电工学（电工技术）第七版-上册-第十三章电子教案

1、第13章 电工测量,13.4 电压的测量,13.1 电工测量仪表的分类,13.2 电工测量仪表的型式,13.3 电流的测量,13.6 功率的测量,13.7 兆欧表,13.5 万用表,13.8 用电桥测量电阻、电容与电感,13.9 非电量的电测法,本章要求： 1. 了解常用电工测量仪表的结构和工作原理; 2. 掌握常用电工测量仪表的使用方法; 3. 了解电桥测量电阻、电容和电感的方法; 4. 了解常用非电量的电测法。,第13章 电工测量,电路中的各个物理量( 如电压、电流、功率、电能及电路参数等）的大小，除用分析与计算的方法外，常用电工测量仪表去测量。,电工测量技术的应用主要有以下优点：,第13章 电工测量,1. 电工测量仪表的结构简单，使用方便，并有足够的精确度。,2. 电工测量仪表可以灵活地安装在需要进行测量的地方，并可实现自动记录。,3. 电工测量仪表可实现远距离的测量问题。,4. 能利用电工测量的方法对非电量进行测量。,13.1 电工测量仪表的分类,1.按照被测量的种类分类,2. 按照工作原理分类,3. 按照电流的种类分类（见上表）,4. 按照准确度分类,最大基本误差,仪表的最大

2、量程（满标值）,目前我国直读式电工测量仪表按照准确度分为0.1, 0.2, 0.5, 1.0, 1.5, 2.5, 5.0七级。,准确度是电工测量仪表的主要特性之一。,准确度较高 (0.1，0.2，0.5) 的仪表常用来进行精密测量或校正其他仪表。,相对额定误差,准确度是电工测量仪表的主要特性之一。仪表的准确度是根据仪表的相对额定误差来分级的。,例：一准确度为2.5级的电压表，其最大量程为50V，,正常情况下, 可认为最大基本误差是不变的, 所以被测量值比满标值愈小，则相对测量误差就愈大。,如用上述电压表来测量实际值为10V的电压时,相对误差为,测量实际值为40V的电压时，相对误差为,则可能产生的最大基本误差为,在选用仪表 的量程时，一 般应使被测量 的值超过仪表 满标值的一半 以上。,电工测量仪表上的几种符号,13.2 电工测量仪表的型式,T = f ( I ),直读式仪表的基本组成:,按照工作原理可将常用的直读式仪表主要分为磁电式、电磁式和电动势等几种。,直读式仪表测量各种电量的基本原理 利用仪表中通入电流后产生电磁作用，使可动部分受到转矩而发生转动。 转动转矩与通入的电流之间有,

3、13.2 电工测量仪表的型式,13.2.1 磁电式仪表,1. 结构,螺旋弹簧,(1) 固定部分 马蹄形永久磁铁 极掌NS 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

4、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。,13.2.2 电磁式仪表,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 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

5、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。,13.2.3 电动式仪表,1. 结构,有两个线圈：固定线圈和可动线圈。可动线圈与指针及空气阻尼器的活塞都固定在转轴上。,2. 工作原理,固定线圈中的电流 I1 ( i1 ) 磁场 可动线圈中的电流 I2 ( i2 )与磁场相互作用电磁力 F 线圈受到转矩 T 线圈和指针转动，,仪表的转动转矩 通入直流时，T = k1I1I2,通入交流时， T=k1I1I2cos,i1 和 i2 的有效值,i1 和 i2 之间 的相位差,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 T = TC 时，可动部分停止转动，,即指针的偏转角,结论: 指针偏转的角度与两个电流(对交流为有效值)的乘积成正比。,仪表的转动转矩 通入直流时，T=k1I1I2,通入交流时，T=k1I1I2cos, = kI1I2 (直流), = kI1I2 cos (交流),i1和i2之间 的相位差,4. 优点：可用于交直流；准确度较高。 缺点：受外界磁场影响大；不能承受较大过载。,3. 用途 测量交直流电压、电流及功率。,1

6、3.3 电流的测量,电流表的内阻要很小。,测量直流电流通常用磁电式电流表，,若要扩大电流表的量程，可在测量机构上并联一个分流电阻 RA 。,电流表应串联在电路中，,式中：R0 测量机构的电阻 RA 分流器的电阻,测量直流电流通常用磁电式电流表，测量交流电流通常用电磁式电流表。,由,可得，分流电阻,可知，需扩大的量程愈大，则分流电阻应愈小。,例: 有一磁电式电流表，当无分流器时，表头的满标值电流为 5mA ，表头电阻为 20 。今欲使其量程 (满标值) 为 1A，问分流器的电阻应为多大？,13.4 电压的测量,表的内阻要很高。,测量直流电压通常用磁电式电压表，,若要扩大电压表的量程，可在测量机构上串联一个倍压电阻 RV 。,电压表应并联在被测电路两端，,式中：R0 测量机构的电阻 RV 倍压器的电阻,测量直流电压通常用磁电式电压表，测量交流电流通常用电磁式电压表。,由,可得，串联电阻,可知，需扩大的量程愈大，则串联电阻应愈大。,例: 有一电压表，其量程为50V，内阻为2000 。今欲使其量程扩大到 300V，问还需串联多大电阻的倍压器？,13.5.1 磁电式万用表,用来测量直流电流、直流

7、电压、交流电压 和电阻等。,13.5 万用表,MF-30型万用表的面板图,机械零位调整,转换开关,零欧姆调整,13. 5. 1 磁电式万用表,1. 直流电流的测量,测量直流电流的原理电路,RA1 RA5 是分流器电阻，改变转换开关的位置，就改变了分流器的电阻，从而改变了电流的量程。量程愈大，分流器电阻愈小。,13.5 万用表,直流调整电位器,13.5 万用表,13. 5. 1 磁电式万用表,2. 直流电压的测量,RV1 RV3 构成倍压器电阻，改变转换开关的位置，就改变了倍压器的电阻，从而改变了电压的量程。量程愈大，倍压器电阻愈大。,测量直流电压的原理电路,3. 交流电压的测量,磁电式仪表只能测量直流，如果要测量交流，需加整流元件，如图中D1和D2。,正半周时，电流流经D1和部分电流流经微安表流出。,负半周时，电流直接流经D2从“+”端流出。,普通万用表只适合测量频率为451000Hz的电压。,可见，通过微安表的是半波电流，读数应为该电流的平均值。为此，加一交流调整电位器(图中600)，用来改变表盘刻度；指示读数被折换为正弦电压有效值。,4. 电阻的测量,测量电阻时，需接入电池，被测电

8、阻愈小，电流愈大，则指针偏转的角度愈大。,测量电阻的原理电路,注意： (1) 测量前应先将“+”、“-”两端短接，看指针是否指在零，否则应调节调零电位器（图中 1.7k电阻）进行校正。,(2) 绝对不能在带电线路上测量电阻。用毕应将转换开关转到高电压档。,13. 5. 2 数字式万用表,DT 830 型数字万用表测量范围和使用方法,1. 测量范围,(1) 直流电压分为五档: 200mV，2V，20V，200V，1 000V。,(2) 交流电压分为五档: 200mV，2V，20V，200V，750V。,(3) 直流电流分为五档: 200A，2mA，20mA，200mA，10A。,(4) 交流电流分为五档: 200V，2 mA，20mA，200mA，10A。,(5) 电阻分为六档: 200, 2k, 20k, 200k, 2M , 20M ,13. 5. 2 数字式万用表,2. 面板说明,DT-830型万用表的面板图,(2) 电源开关：使用时将开关置于“ON”位置；使用完毕置于 “OFF” 位置。,(3) 转换开关：用以选择功能和量程。根据被测的电量(电压、电流、电阻等)选择相应的功能位；

9、按被测量程的大小性选择合适的量程。,(4) 输入插座：将黑色测试笔插入“COM”的插座。红色测试笔有如下三种插法，测量电压和电阻时插入“V”插座；测量小于 200mA 的电流时插入“mA”插座；测量大于 200mA 的电流时插入“10A”插座。,(1) 显示器：显示四位数字, 最高位只能显示 1 或不显示数字, 算半位, 故称三位半 ( ) 。最大指示为 1999或1999。当被测量超过最大指示值时, 显示“1” 或 “1”。,13.6 功率的测量,13.6.1 单相交流和直流功率的测量,通常用电动式仪表来测量功率,功率表的接线图,负载,固定线圈：匝数少, 导线粗， 与负载串联，作为电流线圈。,可动线圈：匝数多, 导线细, 与负载并联，作为电压线圈。,工作原理：,I2 正比 U，且可认为 i2 与 u 同相,所以：,13.6 功率的测量,13. 6. 2 三相功率的测量,在三相三线制中, 广泛采用两功率表来测量三相功率。,两功率表测量三相功率,工作原理：,三相瞬时功率：,所以， p = uA iA + uB iB + uC(iA iB) iC = (uA uC ) iA + ( uB uC ) iB = uAC iA + uBC iB = p1+ p2,p = pA+ pB+ pC = uA iA + uB iB + uC iC,因为，iA+ iB+ iC= 0,可见，三相功率可用两个功率表来测量。,式中 为 uAC 和 iA之间的相位差,式中 为 uBC和 iB之间的相位差,两功率表读数之和为 P = P1+ P2 = UAC IA cos + UBC IB cos ,当负载对称时，,P1 = UAC IA cos,= UL IL cos (30 ),P2 = UBC IB cos ,= ULIL cos (30 + ),由相量图可知，两功率表的读数为,两功率表读数之和为 P = P1+ P2 = UL IL cos(30 )+ULIL cos(30+),可见，采用两表法可测量三相功率。,当 60时，P1和P2 均

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