电工仪表与测量教案.docx

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电工仪表与测量教案

第一章电工仪表与测量的基本知识

§1-1常用电工仪表的分类、型号和标志

一、常用电工仪表的分类

1、概念：

用来测量各种电量、磁量及电路参数的仪器、仪表统称为电工仪表。

2、分类：

电工仪表按结构和用途的不同，分以下三类

1）指示仪表：

能将被测量转换为仪表可支部分的机械偏转角，并通过指示器直接显示出被测量的大小，故又称为直读式仪表。

⑴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。

⑵按使用方法分类：

有安装式、便携式两种。

⑶按被测量的名称分类：

有电流表、电压表、功率表、电能表、频率表、相位表、万用表等。

⑷按准确度等级分类：

有0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0共七级。

⑸按使用条件分类：

有A、B、C三组类型的仪表。

⑹按被测电流种类分类：

有直流仪表、交流仪表以及交、直流两用仪表三类。

2）比较仪表：

又分直流比较仪表和交流比较仪表两大类。

3）数字仪表：

常用的有数字式电压表、数字式万用表、数字式频率表等。

二、电工指示仪表的型号

1、安装式指示仪表型号的组成及含义

用途号（国际通用符号）

设计序号（数字）

系列代号（汉语拼音字母）

形状第二位代号（数字）

形状第一位代号（数字）

2、便携式指示仪表型号的编制规则

由于便携式仪表不是固定安装在开关板上的，故不需要形状、代号。

例：

型号T19-A，表示一块设计序号为19的便携式电磁系电流表。

三、电工仪表的标志有关标志及其含义见P7表1-2

小结电工仪表的分类、型号及标志。

布置作业P192

课后记

§1-2电工仪表的误差和准确度

一、仪表的误差及分类：

根据产生误差的原因，仪表误差分两类

1、基本误差：

指仪表在正常工作条件下，由于仪表的结构、工艺等方面的不完善而产生的误差叫基本误差。

2、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。

二、误差的表示方法误差通常用绝对误差、相对误差和引用误差来表示。

1、绝对误差△

1）概念：

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，用△表示。

2）计算式：

△=Ax－A0

2、相对误差

1）概念：

绝对误差△与被测量实际值A0比值的百分数，叫做相对误差。

2）计算式：

γ=△/A0×100%

3、引用误差

1）概念：

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γm。

2）计算式：

γm=△/Am×100%

三、仪表的准确度

1、概念：

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%）。

2、表达式：

±K=△m/Am×100%

3、准确度等级的规定仪表的基本误差

§1-3电工指示仪表的主要技术要求

一、要有足够的准确度。

二、要有合适的灵敏度。

三、有良好的读数装置和阻尼装置。

四、变差要小。

五、本身消耗功率小。

六、要有足够的绝缘强度和过载能力。

小结电工仪表的误差种类、误差计算方法以及电工仪表的主要技术要求

布置作业P194

课后记

第三讲

课题§1-4常用电工测量方法

§1-5测量误差及其消除方法

§1-6电工指示仪表的组成

目的与要求要求学生掌握电工测量的方法、消除测量误差的方法以及电工仪表结构组成。

重点电工测量方法、消除测量误差的方法、电工仪表的结构组成。

难点怎样消除测量的误差以及电工仪表的结构组成。

复习与提问电工仪表的误差以及电工仪表的主要技术要求。

§1-4常用电工测量方法

有以下在三种方法

一、接测量法：

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。

如电流表，电压表，欧姆表等测量法。

‘

二、比较测量法：

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。

分以下三种

1、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。

如电桥测电阻法。

2、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。

例用不平衡电桥测电阻法。

3、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，这叫代替法。

三、间接测量法

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。

如用伏安法测量电阻。

§1-5测量误差及其消除方法

一、系统误差

1、产生系统误差的原因

1）测量仪表的误差

2）测量方法的误差

2、系统误差的消除

1）对测量仪表进行校正。

2）采用合理的测量方法。

3）采用特殊的消除方法。

二、偶然误差

1、产生偶然误差的原因

主要由外界环境的偶发性变化引起。

如外电场、磁场的突变，温度、湿度的变化，电源电压、频率的突变等。

2、偶然误差的消除可测量多次，然后取平均值。

三、疏失误差

1、产生疏失误差的原因：

由于操作者的粗心和疏忽造成，如：

测量中读数错误，记录错误，算错数据等。

2、疏失误差的消除：

加强操作者的工作责任心。

§1-6电工指示仪表的组成

一、电工指示仪表的组成由两个部分组成

1、测量机构是电工指示仪表的核心，其作用是将被测量x转换成仪表可动部分的机械偏转角。

2、测量线路作用是把各种不同的被测量按一定比例转换为能被测量机构所接受的过渡量。

3、电工指示仪表的结构方框图见下图

测量对象x过渡量y

二、测量机构的主要装置

1、转动力矩装置由固定部分和可动部分组成。

2、反作用力矩装置一般由游丝产生。

3、阻尼力矩装置有空气阻尼器和磁感应阻尼器两种。

4、读数装置由指示器和刻度盘组成。

5、支撑装置有轴尖轴承支撑方式和张丝弹片支撑方式。

小结电工测量方法、消除测量误差的方法以及电工仪表的结构组成。

布置作业P197

课后记

第四讲

课题第二章电流与电压的测量

§2-1直流电流表与电压表

目的与要求要求学生掌握磁电系测量机构的组成及工作原理

重点磁电系测量机构的组成及工作原理

难点磁电系测量机构的工作原理

复习与提问电工测量方法、消除测量误差方法以及电工仪表的组成

授新

第二章电流与电压的测量

§2-1磁电系测量机构

一、磁电系测量机构的结构

1、结构组成：

由固定的磁路系统和可动的线圈两部分组成，其结构如图所示

2、结构形式：

根据磁路系统的结构不同，可分为外磁式、内磁式和内外磁式三种形式。

二、磁电系测量机构的工作原理

1、原理依据：

是根据通电线圈在磁场中受到电磁力矩而发生偏转的原理制成的，其原理示意图如下。

2、工作原理：

转动力矩为M=2Fr=2NBIlr（r为线圈有效边到转轴的距离）

反作用力矩Mf=Dα[D为游丝的反作用系数α为可动部分的偏转角（即指针的偏转角）]

应该使M=Mf所以有NBSI=Dα

整理得α=NBSI/D=SI·I（SI为磁电系测量机构的灵敏度。

）

三、磁电系仪表的特点

1、准确度高、灵敏度高。

2、功率消耗小。

3、刻度均匀。

4、过载能力小。

5、只能测量直流。

小结磁电系测量机构的结构组成及工作原理

布置作业P431

课后记

第五讲

课题§2-1直流电流表和电压表（续）

目的与要求要求学生掌握直流电流表、电压表的结构与工作原理

重点直流电流表、电压表的结构与工作原理

难点直流电流表、电压表的工作原理

复习与提问磁电系测量机构的结构组成及工作原理

授新

§2-1直流电流表和电压表（续）

四、直流电流表

1、直流电流表的组成见下图

2、分流电阻的计算

1）分流电阻的材料组成：

一般采用电阻率较大、电阻温度系数很小的锰铜制成。

2）大小的确定RA=RC/（n-1）（n为电流表量程扩大倍数）

3、多量程直流电流表

原理：

一般采用并联不同阻值分流电阻的方法来扩大电流量程。

类型：

分为开路式和闭路式两种形式。

（见下图）

五、直流电压表

1、电路组成见下图

2、分压电阻的确定RV=（m－1）RC（m为电压表量程扩大倍数）

六、多量程直流电压表

1、电路组成：

采用共用式分压电路。

（见下图）

2、这种电路的特点

优点：

高量程分压电阻共用了低量程的分压电阻，达到了节约材料的目的。

缺点：

一旦低量程分压电阻损坏，则高量程电压挡就不能使用。

小结直流电流表和电压表的电路组成及工作原理。

布置作业P3321

课后记

第六讲

课题§2-2交流电流表与电压表

目的与要求要求学生掌握电磁系测量机构和工作原理

重点电磁系测量机构的工作原理

难点电磁系测量机构的工作原理

复习与提问直流电流表和电压表的结构与工作原理

授新

§2-2交流电流表与电压表

一、电磁系测量机构可分为吸引型和排斥型两类。

1、吸引型测量机构见图所示

2、排斥型测量机构见图所示

二、电磁系测量机构的工作原理

1、吸引型电磁系测量机构的工作原理

固定线圈通电后，线圈产生的磁场将可动铁片磁化，对铁片产生吸引力，使固定在同一转轴上的指针随之发生偏转，同时游丝产生反作用力矩，见下图

2、排斥型电磁系测量机构的工作原理

当电流通过固定线圈时产生磁场，使固定铁片和可动铁片同时磁化，且两铁片的同一侧为相同的极性。

由于同性磁极相互排斥，产生转动力矩使可动铁片转动，带动指针偏转，见下图：

3、指针偏转角与线圈中电流的关系

转动力矩M=K1（NI）2K1为一个系数、N为线圈的匝数

I为线圈通入的电流

反作用力矩Mf=Dα（D为游丝的反作用系数）

达到平衡时M=Mf所以有α=K1（NI）2/D=K（NI）2

（α为指针的偏转角度）

三、电磁系仪表的特点

1、既可测量直流，又可测量交流。

2、可直接测量较大电流，过载能力强，结构简单，成本低。

3、标度尺刻度不均匀。

4、易受外磁场影响。

小结电磁系测量机构的结构和工作原理。

布置作业P434

课后记

第七讲

课题§2-3仪用互感器§2-4钳形电流表

§2-5电流表与电压表的选择和使用

目的与要求1、要求掌握电压、电流互感器和钳形电流表的结构和工作原理

2、要求正确掌握电流表和电压表选择和使用

重点与难点仪用互感器以及钳形电流表的结构和工作原理

复习与提问磁电系电流表、电压表的结构与工作原理

授新

§2-3仪用互感器

一、仪用互感器的作用

1、扩大交流仪表的量程。

2、测量高电压时保证工作人员和仪表的安全。

3、有利于仪表生产的标准化，降低生产成本。

二、电压互感器

1、电压互感器的构造与原理

1）构造：

实际上是一个降压变压器，能将一次侧的高电压变换成二次侧的低电压，其一次侧的匝数远多于二次侧匝数。

2）符号及接线图见下图

3）原理：

电压互感器的额定变压比，用KTV表示，即KTV=U1N/U2N

则一次侧被测电压大小为，U1=KTVU2

2、电压互感器的正确使用

1）正确接线。

2）一次侧、二次侧在运行中绝对不允许短路。

3）电压互感器的铁心和二次侧的一端必须可靠接地。

三、电流互感器

1、电流互感器的构造与原理

1）构造：

是一个降流变压器，能把一次侧的大电流变换成二次侧的小电流。

2）符号与接线图见下图

3）原理电流互感器的额定变流比，用KTA表示，

即KTV=I1N/I2N则一次侧被测电流的数值为，I1=KTV·I2

2、电流互感器的正确使用

§2-4钳形电流表

一、钳形电流表的构造及原理

1、互感器式钳形电流表如图示

2、电磁系钳形电流表

二、钳形电流表的正确使用

选择合适的量程，将被载流导线置于钳口中央，钳口要结合紧密，严禁在高压处测量等。

§2-5电流表与电压表的选择和使用

一、电流表与电压表的选择

包括类型、准确度、内阻、量程、工作条件、绝缘强度等的选择。

二、电流表与电压表的使用方法

小结仪用互感器钳形电流表的结构和工作原理。

布置作业P447、8

课后记

第八讲

课题第三章模拟式万用表

§3-1模拟式万用表的组成

§3-2模拟式万用表的工作原理

目的与要求要求学生掌握万用表的结构组成、直流电流和直流电压的测量电路

重点万用表的结构、直流电流与直流电压测量电路的工作原理

难点万用表直流电流测量电路、直流电压测量电路的工作原理

复习与提问电磁系电流表和电压表的结构组成及工作原理

授新

第三章模拟式万用表

§3-1模拟式万用表的组成

万用表一般由测量机构、测量线路和转换开关三部分组成。

一、测量机构（俗称“表头）

其作用：

是把过渡电量转换为仪表指针的机械偏转角。

万用表的灵敏度常用电压灵敏度（Ω/V）来表示。

二、测量线路

作用：

是把各种不同的被测电量（如电流、电压、电阻等）转换为磁电系测量机构所能接受的微小直流电流（即过渡电量）。

三、转换开关

作用：

是把测量线路转换为所需要的测量种类和量程。

§3-2模拟式万用表的工作原理

一、500型万用表的主要技术特性见P35表3-1

二、直流电流测量电路

1、1、测量电路组成：

采用闭路式分流电路。

（见图所示）

2、量程有：

50μA、1mA、10mA、100mA、500mA等。

三、直流电压测量电路

1、测量电路：

采用共用式分压线路。

见下图

2、量程有：

2.5V、10V、50V、250V、500V、2500V等。

小结万用表的结构、直流电流测量电路和直流电压测量电路的分析。

布置作业P551、2

课后记

第九讲

课题§3-2模拟式万用表的工作原理（续）

目的与要求要求学生掌握交流电压、电阻测量电路的结构组成和工作原理

重点交流电压、电阻测量电路的结构组成和工作原理

难点交流电压、电阻测量电路的工作原理

复习与提问万用表的结构、直流电流和直流电压测量电路的分析

授新

§3-2模拟式万用表的工作原理

四、交流电压测量电路

1、万用表测交流电压的原理

1）测量交流电压的原理电路图；（如下）

2）电路中整流形式：

有半波和全波两种，500型万用表采用半波整流电路。

3）工作过程：

通过测量机构的电流经过整流后为单向脉动电流，其指针偏转角与脉动电流的平均值成正比。

3、交流电压测量电路

1）、电路组成：

见图所示

2）、注意事项：

测2500V交流高压时，要用专用的10MΩ分压电阻，两表笔分别与2500V和*两插孔相接，量程开关可置于10～500V中的任意一挡。

五、电阻测量电路

1、欧姆表基本原理：

见右图

由全电路欧姆定律得

式中：

R0—欧姆调零电阻；r—电池内阻；

R1—限流电阻；RC—测量机构内阻；Rz—欧姆表总内阻。

2、欧姆表量程的扩大：

通常采用以下两种措施

1）、保持电池电压不变，改变分流电阻值，见下图

2）、提高电池电压，常用叠层电池的额定电压为4.5V、6V、9V、15V、22.5V等。

见下图

3、500型万用表电阻测量电路

1）、测量电路：

如下图

2）、量程有：

×1、×10、×100、×1K、×10K等。

小结交流电压、电阻测量电路组成及工作原理分析。

布置作业P554

课后记

第十讲

课题§3-3万用表的使用与维护

§3-4万用表常见故障及排除

目的与要求要求学生掌握万用表的正确使用与维护、万用表常见故障及排除方法

重点万用表的正确使用与维护、万用表常见故障及排除方法

难点万用表常见故障及排除方法

复习与提问交流电压、电阻测量电路组成及工作原理分析

授新

§3-3万用表的使用与维护

一、使用之前要调零。

二、要正确接线。

三、要正确选择测量挡位。

四、要正确读数。

五、要注意操作安全。

§3-4万用表常见故障及排除

一、万用表电路图阅读方法

二、用表故障检查及排除

1、直流电流挡的故障及排除

测量时无读数，则为表头线路开路；若有读数且指示值大于1.6V，则为分流电阻开路。

2、流电压挡的故障及排除

1）、各挡读数都偏大：

由于分压电阻太小。

2）、各挡读数都偏小，量程越高，偏小越重，由于分压电阻变值。

低量程正常、高量程时指针不动。

由于高量程所用的分压电阻开路。

3、交流电压挡的故障及排除

1）、各挡均无读数：

一般为整流元件损坏或测量线路中有开路现象。

2）、各挡都有读数，但读数都减小一半，原因是全波整流电路的一半失效，变成半波整流电路所致。

4、电阻挡的故障及排除

1）、欧姆调零器指针调不到零处，在R×1挡更甚。

说明电池电压已低于1.3V。

2）、欧姆调零器失调或调节过程中指针有跳动现象，则为欧姆调零电位器有故障而引起。

3）、个别挡位读数不准。

通常为该分流电阻变值所致。

4）、各挡都不准确或都无读数。

原因是电池线路开路、限流电阻开路或变值所引起。

5）、某挡的测量值比实际值大10倍、100倍或1000倍。

原因是该挡的分流电阻开路所引起。

小结万用表的正确使用与维护、万用表常见的故障与排除。

布置作业P5510

课后记

第十一讲

课题实验一、万用表的使用

实验目的1、熟悉万用表的结构及工作原理。

‘

2、会用万用表测量交流电压、直流电压、直流电流及电阻的方法。

3、学会用万用表判断电容器的好坏。

实验设备1、万用表一台。

2、项调压器一台、电源变压器一台、整流滤波元件若干。

3、电阻、电容、电解电容若干个。

实验内容

及步骤一、用万用表的交流电压挡和直流电压挡分别测量交流电压和直流电压。

1、调整调压器使之输出适当大小的电压，将万用表转换开关置于交流电压挡适当量程，将测得的电压值记入下表中。

2、万用表转换开关调至直流电压挡适当量程，并将测得的电压值填入下表中。

万用表挡位

1

2

3

4

直流电压挡

交流电压挡

二、用万用表直流电流挡测量直流电流。

方法：

将万用表转换开关置于直流电流挡的适当量程，并将两表笔与负载串联，测得负载电流大小为。

三、万用表欧姆挡测量电阻。

方法：

将万用表转换开关置于欧姆挡适当量程，将两表笔短路进行欧姆调零，然后测量被测电阻数值：

R1=；R2=；R3=。

注意：

测量过程中，第次转换欧姆量程后，都必须重新进行欧姆调零。

四、用万用表欧姆挡判断电容器好环。

方法：

将万用表转换开关置于欧姆挡R×1K或R×10K位置，进行欧姆调零后，用两表笔分别接触电容器的两端。

结论：

当电容器容量在1μF以上时表针应先很快按顺时针方向摆动一下，然后按逆时针方向逐步退回R=∞处。

如果指针回不到“∞”位置，则指针所指阻值就是电容器的漏电阻。

小结实验一、模拟式万用表的使用。

布置作业写实验报告

课后记

第十二讲

课题第四章数字式仪表

§4.1数字式电压基本表

目的与要求要求掌握数字式电压基本表的组成及数码显示器

重点与难点数字式电压基本表的结构组成及数码显示器的种类

复习与提问模拟式万用表的使用

授新

第四章数字式仪表

§4.1数字式电压基本表

一、数字式仪表的概念

就是利用模拟—数字（A/D）转换器，将被测的模拟量（连续量）自动地转换成数字量（离散量），然后再进行测量，并将测量的结果以数字形式进行显示的电工测量仪表。

二、数字式仪表的种类

常见的数字式仪表有数字式电压基本表、数字式万用表和数字式频率表。

三、数字式电压基本表的组成

1、数字式电压基本表的任务：

是用模—数转换器把被测的电压模拟量转换成数字量，并送入计数器中，再通过译码器变换成笔段码，最终驱动显示器显示出相应的数值。

2、结构组成

主要包括模拟和数字两大部分。

模拟部分又包括输入电路、模—数转换器和基准电压源三部分。

数字部分又包括逻辑控制器、计数器、译码驱动器、数字显示器、时钟脉冲发生器和电源等几个部分。

四、数码显示器

数字式仪表所用的显示器一般采用发光二极管式（LED）显示器和液晶（LCD）显示器。

1、发光二极管式数码显示器

LED数码显示器是用七个条状的发光二极管组成。

这种显示器的特点是发光亮度高，但驱动电流较大，功耗大，适应于安装式的数字式仪表。

2、液晶显示器

特点：

工作时所需驱动电压低（3～10V），工作电流小，可以直接用CMOS集成电路驱动。

因此，被广泛应用于数字式仪表、电子表和计算器中。

小结数字式电压基本表的结构组成及数码显示器的种类

布置作业P722

课后记

第十三讲

课题§4.2数字式万用表

目的与要求要求掌握数字式万用表的组成、工作原理及正确使用

重点与难点数字式万用表的组成、工作原理及正确使用

复习与提问数字式电压基本表的结构组成及数码显示器的种类

授新

§4.2数字式万用表

一、数字式万用表的组成及工作原理

1、组成：

主要由数字式电压基本表、测量线路、量程转换开关三部分组成。

数字式电压基本表是数字式万用表的核心，它相当于指示类仪表的测量机构。

2、工作原理

主要包括直流电压测量电路、直流电流测量电路、交流电压测量电路、电阻测量电路及晶体三极管hFE测量电路。

二、数字式万用表的使用

1、液晶显示器

该表采用FE型大字号LCD显示器，最大显示值为1999。

该表还具有自动调零和自动显示极性功能。

2、量程转换开关

位于面板中央的量程转换开关为6刀20掷转换开关，可提供20种测量功能和量程，供使用者选择。

3、hFE插座

位于量程开关的左下方，采用四眼插座，旁边分别有B、C、E。

其中E孔有两个，在内部连通。

测量时，应将被测晶体管三个极对应插入B、C、E孔内。

4、数字式万用表的使用方法

1）直流电压的测量

将红表笔插入“V·Ω·mA”插孔，黑表笔插入“COM”插孔，将量程开关置于“DVC”的适当量程。

两表笔并联在被测电路中可以测量。

2）交流电压的测量

将量程开关拨至“ACV”范围内的适当量程，测量方法同上。

3）直流电流的测量

量程开关拨至“DCA”范围内的合适挡，把仪表串联在被测量电路中。

4）电阻的测量

量程开关拨至“Ω”范围内合适挡，红表笔插在“V·Ω·mA”插孔，黑表笔插入“COM”插孔。

如量程开关置于20M或2M挡，显示值以“MΩ”为单位，置于2K挡以“KΩ”为单位，置于200挡以“Ω”为单位。

5）二极管的测量

将量程开关拨至“”挡，红表笔插入“V·Ω·mA”插孔，接二极管正极；黑表笔插入“COM”插孔，接二极管负极。

此时显示的是二极管的正向电压，若为锗管应显示0.150～0.300V；若为硅管应显示0.550～0.700V。

如果显示000，表示二极管被击穿；显示1，表示二极管内部开路。

小结数字式万用表的组成、工作原理及正确使用

布置作业P724

课后记

第十四讲