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电工仪表与测量讲义电工仪表与测量的基本知识第一节 电工测量的基本知识一、电工测量电工测量就是借助于测量设备， 把未知的电量或磁量与作为测量单位的同类标准电量或标准磁量进行比较，从而确定这个未知电量或磁量（包括数值和单位）的过程一个完整的测量过程，通常包括如下几个方面1 .测量对象电工测量的对象主要是：反映电和磁特征的物理量，如电流（ I）、电压（U）、电 功率（P）、电能（W）以及磁感应强度（B）等;反映电路特征的物理量，如电阻（ R）、电容（C）、电感（L）等；反映电和磁变化规律的非电量，如频率（ F）、相位移（小）、 功率因素（入）等2 .测量方法根据测量的目的和被测量的性质，可选择不同的测量方法3 .测量设备对被测量与标准量进行比较的测量设备， 包括测量仪器和作为测量单位参与测量的度量器进行电量或磁量测量所需的仪器仪表， 统称为电工仪表电工仪表是根据被测电量或磁量的性质，按照一定原理构成的 电工测量中实用的标准电量或磁量是电量或 磁量测量单位的复制体，称为电学度量器电学度量器是电气测量设备的重要组成部分， 它不仅作为标准量参与测量过程， 而且是维持电磁学单位统一保证量值准确传递的器具。

电工测量中常用的电学度量器有标准电池、标准电阻、标准电容和标准电感等 二、测量方法的分类 L按被测量的测量方式分类⑴直接测量：在测量过程中，能够直接将被测量与同类标准量进行比较， 或能够直接用事先刻度好的测量仪器对被测量进行测量，从而直接获得被测量数值的测量方式， 称为直接测量例如：用电压表测量电压、 用电度表测量电能以及用直流电桥测量电阻 等都市直接测量直接测量方式常被广泛应用于工程测量中⑵间接测量：当被测量有余某种原因不能直接测量时，可以通过直接测量与被测量有一定函数关系的物理量，然后按函数关系计算出被测量的数值， 这种间接获得测量结 果的方式称为间接测量 例如，用电压表一电流表法测量电阻， 是利用电压表和电流表 分别测量出电阻两端的电压和通过该电阻的电流，然后根据欧姆定律R 二U I计算出被测电阻R的大小间接测量方式广泛应用于科研实验室及工程测量中2.按度量器参与测量过程的方式分类在测量过程中，作为测量单位的度量器可以直接参与， 也可以间接参与根据度量器参与测量过程的方式，可以把测量方法分为直读法和比较法⑴直读法：用直接指示被测量大小的电工仪表进行测量， 能够直接从仪表刻度盘上 读取被测量数值的测量方法,~~称为直读法。

用直读法测量时,""度量器不直接参与测量过 程，而是间接地参与测量过程直读法测量的过程简单，操作容易，读数迅速，但其测 量的准确度不高⑵比较法：将被测量与度量器在比较仪器中直接比较， 从而获得被测量数值的方法，称为比较法在电工测量中，采用比较法具有很高的测量准确度， 但测量时操作比较烦琐，相应的测量设备也比较昂贵根据被测量与度量器进行比较时的不同特点， 又可将比较法分为零值法、较差法和替代法三种①零值法又称为平衡法，是利用被测量对仪器的作用与标准量对仪器的作用相互 抵消，由指零仪表作出判断的方法，即当指零仪表指示为零时，表示两者的作 用相等，仪器达到平衡状态此时按一定的关系可计算出被测量的数值 显然，零值法测量的准确度主要取决于度量器和指零仪表的灵敏度②较差法时通过测量被测量与标准量的差值 ，或正比于该差值的量，根据标准来确定被测量的数值的方法采用较差法可以达到较高的测量准确度③替代法是分别把被测量和标准量接入同一测量仪器，在标准量替代被测量时， 调节标准量，使仪器的工作状态在替代后保持一致，然后根据标准量来确定被 测量的数值用替代法测量时，由于替代前后仪器的工作状态是一样的,仪器 本身的性能和外界因素对替代前后的影响几乎是相同的， 因此有效的克服了所有外界因素对测量结果的影响。

使用替代法测量的准确度主要取决于替代的标 准量三、测量单位制测量单位使确定一个被测量的标准，因此测量单位的确定和统一大合唱非常重要的我国国务院于1984年2月27日发布了《关于在我国统一实行法定计量单位的命令》 ， 命令规定我国统一实行以国际单位制为基础的法定计量单位国际单位制是 1960年第11届国际计量大会通过的，其国际代码是 SI电工测量中常用的并具有专门名称的 SI 导出单位见表1-1求1-1 部分兵育专门名称的SJ异出m位肽VE印巾玳位星 称 泞 号川共他St .垃 友的表小温J” Si版中印佗的Zi东nk愉i翦一* 1Jf-L顿、 rilz,助”热用：翱[T]J・k林“乐叨章,朝［肘二Jffl录Fil l 特 1J，" rin ■ kji ■ t山茴「同呼！色.，：r - \电位,电伏1特—in.1「丘--% "也巾要ill W法㈠丁卜心八in ■ " kjz '\'■ Ll fill也.姆门\ - X. kp： - J ' J ，电感手:利;H电W %111- ■ k； P r r %也予西〔门于■bnt tpi -1 - r •籍遍：甲：.15 1俏：需k* ・■in- a kg - t a 4 1的.蛀.应迎1宾，质itfi临世格:斯司：Ta -nJk[L - - ' \ '揽氏温度0ch需要说明的是：工程测量中，电能常用的“千瓦时（ kW h ）”不是SI单位。

千 瓦时（kW h ）与SI单位中能量单位“焦（J）”的换算关系是：1kW h =3.6 106 J第二节 测量误差在测量过程中，由于受到测量方法、测量设备、测量条件及观测经验等多方面因素 的影响，测量结果不可能是被测量的真实数值， 而只是它的近似值任何测量的结果与被测量的真实值之间总是存在着差异，这种差异就称为测量误差一、测量误差的分类根据产生测量误差的原因，可以将测量误差分为系统误差、偶然误差和疏失误差1 .系统误差在相同条件下多次测量同一量时，保持恒定不变或按照一定规律变化的测量误差，称为系统误差产生原因：测量设备不准确、 测量方法不完善和测量条件不稳定由于系统误差表示了测量结果准确度， 即反映了测量结果的准确度系统误差越小，测量结果的准确度就越高2 .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备测量重复测量时，各次测量结果很不一致， 没有确定的变化规律 这种误差的处理依据 概率统计方法产生原因：温度、磁场、 电源频率的偶然变化及观测者本身感观分辨本领的限制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时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3 .疏失误差在测量过程中由于操作、读数、记录合计算等方面的错误所引起的误差这种误 差是可以避免的二、测量误差的消除方法测量误差是不可能动绝对消除的，但要尽可能减小误差对测量结果的影响，使其 减小到允许的范围内消除测量误差，应根据误差的来源合性质，采取相应的措施合方法必须指出： 一个测量结果中，、既存在系统误差又存在偶然误差时，要截然区分两者是不容易的所以应根据测量的要求和两者对测量结果的影响程度， 选择消除方法一般情况下，在对精密度要求不大的工程测量中， 主要考虑对系统误差的消除；而在科研、计量等对测 量准确度和精密度要求较高的测量中，必须同时考虑消除上述两种误差L系统误差的消除方法⑴对度量器、测量仪器仪表进行校正⑵消除产生误差的根源⑶采用特殊的测量方法4 .偶然误差的消除方法在同一条件下，对被测量进行足够多次的重复测量，取其平均值作为测量结果 三、测量误差的表示方法测量误差通常用绝对误差和相对误差表示1,绝对误差测量结果的数值 A （测得值）与被测量的真实值 A0的差值称为绝对误差，用 3A表示，即△A=Ax-A(1-1)由于被测量的真实值 A0往往是很难确定的，所以实际测量中，通常用标准表的指示值或多次测量的平均值作为被测量的真实值。

5 .相对误差当被测量不是同一个值时，绝对误差的大小不能反映测量的准确度，这时应该用 相对误差的大小来判断测量的准确度测量的绝对误差 AA与被测量真实值 A0之比，称为相对误差，用符号 手表示，即=-100%A0利用绝对误差和相对误差的概念，可以把一个测量结果完整地表示为测量结果=A+AA测量结果=A（1 一）也就是说，测量不仅要确定被测量的大小，还必须确定测量结果的误差，即确定 测量结果的可靠程度第三节 电工仪表的基本知识电工仪表是实现电磁测量过程所需技术工具的总称 一、电工仪表的基本原理及组成电工仪表的基本组成原理是把被测电量或非电量变换成仪表指针的偏转角 因此它也称为机电式仪表，即用仪表指针的机械运动来反映被测电量的大小 电工仪表通常由测量线路和测量机构两部分组成， 如图1-1所示测量机构是实现电量转换为指针偏转角，并使两者保持一定的关系的机构 它是电工仪表的核心 测量线路将被测电量或非电量转换为测量机构能直接测量的电量， 测量线路必须根据测量机构能够直接测量的电量与被测量的关系来确定，一般由电阻、电容、 电感或其他电子元件构成各种测量机构都包含固定部分和可动部分从基本原理上看，测量机构都有产生转动力矩、反作用 力矩和阻尼力矩的部件，这三种力矩共同作用在测量机构的可动部分上， 使可动部分发生偏转并稳定在某一位置上保持平衡。

图1-1电工指示仪表的组成#二、电工仪表的分类、标志和型号1 .电工仪表的分类电工仪表可以根据原理、结构、测量对象、使用条件等进行分类⑴根据测量机构的工作原理，可以把电工仪表分为磁电系、电磁系、电动系、感应系、 静电系、整流系等⑵根据电工指示仪表的测量对象， 可以分为电流表、电压表、功率表、电度表、电阻表、相位表等⑶根据电工仪表工作电流的性质，可以分为直流仪表、交流仪表和交直流两用仪表⑷按电工仪表的使用方式，可以分为安装式仪表和便携式仪表等⑸按电工仪表使用条件，可分为 A、A、B、4、C五组按电工仪表的准确度，可分为 0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0七个准确度等级2 .电工仪表的标志根据规定，每一个仪表必须有表示测量对象的单位， 准确度等级，工作电流的种类、相数，测量机构的类别，使用条件组别工作位置，绝缘强度试验电压的大小、仪表型 号和各种额定值等标志符号电工仪表表面上常见标志符号所表示的基本技术特性见表表1 -2常见电工仪表和附件的表面标志符号A.测母单位的符号lj_一测M-物的符号名 称符 号JL名 称苻,勺 千W 一kA ;i 林冬.Hz安i培:A上欧rn建安_ ij 北欧HU瞰安|1A『•欧kJJ千伏k)该:而LI优［特:名演。