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1、维修电工(中级)培训,第6单元 电工仪表与测量,目 录,第一节 电工仪表与测量基本知识 一、电工仪表的分类、组成与误差 二、常用电工测量方法及测量误差 第二节 常用测量机构 一、磁电系测量机构 二、电磁系测量机构 三、电动系测量机构 四、感应系测量机构,第6单元 电工仪表与测量,1、指示式仪表 特点：能将被测量转换为仪表可动部分的机械偏转角，并通过指示器直接指示出被测量的大小，故又称为直读式仪表。 按工作原理分类 ：主要有磁电系仪表、电磁系仪表、电动系仪表和感应系仪表。此外，还有整流系仪表、铁磁电动系仪表等。 典型仪表：安装式仪表、便携式仪表 2、比较式仪表 比较仪表的特点：在测量过程中，通过
2、被测量与同类标准量进行比较，然后根据比较结果才能确定被测量的大小。 比较仪表分类：直流比较仪表和交流比较仪表。直流电桥和电位差计属于直流比较仪表，交流电桥属于交流比较仪表。 典型仪表：比较式直流电桥,第一节 电工仪表与测量基本知识,一、电工仪表的分类,3、数字式仪表 数字仪表的特点：采用数字测量技术，并以数码的形式直接显示出被测量的大小。 数字仪表的分类：常用的有数字式电压表、数字式万用表、数字式频率表等。 典型仪表：数字式电压表 4、智能仪表 智能仪表的特点：利用微处理器的控制和计算功能，这种仪器可实现程控、记忆、自动校正、自诊断故障、数据处理和分析运算等功能。 智能仪表的分类：智能仪表一般
3、分为两大类：一类是带微处理器的智能仪器；另一类是自动测试系统。 典型仪表：数字式存储示波器,第一节 电工仪表与测量基本知识,二、 电工仪表的组成,1、模拟指示仪表的组成,模拟指示仪表中的三大部件 1.产生转动力矩的装置：利用电磁力的有磁电式、电磁式、电动式、感应式、振动式等。利用电荷作用力的有静电式等。 2.产生反作用力矩的装置：主要有游丝、悬丝等。 3.产生阻尼力矩的装置：可以利用电磁阻尼、空气阻尼、油阻尼等。,2、数字仪表的组成,通过A/D 转换 将电压转换为 数字脉冲,由于 A/D 转换的对 象必须是电压,所以需 要测量线路将被测量 转换为电压,数字脉冲经译码加到显示器,测量线路,A/D
4、 转换,数字显示器,电压 U,被测量x,（一）仪表的误差及分类 1、基本概念： 误差：测量结果与被测量的实际值之间的差值。 准确度：仪表的测量结果与实际值的接近程度。 2、分类 1）基本误差 仪表在正常工作条件下（指规定的温度和放置方式，没有外电场和外磁场的干扰等），由于仪表的结构、工艺等方面的不完善而产生的误差。 2）附加误差 仪表因为偏离了规定的工作条件（如温度、频率、波形的变化超出规定的条件，工作位置不当或存在外电场和外磁场的影响时）而产生误差。,三、测量误差,【结论一】：基本误差是仪表本身所 固有的误差，操作者是不能让其减少 的，而附加误差实际 上是一种因外界工作 条件改变而造成的 额
5、外误差，是可 以减少甚至 消除的。,（二）误差的表示方法,1、绝对误差 a、概念：仪表的指示值AX与被测量实际值AO之间的差值，叫做绝对误差。用表示。 b、公式： AX AO 2、相对误差 a、概念：绝对误差与被测量实际值AO比值的百分数，叫做相对误差。用表示。 b、公式：=（/ AO)100% 3、引用误差 a、概念：绝对误差与仪表量程（最大读数）Am比值的百分数叫引用误差。用m表示。 b、公式：m（/Am）100%,概念延伸： 例题1：用一只标准电压表来校验甲、乙两只电压表，当标准表的指示值为220V时，甲、乙两表的读数分别为220.5V和219V，求甲、乙两表的绝对误差。 解：甲表的绝对
6、误差： 1AXAO220.5220+0.5V 乙表的绝对误差： 2AXAO2192201V 【结论二】 ：绝对误差有正负之分。正误差说明仪表指示值比实际值大，负误差说明指示值比实际值小。实际上在测量同一被测量时，我们可以用绝对误差的绝对值|来比较不同仪表的准确程度。|越小的仪表越准确。实际应用中，对准确度较高的仪表一般都给出该表的校正值，以便在测量过程中校正被测量的指示值，从而提高测量准确度。,概念延伸： 例题2：已知甲表测量200V电压时1+2V，乙表测量10V电压时2+1V，试比较两表的相对误差。 解：甲表的相对误差为：1=（/ AO)100% （+2/200）100%+1% 乙表的相对误
7、差为：2=（/ AO)100% （+1/100）100%+10% 【结论三】：在测量不同大小的被测量时，不能简单地用绝对误差来判断测量结果的准确程度。实际测量中，相对误差不仅常用来表示测量结果的准确程度，而且便于在测量不同大小的被测量时，对其测量结果的准确程度进行比较。,【结论四】：引用误差实际上就是仪表在最大读数时的相对误差，即满度相对误差。因为绝对误差基本不变，仪表量程也不变，故引用误差可用来表示一只仪表的准确程度。,（三）仪表的准确度,准确度：仪表的最大绝对误差m与仪表量程Am比值的百分比。（K%） K%= (m/ Am) 100% 国家标准中规定以最大引用误差来表示仪表的准确度。 最大
8、引用误差越小，仪表的基本误差越小，准确度越高。 根据国家标准规定，我国生产的电工仪表的准确度共7级。,（四）测量误差的分类,测量误差,系统误差,基本误差：由仪表结构造成的误差,附加误差：偏离规定的工作条件造成的误差,随机误差,疏忽误差,偶发原因引起大小方向都不确定的误差,疏忽误差：测量人员疏忽造成,1、系统误差产生原因及消除办法,.仪表本身结构造成的误差:这种误差可通过改善材料性能与制造工艺来消除.例如摩擦误差,是仪表的可动部分采用转轴式结构必然会产生的一种误差.只要改善转轴材料或采用悬丝结构或选用数字显示形式代替.误差就可以减小或消除。 .外界干扰造成的误差:如电磁干扰,地磁干扰.可以在结构
9、上采用屏蔽法、或在测量方法上采取比较法、正负误差补偿法，减少或消除干扰所造成的影响。例如测量后将仪表调转 180，重测一次，用两次测量平均值作为测量值，以消除地磁的影响，或利用校正值求得被测量的真值。 .环境条件变化造成的误差:只要改善环境条件，例如使用空调,或在内部结构中进行补偿,例如电阻温度的的正负补偿，都能使误差得以减少或消除。,2、偶然误差产生原因及消除办法,.偶然误差又称为随机误差，是一种大小和符号都不确定的误差，即在同一条件下对同一被测量重复测量时，各次测量结果都不一致，没有确定的变化规律。产生偶然误差的原因很多，如温度、湿度、磁场、电场、电源频率等；此外，观测者本身感官分辨本领的
10、限制，也是偶然误差的一个来源。偶然误差反映了测量的精密度，偶然误差越小，精密度就越高。反之则精密度越低。 系统误差和偶然误差是两类性质完全不同的误差。系统误差反映在一定条件下误差出现的必然性；而偶然误差则反映在一定条件下误差出现的可能性。系统误差和偶然误差两者对测量结果的综合影响反映为测量的准确度，又称精确度。,.偶然误差的消除 与系统误差不同，对于偶然误差，不能用试验的方法加以检查和消除，只能根据多次测量中各种偶然误差出现的或然率用统计学的方法加以处理。理论和实践证明，在足够多次的测量中，绝对值相等的正误差和负误差出现的机会(次数)是相同的，而且，小误差比大误差出现的机会总是更多。 这样，在
11、足够多次的测量中，偶然误差的算术平均值必然趋近于零。这是因为在一系列测量的偶然误差总和中，正、负误差互相抵消的结果。由此可知，为了消除偶然误差对测量结果的影响，可以采用增加重复测量次数的方法来达到。测量次数愈多，测量结果的算术平均值愈趋近于实际值。所 以，在测量仪器仪表选定以后，测量次数是保证测量精密度的前提。 在工程测量中，由于偶然误差较小，通常可以不予考虑。,3.疏失误差产生原因及消除办法,.疏失误差 疏失误差是在测量过程中由于操作、读数、记录和计算等方面的错误所引起的一种明显歪曲测量结果的误差。例如对测量仪表的不正确读数，对观察结果的不正确记录等等。显然，凡是含有疏失误差的测量结果是应该
12、摒弃的。 .疏失误差的消除 由于疏失误差大多数情况下由测量人员粗心大意造成的，所以测量人员要有严谨的科学态度和工作作风，加强责任心。测量结果是显然错误的，并且常常严重地歪曲了测量的结果，因此，包含有疏失误差的测量结果是不可信的，应予以抛弃。,（五）常用电工测量方式,测量方式,直接测量,间接测量,组合测量,指被测量与中间量的函数式中还有其他未知数，须通过改变测量条件，得出不同条件下的关系方程组，然后解联立方程组求出被测量的数值。,指要利用某种中间量与被测量之间的函数关系，先测出中间量，再算出被测量。例如用伏安法测电阻。,指仪表读出值就是被测的电磁量，例如用电流表测量电流，用电压表测量电压。,测量
13、方法,直读法,比较法,利用仪表直接读取测量数据。,零值法,较差法,替代法,将已知量与被测量先后置于同一测量装置中，若两次测量装置都处于相同状态，可认为被测量等于已知量，再从已知量读出被测量值。,从比较仪求得差值，根据度量器数值和比较差值，求得被测量的数值。,比较仪表指零时，从度量器读出被测量的数值,将被测量与度量器放在比较仪器上进行比较，从而求得被测量的数值。,第二节 常用测量机构,一、磁电式测量机构,1. 结构,螺旋弹簧,(1)固定部分 马蹄形永久磁铁、极掌NS及圆柱形铁心等。,(2)可动部分 铝框及线圈，两根半轴O和O，螺旋弹簧及指针。,极掌与铁心之间的空气隙的长度是均匀的，其中产生均匀的
14、辐射方向的磁场。,2. 工作原理,(1) 转动转矩T 的产生,(2) 阻转矩TC的产生,在线圈和指针转动时，螺旋弹簧被扭紧而产生阻转矩TC。,线圈通入电流 I 电磁力 F,线圈受到的转矩 T = k1I,线圈通入电流 I 电磁力 F 线圈受到转矩 T 线圈和指针转动，,弹簧的TC与指针的偏转角成正比，即 TC= k2,当弹簧的阻转矩T与线圈受到的转矩TC达到平衡时，可动部分停止转动，此时有 T = TC,当弹簧阻转矩与转动转矩达到平衡即TC= T 时，可转动部分便停止转动， T = k1I ， TC= k2 。,仪表的标度尺上作均匀刻度。,3. 阻尼作用的产生,当线圈通入电流而发生偏转时，铝框
15、切割磁通，在框内感应出电流，其电流再与磁场作用，产生与转动方向相反的制动力，于是可转动部分受到阻尼作用，快速停止在平衡位置。,即指针的偏转角,结论: 指针偏转的角度与流经线圈的电流成正比。,4.用途,5.优点： 刻度均匀；灵敏度和准确度高；阻尼强；消耗 电能量小；受外界磁场影响小。 缺点： 只能测量直流；价格较高；不能承受较大过载。,测量直流电压、直流电流及电阻。,二、电磁式测量机构,1. 结构,主要部分是固定的圆形线圈、线圈内部有固定的铁片、固定在转轴上的可动铁片。,2. 工作原理,仪表的转动转矩 T = k I ,弹簧的阻转矩 TC = k2,弹簧的阻转矩TC与指针的偏转角 成正比，即,当
16、 T = TC 时，可动部分停止转动，,即指针的偏转角,结论: 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。,线圈通入电流 I 磁场线圈通入电流 I 磁场 固定和可动铁片均被磁化(同一端的极性是相同的)可动片因受斥力而带动指针转动，,交流为有效值,因指针的偏转角度与直流电流或交流有效值平方成正比，所以仪表标度尺上的刻度是不均匀的。,与轴相联的活塞在小室中移动产生阻尼力 空气阻尼器。,3.用途,4.优点： 构造简单；价格低廉；可用于交直流；能测量较大的电流；允许较大的过载。 缺点： 刻度不均匀；易受外界磁场及铁片中磁滞和涡流（测量交流时）的影响，因此准确度不高。,测量交流电压、交流电流。,三、电动式测量机构,1. 结构：有两个线圈：固定线圈和可动
