电工仪表与测量教案.docx
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电工仪表与测量教案
电工仪表与测量
教案
任课教师付朝晖
教学部职教部
授课对象11级电子班
课程周学时2
2O11——2012（上）
学期时间（2月11日—6月30日）
[导入]：
1、《电工基础》课中电流表、电压表的作用？
（学生回答）
2、目前我们了解有哪些仪表？
（学生回答）
[新授]：
绪论
一、电工仪表与测量的内容及重要性
1、电工仪表与测量重要性
在电能的生产、传输、变配以及使用过程中，必须通过各种电工仪表对电能的质量及负载运行运行情况进行测量，并对测量结果进行分析，以保证供电及用电设备和线路可靠、安全、经济地运行。
因此，学习电工仪表与测量对电工来讲，具有十分重要的意义。
电工仪表与测量是中等职业技术学校电工专业的一门专业课。
2、电工测量的对象
主要是指电流、电压、电阻、电功率、电能、频率、相位、功率因数、
转速等电量、磁量及电路参数。
3、本课程内容
常用电工测量仪表的结构、工作原理、选择及使用方法，电工测量方法的选择，测量数据的处理等。
通过本课程的学习，可以获得合理运用电工测量的方法，掌握正确选择和使用常用电工测量仪表的基本技能。
二、电工仪表的发展概况
我国从1956年开始建设生产大型先进仪表的工业，到70年代前后，国产电工指示仪表的准确度已达0.l级，品种已经基本满足了国内的生产需要。
近年来，又相继推出了由大规模集成电路和超大规模集成电路构成的数字式电压表，它们以高准确性、高可靠性、高分辨率等特性倍受人们的青睐。
三、学习本课程的方法及要求
电工仪表主要由测量机构和测量线路两部分组成，其中测量机构是整个仪表的核心。
在学习本课程的过程中，要首先掌握各种测量机构的特点，然后在其基础上配合适当的测量线路，即可组成各种不同类型的电工仪表。
应注意的是，在学习本课程时，若能采取对比的方法来总结各种仪表和各种测量线路的特点，将对学习本课程起到重要作用。
另外，在学习本课程的同时，除要重视课堂上的直观实物教学外，还要注意本课程与生产实习课的密切结合。
只有这样，才能真正掌握好电工测量仪表的使用与维护等知识，为今后进入工作岗位打下牢固的基础。
1.1常用电工仪表的分类、型号及标志
一、常用电工仪表的分类
二、电工指示仪表的型号
三、电工仪表的标志
不同的电工仪表具有不同的技术特性，为了便于选择和正确使用仪表，通常用各种不同的符号来表示这些技术特性，并标注在仪表的面板上，这些符号叫做仪表的标志。
[课堂练习]：
电工仪表按结构和用途的不同的分类；常用的电工仪表的标志。
[小结]：
常用电工仪表的分类；电工仪表的标志。
[作业]：
[课后体会]：
通过举例介绍指示仪表的分类方法，学生听得认真，掌握较好。
[复习]：
1、常用电工仪表的分类；
2、电工指示仪表的型号；
[导入]：
实验课上，在实际测量时，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。
今天，我们来分析产生误差的原因和表示方法。
[新授]：
1.2、电工指示仪表的误差和准确度
一、仪表的误差及分类
㈠误差：
实际测量结果与被测量的实际值之间总会存在一定的差值叫做误差。
㈡准确度：
指仪表的测量结果与实际值的接近程度。
㈢根据产生误差的原因，仪表误差分两类：
1、基本误差
①定义：
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。
基本误差是仪表本身所固有的误差。
2、附加误差
①定义：
仪表因为偏离了规定的工作条件而产生的误差。
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。
三、仪表的准确度
工程上规定以最大引用误差来表示仪表的准确度。
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
式中，K表示仪表的准确度等级。
根据国家标准规定，我国生产的电工仪表的准确度共分七级。
[课堂练习]：
[小结]：
仪表的误差及分类；误差的表示方法；仪表的准确度。
[作业]：
练习册1.2
[课后体会]：
本节的重点是仪表准确度的概念，难点是误差的表示方法和应用。
[复习]：
1、仪表的误差及分类；
2、误差的表示方法；
[导入]：
无论是由于电工仪表本身的误差和所用测量方法不完善引起的误差,还是其他因素引起的误差,最终都会在测量结果上反映出来,即造成测量结果与被测量实际值存在差异,这种差异称为测量误差。
[新授]1.3测量误差及消除方法
根据产生测量误差的原因不同，测量误差可分为系统误差、偶然误差和疏失误差三大类。
1.4电工指示仪表的技术要求
一、要有足够的准确度
仪表的准确度太高，会使制造成本增高，同时对仪表使用条件的要求也相应提高；准确度太低，不能满足测量的需要。
二、要有合适的灵敏度
①仪表的灵敏度：
灵敏度太高，仪表的制造成本就高，要求使用条件也高；灵敏度太低，仪表不能反映被测量的微小变化。
因此，选择仪表灵敏度应以满足测量需要为宜。
三、要有良好的读数装置和阻尼装置
良好的读数装置是指仪表的标度尺刻度应力求均匀，以便于读数。
良好的阻尼装置是指当仪表接人电路后，指针在平衡位置附近摆动的时间要尽可能短，以便迅速读数。
四、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，它们的差值叫“变差”。
“变差”一般不应超过仪表基本误差的绝对值。
五、本身消耗功率小
在测量过程中，仪表本身必然会消耗一定的功率，但仪表本身消耗功率应尽量小。
如果仪表本身消耗功率太大，将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。
六、要有足够的绝缘强度和过载能力
仪表有足够的绝缘强度，可以保证使用者和仪表的安全。
在实际使用中，由于某些原因使仪表过载的现象是难免的，因此要求仪表有足够的抗过载能力，以延长仪表的使用寿命，仪表对绝缘强度和过载能力的要求，可查看有关标准中的规定。
[小结]：
1、测量误差及其消除方法2、电工指示仪表的主要技术要求
[作业]：
[课后体会]：
通过本节的学习,发现学生容易将误差的表示方法与测量误差的分类混淆，讲课的过程中应该多强调。
其次讲清楚仪表要有足够准确度的含义。
要讲清楚不是仪表的准确度越高越好，而是要根据实际情况，适合就好。
[复习]：
测量误差及消除方法;电工指示仪表的技术要求;
[导入]：
介绍常用电工测量方法和电工指示仪表的组成
[新授]：
1.5常用电工测量方法
一、名词术语
1、电工测量：
就是把被测的电量、磁量或电参数与同类标准量进行比较，从而确定被测量大小的过程。
二、常用的电工测量方法
1、直接测量法：
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。
如用电流表测电流，欧姆表测电阻等就属于直接测量法。
直接测量法的优点是方法简便，读数迅速。
但由于仪表接人被测电路后，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。
2、比较测量法：
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。
根据被测量与标准量比较方式的不同，比较测量法又分为以下三种：
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。
如用电桥测电阻就属于这种方法。
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。
如用不平衡电桥测电阻就属于这种方法。
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的方法。
比较测量法的优点是准确度高。
缺点是设备复杂，操作麻烦，通常适用于测量要求准确度较高的场合。
3、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。
如用伏安法测量电阻，通过测量晶体三极管发射极电压求放大器静态工作点Ic的方法，都属于间接测量法。
间接测量法的误差较大，但在准确度要求不高的一些特殊场合应用却十分方便。
1.6电工指示仪表的组成
一、电工指示仪表的组成
电工指示仪表必须具有测量机构和测量线路两个部分。
二、测量机构的主要装置
1．转动力矩装置2．反作用力矩装置3．阻尼力矩装置
电工仪表中常用的阻尼力矩装置有空气阻尼器和磁感应阻尼器两种。
4．渎数装置
读数装置由指示器和刻度盘组成。
光标式指示器适用于一些高灵敏度和高准确度的仪表。
5．支撑装置
[小结]：
常用的电工测量方法有哪几种？
电工指示仪表的组成。
[作业]：
[课后体会]：
通过举例比较分别介绍电工常用的三种测量方法，电工指示仪表组成部分中三个力矩的作用也应重点讲清。
[复习回顾知识点]（提问学生）
[练习与讲解]
一、填空题
1、电工测量的对象主要是指：
、、、、
、、、、等电量、磁量及电路参数。
2、电工仪表测量机构中常见的支撑方式有支撑方式和支撑方式。
3、电工仪表主要由和两部分组成，整个仪表的核心是。
4、电工指示仪表的特点是能将被测电量转换为，
并通过直接显示出被测量的大小，故又称为。
5、电工指示仪表按工作原理分类，主要分为系仪表、系仪表、
仪表和系仪表四大类。
6、良好的读数装置是指仪表的标度尺刻度应力求，以便于读数。
7、良好的阻尼装置是指当仪表接人电路后，指针在，
以便迅速读数。
8、数字式仪表的特点是采用测量技术，并以直接显示出
被测量的大小。
9、系统误差是指在相同条件下多次测量同一量时，误差的
均保持，而在条件改变时的误差。
10、表示仪表标度尺位置为垂直的符号是，表示仪表标度尺位置为水平的符
号是，表示仪表标度尺位置与水平面倾斜成600的符号是。
11、电工仪表的测量结果与被测量的实际值之间的差值叫。
12、电工仪表零件装配不当造成的误差属于仪表的误差。
13、根据产生误差的原因不同，仪表误差分为误差和误差两大类。
14、附加误差实际上是一种因而造成的额外误差。
15、仪表的误差通常用误差、误差和误差来表示。
16、测量误差是指与之间存在的差异。
17、疏失误差是一种的误差。
18、电工指示仪表中常见的阻尼力矩装置有阻尼器和阻尼器两种。
19、电工测量就是把被测的电量、磁量或电参数与进行比较，
从而确定被测量大小的过程。
20、电工指示仪表指针的偏转角度越大，反作用力矩越，阻尼力矩越。
21、常用的电工测量方法主要有测量法、测量法和测量法。
二、选择题
1、电工指示仪表按工作原理分类，主要分为大类。
A．四B．五C．六D．七
2、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测量法。
A．直接B．间接C.替换D．比较
3、仪表的标度尺刻度不准造成的误差是。
A．基本误差B．附加误差
C．相对误差D．引用误差
4、对由于外磁场引起的系统误差，可以采用的方法加以消除。
A．对测量仪表进行校正B．正负误差补偿法
C．替代法D．增加重复测量次数
5、转动力矩的大小与被测量大小及指针偏转角。
A．成正比B．成反比C．无关D．成某种函数关系
6、选择仪表的准确度时，要求。
A．越高越好B．越低越好C．无所谓D．根据实际测量的需要选择
7、在电工指示仪表中，阻尼力矩装置的作用是。
A．产生转动力矩B．产生反作用力矩
C．提高准确度D．缩短读数时间
8、消除偶然误差可以采用的方法。
A．对测量仪表进行校正B．正负误差补偿法
C．替代法D．增加重复测量次数
三、判断题
1．选择仪表时，要求其有足够的过载能力。
（）
2．便携式电工指示仪表多采用矛形指针，以利于准确读数。
（）
3．电工指示仪表的核心是测量机构。
（）
4．电工指示仪表准确度的数字越小，表示仪表的准确度越低。
（）
5．由外界环境的偶发性变化引起的误差叫偶然误差。
（）
四、问答题
1．简述产生系统误差、偶然误差、疏失误差的原因及其消除方法。
[作业]：
订正习题
[教后感]：
第一章是学生具体学习本课程的开端，重点难点要多强调，学习方法也不能忽视。
[复习]：
1、测量误差与仪表误差的区别；
2、测量误差的消除方法；
[导入]：
电流与电压的测量是最基本的电工测量，在生产实际中应用十分广泛。
[新授]：
2.1直流电流表与电压表
（一）
一、磁电系测量机构
磁电系测量机构是磁电系仪表的核心，只要在其基础上配上不同的测量线路，就能组成各种不同用途的磁电系电流表和电压表。
磁电系测量机构的工作原理：
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。
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（课堂提问：
为什么？
）
二、直流电流表介绍
[课堂练习]：
有磁电系测量机构的满刻度电流为500μA，内阻为200Ω，如要将其改制成量程为10A的电流表，应如何改造？
[课堂小结]：
磁电系测量机构的结构；磁电系测量机构的工作原理。
磁电系电流表。
[作业]：
[课后体会]：
在介绍直流电流表与电压表之前首先介绍磁电系测量机构，讲清楚它的组成，游丝的作用，工作原理，特点。
然后介绍直流电流表，重点介绍分流电阻的计算。
[复习]：
[导入]：
前面介绍了磁电系电流表的组成，今天介绍磁电系电压表的组成。
[新授]：
2.1直流电流表与电压表
（二）
三、直流电压表介绍
四、直流磁电系检流计
使用检流计的注意事项
（1）、搬动时必须轻拿轻放。
（2）、使用时要接正常工作位置放置。
（3）、搬动或使用完毕，应将止动器锁上。
无止动器的，要合上短接动圈的开关，或用导线将两接线端了短路口
（4）、禁止用万用表或电桥直接测量检流计的内阻，以防止过大的电流烧坏检流计线圈。
（5）、检流计应放置在干燥、无尘、无振动的场所使用或保存。
[课堂练习]：
[课堂小结]：
直流电压表的组成
[作业]：
[课后体会]：
在介绍直流电压表时应该与直流电流表比较进行介绍。
[复习]：
1、磁电系测量机构的结构；检流计的使用及注意事项
[导入]：
前面介绍了磁电系测量机构今天介绍电磁系测量机构。
[新授]：
2.2交流电流表和电压表
一、电磁系测量机构
（一）电磁系测量机构的结构
1．吸引型测量机构
2．排斥型测量机构
（二）、电磁系测量机构的工作原理
电磁系测量机构的工作原理是：
利用通电流的固定线圈产生磁场，使铁心磁化。
然后利用线圈与铁心（吸引型）或铁心与铁心（排斥型）相互作用产生转动力矩。
带动指针偏转。
二、交流电流表
三、交流电压表
四、整流系交流电压表
[课堂小结]：
电磁系测量机构的结构、工作原理。
交流电压表和电流表。
[课后体会]：
介绍电磁系测量机构时应该与磁电系测量机构比较介绍，强调与磁电系测量机构的不同点。
[复习]：
磁电系、电磁系测量机构的工作原理；
[导入]：
实际生产中，前面介绍的交流电流表和交流电压表的量程往往不能满足测量的要求，这就需要利用仪用互感器来扩大交流仪表的量程
[新授]：
2.3仪用互感器
一、仪用互感器的用途
①扩大交流仪表的量程可利用仪用互感器按比例地把大电流、高电压变换成小电流、低电压，再用低量程的仪表进行测量，就相当于扩大了交流仪表的量程。
②测量高电压时保证工作人员和仪表的安全在测量高压电路时，不但降低了对仪表的绝缘要求，而且可以保证工作人员和仪表的安全。
③有利于仪表生产的标准化，降低生产成本由于仪用互感器二次侧的额定电压和额定电流统一规定为100V和5A。
于是，只要生产量程为100V的电压表和5A的电流表，再配用不同变比的仪用互感器，就能满足测量各种高电压和大电流的要求。
综上所示：
在电工测量中仪用互感器得到了广泛的应用。
二、电流互感器
1．电流互感器的构造与原理
电流互感器实际上是一个降流变压器，能把一次侧的大电流变换成二次侧的小电流。
2．电流互感器的正确使用
三、电压互感器
1．电压互感器的构造与原理
电压互感器实际上就是一个降压变压器，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。
[课堂练习]：
简述仪用互感器的作用；
[小结]：
互感器的正确使用；
[作业]：
[课后体会]：
重点介绍仪用互感器的正确使用，详细介绍电流互感器，在介绍电压互感器时与电流互感器比较介绍。
[复习]：
电流和电压互感器的正确使用
[导入]：
介绍钳形电流表
[新授]：
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
二、钳形电流表的正确使用
钳形电流表的准确度不高，一般为2．5级或5．0级。
但它能在不切断电路的情况下测量电流，使用很方便，因此在生产中使用广泛。
在使用钳形电流表时，要注意以下几点：
1、测量前先估计被测电流的大小，选择合适的量程。
若无法估计被测电流的大小时。
则应从最大量程开始，逐步换成合适的量程。
转换量程应在退出导线后进行。
2、测量时应将被测载流导线置于钳口中央，以避免增大误差。
3、钳口要结合紧密。
若发现有杂声出现，应检查钳口结合处是否有污垢存在如有则要用煤油擦净后再进行测量。
4、测量5A以下的较小电流时，为使读数准确，在条件许可的情况下，可将被测导线多绕几圈再放人钳口进行测量，被测的实际电流值就等于仪表读数除以放进钳口中导线的圈数。
5、测量完毕，一定要将仪表的量程开关置于最大量程位置上，以防下次使用时，由于使用者疏忽而造成仪表损坏。
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
根据电工测量的目的和要求，合理选择电流表和电压表。
在选择时应按照仪表类型、准确度、仪表内阻、量程、工作条件以及绝缘强度等方面，既全面又有所侧重地进行选择。
二、电流表与电压表的使用方法
1、在使用电流表和电压表之前，要先根据被测量的大小选择好合适的量程，然后按要求进行接线。
2、使用电流表时要将电流表串联接入被测电路。
在测量较高电压电路的电流时，电流表应串联接在被测电路中的低电位端，如图a所示。
如果错接成并联会造成电路短路，并烧毁电流表。
3、使用电压表时要将电压表与被测电路并联，如图b所示。
如果将电压表错接成串联，则会因其内阻太大，使测量电路呈开路状态，电压表也无法正常工作。
4、使用直流电流表和电压表时，要注意使被测电流从仪表的“+”端流进，“-”端流出，以避免指针反转而损坏仪表。
[课堂练习]：
钳形电流表的优点；电流表与电压表使用注意点。
[小结]：
钳形电流表的正确使用；电流表与电压表的使用方法；
[作业]：
[课后体会]：
钳形电流表与以前的一般电流表不一样，重点介绍钳形电流表的正确使用方法，学生比较感兴趣。
[知识回顾]：
磁电系测量机构与电磁系测量机构的区别；（提问学生）
检流计与钳形电流表的作用；
仪用互感器的作用与原理；
[练习与讲评]
填空题
1、磁电系测量机构中游丝的作用有两个：
一是，二是
。
2、磁电系仪表的刻度是均匀的，其原因是由于仪表指针的偏转角与。
3．磁电系电流表由与两者
组成。
4．电磁系电流表由组成。
5．电压互感器二次侧的额定电压规定为V，电流互感器二次侧的
额定电流规定为A。
6．一磁电系测量机构满偏电流为100μA，内阻为200Ω，将它改装成150V的电压表应该附加多大的分压电阻?
7．分流电阻一般采用电阻率较，电阻温度系数很的
制成。
8．磁电系检流计是一种专门用来测量的仪表，
通常用于。
选择题
1．直流电压表的分压电阻必须与其测量机构。
A，断开B．串联C．并联D．短路
2．共用式分压电路的优点是。
A．各量程互不影响B．准确度高C．灵敏度高D．节约材料
3．磁电系检流计常用来。
A．判定电流的有无B．测量电流的大小
C．精密测量电流的大小D．精密测量电压的大小
4．钳形电流表的优点是。
A．准确度高B．灵敏度高
C.可以交、直流两用D．可以不切断电路测电流
5．测量运行中的绕线式异步电动机的转子电流，可以用。
A．安培表B．互感器式钳形电流表
C.检流计D．电磁系钳形电流表
问答题
1、为什么电压互感器的一次侧、二次侧都必须装熔断器，而电流互感器的一次侧、二次侧却不能装熔断器?
[作业]：
订正习题
[教后感]：
通过本次练习让学生掌握基本概念。
[复习]：
钳形电流表的正确使用；电流表与电压表的使用方法。
[导入]：
万用表是一种可以测量多种电量，具有多种量程的便携式仪表。
有的万用表还能测量交流电流、电感、电容、晶体三极管的hFE值等。
常用的万用表有模拟式和数字式两种。
[新授]：
第3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”）
万用表测量机构的作用是把过渡电量转换为仪表指针的机械偏转角。
二、测量线路
测量线路的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）。
测量线路中使用的元器件主要包括分流电阻、分压电阻、整流元件等。
三、转换开关
转换开关的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
3.3万用表的使用与维修
一、万用表的使用
1、使用之前要调零
为了减小测量误差，在使用万用表之前要先进行机械调零。
在测量电阻之前，还要进行欧姆调零。
2、要正确接线
万用表面板上的插孔和接线柱都有极性标记。
使用时将红表笔与“+”极性孔相连，黑表笔与“-”极性孔相连。
测量直流量时，要注意正、负极性，以免指针反转。
测量电流时，仪表应串联在被测电路中；
测量电压时，仪表要并联在被测电路两端。
在用万用表测量晶体管时，应牢记万用表的红表笔与内部电池的负极相接，黑表笔与内部电池的正极相接。
3、要正确选择测量挡位
测量挡位包括测量对象和量程。
如测量电压时应将转换开关放在相应的电压挡，测量电流时应放在相应的电流挡等。
如误用电流挡去测量电压，会造成仪表损坏。
选择电流或电压量程时，最好使指针处在标度尺三分之二以上的位置；选择电阻量程时，最好使指针处在标度尺的中间位置。
这样做的目的是为了尽量减小测量误差。
测量时，当不能确定被测电流、电压的数值范围，应先将转换开关转至对应的最大量程，然后根据指针的偏转程度逐步减小至合适量程。
特别强调，严禁在被测电阻带电的情况下用欧姆挡去测量电阻。
否则，外加电压极易造成万用表的损坏。
4、要正确读数
在万用表的表盘上有许多条标度尺，分别用于不同的测量对象。
所以测量时要在对应的标度尺上读数，同时应注意标度尺读数和量程的配合，避免出错。
5、要注意操作安全
在进行高电压测量或测量点附近有高电压时，一定要注意人身和仪表的安全。
在做高电压及大电流测量时，严禁带电切换量程开关，否则有可能损坏转换开关。
另外，万用表用完之后，最好将转换开关置于空挡或交流电压最高挡，以防下次测量时由于疏忽而损坏万用表。
二、万用表常见故障及排除
万用表使用广泛，故障的发生率很高。
[课堂练习]：
[小结]：
万用表的结构；万用表的使用与维护；
[作业]：
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