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1、第13章 电工仪表的使用常见仪表及基础知识第1节 电流及电压表第2节 功率表第3节 万用表、兆欧表电工仪表的应用电工仪表的应用常见仪表电压表电流表功率表频率表功率因数表万用表兆欧表整步表（同步表）同步表电电电电工工工工仪仪仪仪表表表表是是是是实实实实现现现现电电电电工工工工测测测测量量量量过过过过程程程程所所所所需需需需工工工工具具具具的的的的总总总总称。称。称。称。电工测量仪表的基础知识电工测量仪表的基础知识n按测量方法按测量方法:可分为比较式和直读式两类。可分为比较式和直读式两类。比比较较式式仪仪表表需需将将被被测测量量与与标标准准量量进进行行比比较较后后才才能能得得出出被被测量的数量，测
2、量的数量，常用的比较式仪表有电桥、常用的比较式仪表有电桥、电位差计等。电位差计等。直直读读式式仪仪表表将将被被测测量量的的数数量量由由仪仪表表指指针针在在刻刻度度盘盘上上直直接接指示出来，常用的电流表、电压表等均属直读式仪表。指示出来，常用的电流表、电压表等均属直读式仪表。n按按被被测测量量的的种种类类:可可分分为为电电流流表表、电电压压表表、功功率率表表、频频率率表表、相位表等。相位表等。n按电流的种类按电流的种类:可分为直流、交流和交直流两用仪表。可分为直流、交流和交直流两用仪表。n按工作原理按工作原理:可分为磁电式、电磁式、电动式仪表等。可分为磁电式、电磁式、电动式仪表等。n按显示方法按
3、显示方法:可分为指针式（模拟式）和数字式。可分为指针式（模拟式）和数字式。n按按准准确确度度:可可分分为为0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5和和5.0共共7个个等等级级。0.1级级表表示示测测量量的的最最大大绝绝对对误误差差为为表表量量程程的的0.1%，以以此此类类推。推。电工仪表的分类电工仪表的分类准准准准确确确确度度度度:是指测量结果（简称示值）与被测量真实值（简称真值）间相接近的程度，是测量结果准确程度的量度。误误误误差差差差:是指示值与真值的偏离程度。准确度与误差本身的含义是相反的，但两者又是紧密联系的，测量结果的准确度高，其误差就小，因此，在实际测量中往往采用误差的大小来
4、表示准确度的高低。由于制造工艺的限制及测量时外界环境因素和操作人员的因素，误差是不可避免的。根据引起误差的原因不同，仪表误差可分为基本误差和附加误差。基基基基本本本本误误误误差差差差:是在规定的温度、湿度、频率、波形、放置方式以及无外界电磁场干扰等正常工作条件下，由于仪表本身的缺点所产生的误差。附附附附加加加加误误误误差差差差:是由于外界因素的影响和仪表放置不符合规定等原因所产生的误差。附加误差有些可以消除或限制在一定范围内，而基本误差却不可避免。电工仪表的误差和准确度电工仪表的误差和准确度 电电工工测测量量中中常常用用的的指指针针式式仪仪表表有有磁磁电电式、电动式、电磁式式、电动式、电磁式3
5、种。种。这这些些仪仪表表的的结结构构虽虽然然不不同同，但但工工作作原原理理却却是是相相同同的的，都都是是利利用用电电磁磁现现象象使使仪仪表表的的可可动动部部分分受受到到电电磁磁转转矩矩的的作作用用而而转转动动，从而带动指针偏转来指示被测量的大小。从而带动指针偏转来指示被测量的大小。指针式仪表的结构及工作原理指针式仪表的结构及工作原理电工测量仪表上的几种符号电工测量仪表上的几种符号电工测量仪表上的几种符号电工测量仪表上的几种符号符符 号号意意 义义3 或或 2 kV 或或 或或 直直 流流交交 流流交直流交直流三相交流三相交流仪表绝缘试验电压仪表绝缘试验电压2000V仪表直立放置仪表直立放置仪表
6、水平放置仪表水平放置仪表倾斜仪表倾斜60度放置度放置 60 1.1.结构结构结构结构螺旋弹簧螺旋弹簧I II INS指针指针永久磁铁永久磁铁圆柱形圆柱形铁心铁心O O线圈线圈(1)(1)固定部分固定部分固定部分固定部分 马蹄形永久磁马蹄形永久磁马蹄形永久磁马蹄形永久磁铁、极掌铁、极掌铁、极掌铁、极掌NSNS及圆及圆及圆及圆柱形铁心等。柱形铁心等。柱形铁心等。柱形铁心等。(2)(2)可动部分可动部分可动部分可动部分 铝框及线圈，两铝框及线圈，两铝框及线圈，两铝框及线圈，两根半轴根半轴根半轴根半轴OO和和和和OO ，螺旋弹簧及指针。螺旋弹簧及指针。螺旋弹簧及指针。螺旋弹簧及指针。极极极极掌与掌与掌
7、与掌与铁心之间的空气隙的长度是均匀的，其中铁心之间的空气隙的长度是均匀的，其中铁心之间的空气隙的长度是均匀的，其中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。产生均匀的辐射方向的磁场。产生均匀的辐射方向的磁场。产生均匀的辐射方向的磁场。磁电式仪表磁电式仪表线圈通入电流而产生的磁场与线圈通入电流而产生的磁场与永久磁铁相互作用使指针偏转永久磁铁相互作用使指针偏转2.2.工作原理工作原理工作原理工作原理(1)(1)转动转矩转动转矩转动转矩转动转矩T T 的产生的产生的产生的产生(2)(2)阻转矩阻转矩阻转矩阻转矩T TC C的产的产的产的产生生生生 在线圈和指针转动时，螺旋在线圈和
8、指针转动时，螺旋在线圈和指针转动时，螺旋在线圈和指针转动时，螺旋弹簧被扭紧而产生阻转矩弹簧被扭紧而产生阻转矩弹簧被扭紧而产生阻转矩弹簧被扭紧而产生阻转矩T TC C。线圈通入电流线圈通入电流 I 电磁力电磁力 F线圈受到的转矩线圈受到的转矩 T=k1IFSNF 线圈通入电流线圈通入电流 I 电磁力电磁力 F 线圈受到转矩线圈受到转矩 T 线圈和指针转动，线圈和指针转动，弹簧的弹簧的弹簧的弹簧的T TC C与与与与指针的偏转角指针的偏转角指针的偏转角指针的偏转角 成正比，成正比，成正比，成正比，即即即即 T TC C=k k2 2 当弹簧的阻转矩当弹簧的阻转矩T T与线圈受到的转矩与线圈受到的转
9、矩T TC C达到平达到平衡时，可动部分停止转动，此时有衡时，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当弹簧阻转矩与转动转矩达到平衡即当弹簧阻转矩与转动转矩达到平衡即当弹簧阻转矩与转动转矩达到平衡即T TC C=T T 时，时，时，时，可转动部分便停止转动，可转动部分便停止转动，可转动部分便停止转动，可转动部分便停止转动，T=k1I，T TC C=k k2 2 。仪表的标度尺上作均匀刻度。仪表的标度尺上作均匀刻度。仪表的标度尺上作均匀刻度。仪表的标度尺上作均匀刻度。3.3.阻尼作用的产生阻尼作用的产生阻尼作用的产生阻尼作用的产生 当线圈通入电流而发生偏转时，铝框切割磁
10、通，当线圈通入电流而发生偏转时，铝框切割磁通，当线圈通入电流而发生偏转时，铝框切割磁通，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，产生与在框内感应出电流，其电流再与磁场作用，产生与在框内感应出电流，其电流再与磁场作用，产生与在框内感应出电流，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转动方向相反的制动力，于是可转动部分受到阻尼转动方向相反的制动力，于是可转动部分受到阻尼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。作用，快速停止在平衡位置。作用，快速停止在平衡位置。作用，快速停止在平衡位置。即指针的偏转角
11、即指针的偏转角 结论结论:指针偏转的角度与流经线圈的电流成正比。指针偏转的角度与流经线圈的电流成正比。4.4.4.4.用途用途用途用途 5.优点：优点：刻度均匀；灵敏度和准确度高刻度均匀；灵敏度和准确度高；阻尼强；消耗；阻尼强；消耗 电能量小；受外界磁场影响小。电能量小；受外界磁场影响小。缺点：缺点：只能测量直流；价格较高；不能承受较大过载。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。测量直流电压、直流电流及电阻。1.1.结构结构结构结构 主要部分是固定的圆形线圈、线圈内部有固主要部分是固定的圆形线圈、线圈内部有固主要部分是固定的圆形线圈、线圈内部有固主要部分是固定
12、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。定的铁片、固定在转轴上的可动铁片。定的铁片、固定在转轴上的可动铁片。定的铁片、固定在转轴上的可动铁片。圆形线圈圆形线圈小室小室312450推斥式电磁式仪表推斥式电磁式仪表推斥式电磁式仪表推斥式电磁式仪表固定铁片固定铁片可动铁片可动铁片电磁式仪表电磁式仪表线圈通入电流 产生磁场 固定和可动铁片均被磁化，可动片因受斥力而带动指针转动。2.2.工作原理工作原理工作原理工作原理仪表的转动转矩仪表的转动转矩 T=k I 弹簧的阻转矩弹簧的阻转矩 TC=k2 弹簧的阻转矩弹簧的阻转矩TC与指针的偏转角与指针的偏转角 成正比，即成正比，即 当当 T=
13、TC 时，可动部分停止转动，时，可动部分停止转动，即指针的偏转角即指针的偏转角 结论结论:指针偏转的角度与直流电流或交流电流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。有效值的平方成正比。线圈通入电流线圈通入电流 I 磁场磁场 线圈通入电流线圈通入电流 I 磁场磁场 固定和可动铁片均被磁固定和可动铁片均被磁化化(同一端的极性是相同的同一端的极性是相同的)可动片因受斥力而带可动片因受斥力而带动指针转动，动指针转动，交流为交流为交流为交流为有效值有效值有效值有效值 因因因因指针的偏转角度与直流电流或交流有效值平方指针的偏转角度与直流电流或交流有效值平方指针的偏转角度与直流电流或交流有效
14、值平方指针的偏转角度与直流电流或交流有效值平方成正比，成正比，成正比，成正比，所以所以所以所以仪表标度尺上的刻度是不均匀的。仪表标度尺上的刻度是不均匀的。仪表标度尺上的刻度是不均匀的。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与轴相联的活塞在小室中移动产生阻尼力与轴相联的活塞在小室中移动产生阻尼力与轴相联的活塞在小室中移动产生阻尼力 空气阻尼器。空气阻尼器。空气阻尼器。空气阻尼器。3.3.用途用途用途用途 4.优点：优点：构造简单；价格低廉；构造简单；价格低廉；可用于交直流可用于交直流；能测量；能测量较大的电流；允许较大的过载。较大的电流；允许较大的过载。缺点：缺点：刻
15、度不均匀；易受外界磁场及铁片中磁滞和涡刻度不均匀；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。测量交流电压、交流电流。1.1.结构结构结构结构 有有有有两个两个两个两个线圈：固定线圈和可动线圈。线圈：固定线圈和可动线圈。线圈：固定线圈和可动线圈。线圈：固定线圈和可动线圈。可动线圈可动线圈可动线圈可动线圈与指针及空气阻尼器的活塞都固定在轴上。与指针及空气阻尼器的活塞都固定在轴上。与指针及空气阻尼器的活塞都固定在轴上。与指针及空气阻尼器的活塞都固定在轴上。螺旋弹簧螺旋弹簧固定线圈固定线圈可动线圈可动线圈空气阻尼器
16、空气阻尼器空气阻尼器空气阻尼器 产生阻尼力产生阻尼力 电动式仪表电动式仪表固定线圈中通过的电流 产生磁场，可动线圈中通过的电流 与磁场相互作用使指针转动。不能承受较大过载不能承受较大过载2.2.工作原理工作原理工作原理工作原理FF可动线圈可动线圈固定线圈固定线圈 固定线圈中的电流固定线圈中的电流 I1(i i1 1)磁场磁场 可动线圈中的电流可动线圈中的电流 I2(i i2 2)与磁场相互作用与磁场相互作用电磁电磁力力 F 线圈受到转矩线圈受到转矩 T 线圈和指针转动，线圈和指针转动，仪表的转动转矩仪表的转动转矩通入直流时，通入直流时，通入直流时，通入直流时，T=k1I1I2通入交流时，通入交
17、流时，通入交流时，通入交流时，T=k1I1I2cos i i1 1和和和和i i2 2的的的的有效值有效值有效值有效值i i1 1和和和和i i2 2之间之间之间之间的相位差的相位差的相位差的相位差弹簧的阻转矩弹簧的阻转矩 TC=k2 弹簧的阻转矩弹簧的阻转矩TC与指针的偏转角与指针的偏转角 成正比，即成正比，即 当当 T=TC 时，可动部分停止转动，时，可动部分停止转动，即指针的偏转角即指针的偏转角 结论结论:指针偏转的角度与两个电流指针偏转的角度与两个电流(对交流为有效值对交流为有效值)的乘积成正比。的乘积成正比。仪表的转动转矩仪表的转动转矩 通入直流时，通入直流时，通入直流时，通入直流时，T=k1I1I2通入交流时，通入交流时，通入交流时，通入交流时，T=k1I1I2cos =kI1I2 （直流直流直流直流）=kI1I2 cos （交流交流交流交流）i i1 1和和和和i i2 2之间之间之间之间的相位差的相位差的相位差的相位差4.优点：优点：可用于交直流；准确度较高。可用于交直流；准确度较高。缺点：缺点：受外界磁场影响大；受外界磁场影响大；不能承受较大过载不能承受较大过载。3.用途用途 测量交直流电压、电流及功率。测量交直流电压、电流及功率。