电工常用仪表使用.docx
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电工常用仪表使用
第三章电工常用仪表的使用
第一节 电工仪表概述
电工仪表是用于测量电压、电流、电能、电功率等电量和电阻、电感、电容等电路参数的仪表，在电气设备安全、经济、合理运行的监测与故障检修中起着十分重要的作用。
电工仪表的结构性能及使用方法会影响电工测量的精确度，电工必须能合理选用电工仪表，而且要了解常用电工仪表的基本工作原理及使用方法。
一、电工仪表的分类及符号
常用电工仪表有：
直读指示仪表，它把电量直接转换成指针偏转角，如指针式万用表；比较仪表，它与标准器比较，并读取二者比值，如直流电桥；图示仪表，它显示二个相关量的变化关系，如示波器；数字仪表，它把模拟量转换成数字量直接显示，如数字万用表。
常用电工仪表按其结构特点及工作原理分类：
有磁电式、电磁式、电动式、感应式、整流式、静电式和数字式等。
为了表示常用电工仪表的技术性能，在电工仪表的表盘上有许多符号，如被测量单位的符号、工作原理符号、电流种类符号、准确度等级符号、工作位置符号和绝缘强度符号等，各符号表示的内容见表3-1。
如图3-1为1T1－A型交流电流表，其表盘左下角符号：
1为电流种类符号，～为交流；2是仪表工作原理符号，图示符号为电磁式；3为防外磁场等级符号，为Ⅲ级；4是绝缘强度等级符号，仪表绝缘可经受2KV1min耐压试验；5表示B组仪表；6为工作位置符号，⊥表示盘面应位于垂直方向；7是仪表准确度等级1.5。
二、仪表准确度等级
1．仪表的误差
仪表的误差是指仪表的指示值与被测量的真实值之间的差异，它有三种表示形式。
（1）绝对误差，是仪表指示值与被测量的真实值之差，即ΔX＝X－X0
式中：
X为被测物理量的指示值；X0为真实值；ΔX为绝对误差。
（2）相对误差，是绝对误差ΔX对被测量的真实值X0的百分比，用δ表示，
δ＝
（3）引用误差，是绝对误差ΔX对仪表量程Am的百分比。
仪表的误差分为基本误差和附加误差两部分。
基本误差是由于仪表本身特性及制造、装配缺陷所引起的，基本误差的大小是用仪表的引用误差表示的。
附加误差是由仪表使用时的外界因素影响所引起的，如外界温度，外来电磁场，仪表工作位置等。
2．仪表准确度等级
仪表准确度等级共七个，见表3－2。
表3－2准确度等级
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
通常0.1和0.2级仪表为标准表，0.5级至1.5级仪表用于实验室，1.5级至5.0级则用于电气工程测量。
仪表的最大绝对误差ΔXm与仪表量程Am之比称为仪表的准确度±K%，即
±K%＝
表示准确度等级的数字愈小，仪表准确度越高。
选择仪表的准确度必须从测量的实际出发，不要盲目提高准确度，在选用仪表时还要选择合适的量程，准确度高的仪表在使用不合理时产生的相对误差可能会大于准确度低的仪表。
如测量25V电压，选用准确度0.5级、量程150V的电压表，测量结果中可能出现的最大绝对误差，由公式
ΔUm1＝±0.5%×150＝±0.75V
测量25V时的最大相对误差为
δm1＝ΔUm1∕U×100%
＝±0.75∕25×100%＝±3%
如果选用准确度1.5级、量程30V的电压表，则测量结果中可能出现的最大绝对误差为：
ΔUm2＝±1.5%×30＝±0.45V
测量25V时的最大相对误差为
δm2＝ΔUm2∕U×100%
＝±0.45∕25×100%＝±1.8%
所以测量结果的精确度，不仅与仪表的准确度等级有关，而且与它的量程也有关。
因此，通常选择量程时应尽可能使读数占满刻度三分之二以上。
第二节 万用表
万用表是一种多功能、多量程的便携式电工仪表，一般的万用表可以测量直流电流、直流电压、交流电压和电阻等。
有些万用表还可测量电容、功率、晶体管共射极直流放大系数hFE等。
所以万用表是电工必备的仪表之一。
万用表可分为指针式万用表和数字式万用表。
本节着重介绍指针式万用表的结构、工作原理及使用方法，数字式万用表在《电子技能训练》一书中介绍。
一、指针式万用表的结构和工作原理
1．指针式万用表的结构
指针式万用表的型式很多,但基本结构是类似的。
指针式万用表的结构主要由表头、转换开关、测量线路、面板等组成。
表头采用高灵敏度的磁电式机构，是测量的显示装置；转换开关用来选择被测电量的种类和量程；测量线路将不同性质和大小的被测电量转换为表头所能接受的直流电流。
图3-2为MF－30型万用表外形图，该万用表可以测量直流电流、直流电压、交流电压和电阻等多种电量。
当转换开关拨到直流电流档，可分别与5个接触点接通，用于测量500、50、5mA和500、50μA量程的直流电流。
同样，当转换开关拨到欧姆档，可分别测量×1、×10、×100、×1KΩ、×10KΩ量程的电阻；当转换开关拨到直流电压档，可分别测量1、5、25、100、500V量程的直流电压；当转换开关拨到交流电压档，可分别测量500、100、10V量程的交流电压。
2．指针式万用表的工作原理
指针式万用表最简单的测量原理如图3-3所示。
测电阻时把转换开关SA拨到“Ω”档，使用内部电池做电源，由外接的被测电阻、E、RP、R1和表头部分组成闭合电路，形成的电流使表头的指针偏转。
设被测电阻为RX，表内的总电阻为R，形成的电流为I，则
从上式可知：
I与RX不成线性关系，所以表盘上电阻标度尺的刻度是不均匀的。
电阻档的标度尺刻度是反向分度，即RX＝0，指针指向满刻度处；RX→∞，指针指在表头机械零点上。
电阻标度尺的刻度从右向左表示被测电阻逐渐增加，这与其他仪表指示正好相反，这在读数时应注意。
测量直流电流时把转换开关SA拨到“mA”档，此时从“＋”端到“－”端所形成的测量线路实际上是一个直流电流表的测量电路。
测量直流电压时将转换开关SA拨到“V”档，采用串联电阻分压的方法来扩大电压表量程。
测量交流电压时，转换开关SA拨到“
”档，用二极管VD整流，使交流电压变为直流电压，再进行测量。
MF－30型万用表的实际测量线路较复杂，下面以测量直流电流和直流电压为例作简单介绍。
如图3-4为MF－30型万用表测量直流电流的原理图，图中转换开关SA拨在50mA档，被测电流从“＋”端口流入，经过熔断器FU和转换开关SA的触点后分成两路，一路经R3、R4、R5－9、RP、及表头回到“－”端口；另一路经分流电阻R2、R1回到“－”端口。
当转换开关SA选择不同的直流电流档时，与表头串联的电阻值和并联的分流电阻值也随之改变，从而可以测量不同量程的直流电流。
如图3-5为MF－30型万用表测量直流电压1V、5V、25V档的原理图，当转换开关SA置于直流电压1V档时，与表头线路串联的电阻为R11，当转换开关SA置于直流电压5V档时，与表头线路串联的电阻为（R11＋R12），串联电阻的增大使测量直流电压的量程扩大。
选择不同的直流电压档可改变电压表的量程。
二、指针式万用表的使用
1．准备工作
由于万用表种类型式很多，在使用前要做好测量的准备工作：
（1）熟悉转换开关、旋钮、插孔等的作用，检查表盘符号，“┏┓”表示水平放置，“⊥”表示垂直使用。
（2）了解刻度盘上每条刻度线所对应的被测电量。
（3）检查红色和黑色两根表笔所接的位置是否正确，红表笔插入“＋”插孔，黑表笔插入“－”插孔，有些万用表另有交直流2500V高压测量端，在测高压时黑表笔不动，将红表笔插入高压插口。
（4）机械调零。
旋动万用表面板上的机械零位调整螺丝，使指针对准刻度盘左端的“0”位置。
2．测量直流电压
（1）把转换开关拨到直流电压档，并选择合适的量程。
当被测电压数值范围不清楚时，可先选用较高的测量范围挡，再逐步选用低档，测量的读数最好选在满刻度的2/3处附近。
（2）把万用表并接到被测电路上，红表笔接到被测电压的正极，黑表笔接到被测电压的负极，不能接反。
（3）根据指针稳定时的位置及所选量程，正确读数。
3．测量交流电压
（1）把转换开关拨到交流电压档，选择合适的量程。
（2）将万用表两根表笔并接在被测电路的两端，不分正负极。
（3）根据指针稳定时的位置及所选量程，正确读数。
其读数为交流电压的有效值。
4．测量直流电流
（1）把转换开关拨到直流电流档，选择合适的量程。
（2）将被测电路断开，万用表串接于被测电路中。
注意正、负极性：
电流从红表笔流入，从黑表笔流出，不可接反。
（3）根据指针稳定时的位置及所选量程，正确读数。
5．用万用表测量电压或电流时的注意事项：
（1）测量时，不能用手触摸表笔的金属部分，以保证安全和测量的准确性。
（2）测直流量时要注意被测电量的极性，避免指针反打而损坏表头。
（3）测量较高电压或大电流时，不能带电转动转换开关，避免转换开关的触点产生电弧而被损坏。
（4）测量完毕后，将转换开关置于交流电压最高档或空档。
6．测量电阻
（1）把转换开关拨到欧姆档，合理选择量程。
（2）两表笔短接，进行电调零，即转动零欧姆调节旋钮，使指针打到电阻刻度右边的“0”Ω处。
（3）将被测电阻脱离电源，用两表笔接触电阻两端，从表头指针显示的读数乘所选量程的倍率数即为所测电阻的阻值。
如选用R×100档测量，指针指示40，则被测电阻值为：
40×100＝4000Ω＝4KΩ。
7．用万用表测量电阻时的注意事项：
（1）不允许带电测量电阻，否则会烧坏万用表。
（2）万用表内干电池的正极与面板上“－”号插孔相连，干电池的负极与面板上的“＋”号插孔相连。
在测量电解电容和晶体管等器件的电阻时要注意极性。
（3）每换一次倍率档，要重新进行电调零。
（4）不允许用万用表电阻档直接测量高灵敏度表头内阻，以免烧坏表头。
（万用表内电池电压也可能足以使表头过流烧坏）。
（5）不准用两只手捏住表笔的金属部分测电阻，否则会将人体电阻并接于被测电阻而引起测量误差。
（6）测量完毕，将转换开关置于交流电压最高档或空档。
第三节 兆欧表
兆欧表又称摇表，是专门用于测量绝缘电阻的仪表，它的计量单位是兆欧（MΩ）。
一、兆欧表的结构和工作原理
1．兆欧表的结构
常用的手摇式兆欧表，主要由磁电式流比计和手摇直流发电机组成，输出电压有500V、1000V、2500V、5000V几种。
随着电子技术的发展，现在也出现用干电池及晶体管直流变换器把电池低压直流转换为高压直流，来代替手摇发电机的兆欧表。
磁电式流比计是测量机构。
如图3-6所示：
可动线圈1与2互成一定角度，放置在一个有缺口的圆柱形铁心5的外面，并与指针固定在同一转轴上；极掌4为不对称形状，以使空气隙不均匀。
2．兆欧表的工作原理
兆欧表的工作原理如图3-7所示。
被测电阻RX接于兆欧表测量端子“线端”L与“地端”E之间。
摇动手柄，直流发电机输出直流电流。
线圈1、电阻R1和被测电阻RX串联，线圈2和电阻R2串联，然后两条电路并联后接于发电机电压U上。
设线圈1电阻为r1，线圈2电阻为r2，则两个线圈上电流分别是：
I1＝
I2＝
两式相除得
＝
式中r1、r2、R1和R2为定值，RX为变量，所以改变RX会引起比值I1∕I2的变化。
由于线圈1与线圈2绕向相反，流入电流I1和I2后在永久磁场作用下，在两个线圈上分别产生两个方向相反的转距T1和T2，由于气隙磁场不均匀，因此T1和T2既与对应的电流成正比又与其线圈所处的角度有关。
当T1≠T2时指针发生偏转，直到T1＝T2时，指针停止。
指针偏转的角度只决定于I1和I2的比值，此时指针所指的是刻度盘上显示的被测设备的绝缘电阻值。
当Ｅ端与Ｌ端短接时，I1为最大，指针顺时针方向偏转到最大位置，即“０”位置；当E、L端未接被测电阻时，ＲX趋于无限大，I1＝0，指针逆时针方向转到“∞”的位置。
该仪表结构中没有产生反作用力距的游丝，在使用之前，指针可以停留在刻度盘的任意位置。
二、兆欧表的使用
1．正确选用兆欧表
兆欧表的额定电压应根据被测电气设备的额定电压来选择。
测量500V以下的设备，选用500V或1000V的兆欧表；额定电压在500V以上的设备，应选用1000V或2500V的兆欧表；对于绝缘子、母线等要选用2500V或3000V兆欧表。
2．使用前检查兆欧表是否完好
将兆欧表水平且平稳放置，检查指针偏转情况：
将E、L两端开路，以约120r/min的转速摇动手柄，观测指针是否指到“∞”处；然后将E、L两端短接，缓慢摇动手柄，观测指针是否指到“0”处，经检查完好才能使用。
3．兆欧表的使用
（1）兆欧表放置平稳牢固，被测物表面擦干净，以保证测量正确。
（2）正确接线兆欧表有三个接线柱：
线路（L）、接地（E）、屏蔽（G）。
跟据不同测量对象，作相应接线，如图3-8所示。
测量线路对地绝缘电阻时，E端接地，L端接于被测线路上；测量电机或设备绝缘电阻时，E端接电机或设备外壳，L端接被测绕组的一端；测量电机或变压器绕组间绝缘电阻时先拆除绕组间的连接线，将E、L端分别接于被测的两相绕组上；测量电缆绝缘电阻时E端接电缆外表皮（铅套）上，L端接线芯，G端接芯线最外层绝缘层上。
（3）由慢到快摇动手柄，直到转速达120r/min左右，保持手柄的转速均匀、稳定，一般转动1min，待指针稳定后读数。
（4）测量完毕，待兆欧表停止转动和被测物接地放电后方能拆除连接导线。
三、注意事项
因兆欧表本身工作时产生高压电，为避免人身及设备事故必须重视以下几点：
（1）不能在设备带电的情况下测量其绝缘电阻。
测量前被测设备必须切断电源和负载，并进行放电；已用兆欧表测量过的设备如要再次测量，也必须先接地放电。
（2）兆欧表测量时要远离大电流导体和外磁场。
（3）与被测设备的连接导线应用兆欧表专用测量线或选用绝缘强度高的两根单芯多股软线，两根导线切忌绞在一起，以免影响测量准确度。
（4）测量过程中，如果指针指向“0”位，表示被测设备短路，应立即停止转动手柄。
（5）被测设备中如有半导体器件，应先将其插件板拆去。
（6）测量过程中不得触及设备的测量部分，以防触电。
（7）测量电容性设备的绝缘电阻时，测量完毕，应对设备充分放电。
第四节 钳形电流表
钳形电流表是一种不需要断开电路就可以直接测量交流电路的便携式仪表，这种仪表测量精度不高，可对设备或电路的运行情况作粗略的了解，由于使用方便，应用很广泛。
一、钳形电流表的结构和工作原理
钳形电流表由电流互感器和电流表组成。
如图3-９所示：
互感器的铁心制成活动开口，且成钳形，活动部分与手柄4相连。
当紧握手柄时电流互感器的铁心张开（图中点划线所示），可将被测载流导线6置于钳口中，该载流导线成为电流互感器的初级线圈。
关闭钳口，在电流互感器的铁心中就有交变磁通通过，互感器的次级线圈5中产生感应电流。
电流表接于次级线圈两端，它的指针所指示的电流与钳入的载流导线的工作电流成正比，可直接从刻度盘上读出被测电流值。
二、钳形电流表的使用
1．测量前的准备
（1）检查仪表的钳口上是否有杂物或油污，待清理干净后再测量
（2）进行仪表的机械调零。
2．用钳形电流表测量
（1）估计被测电流的大小，将转换开关调至需要的测量档。
如无法估计被测电流大小，先用最高量程档测量，然后根据测量情况调到合适的量程。
（2）握紧钳柄，使钳口张开，放置被测导线。
为减少误差，被测导线应置于钳形口的中央。
（3）钳口要紧密接触，如遇有杂音时可检查钳口清洁，或重新开口一次，再闭合。
（4）测量5A以下的小电流时，为提高测量精度，在条件允许的情况下，可将被测导线多绕几圈，再放入钳口进行测量。
此时实际电流应是仪表读数除以放入钳口中的导线圈数。
（5）测量完毕，将选择量程开关拨到最大量程档位上。
三、注意事项
（1）被测电路的电压不可超过钳形电流表的额定电压。
钳形电流表不能测量高压电气设备。
（2）不能在测量过程中转动转换开关换档。
在换档前，应先将载流导线退出钳口。
第五节 直流单臂电桥
一般用万用表测中值电阻，但测量值不够精确。
在工程上要较准确测量中值电阻，常用直流单臂电桥（也称惠斯登电桥）。
该仪表适用于测量1~106Ω的电阻值，其主要特点是灵敏度和测试精度都很高，而且使用方便。
一、直流单臂电桥的结构和工作原理
直流单臂电桥结构原理如图3-10所示。
它由四个桥臂R1、R2、R3、R4，直流电源E，可调电阻R0及检流计G组成，其中R1为被测电阻RX，R2、R3、R4，均为可调的已知电阻。
调整这些可调的桥臂电阻使电桥平衡，此时Ig＝0。
则RX可由下式求得：
RX＝
式中R2、R3称为电桥的比例臂电阻，在电桥结构中，R2和R3之间的比例关系的改变是通过同轴波段开关来实现的。
R4称为电桥的比较臂电阻，因为当比例臂被确定后，被测电阻RX是与已知的可调标准电阻R4进行比较而确定阻值的。
仪表的测试精度较高，主要是由已知的比例臂电阻和比较臂电阻的准确度所决定，其次是采用高灵敏度检流计作指零仪。
二、直流单臂电桥的使用
以QJ23型直流单臂电桥为例来说明它的使用。
如图3-11为QJ23型直流单臂电桥的面板图。
（1）把电桥放平稳，断开电源和检流计按钮，进行机械调零，使检流计指针和零线重合。
（2）用万用表电流档粗测被测电阻值，选取合理的比例臂。
使电桥比较臂的四个读数盘都利用起来，以得到4个有效数值，保证测量精度。
（3）按选取的比例臂，调好比较臂电阻。
（4）将被测电阻RX接入X1、X2接线柱，先按下电源按钮B，再按检流计按钮G，若检流计指针摆向“＋”端，需增大比较臂电阻，若指针摆向“－”端，需减小比较臂电阻。
反复调节，直到指针指到零位为止。
（5）读出比较臂的电阻值再乘以倍率，即为被测电阻值。
（6）测量完毕后，先断开G钮，再断开B钮，拆除测量接线。
三、注意事项
（1）正确选择比例臂，使比较臂的第一盘（×1000）上的读数不为0，才能保证测量的准确度。
（2）为减少引线电阻带来的误差，被测电阻与测量端的连接导线要短而粗。
还应注意各端钮是否拧紧，以避免接触不良引起电桥的不稳定。
（3）当电池电压不足时应立即更换，采用外接电源时应注意极性与电压额定值。
（4）被测物不能带电。
对含有电容的元件应先放电1min后再测量。
第六节技能训练
实训：
常用电工仪表的使用
一、训练内容
1．用万用表测量交流电压、直流电压、直流电流、电阻。
2．用直流单臂电桥测量电阻。
3．用兆欧表测量三相异步电动机相对相及相对地（外壳）的绝缘电阻。
4．用钳形电流表测量三相异步电动机空载运行时的电流。
二、器材准备
1．指针式万用表、直流单臂电桥、兆欧表、钳形电流表各1只
2．多绕组单相变压器（原边电压220V，副边电压36V、6V）1只
3．晶体管稳压电源、小型三相异步电动机各1台
4．各类电阻：
1W10Ω、220Ω、1KΩ、12KΩ、150KΩ电阻各1只
5．连接导线若干
6．电工常用工具。
三、训练要求
（1）把单相变压器接入220V交流电源后用万用表交流电压档分别测量原、副边电压。
测量结果填入表3-3。
（2）调节稳压直流电源输出旋钮，分别输出30V、15V、3V直流电压，用万用表直流电压档测量，测量结果填入表3-3。
（3）把电阻10Ω、220Ω、1KΩ、12KΩ、150KΩ分别接于晶体管稳压电源输出直流3V电压上，用万用表直流电流档测量通过各电阻的电流，测量结果填入表3-3。
（4）用万用表电阻档测量电阻，测量结果填入表3-3。
（5）用直流单臂电桥测量电阻，测量结果填入表3-4。
（6）把三相异步电动机接线盒打开，拆除各相绕组连接片，用兆欧表分别测量电动机三相绕组U、V、W之间的绝缘电阻和U、V、W绕组对电动机外壳的绝缘电阻，测量结果填入表3-4。
（7）在教师指导下，连接该三相异步电动机绕组（Y或△联接），接通三相电源，用钳形电流表测量各线电流，测量结果填入表3-4。
（8）注意点
1）用万用表测量交、直流电压，测量直流电流及电阻时，必须把转换开关拨到相应测量档，否则会损坏万用表。
测量交流220V电压时要注意安全操作，不能用手接触表笔导电部分。
测各电阻时要注意换电阻档时要重新电调零。
2）由于兆欧表测量时输出为高压，测量绝缘电阻时要注意安全。
3）用直流单臂电桥测量各电阻时要正确选择比例臂。
表3-3万用表的使用练习
测量项目
测量内容
测量结果
测量项目
测量内容
测量结果
交流电压
交流6V
直流电压
直流3V
交流36V
直流15V
交流220V
直流30V
电阻
10Ω
直流电流（各电阻接直流3V电压时的电流）
接10Ω
220Ω
接220Ω
1KΩ
接1KΩ
12KΩ
接12KΩ
150KΩ
接150KΩ
表3-4直流单臂电桥、兆欧表、钳形电流表使用练习
测量仪表
测量内容
测量结果
直流单臂电桥
电阻10Ω
电阻220Ω
电阻1KΩ
电阻12KΩ
电阻150KΩ
兆欧表
U—Ｖ相间绝缘电阻
Ｖ—Ｗ相间绝缘电阻
Ｗ—Ｕ相间绝缘电阻
U相－外壳间绝缘电阻
Ｖ相－外壳间绝缘电阻
Ｗ相－外壳间绝缘电阻
钳形电流表
Ｌ1线电流
Ｌ2线电流
Ｌ3线电流
四、成绩评定
评分表
项目内容
配分
评分标准
扣分
得分
万用表
的使用
40
（1）拨错测量档，每项扣10分
（2）读数错误，每次扣5分
（3）测量结果误差大，每次扣5分
直流单臂电桥的使用
20
（1）选择比例臂有错误，每次扣5分
（2）读数错误，每次扣5分
兆欧表
的使用
20
（1）接线错误，每次扣10分
（2）读数错误，每次扣5分
钳形电流
表的使用
20
读数误差大，每次扣5分
安全文
明操作
（1）违反操作规程，每次扣5分
（2）工作场地不整洁，扣5分
工时：
2h
评分
思考题
３－1什么是仪表的准确度等级？
是否用准确度等级小的仪表测量一定较精确？
３－2指针式万用表在测量前的准备工作有哪些？
用它测量电阻的注意事项有哪些？
3－3 为什么测量绝缘电阻要用兆欧表，而不能用万用表？
3－4用兆欧表测量绝缘电阻时，如何与被测对象连接？
3－5某正常工作的三相异步电动机额定电流为10A，用钳形电流表测量时，如钳入一根电源线钳形电流表读数多大？
如钳入二根或三根电源线呢？
3－6用直流单臂电桥测电阻时，用万用表粗测该电阻为150Ω，应如何选择合理的比例臂？
如何调比较臂电阻？
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