仪器仪表1.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,课程内容常用仪器、仪表及安全使用,主讲：长沙供电段教育科彭海石,常用仪表及安全使用,概念,:,仪表：在电工技术中，测量各种电磁量的仪器仪表统称为电工仪表。,第一节,仪表的分类及工作原理,第二节,仪表的误差和准确度,第三节,电流和电压测量,第四节,功率和电能的测量,第五节,电阻的测量,第六节,万用表,第七节,钳形电流表,第八节 摇表和接地电阻测量仪,常用仪表及安全使用,用来直接测量被测量的大小。,通过同基准的比较来获得被测值的大小。,第一节 仪表的分类及工作原理,直读式,比较式,仪表,（按测量方法分）,直读式电工仪表,（按指示方式分）,数字式,利用指针转动的位置来反映被测量值的大小，其工作原理和内部结构都比较简，价格较低，测量精度较低。,指示式,利用数码管或液晶显示被测量值的大小，性能好，精度高,按仪表的,工作原理分,一、指示仪表分类,磁电式,电磁式,电动式,感应式,整流式,数字式,常用仪表,按被测量,电源的种,类分,一、指示仪表分类,直流仪表,交流仪表,交直流两用仪表,按使用,方法分,一、指示仪表分类,安装式仪表,可携式仪表,按被测量,的名称分,一、指示仪表分类,电流表,电压表,功率表,电度表,欧姆表,兆欧表,一、指示仪表分类,按防护性能分,普通型,防尘型,防溅型,防水型,水密型,气密型,隔爆型,一、指示仪表分类,按仪表使,用条件分,A,，,A,1,，,B,，,B1,，,C,五组,按仪表准确,度等级分,七级,0.1,，,0.2,，,0.5,，,1.0,1.5,，,2.5,，,5.0,一、指示仪表分类,按仪表对外界磁场的防御能力不同,分四个等级,二、常用电工仪表的工作原理,常用的电工仪表,主要有三种,磁电式仪表,电磁式仪表,电动式仪表,磁电式仪表,（,1,）结构和工作原理,磁电式仪表主要由,固定部分,和,可动部分,组成。（如下图）,磁电式仪表,结构,固定部分,磁铁,1,极掌,2,固定铁芯,3,产生均匀,的磁场,作用,磁电式仪表,结构,可动,部分,可动线圈,4,游丝,5,指针,6,可动线圈通电时产生转动，带动指针偏转，指示读数。,作用,原 理：,当被测电流通过可动线圈时，在磁铁磁场的作用下，可动线圈产生一个转动力矩而发生偏转，仪表指针随之偏转。同时，装在转轴上的游丝变形，产生反作用力矩。当转动力矩与反作用力矩平衡时，指针稳定在某一个位置，并在标尺上指出被测量值。指针偏转角与被测电流的大小成正比。,磁电式仪表,原理,磁电式仪表,特点,特点,1,、刻度均匀分布,2,、只适用测量直流电。,3,、功率消耗低，测量灵敏度高，受外,磁场影响小。,4,、过载能力较差。,5,、结构复杂,磁电式仪表,用途,磁电式仪表,主要用于直流电流和电压的测量,整流元件,配合,用于交流电压和电流的测量,交换电流,配合,用于功率、频率等其它电量的测量,电磁式仪表,分类,根据仪表转动力矩产生方式，电磁式仪表可分为,扁线圈吸引型,和,圆线圈排斥型,。（如下图）,扁线圈吸引型仪表,原理,原 理：,当被测电流通过扁线圈时，在线圈周围产生磁场，偏心动铁片在磁场作用下被吸入线圈，指针也随之偏转。当转动力矩与游丝产生的反作用力矩平衡时，指针便稳定在某一确定的位置，指示出被测量值。,圆线圈排斥型仪表,原理,原 理：,当被测电流通过线圈时，线圈磁场使动铁片和定铁片同时被磁化为同一极性，两铁片互相排斥，产生转动力矩，使动铁片带动指针偏转指示仪表读数。反作用力矩同样由游丝产生。,电磁式仪表,特点,特点,1,、刻度不均匀。,2,、可测量交直流。,3,、功率消耗大，灵敏度低，受,外磁场干扰大。,4,、过载能力强。,5,、结构简单，价格低。,用 途,：,电磁式仪表是测量交流电压和交流电流的最常用的仪表。测量交流电时，仪表所指示的数值是交流电的有效值。,电磁式仪表,用途,电动式仪表,结构,电动式仪表由,固定线圈,和,可动线圈,组成。见下图,原 理：,当被测电流,I1,通过固定线圈时，线圈产生大小与,I1,成正比的磁场。同时可动线圈通过电流,I2,，可动线圈在固定线圈磁场的作用下产生转动力矩，带动指针偏转一个角度。当转动力矩与游丝反作用力矩平衡时，指针的偏转角即表示被测量的数值。,电动式仪表,原理,电动式仪表,特点,特点,1,、电动式仪表转动力矩与通过固定,线圈的电流和可动线圈的电流乘,积有关。,2,、可测量交直流。,3,、有较高的测量精度，最高可达到,0.1,级准确度。,4,、可动线圈和游丝截面积小，过载,能力较差。,电动式仪表用于测量交、直流电路的电压、电流或者如功率、功率因数等这类与两个电量有关的物理量。由于它具有较高的测量准确度，所以特别适合对交流电进行精密测量。,电动式仪表,应用,三、电工仪表的型号,电工仪表的型号是按规定的编号规则编制的，它可反映出仪表的用途和工作原理，不同结构形式的仪表有不同的编号规则。,安装式仪表的型号一般由形状代号，系列代号，设计序号，用途代号组成。形状代号第一位表示面板的最大尺寸，第二位表示仪表的外壳尺寸，系列代号表示仪表的工作原理编制，用途代号表示测量的量。,例如：,44C2-A,型电流表，其中，”,44“,为形状代号，表示面板和外壳为,40mm,，“,C”,表示磁电系仪表，“,2”,为设计序号，“,A”,表示测量电流。,可携式仪表的型号除了不用形状代号外，其他部分与安装式仪表相同。,三、电工仪表的型号,例如：,T62-V,型电压表，其中“,T”,表示电磁系仪表，“,62”,为设计序号，“,V”,表示测量电压。电度表的型号与可携式仪表基本相同，只是在型号前再加上一个“,D“,。例如，”,DD“,表示单相电度表，”,DT“,表示三相四线电度表，”,DS“,表示三相有功电度表，”,DX“,表示无功电度表。,三、电工仪表的型号,四、电工仪表的常用符号,常见符号见下表：,五、电工仪表的选用,仪表选用,1,、根据测量对象选择相应的仪表。,2,、根据被测量对象的大小，选择合,适的量程。,3,、根据被测量的精度要求。,4,、注意仪表使用的规定条件。,第二节 仪表的误差和准确度,一、仪表的误差及其分类,在电工测量中，我们把测量值与被测实际值之间的差值叫做仪表的测量误差。根据引起误差的原因，可将仪表的误差分为基本误差和附加误差两种。,一、仪表的误差及其分类,基本误差：,仪表在规定的正常工作条件下使用时而产生的误差。,附加误差：,在测量中，由于未能满足电工仪表的正常工作条件而产生的误差叫做附加误差。,二、仪表误差的表示方法,1,、绝对误差,：,=A,x,A,0,绝对误差,测量值,被测量,实际值,一、仪表误差的表示方法,2,、相对误差,Y,：,Y=,/A,0,100%,因,A,x,与,A,0,相差不大，所以常用,A,x,代替,A,0,进行近似计算，即：,Y=,/A,X,100%,相对误差,绝对误差,实际值,相对误差,测量不同大小的被测量时，用绝对误差是无法比较测量结果的准确程度的。,例如：测量,100V,的电压，绝对误差是,1V,，测量,10V,的电压，绝对误差也是,1V,，虽然两次的绝对误差都是,1V,，但你会认为第一次测量的结果较准确，因为第一次的测量误差为,1%,，而第二次的误差为,10%,，这就是相对误差的概念。,一、仪表误差的表示方法,3,、引用误差,Y,m,：,Y,m,=,/A,m,100%,引用误差,绝对误差,实际值,三、仪表的准确度,在电工测量中，通常用仪表的引用误差来表示仪表的准确度等级。,如一只量程为,100V,的电压表，在测量中可能产生的最大绝对误差是,1V,，由此计算其引用误差为：,Y,m,=1,/100,100%=1%,，,则这只电压表具有,1.0,级准确度。,我国生产的电工仪表准确度分为七级，各级引用误差如下表所示：,三、仪表的准确度,准确度等级,0.1,0.2,0.5,1.0,1.5,2.5,5.0,引用误差,0.1%,0.2%,0.5%,1.0%,1.5%,2.5%,5.0%,标准表,实验室用,电气工程测量,例如：测量,10V,电压，选用准确度,0.5,级，量程,100V,的电压表。测量中可能出现的最大绝对误差是：,三、仪表的准确度,Y,m,=,/Am100%,=0.5%100=0.5V,测量,10V,电压时的最大相对误差为：,Y=/A,0,100%,=0.5V/10,100%,=,5%,如果选用准确度,1.5,级，量程,15V,的电压表，则测量中可能出现的最大绝对误差是多少呢？,=1.5%15=0.225V,测量,10V,电压时的最大相对误差为：,Y=/A0100%,=0.225V/10,100%,=,2.25%,三、仪表的准确度,第三节 电流和电压测量,电流与电压是两个基本的电磁量。电流和电压的测量不但本身十分重要，而且其它电磁量和非电量也可转换成电流与电压进行测量。所以电流和电压的测量是电气测量的基础。,一、电流的测量,磁电系,电磁系,电动系,直流,电流,交流,电流,1,、电流表结构形式的选择,一、电流的测量,2,、电流表量程的选择,被测量大,小已知时,被测量大,小未知时,选用较大,量程试测,换用适,当量程,一、电流的测量,3,、电流表的接线方法,测量电流时，电流表必须串接在被测电路中。使用磁电系电流表测量直流时，还应注意使电流从“,+”,接线端流入，“,”,接线端流出电流表，否则，指针将反向偏转，电流表会受到损伤。,一、电流的测量,4,、电流表内阻对测量值的影响,为了减小电流表接入电路后对电路原始状态的影响，应选用内阻远小于被测电路电阻的电流表，电流表的内阻越小，测量结果越接近被测电流的实际值。,一、电流的测量,5,、电流表量程的扩大,（,1,）磁电系电流表扩大量程的方法：,并联电阻扩大量程。电路如下图。,I,I,1,R,1,A,I,S,R,S,5,、电流表量程的扩大,I,I,1,R,1,A,I,S,R,S,从图中可以看出：,I=I,1,+Is,；,I,1,R,1,=,I,s,R,s,由以上两式可得出：,I=I,1,（,I+R,1,/R,S,）,=KI,1,扩大量程时，已知,I,1,、,R,1,和,I,，,那么,R,S,=R,1,/,（,K-1,），其中，,K=I/I,1,例如，已知一磁电系表头内阻为,200,，量程为,500,A,，为扩大量程为,1A,，应并联多大的分流,电阻？,解：,K=I/I1=10,6,/500=2000,RS=R1/,（,K-1,）,=200/,（,2000-1,）,0.1,所以应并联一个,0.1,欧的分流电阻。,5,、电流表量程的扩大,（,2,）电磁系和电动系电流表采用将固定线圈分段，用连接片或转换开关等使各段线圈间组合成不同的串联和并联形式，以得到不同的量程。,5,、电流表量程的扩大,（,3,）采用电流互感器扩大交流量程，测量时，,被测电流通过互感器的一次绕组，电流表串接在,二次绕组中。此时，实际电流值等于电流表的读,数乘以电流互感器的变比。,接线图如下：,5,、电流表量程的扩大,A,A,A,A,采用电流互感器扩大量程接线图,二、电压的测量,1,、电压表结构型式的选择（与,电流表,相同）,2,、电压表量程的选择（与,电流表,相同）,3,、电压表的接线方法：测量时，应与被测电路或元件并联，使用磁电式仪表时，应使电压的高电位端接仪表的“,+”,，以免指针反向偏转，损坏仪表。,二、电压的测量,4,、电压表内阻对测量值 的影响,电压表的内阻越大，测量效果越好，准确度越高。,常用电压表中，磁电系电压表的内阻较大，灵敏度较高。,5,、电压表扩大量程的方法,1,、,串接分压电阻扩大电压表的量程,2,、,采用电压互感器扩大交流量程,串接分压电阻扩大电压表的量程,电路如下图：,V,Us,Rs,Uv,Rv,I,U,串接分压电阻扩大电压表的量程,电路如下图：,V,Us,Rs,Uv,Rv,I,U,式中：,K=U/,U,v,若已知,Uv,、,Rv,和,U,则,采用电压互感器扩大交流量程,接线图如下：,第四节 功率和电能的测量,功率和,电能的,测量,直流电路功率的测量,单相交流电路功率的测量,三相交流电路功率的测量,三相无功功率的测量,单相交流电路电能的测量,三相交流电路电能的测量,直流电路功率的测量,直流电路的功率,P=UI,可以使用电动系仪表做成功率表（又称瓦特表）进行测量。测量时，电流线圈与负载串联，电压线圈串联分压电阻后与负载并联。指针偏转角的大小取决于负载电流和负载电压的乘积。因此，在功率表的标度尺上可以直接读出被测功率的大小。功率表的符号和电路图如下：,直流电路功率的测量,使用功率表时，应注意的问题：,1,、,正确选择功率表量程,2,、,注意功率表的正确接线,3,、,正确读出功率表的读数,直流电路功率的测量,正确选择功率表量程,功率表,的量程,电流线圈的,额定电流,电压线圈的,额定电压,乘积,例如，有两只功率表，量程分别为,300V,、,5A,和,150V,、,10A,，显然，它们的功率量程均为,1500W,。若用来测量,220V,、,4.54A,的负载功,率，则应选用,300V,、,5A,的功率表，而,150V,、,10A,的功率表，则因电压量程小于负载电压，不,能选用。,正确选择功率表量程,注意功率表的正确接线,电动系功率表指针的偏转方向与两线圈中的电流方向有关，如果改变一个线圈的电流方向，指针就,将反转。为了防止指针反转，接线时必须使两线圈的电源端钮都接到同一极性的位置，经保证两线圈电流都从标有“*”的电源端钮流入，而且从“,+”,极到,“,”,极。满足这两种要求的接线方法有两种，其接线图如下：,注意功率表的正确接线,当负载电阻远远大于电流线圈内阻时，应采用,a,图接法。,当负载电阻远远小于电压线圈内阻时，应采用,b,图接法。,正确读出功率表的读数,例如：某功率表的电压量程为,300V,，电流量程为,1A,，标尺满刻度为,100,格，测量时指针偏转了,50,格，则功率表常数为,300,1,100=3,（,W/,格）,被测功率为：,3,50=150,（,W,）,二、单相交流电路功率的测量,单相交流电路的功率为,：,如果是纯电阻电路，就用交流电压表和电流表分别测出电压和电流，再计算功率；如果不是纯电阻电路，就必须选用电动系功率表，电动系功率表可直接测量单相交流电路的功率。其使用方法及注意事项与测量直流电路功率的方法相同。,三、三相交流电路功率的测量,三相交流,电路功率,的测量,利用单相功,率表组成,一表法,两表法,三表法,一表法测量,用于测量三相对称电路的功率。测量线路如下图：,两表法测量,用于测量三相三线制电路的功率。,测量线路如下图：,三表法测量,用于测量三相四线制不对称负载电路的功率。,测量线路如下图：,三相交流电路的无功功率为：,所以只要适当改变功率表的接线方法使其,U,、,I,保持,的相位差，就可以利用功率表来测量无功功率。三相对称负载电路无功功率的测量，可以采用有功两表相减法。测量线路与两表法测量功率的线路相同，将两表的计数之差再乘以 ，就是三相负载的总无功功率，单位为乏,Var,。,四、三相无功功率的测量,五、单相交流电路电能的测量,测量交流电能用的是感应式电度表，又称千瓦时表。,在单相电路中，电度表的接线方法原则上与功率表相同。,测量时如果被测电路负载电流、电压超过电度表电流、电压线圈的额定值，则应通过互感器再接入电度表。应当注意，凡经过互感器的电度表，其读数应乘以互感器的变比才是实际数值。,单相电度表接线图,三相交流电路电能的测量,在电力系统中，常采用三相电度表测量电能，它可以从标尺上直接读出三相总电能的数值。,三相,电度表,三相二元,件电度表,三相三元,件电度表,用于三相三,线制电路电,能的测量,用于三相四,线制电路电,能的测量,作用,作用,三相二元件电度表接线方法,三相三元件电度表接线方法,第五节 电阻的测量,在电工测量中，按被测电阻的大小不同，可分为小电阻（,1,欧以下）、中电阻（,1,欧,0.1,兆欧）、大电阻（,0.1,兆欧以上）的测量，其测量的方法也有所不同，本节只介绍常用的,伏安法,和,电桥法,。,伏安法,根据欧姆定律：电阻,R,等于其两端的电压除以流过电阻的电流,I,，即,R=U/I,，进行测量的方法就叫伏安法。其接线方法如下：,伏安法测量的优、缺点,缺 点：,1,、必须经过计算才能求出电阻；,2,、受仪表内阻的影响，测量精度较低；,优 点：,能在通电状态下进行测量，与实际工作状,态接近，有实用意义。,电桥法,电桥是一种利用比较法测量电路参数的仪表，其灵敏度、准确度都很高。测量电阻所用的为直流电桥。直流电桥又分为,直流单臂电桥,和,直流双臂电桥,。,直流单臂电桥,原理,直流单臂电桥又称惠斯登电桥，,是一种用于精确测量电阻的仪表，适用于测量,中值,电阻。其工作原理如右图：,计算公式为：,1,、校正检流计零位。,2,、连接线路。,3,、选择适当的比例臂倍率。,4,、电桥平衡调节。,5,、被测电阻的计算。,6,、测量后的操作。,直流单臂电桥,使用方法,直流双臂电桥又称凯尔文电桥，,它能排除或减小引线电阻和接触电阻，测量,低阻值电阻,具有较高的准确度。,使用直流双臂电桥时，除遵守单臂电桥的使用步骤外，还应注意以下两点：,1,、被测电阻应与电桥的电压端钮和电流端钮正确连接；,2,、工作时电流很大，要求电源容量要大，测量操作速度要快，以免耗电过多，测量结束应立即关断电源。,直流双臂电桥,第六节 万用表,万用表又称复用表，是一种多用途，多量程的可携式仪表。它是安装、维修电气设备时必备的仪表之一。,万用表,按读数,方式分,机械式,数字式,功能多、量程多、,使用方便、体积小、,便于携带,灵敏度和准确度高,显示清晰直观、功能,齐全、性能稳定,特点,特点,一、万用表的组成,万用表,的组成,测量机构,测量线路,转换开关,万用表的核心部件,万用表的中心环节,万用表的选择元件,二、万用表的工作原理,直流电流的测量,直流电压的测量,交流电流、电压档的测量,直流电阻的测量,直流电流的测量,直流电流档实质上是一只采用分流器的多量程直流电流表。原理示意图如下：,直流电压的测量,万用表的直流电压档，实质上是一个多量程的直流电压表，常用的原理示意图如下：,三、万用表的正确使用,使用注意事项：,1,、接线要正确,2,、选档要正确,3,、读数要正确,4,、正确转换量程,5,、结束测量,6,、欧姆档的正确使用,欧姆档的正确使用方法,1,、选择适当的倍率档。,2,、每转换一次量程，都要进行欧姆调零。,3,、不能带电测量。,4,、被测电阻不能有并联支路，不要使用两手去捏两表笔金属部分。,5,、测量电解电容、晶体管等有极性的元件时，必须注意表笔极性。,6,、用不同倍率欧姆档测量非线性元件时，测出的电阻值不同。,四、万用表的测量方法,1,、测量半导体二极管,2,、测量晶体三极管,3,、测量晶闸管,4,、测量电容,五、数字式万用表,使用方法：,1,、测量直流电压,2,、测量直流电流,3,、测量交流电压,4,、测量交流电流,5,、测量电阻,6,、测量二极管,7,、测量三极管,8,、检查线路通断,第七节 钳形电流表,钳形电流表的特点：,1,、不需要断开电路就可以测量交流电流。,2,、精度不高，只能用来对电路的运行情况作粗略的了解。,钳形电流表的结构和工作原理,钳形电流表实际上是一个,电流互感器,和,电流表,的组合。,其结构图如右：,1,、机械调零,2,、清洁钳口,3,、选择量程,4,、测量数值,5,、高量程档存放,钳形电流表的使用方法,1,、选择合适的量程，变换档位时，必须先将,钳口打开，不允许在测量中变换量程。,2,、当被测电流小于,5A,时，可将导线绕几圈放进钳口进行测量，其实际值为仪表读数除以导线绕的圈数。,3,、被测电压不可超过钳形电流表上所标明的规定数值。,4,、测量时注意人体相对带电部分的安全距离。,5,、当被测导线为裸导线时，必须事先将邻近各相间用绝缘板隔离，以防钳口张开时引起相间短路。,6,、要有人监护。,使用钳形电流表的注意事项,第八节 摇表和接地电阻测量仪,一、,摇表,二、,接地电阻测量仪,一、摇表,摇 表,又称兆欧表或高阻表，它是用来检测电气设备、供电线路绝缘电阻的一种可携式仪表。,摇表的结构,常用的摇表，主要是由磁电系流比计和手摇直流发电机组成。输出电压有,500V,、,1000V,、,2500V,、,5000V,几种。其结构示意图如下：,摇表的结构原理图,摇表的工作原理,摇表的原理电路图如下：,摇表的使用方法,1,、摇表的正确选用,2,、摇表的检查,3,、摇表的使用步骤,4,、摇表的使用注意事项,摇表的正确选用,1,、摇表的额定电压应根据被测电气设备的额定电压来选择。,2,、摇表的量程不要超过被测电阻值太多，以免引起测量误差。,3,、摇表的测量范围要与被测绝缘电阻的范围相吻合。,摇表的使用步骤,1,、将摇表放置平稳，并远离带电体和磁场，被测物表面擦干净，以保证测量的准确度。,2,、正确接线。,3,、由慢到快摇动手柄，直到转速达到,120r/min,左右，保持转速均匀、稳定。,4,、测量完毕，在摇表停止转动和被测设备接地放电后，才可用手拆除测量连线。,摇表的使用注意事项,1,、测量前必须切断被测设备的电源，并接地短路放电。用摇表测过的设备，也要及时放电。,2,、消除有可能出现的感应高电压后，才能进行测量。,3,、正确选用测量线。,4,、当发现指针指零时，应停止转动手柄。,5,、测量中不得触及设备的测量部分，以防触电。,6,、摇表的额定转速为,120r/min,，允许有,20%,的变化。,接地电阻测量仪,1,、接地电阻及其要求,2,、接地电阻测量仪的结构原理,3,、接地电阻测量仪的使用,接地电阻及其要求,电气设备的任何部分与接地体之间的连接称为“接地”，与土壤直接接触的金属导体称为接地体或接地电阻。,为了保证设备及人身的安全，电气设备金属外壳、框架以及避雷装置必须进行接地。接地装置安装后还应进行测量，必须把接地电阻值控制在要求范围内。,接地电阻测量仪的结构原理,接地电阻测量仪又称为接地电阻摇表，它是用来检查接地电阻的专用仪表。它是利用比较测量原理工作的。,组 成,手摇发电机,电流互感器,检流计,测量电阻,接地电阻测量仪结构原理图,接地电阻测量仪的使用,测量使用步骤如下：,1,、在测量前，需对接地电阻测量仪进行试验。,2,、连接接地电极和辅助探针。,3,、先用仪表最大量程进行试测量，如果测量刻度盘计数小,1,，则应将量程档减低一档再进行测量。,4,、计算结果：,接地电阻,=,测量刻度盘读数,量程,