电工仪表与测量(第五版)教案.ppt

第一章 基本知识 第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第一章 基本知识 1-1 常用电工测量方法 1.掌握电工测量的概念。 2.掌握常用电工测量方法。 第一章 基本知识 实践证明，测量结果准确与否，除了与 所使用的电工仪表有关之外，还与所选择 的测量方法有关。 所谓电工测量就是把被测的电量、磁量 或电参数与同类标准量 (即度量器 )进行比较， 从而确定被测量大小的过程。 一、电工测量 第一章 基本知识 常见的标准度量器 标准电阻 标准电感 标准电容 第一章 基本知识 特点： 凡能用直接指示的仪器仪表读 取被测量数值，而无需度量器直接参与 的测量方法，叫做直接测量法。 适用范围： 适用于准确度要求不太高 的场合。 二、常用的电工测量方法 第一章 基本知识 1、直接测量法的优缺点 优点： 方法简便，读数迅速。 缺点： 由于仪表接入被测电路后，会使 电路工作状态发生变化，因而这种测量方 法的准确度较低。 举例： 电流表测量电流，电压表测量电 压，功率表测量功率等。 第一章 基本知识 特点： 测量时先测出与被测量有关的电量， 然后通过计算求得被测量数值的方法，叫做 间接测量法。 适用范围： 在准确度要求不高的特殊场 合。 2、间接测量法 第一章 基本知识 3、间接测量法的优缺点 优点： 在准确度要求不高的一些特殊场 合应用十分方便。 缺点： 误差较大。 举例： 伏安法测量电阻；通过测量晶体 三极管发射极电压求得放大器静态工作点 IC的方法。 第一章 基本知识 用间接法测量晶体管放大器的直流静态工作点 +UCC +USC UE1 UE2 三、用间接测量法测量晶体 管放大器的直流静态工作点 第一章 基本知识 过去，要测量晶体管放大器的静态工 作点，一般采用直接测量法测量其集电 极电流 Ic，这样既浪费时间，又容易损 坏电路板，如图 1 1 2所示。 现在，在修理电子电器时，大都采用 间接法测量其集电极电流 Ic，如图 1 1 2所示。测量时只需要用电压表测量 三极管发射极的电位，就能通过 IcIe=UeRe近似求得静态工作点 Ic。 第一章 基本知识 用间接测量法测量放大电路的直流静态工作点，虽 然准确度较低，但是由于其方便快捷，不易损坏电路 板，因此得到了广泛的使用。 用直接测量法和间接测量法测量放大电路的直流静态 工作点 第一章 基本知识 思考与练习 什么叫度量器？基准度量器和标准度量 器相比，谁的准确度更高一些？ 常用的电工测量方法分哪几类？各自的 优缺点有哪些？各适合于哪些场合？ 为什么要用间接测量法测量晶体管放大 器的静态工作点，而不用直接测量法？ 返回章目录 第一章 基本知识 1-2常用电工仪表的分类、型号及标志 1.掌握常用电工仪表的分类方法。 2.能识别电工指示仪表的型号和标志。 第一章 基本知识 一、常用电工仪表的分类 在电工测量中，测量各种电量、磁量及电 路参数的仪器仪表统称为电工仪表。 电工仪表种类很多，按结构和用途不同， 主要分为指示仪表、比较仪表、数字仪表和 智能仪表四大类。 第一章 基本知识 指示仪表 特点： 能将被测量转换为仪表可动部分的机 械偏转角，并通过指示器直接指示出被测量的大 小，故又称为直读式仪表。 按工作原理分类 ： 主要有磁电系仪表、电 磁系仪表、电动系仪表和感应系仪表。此外，还 有整流系仪表、铁磁电动系仪表等。 典型仪表： 安装式仪表、便携式仪表 第一章 基本知识 常见的安装式仪表 第一章 基本知识 便 携 式 仪 表 第一章 基本知识 比较仪表 比较仪表的特点： 在测量过程中，通过 被测量与同类标准量进行比较，然后根据 比较结果才能确定被测量的大小。 比较仪表分类： 直流比较仪表和交流比 较仪表。直流电桥和电位差计属于直流比 较仪表，交流电桥属于交流比较仪表。 典型仪表： 比较式直流电桥 第一章 基本知识 比 较 式 直 流 电 桥 第一章 基本知识 数字仪表 数字仪表的特点： 采用数字测量技术， 并以数码的形式直接显示出被测量的大小。 数字仪表的分类： 常用的有数字式电压 表、数字式万用表、数字式频率表等。 典型仪表： 数字式电压表 第一章 基本知识 数字式电压表 第一章 基本知识 智能仪表 智能仪表的特点： 利用微处理器的控制和计算 功能，这种仪器可实现程控、记忆、自动校正、 自诊断故障、数据处理和分析运算等功能。 智能仪表的分类： 智能仪表一般分为两大类： 一类是带微处理器的智能仪器；另一类是自动测 试系统。 典型仪表： 数字式存储示波器 第一章 基本知识 数字式存储示波器 第一章 基本知识 二、电工指示仪表的型号 安装式指示仪表的型 号 便携式指示仪表的型号 电能表的型号 第一章 基本知识 1、安装式指示仪表型号的编制规则 4 2 C 1 0 A 形 状 第 二 位 代 号 形 状 第 一 位 代 号 系 列 代 号 设 计 序 号 用 途 号 表示一块设计序号为 10的安装式磁电系电流表 第一章 基本知识 2、便携式指示仪表型号的编制规则 系 列 代 号 设 计 序 号 用 途 号 表示一块设计序号为 19的便携式电磁系电流表 T 19 A 注意：便携式仪 表和安装式仪表 的区别在于其系 列代号前面是否 有数字！ 第一章 基本知识 便携式指示仪表和安装式指示仪表型号的区别 主要是看其组别号前面是否有数字 :无数字的是便 携式指示仪表，有数字的是安装式指示仪表。购买 安装式指示仪表时一定要选择形状代号符合安装要 求的仪表，否则购买的仪表可能安装不到开关柜上 去。 第一章 基本知识 3、电能表型号的编制规则 系列 代号 设计 序号 表示一块设计序号为 282的单相电能表 DD 282 系列代号中 DD 单相电能表 DS 三相电能表 DX 无功电能表 第一章 基本知识 三、电工仪表的标志 不同的电工仪表具有不同的技术特性， 为方便选择和使用仪表，规定用不同的符 号来表示这些技术特性，并标注在仪表的 面板上，这些图形符号叫做仪表的标志。 第一章 基本知识 测量单位的符号 第一章 基本知识 按外界条件分组的符号 第一章 基本知识 识别电流表的表盘上的符号 上面仪表面板上的型号符号及图形符 号的含义是什么？ 第一章 基本知识 思考与练习 电工仪表按结构和用途的不同，分为哪 几类？各自的特点是什么？ 电工指示仪表按工作原理分为哪几类？ 画出各自的标志图形符号。 解释下列电工仪表型号的含义： 45T1 cosj T62 V DS36 DT12 D3 Hz DD862 返回章目录 第一章 基本知识 1-3 电工仪表的误差和准确度 1.了解误差的三种表示方法。 2.掌握仪表的准确度及意义。 第一章 基本知识 误差 ：在电工测量中，无论哪种电工仪 表，也不论其质量多高，它的测量结果与 被测量的实际值之间总会存在一定的差值， 这个差值叫做误差。 准确度 ：是指仪表的测量结果与实际值 的接近程度。 可见，仪表的准确度越高，误差越小。误差值 的大小可以用来反映仪表本身的准确程度。 第一章 基本知识 一、仪表的误差及分类 基本误差： 仪表在正常工作条件下，由于 仪表本身的结构、制造工艺等方面的不完善而 产生的误差叫基本误差。基本误差是仪表本身 所固有的误差，一般无法消除。 附加误差： 仪表因为偏离了规定的工作条 件而产生的误差叫附加误差。附加误差实际上 是一种因外界工作条件改变而造成的额外误差， 一般可以设法消除。 第一章 基本知识 绝对误差 相对误差 引用误差 二、误差的表示方法 第一章 基本知识 仪表的指示值 Ax与被测量实际值 A0之间 的差值，叫做绝对误差。 Ax A0 在计算 值时，通常可用标准表的指示值作为 被测量的实际值。 将上式变形可得 A0 Ax Ax+（ ） Ax +C 上式中的 C 称为仪表的校正值。 1、绝对误差 第一章 基本知识 实际中在测量同一被测量时， 我们可以用绝对误差的绝对值来比较 不同仪表的准确程度，越小的仪表越 准确。 第一章 基本知识 例 用一只标准电压表来校验甲、乙两只电压表，当 标准表的指示值为 220V时，甲、乙两表的读数分别为 220.5V和 219V，求甲、乙两表的绝对误差。 解：代入绝对误差的定义式得 甲表的绝对误差 1 Ax1 A0 220.5 220 0.5V 乙表的绝对误差 2 Ax2 A0 219 220 1V 第一章 基本知识 绝对误差 与被测量实际值 A0比值的百 分数，叫做相对误差 ， 即 一般情况下实际值 A0难以确定，而仪表 的指示值 AxA0，故可用以下公式计算 %100 x A %100 0 A 2、相对误差 第一章 基本知识 实际测量中，相对误差不仅常用 来表示测量结果的准确程度，而且便 于在测量不同大小的被测量时，对其 测量结果的准确程度进行比较。 第一章 基本知识 例 已知甲表测量 200V电压时 l +2V， 乙表测量 10V电压时 2 +1V，试比较两表 的相对误差。 解：甲表相对误差为 乙表相对误差为 %1%10 020 02%10 0 01 1 1 A %10%10010 1%100 02 2 2 A 第一章 基本知识 在测量不同大小的被测量时，不 能简单地用绝对误差来判断测量结 果的准确程度。只能用相对误差来比 较测量结果的准确程度。 第一章 基本知识 绝对误差 与仪表量程（最大读数） Am比值的百分数，叫做引用误差 m，即 %100 m m A 工程中，一般采用引用误差来反映 仪表的准确程度。 3、引用误差 m 第一章 基本知识 引用误差实际上就是仪表在最大 读数时的相对误差，即满度相对误差。 因为绝对误差基本不变，仪表量程 Am也不变，故引用误差 m可以用来表 示一只仪表的准确程度。 第一章 基本知识 国家标准中规定以最大引用误差 来表示仪表的准确度。 三、仪表的准确度 第一章 基本知识 仪表的准确度： 仪表的最大绝对误差 m与 仪表量程 Am比值的百分数，叫做仪表的准确 度（ K）。即 %1 00% m m AK K表示仪表的准确度等级，它的百分数表示 仪表在规定条件下的最大引用误差。 最大引用误差越小，仪表的基本误差越小， 准确度越高。 第一章 基本知识 准确度 等级 0.1 0.2 0.5 1.0 1.5 2.5 5.0 基本误差 （ %） 0.1 0.2 0.5 1.0 1.5 2.5 5.0 仪表的基本误差 若已知仪表量程，可求出不同准确 度等级仪表所允许的最大绝对误差 m， 即 100 m m AK 第一章 基本知识 例 用准确度等级为 5.0级、量程为 500V的电压表，分 别测量 50V和 500V的电压。求其相对误差各为多少 ? 解：先求出该表的最大绝对误差 测量 50V电流时产生的相对误差为 测量 500V电流时产生的相对误差为 V2510 0 50 00.510 0 mm AK %50%10050 25%100 01 1 1 A %5%100500 25%100 02 2 2 A 第一章 基本知识 由以上计算结果可以看出 : 一般情况下，测量结果的准确度并不等 于仪表的准确度，只有当被测量正好等于仪 表量程时，两者才会相等。 实际测量时，为保证测量结果的准确性， 不仅要考虑仪表的准确度，还要选择合适的 量程。 第一章 基本知识 通常测量时要使仪表指针处在满刻度 的后三分之一段。 仪表指针的正确位置 第一章 基本知识 思考与练习 仪表的误差分哪几类？外磁场变化引起 的误差叫什么误差？能否消除？ 误差的表示方法有哪几种？各自适用于 哪些场合？ “ 仪表的准确度越高，测量准确度也越 高 ” 这话对吗？为什么？ 什么叫 “ 合适的仪表量程 ” ？ 返回章目录 第一章 基本知识 1-4 测量误差及消除方法 1.熟悉测量误差的概念。 2.掌握产生测量误差的原因及其消除方法。 第一章 基本知识 根据产生测量误差的原因不同，测量误 差可分为： 系统误差 偶然误差 疏失误差 第一章 基本知识 定义：指在相同条件下多次测量 同一量时，误差的大小和符号均保 持不变，而在条件改变时遵从一定 规律变化的误差。 一、系统误差 第一章 基本知识 测量仪表的误差。包括基本误差和 附加误差。 测量方法的误差。 仪表受外磁场的影响。 仪表本身不完善和外界因素影响造 成的误差。 系统误差产生的原因 第一章 基本知识 重新配置合适的仪表或对仪表进行校正。 采用合理的测量方法。 采用正负误差补偿法。 采用替代法。 引入校正值。 消除系统误差的方法 第一章 基本知识 二、偶然误差 定义： 偶然误差是一种大小和符号 都不固定的误差，又称为 “ 随机误 差 ” 。 第一章 基本知识 偶然误差产生的原因及消除方法 原因 ：偶然误差主要由外界环境的偶 发性变化引起。 消除方法 ：采用增加重复测量次数取 算术平均值的方法来消除偶然误差对测量 结果的影响。 第一章 基本知识 定义： 疏失误差是一种严重歪曲测 量结果的误差。 三、疏失误差 第一章 基本知识 疏失误差产生的原因及消除方法 原因 ：主要由于操作者的粗心和疏忽 造成。另外也包括由于操作者素质太差， 不懂正确读数而造成的误差。 消除方法 ：对含有疏失误差的测量结 果应抛弃不用。消除疏失误差的根本方法 是加强操作者的工作责任心，倡导认真负 责的工作态度，同时要提高操作者的素质 和技能水平。 第一章 基本知识 以前学过的各种误差小结 基本误差 附加误差 绝对误差 误差的表示方法 相对误差 引用误差 系统误差 测量误差 偶然误差 疏失误差 仪表误差 第一章 基本知识 思考与练习 什么叫测量误差？它分为哪几类？ 测量误差和仪表误差之间有什么关系？ “ 正负误差补偿法可以消除系统误差 ” ， 这句话对吗？为什么？ 如何消除偶然误差？ 如何消除疏失误差？ 返回章目录 第一章 基本知识 1-5 电工指示仪表的组成 1.掌握电工指示仪表的组成。 2.熟悉电工指示仪表的主要装置。 第一章 基本知识 测量线路 测量机构 作用是把不同的被 测电量按一定比例 转换成能被测量机 构接受的过渡电量 作用是把过渡电 量转换成仪表可 动部分的机械偏 转角 被测电量 x 过渡电量 y 指针偏转角 y=f (x) =F(y)=(x) 一、基本组成 第一章 基本知识 测量线路通常由电阻、电容、电感、二 极管等电子元件组成。应注意，不同的仪 表其测量线路是不相同的，如电流表中采 用分流电阻，电压表中采用分压电阻等。 为使仪表指针的偏转角能够正确反映被 测量的数值，要求偏转角一定要与被测电 量 (过渡电量 )保持一定的函数关系。 二、测量线路 第一章 基本知识 转动力矩装置 反作用力矩装置 阻尼力矩装置 读数装置 支撑装置 三、测量机构 第一章 基本知识 1、转动力矩装置 产生转动力矩的装置都由固定部分 和可动部分组成。 转动力矩 M的大小与被测量 x及指针 偏转角 成某种函数关系。 第一章 基本知识 2、反作用力矩装置 反作用力矩 Mf一般由游丝产生。其 方向总是与转动力矩的方向相反，大 小在游丝的弹性范围内与指针偏转角 成正比。 第一章 基本知识 用游丝产生反作用力矩的装置 第一章 基本知识 在电工指示仪表中，除利用游丝产生反作用力矩外， 还有利用电磁力来产生反作用力矩的。 第一章 基本知识 3、阻尼力矩装置 为了缩短可动部分摆动的时间以利 于尽快读数，仪表中还必须有产生阻 尼力矩的装置。 电工指示仪表中常用的阻尼力矩有 空气阻尼器和磁感应阻尼器两种。 第一章 基本知识 阻尼力矩特点 阻尼力矩 Mz只在仪表可动部分运动 时才能产生。 Mz的大小与运动速度成 正比，方向与可动部分的运动方向相 反。当可动部分在平衡位置静止时， Mz 0。 第一章 基本知识 空气阻尼器 磁感应阻尼器 常见阻尼器 第一章 基本知识 4、读数装置 读数装置由指示器和刻度盘组成。 指示器分指针式和光标式两种。指 针又分矛形和刀形，如图所示。指针 通常采用铝合金等材料制成，轻而坚 固。 光标式指示器可以完全消除视觉误 差，适用于一些高灵敏度和高准确度 的仪表。 第一章 基本知识 仪表的指示器 矛形指针 刀形指针 光标指示器 第一章 基本知识 安装反射镜的表盘 反射镜 第一章 基本知识 5、支撑装置 测量机构中的可动部分要随被测量 大小而偏转，就必须有支撑装置。 常见的支撑方式有以下两种： 轴尖轴承支撑方式 张丝弹片支撑方式 第一章 基本知识 轴尖轴承支撑方式 张丝弹片支撑方式 第一章 基本知识 思考与练习 电工指示仪表由哪几部分组成？各自的 作用是什么？哪个是仪表的核心？ 电工指示仪表的测量机构中能产生几种 力矩？这几种力矩的特点是什么？ 测量机构中若没有阻尼力矩，会产生什 么现象？ 返回章目录 第一章 基本知识 1-6 电工指示仪表的技术要求 1.了解电工指示仪表的技术要求。 2.熟悉仪表灵敏度的概念。 第一章 基本知识 一、要有足够的准确度 标准表或精密测量时可选用 0.1级或 0.2级的仪表。 实验室一般选用 0.5级或 1.0级的仪表。 一般的工程测量可选用 1.5级以下的 仪表。 第一章 基本知识 仪表的灵敏度 在电工指示仪表中 ， 仪表可动部分偏转角 的变化量 与被测量的变化量 x之比值叫 做仪表的灵敏度 。 用 S表示 。 即 灵敏度描述了仪表对被测量的反应能力， 即反映了仪表所能测量的最小被测量。 x S 第一章 基本知识 二、要有合适的灵敏度 在实际测量中，要根据被测量的要求选 择合适的灵敏度。 例如万用表的测量机构就要选用灵敏度 较高的仪表，而一般工程测量就不要选用 灵敏度较高的仪表，以降低成本。 第一章 基本知识 三、要有良好的读数装置 良好的读数装置是指仪表的标度尺刻度 应尽量均匀，以便于准确读数。对刻度不 均匀的标度尺，应标明读数的起点，并用 符号 “ ”表示。 第一章 基本知识 均匀刻度便于读数 不均匀刻度易出现 读数误差 第一章 基本知识 四、要有良好的阻尼装置 良好的阻尼装置是指当仪表接入电路后， 指针在平衡位置附近摆动的时间要尽可能 短，在仪表测量时指针能够均匀地、平稳 地指向平衡位置，以便迅速读数。 若阻尼装置失效，则仪表会出现指针在 平衡位置左右摆动，长时间不能停留在平 衡位置，从而延长读数的时间。 第一章 基本知识 五、仪表本身消耗功率小 如果仪表本身消耗功率太大，轻者会改 变被测电路原有的工作状态，从而产生较 大的测量误差，重者可能造成仪表损坏。 第一章 基本知识 六、要有足够的绝缘强度 使用中严禁测量电路的电压超过仪表的 绝缘强度试验电压，否则将引起危害人身 和设备安全的事故。 第一章 基本知识 七、要有足够的过载能力 在实际使用中，由于某些原因使仪表过 载的现象经常发生，因此要求仪表具有足 够的抗过载能力，以延长仪表的使用寿命。 否则仪表一旦过载，轻者指针被打弯，重 者可能损坏仪表。 第一章 基本知识 八、仪表的变差要小 仪表在反复测量同一被测量时，由于摩 擦等原因造成的两次读数不同，它们的差 值称为 “ 变差 ” 。 一般要求仪表的 “ 变差 ” 不应超过其基 本误差的绝对值。 第一章 基本知识 思考与练习 仪表的准确度越高越好吗？为什么？ 为什么仪表要有良好的读数装置？ 仪表不加装阻尼力矩装置会出现什么现 象？ 如何选择一块适合自己使用的万用表？ 为什么要求仪表具有足够的过载能力？ 第一章 基本知识 在挑选仪表时，要根据使用和测量的要求，针 对以上几个技术要求，全面而又有所侧重地进行选 择，选出合适的仪表。例如，在实验中，要尽量选 择准确度较高的仪表，以确保实验结果的准确 ;而 在工厂企业进行一般的机床维修时，就可以选择准 确度稍低的仪表来使用。在测量较高电压的场合， 要特别注意仪表的绝缘强度是否满足要求 ;而在电 压波动大或负载变化大的场合，要注意仪表的过载 能力是否能够满足要求等。 返回章目录