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1、第 四 部 分常用电工仪表与测量 第1章电工仪表与测量的基本知识电工测量的对象主要是指电流、电压、电功率、电能、相位、频率、功率因数、电阻等。测量各种电量（包括磁量）的仪器仪表，统称为电工测量仪表。电工测量仪表的种类很多，其中最常用的是测量基本电量的仪表。本章着重介绍常用电工仪表的基本知识以及测量方法。所谓电工测量，就是将被测的电量或磁量与同类量进行比较过程。根据比较方法的不同，测量方法也不一样，因此，就带了不同的测量误差。所以在测量中除了应该正确选用仪表和使用仪表之外，还必须采用合适的测量方法，掌握测量的操作技术，以便尽可能地减小测量误差。为此，在分别介绍各种电工仪表与测量之前，本章首先概括
2、介绍电工仪表的符号、型号、仪表的构成原理、误差匠概念以及电工仪表的技术指标等。1.1常用电工仪表的符号与型号1.1.1常用电工仪表的符号在实践中当我们选用或使用电工仪表时，首先会看到在仪表的表盘上及外壳上，有各种符号。这些符号表明了电工仪表的基本结构特点、准确度、工作条件等。电工指示仪表的符号如表4.1.1所示。.1.1.2 电工仪表的型号电工仪表的产品型号可以反映出仪表的用途、作用原理。电工仪表的产品型号，是按主管部门制定的电工仪表型号编制法，经生产单位申请，并由主管部门登记颁发的。对安装式和可携式指示仪表的型号，规定有不同的编号规则。安装式指示仪表型号的组成，如图4.1.1所示。形状第一位
3、代号按仪表的面板形状最大尺寸编制：形状第二位代号按仪表的外壳尺寸编制；系列代号按仪表工作原理的系列编制，如磁电系代号为“C”、电磁系代号为“T”、电动系代号为“D”，感应系代号为“G”、整流系代号为“L”、静电系代号为“Q”、电子系代号为“Z”等。例如，44C2-A型电流表，其中“44”为形状代号，“C表示磁电系仪表”，“2”为设计序号，“A”表示用于电流测量。对于可携式指示仪表不用形状代号，其它部分则与安装式指示仪表完全相同。例如，T62-V型电压表，其中“T”表示是电磁系仪表，“62”为设计序号，“V”则表示用于电压测量。电度表的型号编制规则，基本上与可携式指示仪表相同，只是在组别号前再加
4、上一个“D”字，表示电度表，如“DD”表示单相、“DS”表示三相有功、“DT”表示三相四线、“DX”表示无功等。例如DD28型电度表，其中“DD”表示单相，“28”则表示设计序号。1.2 电工指示仪表的组成与原理电工指示仪表，就是能把被测的电量变换成仪表指针的机械角位移的一种电-机转换模拟式仪表。根据指针的指示可以直接获取测量结果，因此，又叫做直读式仪表。电工指示仪表的种类很多 ，而且随着生产和科学技术的发展，新型仪表在不断出现。但由于电工指示仪表具有成本较低、使用方便、经久耐用等优点，因此，在实用工程中应用最为广泛。1.2.1 指示仪表的组成指示仪表主要由测量机构和测量线路两部分组成。测量线
5、路的作用是把被测量X（如电流、电压、电功率等）转换为测量机构可接受的过度量Y（如转换为电流），然后通过测量机构把过度量y，转换成为指针的角位移a。由于测量机构中的x和y、测量机构中的y和a，能严格保持一定的函数关系，所以可根据角位移a的值，直接读出测量x的值。测量机构是指示仪表的核心。图4.1.2所示为电工指示仪表的方框图。1.2.2 测量机构的主要组成部分与基本原理指示仪表的测量机构是由固定部分和可动部分组成的。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。如果按测量机构各元件的功能，也可分成下列几个部分：1.产生转动力矩M的装置要使指示仪表的指针偏转，测量
6、机械必须产生一个转动力矩。不同系别的仪表，产生转动力矩的原理也不同。例如：磁电系仪表的转动力矩，是由载流线圈在永久磁铁的磁场中产生电磁力，驱动可动部分偏转。电磁系仪表的转动力矩，是将可动铁心置于交变磁场中，铁心被磁化后产生的电磁吸力（或推斥力）驱动可部分偏转。转动力矩M与被测量x（或过渡量y）、偏转角a之间成函数关系。2.产生反作用力矩Ma的装置如果指示仪表的测量机构只有转动力矩，则不论被测量有多大，仪表的可动部分都将在转动力矩的作用下，偏转到尽头。就好像不挂秤砣的秤一样，无论被称物品有多重，都会使秤杆翘起。为了使一定大小的被测量所产生的对应转矩，使可动部分偏转相应的角度，测量机构必须有产生反
7、作用力矩的装置。反作用力矩一般是由游丝产生的。当可动部分偏转时，由于游丝被扭紧，因此，游丝的反作用力矩相应增大，在游丝的弹性范围内，反作用力矩与偏转角a成线性关系，即Ma=Da式中，D为反作用力矩系数，由游丝的弹性、几何形状和尺寸所决定。在游比制成固定尺寸的情况下，D为常数。可动部分的转动力矩M与反作用力Ma 相等，即M=Ma时可动部分平衡，则被测量对应于一定的偏转角。即Ma=Daa (1.2.2) 式（1.2.2）表明，仪表可动部分偏转角a与被测量的大小相对应。图4.1.3为用游丝产生反作用力矩的装置。在指示仪表中，产生反作用力矩除用游丝外，也可用张丝、吊丝。3.产生阻尼力矩的装置由于可动部
8、分具有一定的转动惯量，因些，当M=Ma 时，可动部分不可能立即停止而是在平衡位置的左右来回摆动。阻尼装置是用来吸收这种振荡能量的装置，使可动部分尽快地静止，达到尽快读数的目的。仪表中的阻尼力矩装置有两种：空气阻尼器和磁感应阻尼器。如图4.1.4所示图4.1.4（a）为空气阻尼器，可动部分转动时带动了翼片，使其在阻尼箱中的运动受空气的阻力，产生阻尼力矩。图4.1.4（b）为磁感应阻尼器。当可动部分转动时带动了阻尼金属片，由于切割磁力线感生涡流与永久磁铁的磁场间产生制动力，制动力始终与运动方向相反，因此，使可动部分尽快地静止下来。4.读数装置读数装置通常是由指针、刻度尺组成。指针的开关有予形和刀形
9、的两种，如图4.1.5所示。13电工指示仪表的主要技术要求与指标131 仪表的误差与准确度仪表的误差是指仪表指示值与被测量实际值之间的差异，而准确度是指仪表指示值与实际值的接近程度。可见仪表的准确度越高，则误差越小。仪表误差可分为两类：1基本误差仪表在正常的工作条件下（在规定的温度、规定的放置方式、没有外电场和外磁场干扰等），由于仪表制造工艺限制，仪表本身所固有的误差。如磨擦误差、标尺刻度不准确、轴承与轴尖间隙造成的倾斜误差等，都属于基本误差范围。2附加误差仪表离开规定的工作条件（如环境温度的改变、外电场或外磁场的影响、波形非正弦等）而引起的误差。仪表在非正常的工作条件下，形成总误差中，除有基
10、本误差外，还包括附加误差。132误差的表示方法 仪表的误差一般有三种表示方法： 1绝对误差仪表的指示值Ax与被测量的实际值A0之差称为绝对误差。即 =Ax- A0 （131）绝对误差的单位与被测量的单位相同，绝对误差的符号有正、负之分。例：实际值U0=220V，电压表甲的读数为U1=220.5V，电压表乙的读数U2=219.2V,测量的绝对误差分别为1=U1-U0=220.5-220=0.5V(示数比实际值大0.5V)2= U2-U0=219.2-220= -0.8V(示数比实际值小0.8V)显然,用电压表甲测量值要比电压表乙测量值准确.因此,对于同一个实际值来说,测量的绝对误差(绝对值)越小
11、,准确度就越高.由式（131）得A0=AX-=AX+(-) （132）由上式可见,为了获得被测量的实际值,仪表的指示值必须与某一个数进行代数相加,这个数值称为仪表的校正值或更正值,用符号C”表示.它等于绝对误差的负数.即C=- （133） 对准确度较高的仪表一般都给出校正值,以便在测量时佼正被测量的示数,从而提高测量的准确度.2.相对误差相对误差 ,指绝对误差与被测量实际值A0之比,用百分数表示.即 实际值一般难以确定,而仪表的读数值与实际值又比较接近,因此,在工程中A0可以用AX代替.故 例:测量实际值I01=100A的电流,绝对意味着为+0.2A,其相对误差为 测量实际值I01=10A的电
12、流,绝对误差为+0.1A,其相对误差为 从绝对误差看,后者比前者要小;但从测量的准确程度来看,后者却比前者的误差大.因此,相对误差不仅可以表示测量结果的准确程度,而且便于在不同实际值的情况下,对测量的准确程度进行比较.3.引用误差由于相对误差在整个仪表刻度尺的全长上不是恒定的,即各个标度上的相对误差是不相等的,因此,在国家标准中,对指示仪表的误差规定用引用误差表示.所谓引用误差是仪表的绝对误差与仪表的最大读数(量限)Am的百分比.即 式中, 表示引用误差. 引用误差,实际上也是一种相对误差.只是表达式中的分母,为仪表的测量上限值.因为仪表的绝对误差基本不变,所以若已知仪表的引用误差,便可以根据
13、测量上限的绝对误差,计算不同量程上的相对误差.1.3.3 对指示仪表的一般要求 为了保证测量结果的准确可靠,对电工指示仪表的技术要求,主要有以下几个方面:1.足够的准确度仪表的准确度用仪表的最大引用误差表示.考虑到仪表各刻度上的绝对误差总存在差异,而且为了使允许误差能包括整个仪表的基本误差,对仪表的准确度是这样定义的:仪表的最大绝对误差m与测量上限值Am的百分比,称仪表的准确度K%,用下式表示为式中,K为仪表的准确度等级,它的百分数表示仪表在规定条件下,最大的引用误差.最大引用误差越小,则仪表的准确度越高.电工指示仪表的准确度等级一般分为七级,它们所表示的基本误差见表412.表412仪表的基本
14、误差.准确度等级0.10.20.51.01.52.55.0基本误差/%0.10.20.51.01.52.55.02.合适的灵敏度3.仪表的阻尼良好4.变差小5.受外界的影响小 6.仪表本身消耗的功率尽量小7.良好的读数装置1.4 常用的电工测量方法在测量过程中,由于采用仪器仪表的不同,也就是说度量器是否直接参与,以及测量结果如何取得等,因而形成了不同的测量方法.常用的测量方法主要有以下几种.1.4.1 直接测量法 直接测量,是指测量结果可从一次测量的实验数据中得到.它可以使用度量器直接参与比较,测得被测量数值的大小;也可以使用具有相应单位刻度的仪表,直接测得被测量的数值.如用电流表直接测量电流、用电压表直接测量电压、用万用表直接测量电阻器的电阻值等，都属于直接测量方法。直接测量法具有简便、读数迅速等优点，但是它的准确度除受到仪表的基本误差的限制外，还由于仪表搪入测量电路后，仪表的内阻被引入测量电路中，使电路和工作状态发生了改变，因此，直接测量法的准确度比较低。见图416（a）。142 比较测量法比较法是将被
