电气测量技术课件

电气测量技术电气测量技术华北电力大学华北电力大学 王民富王民富8.1电工测量仪表的分类电工测量仪表的分类8.2电工测量仪表的型式电工测量仪表的型式8.3电流的测量电流的测量8.4电压的测量电压的测量8.5万用表万用表8.6功率的测量功率的测量8.7兆欧表兆欧表电电工工测测量量仪仪表表的的基基本本构构造造、工工作作原原理理和和正正确确的的使使用用方法，以及电压、电流、电阻和功率的测量方法。方法，以及电压、电流、电阻和功率的测量方法。8.1电工测量仪表的分类电工测量仪表的分类通常用的电工测量仪表按照下列几个方面分类：通常用的电工测量仪表按照下列几个方面分类：1按照被测量的种类分类按照被测量的种类分类2按照工作原理分类按照工作原理分类3按照电流的种类分类按照电流的种类分类4按照准确度分类按照准确度分类1按照被测量的种类分类按照被测量的种类分类符号符号被测量的种类被测量的种类仪表名称仪表名称电流电流电流表电流表电压表电压表电压电压电功率电功率电能电能毫安表毫安表千伏表千伏表功率表功率表千瓦表千瓦表电度表电度表AkWVWmAkWhkV1按照被测量的种类分类符号符号被测量的种类被测量的种类仪表名称仪表名称相位表相位表频率表频率表欧姆表欧姆表相位差相位差频率频率电阻电阻兆欧表兆欧表 M f 2按照工作原理分类3按照电流的种类分类型式型式符号符号被测量的种类被测量的种类电流的种类与频率电流的种类与频率磁电式磁电式整流式整流式电磁式电磁式电动式电动式电流、电压、电阻电流、电压、电阻电流、电压电流、电压电流、电压电流、电压电流、电压、功率、电流、电压、功率、功率因数、电能量功率因数、电能量直流直流工频及较高频率的工频及较高频率的交流交流直流及工频交流直流及工频交流直流及工频与较高直流及工频与较高频率的交流频率的交流3按照电流的种类分类按照电流的种类分类电电工工测测量量仪仪表表可可分分为为直直流流仪仪表表、交交流流仪仪表表和和交交直直流流两两用用仪表。仪表。4按照准确度分类准准确确度度是是电电工工测测量量仪仪表表的的主主要要特特性性之之一一。仪仪表表的的准准确确度度与其误差有关。一种是基本误差，另一种是附加误差。与其误差有关。一种是基本误差，另一种是附加误差。仪仪表表的的准准确确度度是是根根据据仪仪表表的的相相对对额额定定误误差差来来分分级级的的。相相对对额额定定误误差差是是指指仪仪表表在在正正常常工工作作条条件件下下进进行行测测量量可可能能产产生生的的最最大大基基本本误误差差与与仪仪表表的的最最大大量量程程(满满标标值值)之之比比，用用百百分分数数表表示，则为示，则为目目前前我我国国直直读读式式电电工工测测量量仪仪表表按按准准确确度度分分为为 0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5 和和 5.0 七级。七级。例如有一准确度为例如有一准确度为 2.5 级的电压表，其最大量程为级的电压表，其最大量程为 50 V，则可能产生的最大基本误差为则可能产生的最大基本误差为 U=Um=2.5%50 V=1.25 V4按照准确度分类按照准确度分类若若用用准准确确度度为为 2.5 级级、最最大大量量程程为为 50 V 的的电电压压表表，测测量量实际为实际为 10 V 的电压时，则相对测量误差为的电压时，则相对测量误差为而用它测量实际为而用它测量实际为 40 V 的电压时，则相对测量误差为的电压时，则相对测量误差为因因此此，在在选选用用仪仪表表 的的量量程程时时，应应使使被被测测量量的的值值接接近近满满标标值。一般应使被测量值超过仪表的满标值一半以上。值。一般应使被测量值超过仪表的满标值一半以上。准准确确度度等等级级较较高高的的仪仪表表常常用用来来进进行行精精密密测测量量或或校校正正准准确确度等级较低的仪表。度等级较低的仪表。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 号号意义意义交流交流直流直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 2000 V仪表直立位置仪表直立位置仪表水平位置仪表水平位置仪表倾斜仪表倾斜 60 放置放置_ _或或3 2 kV 60 8.2电工测量仪表的型式电工测量仪表的型式直直读读式式仪仪表表按按照照工工作作原原理理可可分分为为：磁磁电电式式、电电磁磁式式和和电电动式几种。动式几种。通通常常，直直读读式式仪仪表表主主要要由由产产生生转转动动转转矩矩部部分分、产产生生阻阻转转矩的部分和阻尼器等组成。矩的部分和阻尼器等组成。8.2.1磁电式仪表磁电式仪表 另见动画教学另见动画教学“磁电式仪表磁电式仪表”8.2.2电磁式仪表电磁式仪表 另见动画教学另见动画教学“推斥式电磁式仪表推斥式电磁式仪表”8.2电工测量仪表的型式电工测量仪表的型式8.2.3电动式仪表电动式仪表 另见动画教学另见动画教学“电动式仪表电动式仪表”8.2.4全数字仪表全数字仪表 被测量由互感器或传感器的模拟量转换为数字量被测量由互感器或传感器的模拟量转换为数字量（A/DA/D）,再由单片机为核心的测量模块经数字处理后再由单片机为核心的测量模块经数字处理后LCD/LEDLCD/LED显示。显示。8.3电流的测量电流的测量通通常常测测量量直直流流电电流流用用磁磁电电式式电电流流表表，而而测测量量交交流流电电流流主主要要采采用用电电磁磁式式电电流流表表。电电流流表表应应串串联联在在电电路路中中。为为了了使使电电路路的的工工作作不不受受接接入入电电流流表表的的影影响响，电电流流表表的的内内阻阻必须很小。必须很小。采采用用磁磁电电式式电电流流表表测测量量电电流流时时，为为了了扩扩大大它它的的量量程程，应在测量机构上并联一个称为应在测量机构上并联一个称为分流器分流器的低值电阻的低值电阻 RA。A AI负负载载II0RA负负载载R0电流表与分流器电流表与分流器图中图中 I0 与与 I 的关系为的关系为即即式中式中 R0 是测量机构的电阻。是测量机构的电阻。例例 1 有有一一磁磁电电式式表表头头，当当无无分分流流器器时时，表表头头的的满满标标值值电电流流为为 5 mA。表表头头电电阻阻为为 20 。今今欲欲使使其其量量程程为为 1 A，问问分分流器的电阻应为多大？流器的电阻应为多大？解解 测量交流大电流时，可用电流互感器扩大电流表的量程。测量交流大电流时，可用电流互感器扩大电流表的量程。注意：注意：8.4电压的测量电压的测量测测量量直直流流电电压压常常用用磁磁电电式式电电压压表表，而而测测量量交交流流电电压压常常用用电电磁磁式式电电压压表表。电电压压表表应应并并联联在在欲欲测测电电压压的的负负载载、电电源源或或一一段段电电路路中中。为为了了使使电电路路的的工工作作不不受受接接入入电电压压表表的的影影响响，电电压压表的内阻必须很大。表的内阻必须很大。为为了了扩扩大大电电压压表表的的量量程程，应应在在测测量量机机构构上上串串联联一一个个称称为为倍压器倍压器的高值电阻的高值电阻 RV。电压表和倍压器电压表和倍压器V V负负载载+URV负负载载R0U0+UV V负负载载+URV负负载载R0U0+U电压表和倍压器电压表和倍压器由图中可得由图中可得即即V V负负载载+URV负负载载R0U0+U电压表和倍压器电压表和倍压器 例例 1 有有一一电电压压表表，其其量量程程为为 50 V，内内阻阻为为 2000 。今今欲欲使使其其量量程程扩扩大大到到 300 V，问问还还需需串串联联多多大大电电阻阻的的倍倍压压器器？解解 8.5万用表万用表8.5.1磁电式万用表 万万用用表表可可测测量量多多种种电电量量，虽虽然然准准确确度度不不高高，但但是是使使用用简简单，携带方便，特别适用于检查线路和修理电气设备。单，携带方便，特别适用于检查线路和修理电气设备。8.5.1磁电式万用表磁电式万用表 磁磁电电式式万万用用表表由由磁磁电电式式微微安安表表、若若干干分分流流器器和和倍倍压压器器、半半导导体体二二极极 管管及及转转换换开开关关等等组组成成，可可用用来来测测量量直直流流电电流流、直直流流电电压压、交交流流电电压压和电阻等。和电阻等。测量直流电流原理电路测量直流电流原理电路RRA1 A500mA50mA5mA0.5mA50 ARA2RA3RA4RA5+8.5.1磁电式万用表磁电式万用表 1直流电流的测量直流电流的测量测量直流电流原理电路测量直流电流原理电路RRA1 A500mA50mA5mA0.5mA50 ARA2RA3RA4RA5+被被测测电电流流从从“+”“”“”两两端端进进出出。RA1 RA5 是是分分流流器器电电阻阻，改改变变转转换换开开关关的的位位置，就可改变电流的量程。置，就可改变电流的量程。8.5.1磁电式万用表磁电式万用表 2直流电压的测量直流电压的测量测量直流电压原理电路测量直流电压原理电路被被测测电电压压加加在在“+”、“”两两端端。RV1、RV2 是是倍倍压压器器电电阻阻，改改变变转转 换换开开关关的的 位位置置，就就可可改改变变电电压压的的量量程程。量量程程愈愈大大，倍倍压压器器的的电电阻阻也也愈愈大大。仪仪表表的的灵灵敏敏度度可可以以表表明明这这一一特征。特征。RA A1V5VRV1RV2RV3+R25V仪仪表表的的灵灵敏敏度度是是用用仪仪表表总总内内阻阻除除以以电电压压量量程程。灵灵敏敏度度愈愈高高被测电路受仪表的影响愈小。被测电路受仪表的影响愈小。MF-30 万万用用表表在在直直流流电电压压 25 V 挡挡上上仪仪表表的的总总内内阻阻为为 500 k，则这挡的灵敏度为，则这挡的灵敏度为8.5.1磁电式万用表磁电式万用表 3交流电压的测量交流电压的测量测量交流电压原理电路测量交流电压原理电路被被测测电电压压加加在在“+”、“”两两端端。在在正正半半周周时时，设设电电流流从从“+”流流进进，经经二二 极极管管 D1，部部分分电电流流经经微微安安表表流流出出。在在负负半半周周时时，电电流流直直接接经经 D2 从从“+”端端 流流出出。可可见见，通通过过微微安安表表的的是是半半波波电电流流，读读数数为为该该电电流流的的平平均均值值。为为此此，表表中中加加一一 600 交交流流调整电位器调整电位器,100V10VRV1RV2+R AD1D2600 万万用用表表交交流流电电压压挡挡的的灵灵敏敏度度一一般般较较直直流流电电压压挡挡低低。MF-30万用表交流电压挡的灵敏度为万用表交流电压挡的灵敏度为 5 k/V。用来改变表盘刻度；用来改变表盘刻度；RV1、RV2，是倍压电阻，用以改变电压量程。，是倍压电阻，用以改变电压量程。4电阻的测量电阻的测量测量电阻原理电路测量电阻原理电路被被测测电电阻阻加加在在“+”、“”两两端端。测测量量前前应应将将“+”、“”两两端端短短接接，看看指指针针是是否否偏偏转转最最大大而而指指在在零零，否否则则应应转转动动零零欧欧姆姆调调节节电电位位器器进行校正。进行校正。注注意意：使使用用电电阻阻挡挡绝绝对对不不能能在在带带电电线线路路上上测测量量电电阻阻。用用毕将转换开关转到高电压挡。毕将转换开关转到高电压挡。8.5.1磁电式万用表磁电式万用表 +R1 k A1.7 k 10100+1.5 V调零调零8.5.2数字式万用表数字式万用表1测量范围测量范围以以 DT-830 型型数数字字万万用用表表为为例例说说明明它它的的测测量量范范围围和和使使用用方法。方法。(1)直直流流电电压压分分五五挡挡：200 mV，2 V，20 V，200 V，1000 V。输入电阻为。输入电阻为 10 M。(2)交交流流电电压压分分五五挡挡：200mV，2V，20V，200V，750V。输入阻抗为。输入阻抗为 10 M。频率范围。频率范围 40 500 Hz。(3)直流电流分五挡：直流电流分五挡：200 A，2 mA，20 mA，200 mA，10 A。(4)交流电流分五挡：交流电流分五挡：200 A，2 mA，20 mA，200 mA，10A。8.5.2数字式万用表数字式万用表 (5)电阻电阻 分分 六挡：六挡：200 ，2 k，20 k，200 k，2 M ，20 M 。此此外外，还还可可检检查查二二极极管管的的导导电电性性能能，并并能能测测量量晶晶体体管管的的电流放大系数和检查线路通断。电流放大系数和检查线路通断。2面板说明面板说明(1)显显示示器器显显示示四四位位数数字字，最最高高位位只只能能显显示示 1 或或不不显显示示数数字字，算算半半位位，故故称称三三位位半半。最最大大指指示示值值为为 1999 或或 1999。当被测量超过最大指示值时，显示当被测量超过最大指示值时，显示“1”或或“1”。(3)转转换换开开关关根根据据被被测测的的电电量量选选择择相相应应的的功功能能位位；按按被被测测量的大小选择适当的量程。量的大小选择适当的量程。(2)电源开关使用时置于电源开关使用时置于“ON”；使用完毕置于；使用完毕置于“OFF”。8.5.2数字式万用表数字式万用表 (4)输输入入插插座座将将黑黑色色测测试试笔笔插插入入“COM”插插座座；红红色色测测试试笔笔在在 测测量量电电压压和和电电阻阻时时，插插入入“V ”插插座座，测测量量小小于于 200 mA 电电流流时时，插插入入“mA”插插座座，测测量量大大于于 200 mA 电电流流时时，插入插入“10 A”插座。插座。8.6功率的测量功率的测量8.6.1单相交流和直流功率的测量 电电路路中中的的功功率率与与电电压压和和电电流流的的乘乘积积有有关关，因因此此常常用用电电动动式仪表来测量功率。式仪表来测量功率。在在线线圈圈通通入入交交流流时时，电电动动式式仪仪表表指指针针偏转的角度偏转的角度8.6.1单相交流和直流功率的测量单相交流和直流功率的测量 负负载载+_*可动线圈可动线圈固定线圈固定线圈由由于于在在功功率率表表中中，并并联联线线圈圈电电路路串串有有高高阻阻值值的的倍倍压压器器，它它的的感感抗抗与与电电阻阻相相比比可可以以忽忽略略不不计计，故故可可以以认为其中电流认为其中电流 i2 与与 u 同相。同相。因此因此可以写成可以写成可可见见，电电动动式式功功率率表表中中指指针针偏偏转转角角 与与电电路路的的平平均均功功率率 P 成正比。成正比。使使用用时时，功功率率表表两两个个线线圈圈的的始始端端(标标以以“”或或“*”号号)均应连在电源的同一端。均应连在电源的同一端。电动式功率表也可以测量直流功率。电动式功率表也可以测量直流功率。8.6.1单相交流和直流功率的测量单相交流和直流功率的测量 负负载载+_*三相三线制电路中，广泛采用两功率表法测量三相功率。三相三线制电路中，广泛采用两功率表法测量三相功率。i1 1i2 2i3 3L1L2L3*W1*W2图中，三相瞬时功率为图中，三相瞬时功率为因为因为所以所以8.6.2三相功率的测量三相功率的测量8.6.2三相功率的测量三相功率的测量 第一个功率表第一个功率表 W1 的读数为的读数为式中，式中，为为 u13 和和 i1 之间的相位差。之间的相位差。式中，式中，为为 u23 和和 i2 之间的相位差。之间的相位差。两功率表的读数两功率表的读数 PW1 与与 PW2 之和即为三相功率之和即为三相功率当负载对称时当负载对称时第二个功率表第二个功率表 W2 的读数为的读数为8.6.2三相功率的测量三相功率的测量 因此，两功率表读数之和为因此，两功率表读数之和为当当相相电电压压与与相相电电流流同同相相时时，两两个个功功率率表表的的读读数数相相等等。当当相相电电流流比比相相电电压压滞滞后后的的角角度度 60 时时，P2 为为负负值值，因因此此必必须须将将功功率率表表的的电电流流线线圈圈反反接接。这这时时三三相相功功率率等等于于第第一一个个功功率率表的读数减去第二个功率表的读数，即表的读数减去第二个功率表的读数，即P=PW1+(PW2)=PW1 PW2三三相相功功率率应应是是两两个个功功率率表表读读数数的的代代数数和和。其其中中任任何何一一个个功率表的读数是没有意义的。功率表的读数是没有意义的。8.7兆欧表兆欧表兆兆欧欧表表是是一一种种利利用用磁磁电电式式流流比比计计线线路路来来测测量量高高电电阻阻的的仪仪表表。其其构构造造是是在在永永久久磁磁铁铁的的磁磁极极间间放放置置着着固固定定在在同同一一轴轴上上而而相相互互垂垂直直的的两两个个线线圈圈。一一个个线线圈圈与与 R 串串联联，另另一一个个线线圈圈与与被被测测电电阻阻 RX 串联，然后两者并接在端电压为串联，然后两者并接在端电压为 U 的手摇发电机上。的手摇发电机上。测量时两线圈中的电流分别为测量时两线圈中的电流分别为两线圈受磁场作用产生两个方向相反的转矩，分别为两线圈受磁场作用产生两个方向相反的转矩，分别为平衡时平衡时即即8.7兆欧表兆欧表或或偏转角偏转角 与两线圈中电流之比有关，故称为流比计。与两线圈中电流之比有关，故称为流比计。由于由于所以所以可可见见 与与被被测测电电阻阻有有一一定定的的函函数数关关系系，因因此此仪仪表表刻刻度度尺尺可以直接按电阻来分度。可以直接按电阻来分度。仪仪表表的的读读数数与与电电压压 U 无无关关，手手摇摇发发电电机机转转动动的的快快慢慢不不影影响读数。响读数。8.8互感器电流互感器TA（CT）单匝穿心变压器电压互感器TV（PT）高变比降压变压器8.9非接触测量霍尔传感器磁场敏感元件钳形电流表电容式电压互感器8.10数字测量技术数字测量原理信号调理AD转换数字滤波有效值计算录波仪综合电参数监测模块8.11小电阻测量电桥三线接法四线接法恒流源8.12数据处理均方根法线性拟合方法