按以下步骤进行。进行。随机误差（偶然误差）的特点随机误差（偶然误差）的特点 第一步第一步：先从多次测量值中求得其算术平均值。：先从多次测量值中求得其算术平均值。第二步第二步：求出每次测量值的剩余误差，并且只：求出每次测量值的剩余误差，并且只 有测有测量列的剩余误差总和为量列的剩余误差总和为 0 时，才说明所计算的算术平时，才说明所计算的算术平均值是正确的。否则必须重算均值是正确的。否则必须重算南京信息工程大学南京信息工程大学 第三步第三步：用贝塞尔公式求出标准差的估计值：用贝塞尔公式求出标准差的估计值 第四步第四步：三倍标准差的估计值称为：三倍标准差的估计值称为极限误差极限误差
16、，应，应检查测量列中的剩余误差，是否有超过极限误差三检查测量列中的剩余误差，是否有超过极限误差三倍倍即即 的数据，如有则该项测量值属于坏值的数据，如有则该项测量值属于坏值应予剔除，然后按以上步骤重新计算。应予剔除，然后按以上步骤重新计算。第五步第五步：求算术平均值的标准差，用：求算术平均值的标准差，用 表示测表示测量结果的可信赖性。量结果的可信赖性。1)1121212nAAnnniiniinii3inxx3南京信息工程大学南京信息工程大学 仪表精度等级的确定仪表精度等级的确定 按国家标准规定，用最大引用误差来定义和划分按国家标准规定，用最大引用误差来定义和划分仪器仪表的精度等级，仪器仪表的精度
17、等级，精度等级分为精度等级分为，0.050.05，0.10.1，0.250.25，0.350.35，0.50.5，1.01.0，1.51.5，2.52.5，4.04.0，5.05.0（以前只有七种以前只有七种）当计算所得与仪表精度等级的分档不等时，应取当计算所得与仪表精度等级的分档不等时，应取稍大的精度等级值。仪表的稍大的精度等级值。仪表的精度等级通常以精度等级通常以S S来表来表示示。例如，例如，S=1.0S=1.0，说明该表的，说明该表的最大引用误差不超过最大引用误差不超过1.0%1.0%。南京信息工程大学南京信息工程大学 工程上最大测量误差的估计工程上最大测量误差的估计直接测量方式的最大
18、误差直接测量方式的最大误差 若直接测量所用仪表的若直接测量所用仪表的准确度准确度为为 K ，则直则直接测量可能出现的相对误差最大值接测量可能出现的相对误差最大值可能可能会超过会超过 K 值值。%100%mmmAKmmm%100%xKAKAA 南京信息工程大学南京信息工程大学 例例 测量一个约测量一个约80V80V的电压。现有二块电压表，一块量程为的电压。现有二块电压表，一块量程为300V300V，0.50.5级级，另一块量程，另一块量程100V100V，1.01.0级级，问选择哪一块为好？，问选择哪一块为好？解：根据式（解：根据式（1-321-32）求其最大相对误差。求其最大相对误差。1 1）
19、使用使用300V300V，0.50.5级级电压表时电压表时 2 2）使用使用100V100V，1.01.0级电压表时级电压表时 可见，用可见，用100V100V，1.01.0级电压表测量该电压时，精度比较高，故选级电压表测量该电压时，精度比较高，故选用用100V100V，1.01.0级电压表较好。级电压表较好。13000.5%1.88%80 21001.0%1.25%80 100%100%mmxxAKAA 南京信息工程大学南京信息工程大学 例例设电压、电流和电阻的相对误差分别设电压、电流和电阻的相对误差分别为为 ，可用三，可用三种方案间接测量功率种方案间接测量功率 ：；和和 。问哪一种测量方案
20、为最佳方案？。问哪一种测量方案为最佳方案？解：解：，其相对误差为：，其相对误差为：，则，则 ，则，则 经过比较，方案的测量误差最小，故方案是经过比较，方案的测量误差最小，故方案是最佳测量方案。最佳测量方案。%0.2Ur%5.2Ir%0.1RrPUIP RUP/2RIP2%5.4%)5.2%0.2(/IdIUdUrPUIP RUP/2RIP2%0.5%)0.1%0.22(/2RdRUdUrP%0.6%)0.1%5.22(2/2RIPrrRdRIdIriniixxfy 1南京信息工程大学南京信息工程大学 第二章第二章 电流与电压的测量电流与电压的测量 本章主要介绍磁电系、电磁系和电动本章主要介绍磁
21、电系、电磁系和电动系三种仪表，以及用它测量电压、电系三种仪表，以及用它测量电压、电流的方法。流的方法。电压表和电流表的附属装置，包括分电压表和电流表的附属装置，包括分流器、附加电阻和互感器的结构原理流器、附加电阻和互感器的结构原理及其计算方法。也是测量电压和电流及其计算方法。也是测量电压和电流必须掌握的技术。必须掌握的技术。南京信息工程大学南京信息工程大学 电流与电压的测量方法测量电流、电压一般都用直接测量，即用直读式模拟或数字测量电流、电压一般都用直接测量，即用直读式模拟或数字的电流、电压表。测电流时与被测电路串联，测电压时与的电流、电压表。测电流时与被测电路串联，测电压时与被测电路并联，但
22、应注意连接在电路中的位置，如图所示。被测电路并联，但应注意连接在电路中的位置，如图所示。电流表线圈应接电流表线圈应接在低电位端在低电位端电压表接地标志应电压表接地标志应接在低电位端接在低电位端南京信息工程大学南京信息工程大学 磁电系仪表磁电系仪表磁电系仪表结构磁电系仪表结构外磁式磁电系仪表测量机构结构示意图外磁式磁电系仪表测量机构结构示意图南京信息工程大学南京信息工程大学 可动线圈通电后，由于线圈在磁场中受到电磁可动线圈通电后，由于线圈在磁场中受到电磁力矩的作用使指针产生偏转，当可动线圈稳力矩的作用使指针产生偏转，当可动线圈稳定后，可认为驱动力矩等于反作用力矩，并定后，可认为驱动力矩等于反作用
23、力矩，并推出推出仪表偏转角与电流关系仪表偏转角与电流关系为为2aIMMBlINrDBNsIS IDCUCUSRUDBNsIDBNs 若若与被测与被测电压并联，仪表的内阻为电压并联，仪表的内阻为 R ，则仪表则仪表偏转角与电压关系为偏转角与电压关系为磁电系仪表工作原理磁电系仪表工作原理D游丝的反作用力矩系数游丝的反作用力矩系数电流表电流表电压表电压表南京信息工程大学南京信息工程大学 1.灵敏度高灵敏度高、准确度高、准确度高、表耗功率低表耗功率低 由于永久磁铁与铁心由于永久磁铁与铁心间的气隙小，气隙间的磁感应强间的气隙小，气隙间的磁感应强度比较强度比较强，所以磁电系仪表有比较高的灵敏度，所以磁电系
24、仪表有比较高的灵敏度，可测到可测到 0.10.1AA。且且磁感应强度较强时，驱动力矩大，可采用反磁感应强度较强时，驱动力矩大，可采用反作用力矩系数比较大的游丝。得到较大的定位力矩，使作用力矩系数比较大的游丝。得到较大的定位力矩，使摩擦力矩的影响减小。同时内部磁场较大，外磁场的影摩擦力矩的影响减小。同时内部磁场较大，外磁场的影响被削弱响被削弱。还因为通过仪表的电流小，能降低表耗功率还因为通过仪表的电流小，能降低表耗功率，对被测电路的影响小。所以磁电系仪表是一种应用广泛对被测电路的影响小。所以磁电系仪表是一种应用广泛具有高具有高灵敏度高灵敏度高准确度低表耗功率的仪表。准确度低表耗功率的仪表。2.2
25、.具有具有均匀等分的均匀等分的刻度刻度 磁电系仪表的指针偏转角与可动线圈的电流成正比，磁电系仪表的指针偏转角与可动线圈的电流成正比，标尺的刻度均匀等分，易于标尺的制作。标尺的刻度均匀等分，易于标尺的制作。3.3.使用范围：只能测量直流；除非配上整流装置使用范围：只能测量直流；除非配上整流装置技术性能技术性能南京信息工程大学南京信息工程大学 磁电系仪表可以通过分流器扩大其量程，也可以磁电系仪表可以通过分流器扩大其量程，也可以并联若干个电阻，更换输入接头，可组成多量并联若干个电阻，更换输入接头，可组成多量程的电程的电流表。流表。多多量程分流器电路量程分流器电路分流器电路分流器电路分流器电路加温度补
26、偿电阻分流器电路加温度补偿电阻 分流器一般用锰铜制作，其分流器一般用锰铜制作，其电阻温度变化系数小于青铜等电阻温度变化系数小于青铜等1R电流表分流器电流表分流器南京信息工程大学南京信息工程大学 cshcshccRRRRIRI 如用如用 n n 表示比表示比值值 ，即，即1nRRcshCII/分流器电阻的计算分流器电阻的计算电压表的附加电阻电压表的附加电阻cccadcIRURRUcadRmR)1(cUU用用m表示比值表示比值南京信息工程大学南京信息工程大学 磁电系检流计检流计是一种具有极高灵敏度的电检流计是一种具有极高灵敏度的电流表，流表，为为提高检流计的灵敏度，提高检流计的灵敏度，动圈采用无骨
27、架结构，减少厚动圈采用无骨架结构，减少厚度，既减轻动圈重量，又缩短度，既减轻动圈重量，又缩短磁路的工作气隙。使气隙中的磁路的工作气隙。使气隙中的磁感应强度增大。磁感应强度增大。可动部分不用轴和轴承的支可动部分不用轴和轴承的支撑方式，改用张丝或吊丝悬挂撑方式，改用张丝或吊丝悬挂动圈，以消除因轴尖所产生的动圈，以消除因轴尖所产生的摩擦，使之可在很小的力矩下摩擦，使之可在很小的力矩下都能工作。都能工作。对非便携式的检流计，还可以对非便携式的检流计，还可以用光标代替指针。用光标代替指针。南京信息工程大学南京信息工程大学 可动部分的运动特性可动部分的运动特性 检流计的检流计的灵敏度高，动圈不用铝制框架灵
28、敏度高，动圈不用铝制框架，没有框架的阻尼效果，没有框架的阻尼效果，全靠动圈与外电阻构成的回路产生阻尼。动圈一旦施加了驱动全靠动圈与外电阻构成的回路产生阻尼。动圈一旦施加了驱动力矩，就会因为惯性冲力摆过平衡点，加上可动部分的重量轻、力矩，就会因为惯性冲力摆过平衡点，加上可动部分的重量轻、阻力小，又没有轴承磨擦力，所以在定位力矩作用下，会在平阻力小，又没有轴承磨擦力，所以在定位力矩作用下，会在平衡点左右摇摆不停，不能很快停在平衡位置上，这种摇摆甚至衡点左右摇摆不停，不能很快停在平衡位置上，这种摇摆甚至会延续了几分钟或者几十分钟会延续了几分钟或者几十分钟。南京信息工程大学南京信息工程大学 电磁系仪表
29、电磁系仪表驱动力矩：吸引型的驱动力矩是利用线圈通电后，对可驱动力矩：吸引型的驱动力矩是利用线圈通电后，对可动铁心产生吸引力，使指针偏转。推斥型则靠线圈同动铁心产生吸引力，使指针偏转。推斥型则靠线圈同时对固定、可动铁心进行磁化，由于磁化的极性相同，时对固定、可动铁心进行磁化，由于磁化的极性相同，产生互斥而形成驱动力矩。产生互斥而形成驱动力矩。dd212LIMcp吸引型吸引型推斥型推斥型电磁系仪表结构有电磁系仪表结构有吸引型吸引型和和推斥型推斥型两种形式两种形式21 d2dLID南京信息工程大学南京信息工程大学 2.如果通以交流电，则如果通以交流电，则与瞬时值平方成正比与瞬时值平方成正比，或交流有
30、效值平，或交流有效值平方成正比，所以方成正比，所以电磁系仪表可用于测量交流，并与直流共电磁系仪表可用于测量交流，并与直流共用同一标尺用同一标尺。改变电流量程改变电流量程改变电压量程改变电压量程电磁系仪表技术性能电磁系仪表技术性能3.改变电流量程，可改变线圈的安匝数。改变电压量程，可改变电流量程，可改变线圈的安匝数。改变电压量程，可改变线圈的附加电阻。改变线圈的附加电阻。1.由于指针偏转角与被测电流的平方成正比，所以由于指针偏转角与被测电流的平方成正比，所以标尺呈平标尺呈平方律特性，前密后疏。方律特性，前密后疏。21d2dLID南京信息工程大学南京信息工程大学 电动系仪表ddcos11221MI
31、ID 作为电压或电流表使用时，如作为电压或电流表使用时，如果两线圈电流都等于被测电流，果两线圈电流都等于被测电流，且互感变化率为常数，则且互感变化率为常数，则指针偏指针偏转角与被测电流平方成正比，或转角与被测电流平方成正比，或与交流有效值平方成正比。与交流有效值平方成正比。如作为功率表使用，指针偏如作为功率表使用，指针偏转角正比于被测功率。转角正比于被测功率。南京信息工程大学南京信息工程大学 1.和电磁系一样和电磁系一样刻度呈平方律特性刻度呈平方律特性，可用于测量直流也可以，可用于测量直流也可以测量交流，或交直流两用。测量交流，或交直流两用。准确度高于电磁系。准确度高于电磁系。小量程电流表，固
32、定线圈可与可动线圈串联小量程电流表，固定线圈可与可动线圈串联大量程电流表，固定线圈可大量程电流表，固定线圈可与可动线圈并联与可动线圈并联电压表根据量程串联电压表根据量程串联不同的附加电阻不同的附加电阻电动系仪表的技术性能电动系仪表的技术性能3.作为电压表使用时作为电压表使用时，可以根据量程大小，串联不同的附加电阻。，可以根据量程大小，串联不同的附加电阻。2.作为作为小量程电流表使用时，固定线圈与可动线圈串联，小量程电流表使用时，固定线圈与可动线圈串联，但作为但作为大量程使用时大量程使用时，由于可动线圈不允许通过大电流，由于可动线圈不允许通过大电流，故故可动线圈只能与固定线圈并联可动线圈只能与固
33、定线圈并联。南京信息工程大学南京信息工程大学 测量用互感器互感器主要用于扩大交流互感器主要用于扩大交流电电 流表、电压表、功率表和流表、电压表、功率表和电能表的量程电能表的量程，而且具有如下，而且具有如下特点特点1.隔离高压。隔离高压。2.降低表耗。降低表耗。3.节省设备投资。节省设备投资。4.可减少指示仪表的规格可减少指示仪表的规格（可统一使用（可统一使用4A、100V的表的表芯，配上不同的互感器，可组芯，配上不同的互感器，可组成各种不同量程的电压、电流成各种不同量程的电压、电流表）表）。高压部分低压部分电压互感器二次绕组不许短路。电压互感器二次绕组不许短路。电流互感器二次绕组不许开路。电流
34、互感器二次绕组不许开路。南京信息工程大学南京信息工程大学 钳式电流表是电流互感器和电流表的组合，可钳式电流表是电流互感器和电流表的组合，可以在不断开交流电路，并在设备仍运行的条以在不断开交流电路，并在设备仍运行的条件下，测量交流电流件下，测量交流电流。返回本章首页钳式电流表钳式电流表万用电表万用电表万用表是利用多刀多投转换开关，改变电路连万用表是利用多刀多投转换开关，改变电路连接方式，测量不同量程的电压、电流或电阻。接方式，测量不同量程的电压、电流或电阻。南京信息工程大学南京信息工程大学 直流电位差直流电位差计计 直流电位差计由三个回路组直流电位差计由三个回路组成。其中成。其中 回路回路称为校
35、准回路称为校准回路 回路回路称为测量回路称为测量回路 回路回路称为工作电流回路。称为工作电流回路。南京信息工程大学南京信息工程大学 1.1.利用补偿原理利用补偿原理:电位差计的平衡是利用电动势互相补电位差计的平衡是利用电动势互相补偿的原理，因此平衡时不从测量回路取用电流，从而消偿的原理，因此平衡时不从测量回路取用电流，从而消除被测电源的内阻、导线电阻、接触电阻对测量的影响。除被测电源的内阻、导线电阻、接触电阻对测量的影响。校准回路也一样，不从标准电池取用电流，保持了标准校准回路也一样，不从标准电池取用电流，保持了标准电池电动势的稳定。电池电动势的稳定。USSXRREE电位差计特点电位差计特点由
36、于标准电池的电动势比较稳定，由于标准电池的电动势比较稳定，调定电阻和测量电阻的左端调定电阻和测量电阻的左端ab部部分选用高准确度和高稳定度的电分选用高准确度和高稳定度的电阻，所以阻，所以测量准确度可以达到测量准确度可以达到 0.001%。2.采用高准确度的元件：采用高准确度的元件：在式在式中中南京信息工程大学南京信息工程大学 电流表与电压表的使用电流表与电压表的使用与选择与选择 一、选择仪表类型一、选择仪表类型 要根据被测电流、电压的性质要根据被测电流、电压的性质，是交流还是直，是交流还是直流，是否正弦波、波形是否对称流，是否正弦波、波形是否对称选择合适的仪表选择合适的仪表。若测量对象是非正弦
37、波，而使用按正弦波刻度的若测量对象是非正弦波，而使用按正弦波刻度的电流、电压表，一般还需要将测量结果作必要的电流、电压表，一般还需要将测量结果作必要的换算，以求得正确值。换算，以求得正确值。二、选择仪表准确度二、选择仪表准确度 要根据测量误差要求要根据测量误差要求，选择仪表的准确度和相，选择仪表的准确度和相应配套扩程设备的准确度。应配套扩程设备的准确度。例如选用互感器的准例如选用互感器的准确度要比仪表本身的准确度确度要比仪表本身的准确度高出高出23倍。倍。南京信息工程大学南京信息工程大学 三、选择量程三、选择量程 要根据被测量的大小选择仪表的量程，要根据被测量的大小选择仪表的量程，一般一般不要
38、使用标尺的前四分之一段不要使用标尺的前四分之一段。四、选择内阻四、选择内阻 要根据被测电路的阻抗大小，选择仪表的内要根据被测电路的阻抗大小，选择仪表的内阻，阻，避免接入时影响电路状态避免接入时影响电路状态。五、选择工作条件五、选择工作条件 要根据使用环境，选择适合该环境使用的电要根据使用环境，选择适合该环境使用的电压电流表，压电流表，如是否要求防尘、防爆如是否要求防尘、防爆。南京信息工程大学南京信息工程大学 功率和电能的测量方法 一、功率测量方法一、功率测量方法 1.直接法直接法：测量功率可直接用测量功率可直接用电动系功率表、数字电动系功率表、数字功率表功率表或或三相功率表三相功率表，测量三相
39、功率还可以用，测量三相功率还可以用单相功单相功率表接成两表法或三表法率表接成两表法或三表法，虽然有求和过程，但一般，虽然有求和过程，但一般仍将它归为直接法仍将它归为直接法。2.间接法：间接法：直流直流可通过测量电压、电流间接求得功可通过测量电压、电流间接求得功率。率。交流交流则需要通过电压、电流和功率因数求得功率。则需要通过电压、电流和功率因数求得功率。二、电能测量方法二、电能测量方法 1.直接法：直接法：直接测量电能，直接测量电能，直流直流可使用可使用电动系电能电动系电能表表，交流用感应系交流用感应系或或电子电能表电子电能表。2.间接法：间接法：电能测量一般不用间接法电能测量一般不用间接法，
40、只有在功率只有在功率稳定不变的情况下用功率表和记时时钟进行测量。稳定不变的情况下用功率表和记时时钟进行测量。第三章第三章 功率和电能的测量功率和电能的测量南京信息工程大学南京信息工程大学 扩大功率表电流量程扩大功率表电流量程 固定线圈串联固定线圈串联 固定线圈并联固定线圈并联 扩大功率表量程可分别为扩大功率表量程可分别为扩大电流量程扩大电流量程或或扩大电压扩大电压量程量程，扩大电流量程可将两个固定线圈从串联改为，扩大电流量程可将两个固定线圈从串联改为并联，量程可相应并联，量程可相应扩大一倍扩大一倍。南京信息工程大学南京信息工程大学 扩大电压量程可改变可动线圈的扩大电压量程可改变可动线圈的串联附
41、加电阻串联附加电阻，阻值不，阻值不同时，可得到不同的电压量程，但工程上使用的电压同时，可得到不同的电压量程，但工程上使用的电压等级都是按标准规定的，等级都是按标准规定的，所以功率表的电压量程也都所以功率表的电压量程也都取标准值。取标准值。扩大功率表电压量程扩大功率表电压量程南京信息工程大学南京信息工程大学 功率表正确接线应功率表正确接线应遵守遵守“电源端电源端”守则守则，即接线时，即接线时应将应将“电源端电源端”接在电源的同一极性上。接在电源的同一极性上。*号号表示表示“电源端电源端”功率表正确接线功率表正确接线适用与负载较大的场合适用与负载较大的场合适用与负载较小的场合适用与负载较小的场合南
42、京信息工程大学南京信息工程大学 功率表的错误接线功率表的错误接线电源端电源端*不接同不接同一极性的错误一极性的错误可动可动线圈与固定线圈与固定线圈间存在电位线圈间存在电位差的错误差的错误南京信息工程大学南京信息工程大学 低功率因数功率表提供三个额定值，即低功率因数功率表提供三个额定值，即额额定电压、额定电流和额定功率因数定电压、额定电流和额定功率因数。使用时。使用时除电压、电流不得超过额定值外，还应注意除电压、电流不得超过额定值外，还应注意 1.若被测功率因数大于额定功率因数若被测功率因数大于额定功率因数，要，要注意注意指针是否超过满度指针是否超过满度 2.若被测功率因数小于额定功率因数若被测
43、功率因数小于额定功率因数，要，要注意指针虽未超过满度，注意指针虽未超过满度，电流圈的电流可电流圈的电流可能能超过额定值。为此超过额定值。为此测量功率时最好再用一个测量功率时最好再用一个电流表监视电流状态。电流表监视电流状态。使用低功率因数功率表的注意点：使用低功率因数功率表的注意点：南京信息工程大学南京信息工程大学 用单相功率表测三相功率用单相功率表测三相功率 一表法：一表法：适用于适用于电压、负载对称的系统电压、负载对称的系统。三相负载的。三相负载的总功率，等于功率表读数的三倍。总功率，等于功率表读数的三倍。PP3南京信息工程大学南京信息工程大学 二二表表法：法：适用于三相三线制适用于三相三
44、线制，通过电流线圈的电流为线电流，通过电流线圈的电流为线电流，加在电压线圈上的电压为线电压，三相总功率等于两表读数加在电压线圈上的电压为线电压，三相总功率等于两表读数之和。之和。1.负载对称并为阻性时，两表读数相等。负载对称并为阻性时，两表读数相等。2.负载对称且功率因数为负载对称且功率因数为0.5，有一只功率表读数为，有一只功率表读数为0。3.负载对称且功率因数小于负载对称且功率因数小于0.5，一只功率表读数为负值。，一只功率表读数为负值。21)cos()cos(PPIUIUIUIUPBBCBBCAACAAC南京信息工程大学南京信息工程大学 适用于三相四线制，电压、负载不对称的适用于三相四线
45、制，电压、负载不对称的系统，被测三相总功率为三表读数之和，即系统，被测三相总功率为三表读数之和，即321PPPP三表法：三表法：南京信息工程大学南京信息工程大学 将两只或三只单相将两只或三只单相功率表的可动线圈装功率表的可动线圈装在一个公共转轴上即在一个公共转轴上即组成组成两元件或三元件两元件或三元件的三相功率表，其公的三相功率表，其公共转轴的转矩直接反共转轴的转矩直接反映三相总功率，因此映三相总功率，因此可从标尺上直接读出可从标尺上直接读出三相功率。三相功率。二、用三相功率表测三相功率二、用三相功率表测三相功率两元件三相功率表结构南京信息工程大学南京信息工程大学 三相有功电能表 感应式三相有
46、功电能表，是利用两只或三只单相有感应式三相有功电能表，是利用两只或三只单相有功电能表，将铝盘装在一个公共轴上，使转数直接反映功电能表，将铝盘装在一个公共轴上，使转数直接反映三相电能。积算器的示值就是三相总电能，连接方法与三相电能。积算器的示值就是三相总电能，连接方法与功率表的两表法或三表法相同功率表的两表法或三表法相同。南京信息工程大学南京信息工程大学 三相无功电能表和无功电能的测量无功功率一般无需测量，但电力系统为了限制用户无功功率一般无需测量，但电力系统为了限制用户滥用无功电能，对装机容量大的用户，采取无功滥用无功电能，对装机容量大的用户，采取无功电能收费政策，促使用户采取措施提高功率因数
47、。电能收费政策，促使用户采取措施提高功率因数。为此要对这种用户加装无功电能表。为此要对这种用户加装无功电能表。南京信息工程大学南京信息工程大学 静止式电子电能静止式电子电能表表单相静止式电子电能表结构单相静止式电子电能表结构 图中乘法器和频率变换器可选用专用集成电路。步图中乘法器和频率变换器可选用专用集成电路。步进电动机和字轮也有单独的部件产品，所以电子进电动机和字轮也有单独的部件产品，所以电子电能表实际是电能表实际是在电能表专用集成电路和字轮部件在电能表专用集成电路和字轮部件的基础上，的基础上，配置相应的取样电路构成，生产工艺配置相应的取样电路构成，生产工艺简单，可靠性高，已开始取代过去生产
48、工艺复杂、简单，可靠性高，已开始取代过去生产工艺复杂、耗材多的感应系电能表耗材多的感应系电能表。南京信息工程大学南京信息工程大学 电子式三相电能表电子式三相电能表 常用的三相电子电能表，一般不配置单片机及相关常用的三相电子电能表，一般不配置单片机及相关接口，只要在电能表专用集成电路之后，用字轮进行接口，只要在电能表专用集成电路之后，用字轮进行计度即可。计度即可。南京信息工程大学南京信息工程大学 三相电能表的取样电路三相电能表的取样电路 三相电子电能表是在单相基础上，分别对三相计量三相电子电能表是在单相基础上，分别对三相计量后求和。其结构与单相同。但三相多为高压、大负载后求和。其结构与单相同。但
49、三相多为高压、大负载的用户，所以的用户，所以一般需要通过电流、电压互感器取样一般需要通过电流、电压互感器取样。南京信息工程大学南京信息工程大学 第四章第四章 频率和相位的测量频率和相位的测量 第一节第一节 频率的测量方法频率的测量方法 第二节第二节 电动系频率表电动系频率表 第三节第三节 相位的测量方法相位的测量方法 第四节第四节 电动系相位表电动系相位表 第五节第五节 电子数字频率计电子数字频率计 南京信息工程大学南京信息工程大学 频率的测量方法频率的测量方法工频的测量工频的测量用振簧式频率计用振簧式频率计用变换式频率计用变换式频率计用电动系频率计用电动系频率计南京信息工程大学南京信息工程大
50、学 低频和高频的测量低频和高频的测量 差拍法差拍法李沙育图形测频率李沙育图形测频率混频法混频法 1.比较法比较法将被测频率与标准频率相比较，通过检测差拍、将被测频率与标准频率相比较，通过检测差拍、李沙育图形或混频后的频率求得被测频率。李沙育图形或混频后的频率求得被测频率。南京信息工程大学南京信息工程大学 2.无无源源测量法测量法RCfRCRRCRXXX21 )j/11()j1(322411LCfX21谐振回路测频率谐振回路测频率 文氏电桥测频率文氏电桥测频率无源测量法是指测量电路不需要另加电源，直接用被测信号无源测量法是指测量电路不需要另加电源，直接用被测信号进行测量如进行测量如文氏电桥测频率
