电工仪表与测量

,电工仪表与测量,电工仪表与测量,电工测量,就是将被测的电量、磁量或电参数与同类标准量进行比较，从而确定出被测量大小的过程。,在电工测量中，除了应根据测量对象,正确选择和使用电工仪表,外，还必须采取合理的,测量方法,，掌握正确的操作技能，才能尽可能地减小测量误差。,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。,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,模拟,指示,仪表,按工作原理分,磁电系仪表,电磁系仪表,电动系仪表,感应系仪表,按使用方法分,安装式和便携式两类,按准确度等级分,有,0.1,、,0.2,、,0.5,、,1.0,、,1.5,、,2.5,、,5.0,级,按被测量名称分,有电流表、电压表、功率表、电能表等,按使用条件分,分,A,、,B,、,C,三组仪表,A,组： 工作环境为,0,+40,， 相对湿度在,85%,以下,B,组： 工作环境为,-20,+50,，相对湿度在,85%,以下,C,组： 工作环境为,-40,+60,，相对湿度在,98%,以下,常见的安装式仪表,便携式仪表,比较式仪表,比较式仪表的特点：,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。,比较式仪表分类：,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,比较式直流电桥,第五章 电路参数的测量中讲,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,数字式电压表,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,数字式存储示波器,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。,2.,仪表工作原理的图形符号,3,准确度等级的符号,4,端钮及调零器的符号,6,电流种类的符号,5,工作位置的符号,7,绝缘强度的符号,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？,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),电工指示仪表的组成,测量机构是整个仪表的核心,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。,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,二、测量机构的主要装置,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。,反作用力矩装置,反作用力矩,M,f,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。,用游丝产生反作用力矩的装置,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。,阻尼力矩特点,阻尼力矩,M,z,只在仪表可动部分运动时才能产生。,M,z,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，,M,z,0,。,空气阻尼器,磁感应阻尼器,常见阻尼器,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。,仪表的指示器,矛形指针 刀形指针 光标指示器,安装反射镜的表盘,反射镜,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,轴尖轴承支撑方式,张丝弹片支撑方式,在测量过程中,由于采用仪器仪表的不同,也就是说度量器是否直接参与,以及测量结果如何取得等,因而形成了不同的测量方法。,常见的标准度量器,标准电阻 标准电容 标准电感,测量方法,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。,一、直接测量法,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。,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。,二、间接测量法,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,I,C,的方法。,特点：,凡在测量过程中,需要度量器,的直接参与，并通过比较仪表来确定被测量数值的方法叫做比较测量法。,适用范围：,适用于,测量要求准确度较高,的场合。,三、比较测量法,比较测量法的分类,零值法,：,在测量过程中，通过改变,标准量，使其与被测量,相等（即两者差值为零），从而确定被测量数值的方法叫零值法。如用,电桥测量电阻,就属于这种方法。,差值法,：,利用,被测量与标准量的差值,作用于测量仪表，从而确定被测量数值的方法，叫差值法。如用,不平衡电桥测量电阻,就属于这种方法。,代替法,：,在测量过程中，用,已知标准量代替被测量,，若维持仪表原来的读数不变，则被测量必等于已知标准量，这种测量方法叫做代替法。,比较测量法的优缺点,优点：,准确度高,。,缺点：,设备复杂，价格较高，操作麻烦。,举例：,电桥测量电阻。,返回章目录,测量误差分类,系统误差,随机误差：偶发原因引起大小方向都不确定的误差,疏忽误差：测量人员疏忽造成,根据测量误差的性质及产生的原因，可分为：,是指测量的结果与被测量的真实值（实际值）之间存在的差异 。,测量误差,系统误差,遵循一定的规律，在测量过程中保持不变的误差,。,系统误差,基本误差：由仪表结构造成的误差,附加误差：偏离规定的工作条件造成的误差,随机误差（偶然误差）,由一些偶发原因引起的误差，例如电磁场微变、热起伏、空气扰动、大地微振等。,一般都比较小，工程上的测量可以不予考虑。只有,在精密实验时才需要进行计算。,疏忽误差（粗大误差 疏失误差）,是由于测量者在测量过程中的粗心和疏忽造成的。如读数错误或记录错误等。这样的测量结果是不可取的。,绝对误差,相对误差,引用误差,二、测量误差的表示方法,仪表的,指示值,A,x,与被测量实际值,A,0,之间的差值，叫做绝对误差。,A,x,A,0,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,A,0,A,x,A,x,+,（,）,A,x,+,C,上式中的,C,称为仪表的校正值。,绝对误差,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,A,x1,A,0,220.5,220,0.5V,乙表的绝对误差,2,A,x2,A,0,219,220,1V,绝对误差,与被测量实际值,A,0,比值,的百分数，叫做相对误差,，,即,一般情况下实际值,A,0,难以确定，而仪表的指示值,A,x,A,0,，故可用以下公式计算,相对误差,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,绝对误差,与仪表量程（最大读数）,A,m,比值的百分数，叫做引用误差,m,，即,工程中，一般采用引用误差来反映仪表的准确程度。,引用误差,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。在使用上方便多了。,然而，实践证明，在仪表测量范围内的每个示值的绝对误差都是不同的。,为此，又引入,最大引用误差,的概念，它既能克服上述的不足，又更好地说明了误差的测量精度。所以常被用来确定仪表的精度等级。,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,仪表的准确度：,仪表的,最大绝对误差,m,与仪表量程,A,m,比值的百分数,，叫做仪表的准确度（,K,）。即,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,。,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,电工仪表的基本误差,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,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,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。,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,电工指示仪表的技术要求,要有足够的准确度,要有合适的灵敏度,要有良好的读数装置,要有良好的阻尼装置,仪表本身消耗功率小,要有足够的绝缘强度,要有足够的过载能力,仪表的变差要小,