电工仪表与测量试题及答案Word文件下载.docx
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1.基本误差:
仪表在正常工作条件下的误差,主要由仪表的结构、工艺等方面不完善而产生。
2.附加误差:
仪表偏离了规定的工作条件而产生的误差。
二.误差的表示方法
1.绝对误差Δ:
仪表的指示值AX与被测量的实际值A0之间的差值。
Δ=AX—A0
可见,绝对误差是有正负之分的。
2.相对误差γ:
绝对误差Δ与被测量实际值A0比值的百分数。
γ=Δ/A0×
100%
显然,绝对误差只能反映测量值与实际值的相差大小,而相对误差则能反映测量结果的准确程度。
3.引用误差γm:
绝对误差Δ与仪表的最大量程Am比值的百分数。
引用误差可以反映仪表的准确程度。
三.仪表的准确度±
K
工程上以仪表的最大引用误差来表示仪表的准确度。
±
K%=Δm/Am×
我国生产的电工仪表准确度共分为七级:
0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0。
例题分析例1-3、例1-4P8(略写)
例题分析说明,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。
小结;
电工仪表的的误差分类、绝对误差、相对误差、引用误差、准确度。
电工仪表的误差和准确度。
电工仪表的性能好坏有一些特定的技术指标来衡量。
电工指示仪表的技术要求有:
一.要有足够的准确度
二.要有合适的灵敏度
灵敏度:
电工指示仪表中,仪表的可动部分偏转角的变化量与被测量的变化量
之比值。
S=Δα/Δx
对于刻度均匀的仪表,S为一个常数。
仪表常数C:
灵敏度的倒数叫做仪表常数。
C=1/S
三.要有良好的读数装置和阻尼装置
四.变差要小
变差:
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,它们的差值叫做变差。
变差一般不应超过仪表基本误差的绝对值。
五.本身消耗功率要小
六.要有足够的绝缘强度和过载能力
对电工仪表的主要技术要求。
对电工仪表的技术要求。
本节介绍主要的电工测量方法及其特点。
常用的电工方法主要有以下三种:
一.直接测量法
凡是用直接指示仪表读取被测量的数值,而无需度量器直接参与的测量方法。
如用万用表测电阻,用电流表测电流等。
优点方法简便,读数迅速。
缺点仪表接入电路中会改变电路的工作状态,准确度较低。
二.比较测量法
凡是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值的方法叫做比较法。
1.零值法测量过程中通过改变标准量,使其与被测量相等,从而确定被测量的方法。
如用电桥测电阻。
2.差值法利用被测量与标准量的差值作用于测量仪表,从而确定被测量的方法。
如用不平衡电桥测电阻。
3.代替法用已知的标准量代替被测量,若能维持仪表的读数不变,则被测量必然等于已知量。
如曹冲称大象。
比较法的优点准确度高。
比较法的缺点设备复杂,操作麻烦。
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值的方法。
如用伏安法测电阻,通过三极管的发射极电压求放大器静态工作点的IC的方法。
缺点误差较大。
优点在一些特殊场合应用方便。
直接测量法、比较测量法、间接测量法。
根据测量误差的产生原因,测量误差可以分为三种:
一.系统误差
系统误差是指在相同的条件下,多次测量同一量时,误差的大小和符号均保持不变,而在条件变化时遵循一定规律变化的误差。
1.产生系统误差的原因
(1)仪表的误差包括基本误差和附加误差。
(2)测量方法误差指方法不完善而带来的误差。
2.系统误差的消除
(1)校正仪表的基本误差,尽量满足仪表要求的工作的条件。
(2)采用合理的测量方法。
(3)采用特殊的消除方法。
如:
1)正负误差补偿法多次测量取平均值。
2)替代法
3)引入校正值
二.偶然误差
是指一种大小和符号都不固定的误差。
1.产生偶然误差的原因主要由外界环境的偶然变化引起。
2.偶然误差的消除多次测量取平均值的方法可以消除偶然误差。
三.疏失误差
是一种严重歪曲测量结果的误差。
1.产生羽失误差的原因操作者的粗心和疏忽造成,如读错数、记录错误、算错数据等。
2.疏失误差的消除
含有疏失误差的结果应抛弃不用,消除疏失误差的方法是加强操作者的工作责任心,倡导认真负责的工作态度。
课堂小结
系统误差、偶然误差、疏失误差及其消除。
一.电工指示仪表的组成
1.测量机构
作用将被测量(或过渡量)转换成为仪表可动部分的偏转角。
测量机构是电工指示仪表的核心。
2.测量线路
把各种不同的被测量转换成能被测量机构所接受的过渡电量。
常由电阻、电容、电感等组成。
二.测量机构的主要装置
1.转动力矩装置M转动力矩的大小被测量、指针偏转角成某种函数关系。
它是使仪表的可动部分转动的力矩。
2.反作用力矩Mf与转动力矩相平衡的力矩。
仪表的指针平衡时,有M=Mf
主要的反作用力矩有张丝、游丝等。
也有用电磁感应装置来产生反作用力矩的。
3.阻尼力矩装置MZ
缩短可动部分的的摆动时间以利于尽快读数的装置。
主要的阻尼装置空气阻尼装置、电磁感应装置。
特点
(1)阻尼力矩只在仪表的可动部分运动时才能产生。
(2)MZ大小与速度成正比,方向都与可动部分的运动方向相反。
(3)仪表静止时的位置由M=Mf决定,与MZ没有关系。
4.读数装置
由指示器和刻度盘组成。
指示器有刀形、矛形指示器、光标指示器。
刻度盘又称表盘,它是一个画有标度尺和仪表标志符号的平面。
5.支撑装置
常见的有:
轴尖支撑方式,有张丝弹片的支撑方式。
一.磁电系测量机构的结构
1.结构
主要由永久磁铁、圆柱形铁心、可动线圈、游丝、转轴、指针等组成。
2.由铝框和磁铁组成磁感应式阻尼器。
3.游丝有两个作用:
一是产生反作用力矩,二是把被测电流导入和导出可动线圈。
4.磁电系测量机构的磁路系统有外磁式、内磁式、内外磁式。
二.磁电系测量机构的工作原理
1.转动力矩的产生
当被测电流流入可动线圈时,与永久磁铁相互作用产生电磁力,在转轴上形成电磁力矩M,使得可动线圈转动。
M=2NBIlr=NBSI
可见,磁电系测量机构的电磁力矩M的大小与被测电流I的大小成正比。
2.反作用力矩的产生
线圈转动时引起游丝变形,产生反作用力矩Mf。
并且有
Mf=D×
α
3.当M=Mf时,指针静止。
这样有
α=NBSI/D=(NBS/D)I
说明,磁电系测量机构的偏转角α的大小被测量的电流I成正比。
因此,可以用偏转角的大小来衡量被测电流的大小,并由指针在标长度尺上直接显示被测电流的数值。
三.磁电系测量机构的特点
1.准确度高,灵敏度高
2.功率消耗小。
3.刻度均匀,便于准确读数。
4.过载能力小。
5.只能测量直流。
若要测量交流电量,要配用整流器。
四.磁电系电流表
1.磁电系电流表的组成
(1)磁电系电流表由磁电系测量机构与分流电阻并联组成的。
(2)分流电阻的计算
RA=RC/(n-1)
其中,n=Ix//IC叫做仪表的电流扩大倍数。
上式说明,给一个测量机构并联一个阻值为表头内阻1/(n-1)倍的电阻,即可以使仪表的量程扩大n倍。
2.分流电阻
锰铜材料制成,30A以下为内附式,30A以上为外附式,外附式有四个接线端子,
外面的两个为电流端子,里面的两个为电位端子,这样可以消除接线电阻对测量的影响。
分流电阻的额定值额定电流和额定电压。
五.多量程电流表
1.开路式分流电路多量程电流表
优点各量程的电阻相互独立,互不影响。
缺点转换开关的接触电阻包含在分流电阻内,特别是转换开关接触不良时,被测电流全部流过表头,会导致表头烧坏。
2.闭路式分流电阻多量程电流表
优点转换开关的接触电阻处在测量机构的分流电阻之外,保证了准确度,同时当转换开关接触不良时,不会烧坏测量机构。
缺点各个量程之间相互影响,计算分流电阻比较复杂。
六.磁电系电压表
1.磁电系电压表的组成
由磁电系测量机构和串联的分压电阻组成。
要使电压量程扩大m倍,需要串联的分压电阻是测量机构内阻RC的(m-1)倍。
即m=U/Uc时,RV=(m-1)RC
例题分析例2-2(略写)
2.分压电阻
材料锰铜
分类600V以内为内附式,600V以上为外附式。
七.多量程电压表
常采用共用式分压电路,如图2-9所示。
优点高量程分压电阻共用了低量程的分压电阻,节约了材料。
缺点一旦低量程损坏,则高量程也无法使用。
电压表的灵敏度电压表的内阻与电压表的量程的比值。
单位Ω/V。
它有两个作用:
(1)表示电压表指针偏转至满刻度时取自被测电路的电流值;
(2)能方便地计算出该电压表各量程的内阻。
可见其意义是:
电压灵敏度越高,相同量程下电压表的内阻越大,取用被测电路的电流越小,对被测电路的影响越小,测量准确度也高。
磁电系单量程、多量程电流表及电压表。
磁电系测量机构的结构、原理和特点。
检流计的作用:
1.检测微小电流的有无;
2.检测微小电流的方向;
3.检测微小电流的大小。
一.检流的结构
检流计的特点是灵敏度高,为此在结构上与普通磁电系仪表有以下两点为同:
1.采用张丝或悬丝支撑代替轴尖支撑,以消除摩擦的影响。
2.用光标指示装置代替指针。
二.光电检流计
根据光电放大原理制成的一种检流计。
灵敏度比普通的检流计高一个级别。
1.IX=0时,HL的灯光经P1反射后照到GB1、GB2上光通量相等,这时P2上无电流,指针指零。
2.当IX不为零时,P1偏转,照射到GB1、GB2上的光通量不相等,P2上有电流,指针指示被测量的大小。
RP1为输入灵敏度调节电位器,同时有防止大电流损坏P1的作用。
RP21为反馈电阻,调节它即可以改变反馈深度,达到改变整个检流计的灵敏度的目的。
三.使用检流计的注意事项
1.搬动时轻拿轻放。
2.使用时要按正常工作位置放置。
3.搬动或使用完毕,应将止动器锁上。
或将接线端子短接。
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其线圈。
5.使用光电检流计时,在未知被测电流的大小时,RP1应调至最大,灵敏度调至最低,逐步向最高灵敏度过渡。
测量过程中,应缓慢调节RP1、RP2,以避免冲击电流损坏检流计。
6.检流计应放在干燥、无尘、无振动的场所使用或保存。
四.电磁系测量机构的结构
主要组成:
固定线圈和可动铁片两部分。
1.吸引型测量机构
由固定线圈、可动铁片、指针、阻尼片、游丝、永久磁铁、磁屏蔽等组成。
如图2-14所示。
2.排斥型测量机构
有两片软磁铁片,一片为固定,另一片为可动,其余部分与吸引型基本相同。
如图2-16所示。
五.电磁系测量机构的工作原理
1.吸引型的工作原理
通电线圈→产生磁场→铁片被磁化吸引→指针偏转→游丝变形产生反作用平衡
力矩。
电流越大,磁化越强,吸引力越大,指针的偏转角越大。
当电流方向改变时,磁场方向和铁片被磁化的极性方向同时改变,转动力矩的方向
仍为吸引方向,因此得名为吸引型。
由于电流的方向改变时,指针的偏转方向不变,
所以可以制成交、直流两用仪表。
2.排斥型工作原理
线圈通电→两片铁片同时被磁化并且极性相同→同性相互排斥→固定铁片不动,
可动铁片偏转→指针偏转→游丝变形产生平衡力矩。
电流越大,两片铁片的排斥力也越大,指针的偏转角也越大。
电流方向改变,两片铁片的极性同时改变,仍为相互排斥,由此得名。
也可制成交、
直流两用仪表。
3.指针的偏转角与线圈中的电流的关系
线圈中的电流越大→线圈产生的磁场越强→铁片被磁化的磁性也越强→吸引力或
排斥力也越大。
实验和理论都证明,转动力矩与线圈中的磁势的平方成正比。
即α=K(NI)2
指针的偏转角α大小与被测电流I的平方成正比。
六.电磁系仪表的特点
1.可以测交流,又可以测直流。
2.可以直接测量较大的电流,过载能力强,结构简单,成本低。
3.刻度标尺不均匀,起始段密而后疏。
4.易受外磁的影响。
常用的抗外磁措施有:
(1)磁屏蔽;
(2)采用无定位机构。
如图2-20所示。
七.电磁系电流表
1.电磁系电流表的结构:
实际上电磁系测量机构本身就是一个电磁系电流表。
只要改变线圈的匝数和线径,即可制成不同量程的电流表。
大量程:
导线粗,匝数少,工作时电流大。
小量程:
导线细,匝数多,工作时电流小。
2.安装式电流表
(1)常为单量程表,且电流的最大量程不超过200A;
(2)电流超过200A时常与电流互感器配合使用扩大量程。
3.便携式电流表
(1)常制成多量程表;
(2)量程扩大方法是把固定线圈分段绕制,通过各段线圈的串联、并联连接来实现量
程的改变。
如图2-21所示。
采用串联连接。
采用并联连接。
八.电磁系电压表
1.电磁系电压表的组成:
由电磁系测量机构的分压电阻串联组成。
注意:
电磁系电压表的线圈由于使用时并联在较高的电压上,为减小功率损耗和保
证足够的测量磁势NI,要求导线很细,匝数很多,工作时电抗很大。
2.安装式电压表
(1)多为单量程,且一般不超过600V;
(2)600V以上的电压测量时,常配合电压互感器使用。
3.便携式电压表
(1)常为多量程表;
(2)量程的扩大方法与磁电系电压表相同,即通过串联不同的分压电阻实现。
同时要注意,电磁式电压表一般不宜制成低量程表,否则会因为表的内阻太小导致
功率损耗太大、灵敏度降低等问题。
一.互感器的作用
1.扩大仪表的量程。
交流大电流→电流互感器————→交流小电流→小量程电流表测量
按比例变换
交流大电压→电压互感器————交流小电压→小量程电压表测量
2.测量高压时保证工作人员和仪表的安全。
因为此时测量人员和仪表接触的只是低压部分,所以更安全。
3.有利于仪表生产的标准化,降低生产成本。
实际电压或电流无论其值是多少,均可通过各种不同规格的电压互感器或电流互感
器,变换成额定值为100V或5A的标准输出,这样就可以使仪表的生产标准化,降
低了仪表的生产成本。
二.电压互感器
1.构造和原理
(1)构造实际上是一个降压变压器,一次输入高压,匝数多,二次输出低压,匝数少。
如图2-23所示。
(2)工作状态相当于一个工作在二次开路状态下的变压器。
(3)变压比KTV=U1N/U2N常标在铭牌上。
实际测量时,有
U1=KTVU2即一次被测电压=变压比乘以二次仪表的读数
说明:
为测量方便,常按一次刻度,使得测量结果可以直读,但要求仪表与互感器
必须配套。
2.电压互感器的正确使用
(1)正确接线。
一次并联在被测电路上,二次接电压表。
(2)一次、二次都要安装熔断器,以防短路发生。
(3)铁心及二次侧的一端必须可靠接地,防止高压窜入时危及仪表及测量人员。
二.电流互感器
(1)构造相当于一个降流变压器,一次的匝数很少,通常只有几匝甚至一匝,二次
的匝数很多,常有几千匝。
工作时一次电流很大,而二次电流不超过5A。
(2)工作状态近似于一个二次短路运行的变压器。
(3)变流比KTA=I1N/I2N铭牌数据。
I1=KTAI2
即被测的一次电流I1等于变流比KTA乘以二次仪表的读数I2。
同样,当仪表与互感器配套作用时,测量结果也常按一次刻度成为直读。
2.电流互感器的正确使用
一次按匝数要求穿过电流互感器的中心,二次接电流表。
(2)二次侧在运行中不允许开路。
不允许安熔断器。
为便于更换二次的仪表,二次
侧常装有短路开关。
(3)铁心及二次侧的一端应可靠挡地。
(4)注意二次侧安装的仪表和设备不能太多,若超过二次的额定功率时,会导致测量
误差增大。
钳形电流表
钳形电流表:
是一种能在不断电的情况下测量电流的便携式电流表。
有的还能测量
电压。
一.钳形电流表的构造和原理
1.互感器式钳形电流表
(1)组成互感器(二次)、整流系电流表两大部分。
如图2-25所示。
(2)原理把钳口张开,被测导线放入钳口中,被测的导线相当于一次侧,在二次侧
感应出电流,送入整流系电流表进行测量,标尺按一次侧电流标度。
(3)注意互感器式钳形电流表只能测量交流电流。
(4)常用型号T301、T302、MG24型等。
2.电磁系钳形电流表
(1)构造电磁系测量机构组成。
(2)原理当被测导体放入钳口中心时,铁心中产生磁场,可动铁片被磁化,产生推
动力带动指针偏转,指示出被测电流的大小。
(3)特点可以测量交流,也可以测量直流。
特别是测量绕线式异步电动机的转子电
流时,由于转子电流的频率很低,互感器式钳形电流表是无法测量其具体数值的,
这时只能用电磁式钳形电流表。
(4)常用型号MG20、MG21等。
二.钳形电流表物正确使用
1.先选用大量程估测被测电流的大小,再选用合适的量程测量。
换量程时要先退出
被测导线。
2.被测导线应放在钳口的中央,以减小误差。
3.钳口要结合紧密,若有杂声,可用煤油洗净。
4.5A以下的小电流,绕几圈测量,读数除以放入钳口中的导线的次数即为实际的
被测电流。
5.测量完毕,要把量程放在最大电流测量位置,以防下次测量时不小心损坏仪表。
一.电流表与电压表的选择
1.选择仪表的类型
(1)直流电流、电压的测量:
磁电系仪表。
(2)交流电流、电压的测量:
电磁系仪表、整流系仪表。
交流电量的精确测量可以选
用电动系仪表。
(3)交、直流两用:
一般情况下可选用电磁系仪表,需要精确测量时可以选用电动系
仪表。
2.选用仪表的准确度
(1)标准表、精测时:
0.1、0.2级。
(2)实验室用表:
0.5、1.0级。
(3)一般工程使用:
1.5、2.5、5.0级。
(4)附加装置的准确度:
分流电阻、分压电阻、仪用互感器等,其准确度应比仪表
本身高2—3档。
3.选择仪表的内阻
电流表:
内阻尽量小。
电压表:
内阻尽量大。
4.选择仪表的量程
(1)仪表的量程要大于被测量;
(2)把被测量范围选择在仪表标尺满刻度的三分之二以上范围内;
(3)无法估计被测量的大小时,应选用大量程的仪表测试后,再逐步换成合适量程的
上测量。
5.选择仪表的使用条件
(1)实验室:
便携式仪表。
(2)开关板、电气设备上:
安装式仪表。
(3)尽量满足仪表的使用环境要求选用A、B、C组仪表。
6.仪表的绝缘强度选择
要求仪表的绝缘强度要高于被测线路的电压。
二.电流表与电压表的使用方法
1.按前述的方法选择好仪表。
2.正确接线。
串联接入电路中,电压较高时,最好串在低电位端(如零线、负极线上)。
并联接入电路中。
3.直流电流表、电压表在接入电路中时,要注意仪表的极性。
“+”端电流流入,“-”
端电流流出,否则会导致仪表反转而不能正确读数甚至损坏仪表。
万用表的组成测量机构、测量线路、转换开关三部分组成。
一.测量机构
1.作用过渡量——→指针偏转
2.结构
万用表常用磁电系测量机构,满偏电流一般在几微安---几百微安之间。
3.灵敏度
满偏电流越小灵敏度越高。
常用电压灵敏度来表示(Ω/V),越大越灵敏。
二.测量线路
1.作用
把不同的被测量(电流、电压、电阻等)——→过渡量(直流电流)。
万用表之所以能测量多种电量,是因为其内部有多套测量线路。
测量线路主要由分流电阻(电流档使用,多个)、分压电阻(电压档使用,多
个)、整流元件(交流档使用,半波或全波)等组成。
一般来说,万用表的功能越多,其测量线路也越复杂。
三.转换开关
把测量线路转换为所需要的测量种类和量程。
多层多刀多掷开关。
500型万用表有两个转换开关,S1和S2,如图3-1所示。
S1:
二层三刀十二掷开关。
S2:
二层二刀十二掷开关。
主要技术特性及总电路图
1.主要技术特性表3-1
能理解各种电量、各种量程,灵敏度的含义,准确度的等级等技术参数。
2.电路总图
总图的读法包括以下的几个部分:
(1)表头部分
(2)转换开关S1、S2的读法
(3)分流电阻、电压电阻部分的读法
(4)整流部分的读法
(5)电源部分(1.5V、9V)的读法
基本的理论知识:
欧姆定律、电阻的串联和并联知识、整流电路(半波)知识。
一.直流电流测量电路
1.转换开关位置
S1→A档,S2→相应的量程档,此时的电路如图3-4所示。
实际上采用的是闭路
式分流电路。