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

教师：

李洪波

周次：

时间：

课题：

1.1电气测量的根本概念1.2电气测量方法1.3测量误差

课时：

2课时

教学目标：

1、了解什么是电气测量

2、掌握电气测量的方法

3、掌握测量误差的概念及测量误差的产生和消除方法

重点、难点：

测量误差的概念及测量误差的产生和消除方法

教具：

教材粉笔

教学方法：

讲授法

时间分配：

新授75分钟小结10分钟作业布置5分钟

教学过程：

1.1电气测量的根本概念

1.1.1测量的根本概念

测量是人类对客观事物取得数量概念的认识过程，是人们认识和改造自然的一种不可缺少的手段。

在自然界中，对于任何被研究的对象，假设要定量地进行评价，必须通过测量来实现。

测量是通过实验对客观事物取得定量意义的过程，是一种把物理参数变换成具有意义的数字的过程，也是把被测对象与公认的标准单位进行比拟的过程。

测量过程应具有三要素：

一是测量单位；二是测量方法，它是将被测量与其单位进行比拟的实验方法；三是测量仪器与设备，它是测量过程的具体表达与实施者，是为了求取比值〔测量值〕而实际使用的一些仪器设备。

1.1.2电气测量的向容

电气测量是指在电工电子学中测量有关电的量值。

主要分为

1.电能量的测量

2.电路元件参数的测量、

3.电信号特性的测量

4.电路性能的测量

1.2电气测量方法

1.2.1电气测量方法的分类

一个电气参量的测量，可以通过不同的方法来实现。

测量方法的选择正确与否，直接关系到测量结果的可信赖程度，也关系到测量工作的经济性和可行性。

常见的分类方式及测量方法

1．按仪表产生被测量数值的方法分类

〔1〕直读式测量法

〔2〕比拟式测量法：

差值法、零值法、替代法

2．按获得被测量结果的过程分类

〔1〕直接测量

〔2〕间接测量

〔3〕组合测量

1.2.2非电量电测法的特点

非电量的电测法是用电测技术对非电量进行测量，非电量测量系统主要由传感器、测量电路、信息处理及显示装置组成，在不需要显示的保护、计量和控制系统中，显示装置可被执行机构所代替。

选择电气测量方法时应考虑如下要求：

（l〕足够的灵敏度。

（2〕适当的准确度。

（3〕对被测电路状态的影响要尽可能小。

（4〕测量简便可靠。

（5〕测量前的准备工作和测量后的数据处理应尽可能简便。

（6〕对被测对象的性质要了解清楚〔参数是否线性、数量级如何、对波形和频率有否要求、对测量过程的稳定性有否要求、有否抗干扰要求等〕。

1.3.1测量误差的根本概念

任何测量都不可能绝对准确，都存在误差，只要误差在允许范围内即可认为符合标准，自动检测技术也不例外。

所谓测量误差，即测量的输出值与理论输出值的差值。

因此，要求在设计、制造和使用传感器与自动检测系统时，允许有误差，但必须在规定误差的指标之内。

为了使其能满足一定的精度要求，必须掌握误差的种类及分析产生误差的原因，克服与减少误差的方法。

下面介绍有关测量的局部名词。

（l〕真值被测量本身所具有的真正值称为真值。

量的真值是一个理想的概念，一般是不知道的。

但在某些特定情况下，真值又是可知的，如一个整圆的圆周角为360。

（2〕约定真值由于真值往往是未知的，所以一般用基准器的量值来代替真值，称为约定真值，它与真值之差可以忽略不计。

（3〕实际值误差理论指出，在排除了系统误差的前提下，对于精确测量，当测量次数为无限多时，测量结果的算术平均值接近于真值，因而可将它视为被测量的真值。

（4〕标称值测量器具上所标出来的数值。

（5〕示值由测量器具读数装置所指示出来的被测量的数值。

（6〕测量误差用器具进行测量时，所测量出来的数值与被测量的实际值之间的差值。

1.3.2测量误差的分类

〔1〕绝对误差

〔2〕相对误差

〔3〕容许误差

〔1〕系统误差

〔2〕随机误差

〔3〕粗大误差

3．按被测量随时间变化的速度分类

（l〕静态误差

（2〕动态误差

4．按使用条件分类

（l〕根本误差

（2〕附加误差

1．仪器误差

2．使用误差

3．人身误差

4．影响误差

5．方法误差

1．系统误差的消除

（l〕替代法

（2〕正负误差补偿法

（3〕引入校正值

产生随机误差的原因主要由外界环境的偶发性变化引起，例如外电场、磁场的突变，温度、湿度的变化，电源电压、频率的突变等，使得在重复测量同一量时，其结果不完全相同，从而产生偶然误差。

随机误差不能用试验的方法加以检查和消除。

根据随机误差的来源，应该尽可能屡次测量，并取各项测量的算术平均值作为测量结果，测量结果越多，其随机误差的影响就越小，测量结果越接近实际值。

3．粗大误差的消除

产生粗大误差的原因主要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。

一般采用剔除坏值的方法来消除粗大误差，即发现测量过程中因读错、记错而出现读数突然跳变时，及时剔除、重测，直到完全符合要求为止。

这样不但防止了粗大误差，而且也保证了测量的质量和速度。

为此在测量时应养成细心和耐心的习惯。

此外，对同一量进行屡次测量时，用统计方法可发现和剔除坏值。

作业布置：

审批：

小结：

1、电气测量的概念和内容

2、电气测量的方法和选择原那么

3、测量误差的概念及测量误差的产生和消除方法

后记：

周次：

时间：

课题：

1.4电工仪表的分类1.5测量仪表的选择与使用

课时：

2课时

教学目标：

1、了解电工仪表的分类

2、掌握电工仪表的图形符号

3、掌握测量仪表的选择与使用方法

重点、难点：

测量仪表的选择与使用方法

教具：

教材粉笔

教学方法：

讲授法

时间分配：

回忆10分钟授课65分钟小结10分钟作业布置5分钟

教学过程：

1.4电工仪表的分类

1.4.1电工仪表的分类

1．指示式仪表

电工指示仪表可以根据工作原理、结构、测量对象和使用条件等进行分类。

（l〕按工作原理分类有磁电系、电磁系、电动系、铁磁电动系、感应系、静电系和整流系仪表等类型。

（2〕按被测电工量分类有电流表、电压表、功率表、电能表、功率因数表、频率表和绝缘电阻表等类型。

（3〕按工作电流性质分类有直流仪表、交流仪表和交、直流两用仪表。

（4〕按使用方法分类有安装式和便携式仪表。

（5〕按准确度等级分类有0.1级、0.2级、0.5级、1.0级、1.5级、2.5级、5.0级等7个准确度等级类型的仪表。

（6〕按使用条件分类有A、B、C三组类型的仪表。

在湿度为85％条件下使用：

A组仪表适应于环境温度为0℃一40℃；B组为20℃一50℃；C组那么为40℃一60℃。

2．比拟式仪表

比拟式仪表用于比拟法测量中。

3．数字式仪表和巡回检测装置

数字式仪表是采用数字测量技术，并以数码形式直接显示被测量值的仪表。

4．记录仪表和示波器

记录被测量随时间变化情况的仪表，称为记录仪表。

5．扩大量程装置和变换器

用以实现同一电量的变换，并能扩大仪表量程的装置，称为扩大量程装置

1.4.2电工仪表的图形符号

1.5测量仪表的选择与使用

1.5.1测量仪表的根本想能

1．准确度

2.稳定性

3.频率范围和量程

4.输入输出特性

〔1〕线性度〔2〕灵敏度〔3〕迟滞〔4〕分表率和分辨力〔5〕动态特性

1.5.2常用电工仪表的选择

1．仪表类型的选择

根据被测量是直流还是交流选用直流仪表或交流仪表。

2．仪表准确度的选择

仪表准确度等级越高，其根本误差就越小，测量误差也就越小。

然而仪表的准确度等级越高，价格也越贵，使用条件要求也越严格。

因此，仪表准确度的选择要从实际需要出发，兼顾经济性，不可片面追求高精度。

3．仪表量程的选择

在选用仪表时，应当根据测量值来选择仪表的量程，尽量使测量的示值范围在仪表量程的2/3以上的一段。

4．仪表内阻的选择

选择仪表还应根据被测阻抗的大小来选择仪表的内阻，否那么会给测量结果带来较大的测量误差。

5．仪表工作条件的选择

选择仪表时，应充分考虑仪表的使用场所和工作条件。

6．仪表绝缘强度的选择

测量时，为保证人身平安、防止测量时损坏仪表，在选择仪表时，还应注意被测量及被测电路电压的上下选择相应绝缘强度的仪表及附加装置。

1.5.3电气仪表的使用

1．电工仪表的使用

（l〕使用前，应先看懂仪表外表标志，了解各项规定，并予以遵守。

（2〕仪表的安放位置要符合外表标志。

（3〕交流仪表标志为“?

"，直流仪表标志为“一〞，两者不能混用、不能替代。

（4〕仪表的使用电压和电流都不得长久超过额定值。

（5〕正确选择量程，测量未知量时，应选用最大的量程

（6〕测试环境应尽量接近标准条件，不要超过允许使用范围。

（7〕测量前，仪表应先校准，把指针调节到零分度上或标度尺上的其他基准标志上。

（8〕视线经指针尖应与仪表标度垂直来观察并读数。

（9〕万用表测量电阻时，拨到任一挡后，都先要调零。

换挡后，也应调零后再使用。

2．电子仪器仪表的使用

（l〕初次使用，必须认真阅读说明书，并严格遵守。

（2〕开机前的考前须知

（3〕开机后的考前须知

（4〕关机考前须知测试完毕，将“辉度〞、“增益〞、“输出〞控制旋钮转到最小位置；将“量程〞、“衰减〞旋钮转到最大挡，以备下次使用。

（5〕仪器的日常维护。

作业布置：

审批：

小结：

1、电工仪表的分类

2、电工仪表的常用图形符号

3、测量仪表的选择与使用方法

后记：

周次：

时间：

课题：

2.1仪用互感器

课时：

2课时

教学目标：

1、了解为什么用仪用互感器

2、掌握仪用互感器的结构和工作原理

3、掌握仪用互感器的误差和检定方法

重点、难点：

仪用互感器的工作原理

教具：

教材粉笔

教学方法：

讲授法

时间分配：

回忆10分钟授课65分钟小结10分钟作业布置5分钟

教学过程：

2.1仪用互感器

2.1.1概述

能够将大的交流电流和高的交流电压变换成相对应的小电流和低电压的测量用互感器，称为仪用互感器。

它在电工测量中的主要作用是扩大交流电工仪表的量程。

采用仪用互感器的优点主要有以下几个方面：

1．一表多用

2．降低功率损耗

3．平安可靠

4．可以节省设备费用

5．仪表制造可实现标准化

仪用互感器实际上就是一个铁心变压器，其典型结构如下图。

〔1〕结构

一次绕组：

按匝数多少可分为单匝式和多匝式两种。

二次绕组：

二次绕组的匝数远远多于一次绕组。

电流互感器的图形符号及绕组首尾端如下图。

（2〕工作原理电流互感器的工作原理与变压器相似，测量中由于接人二次绕组回路中的电流表、功率表和电能表的电流线圈的阻抗很小，所以工作中的电流互感器接近于短路状态。

根据电工学知识可知，变压器的一、二次电流之比与一、二次匝数之比的倒数相等，即

（3〕型号与技术指标

（l〕结构电压互感器相当于一台降压变压器，其结构也与普通电力变压器根本相同，由一、二次绕组、铁心、接线端子〔瓷套管〕及绝缘支持物等组成。

一次绕组：

匝数较多，与被测电路并联连接。

电压互感器一次绕组的首端一般用字母Ul表示，尾端用字母UZ表示。

二次绕组：

匝数较少，与测量仪表的电压线圈并联连接。

电压互感器二次绕组首端用字母ul表示，尾端用u2表示。

电压互感器的图形符号及绕组首尾端如下图。

（2〕工作原理电压互感器按其工作原理可分为电磁感应原理和电容分压原理〔在220kV及以上电力系统中使用〕两类。

在测量中，连接在二次绕组的电压表的阻抗较高，所以电压互感器在正常工作时近似于一个开路运行的变压器。

根据理想变压器一、二次电压关系，电压互感器的一、二次线圈中电压具有如下关系：

（3〕型号与技术指标

2.1.3仪用互感器的误差

1．变比误差

仪用互感器的变比，是与它的工作状态〔如电压、电流的大小〕、负载阻抗的大小和性质以及它的结构和铁心材料等有关。

因此，仪用互感器的实际变比不等于常数。

2．相角误差

3．仪用互感器的准确度

当仪用互感器接人电流表或电压表时，它的读数及测量结果的误差，是与仪用互感器的误差和仪表的误差有关的。

2.1.4一用互感器的检定方法

（1〕闭路退磁法也称大负载退磁

（2〕开路退磁法也称强磁场退磁

（3〕电流表、电压表法

2．绕组极性的检查

（l〕互感器校验仪法

（2〕直流法

（3〕串联法

3．误差的检定

互感器误差的检定，一般采用比拟法，即将被检定的互感器与标准互感器进行比拟，误差由互感器校验仪直接读出。

作业布置：

审批：

小结：

1、为什么使用仪用互感器

2、仪用互感器的结构和工作原理

3、仪用互感器的误差和检定方法

后记：

周次：

时间：

课题：

2.2仪用互感器的选择与使用2.3电流表和电压表

课时：

2课时

教学目标：

1、掌握仪用互感器的选择原那么和使用考前须知

2、掌握电压表和电流表的工作原理

3、了解钳形电流表

重点、难点：

教具：

教材粉笔

教学方法：

讲授法

时间分配：

回忆10分钟授课65分钟小结10分钟作业布置5分钟

教学过程：

2.2仪用互感器的选择与使用

2.2.1互感器的选择

〔1〕根据被测量所在线路电压的上下选择互感器的额定电压等级，以保护测量仪表及人员的平安。

〔2〕按被测电压和电流的大小选用适宜的测量用互感器的一次额定值。

〔3〕按照测量所要求的准确度，选择适宜的准确度等级的互感器。

一般选用互感器的准确度等级比测量仪表的准确度要高两级。

〔4〕根据负载〔包括测量仪表及连接导线〕的大小和性质，合理选择互感器的容量。

〔5〕在湿热、风沙和盐雾等特殊环境中使用时，要选用具有“三防〞性能的互感器。

2.2.2仪用互感器使用考前须知

（1〕使用电流互感器测量时，一次绕组的端子Ll、L2串联接入被测电路中，二次绕组的端子K1、K2接测量仪表；使用电压互感器测量时，被测电路应并联接人一次绕组的端子U1、U2上，电压表等仪表应接在二次绕组的端子ul、u2上。

互感器各接线端子要接触良好，各连线电阻不宜过大，以免影响测量的准确度。

（2〕电流互感器的二次不允许开路。

（3〕电压互感器的二次绕组不允许短路。

（4〕测量用互感器的二次绕组、铁心和外壳都要可靠接地或接零保护。

（5〕测量用互感器的使用应远离外界强电场或强磁场。

2.2.3仪用互感器使用中的一些问题

1．电流互感器二次开路

2．电压互感器一、二次侧熔体熔断

2.3电流表和电压表

2.3.1电流表和电压表工作原理及其结构

1．磁电系仪表

2．电磁系仪表

3．电动系仪表

2.3.2电流表和电压表的连接方式

电流表和电压表的测量机构根本相同，只是接入测量线路的连接方式不同，电压表测量电压时，要并联在被测电路上；电流表测量电流时，要串联在被测电路上。

2.3.3电流表

1．直流电流表

测量直流电路中电流的仪表称为直流电流表。

将磁电式测量机构与分流电阻并联后，就

可以制成量程较大的电流表。

这种方法称

为“扩大量程〞或称“扩程〞。

2．交流电流表

测量交流电路中电流的仪表称为交流电流表。

2.3.4电压表

1．直流电压表

测量直流电路中电压的仪表称为直流电压表。

为了扩大电压表的使用量程范围，一般磁电式的便携式直流电压表都制成多量程的。

只要按照所需量程的要求选择不同万附加电阻即可。

2．交流电压表测量交流电路中电压的仪表称

为交流电压表，交流电压表的外表上标有

“~〞的符号。

2.3.5钳形表

钳形表是一种在不拆断电路的情况下，可以随

时测量电流的携带式电工仪表。

有的钳形表还带有测电杆，可用来测量电压。

作业布置：

审批：

小结：

1、仪用互感器的选择原那么和使用考前须知

2、电压表和电流表的工作原理和结构

3、钳形电流表

后记：

周次：

时间：

课题：

2.4直流电位差计

课时：

2课时

教学目标：

1、了解直流电位差计的根本概念

2、了解直流电位差计的结构并掌握直流电位差计的工作原理

3、掌握直流电位差计的选择

重点、难点：

直流电位差计的工作原理

教具：

教材粉笔

教学方法：

讲授法

时间分配：

回忆10分钟授课65分钟小结10分钟作业布置5分钟

教学过程：

2.4直流电位差计

2.4.1直流电位差计的根本概念

直流电位差计是采用比拟方法测量电动势〔或电压〕的一种仪器。

其优点是，在测量时几乎不消耗被测对象的能量，不影响被测量原来的数值，测量结果稳定可靠，且具有很高的精度。

1．直流电位差计的分类

（1〕按使用条件分类

1实验室型电位差计：

主要在实验室内作精密测量用。

②携带型电位差计：

主要在生产现场作一般测量用。

（2〕按测量范围分类

①高电位电位差计

2低电位电位差计

（3〕按输出电阻大小分类

1高阻电位差计：

输出电阻大于1000几，一般用于高电位。

2低阻电位差计

（4〕按量程形式分类．

1单量程电位差计。

2多量程电位差计。

（5〕按精度等级分类

1实验室型②携带型

2．电位差计的主要技术特性

（l〕电位差计温度、湿度要求

（2〕电位差计允许根本误差

（3〕电位差计的温度附加误差

（4〕电位差计的变差

（5〕电位差计的绝缘电阻

（6〕调节电阻平滑性

（7〕携带型电位差计内附检流计应满足的主要要求

2.4.2直流电位差计的工作原理

电位差计是一种用比拟法进行测量的计量仪器，它是以被测电动势〔电压〕E，与仪器中电阻上电压降相互平衡这一原理制成的，两个电位差互相补偿，因而得到平衡，所以电位差计又称为补偿器。

它可以用来测量电位、电压、电流和电阻等。

（l〕简单电位差计原理

1最简单电位差计。

原理如图2.26所示。

2定流变阻式电位差计。

如图2.27所示。

3定阻交流式电位差计。

原理如图2.28所示。

（2〕用标准电池校准工作电流式电位差计原理

其工作原理如图2.29所示。

2.4.3直流电位差计的结构

1．根本结构

组成电位差计的主要结构组件有测量盘、

工作电流调节盘、温度补偿盘、测量选择开关、极性变换开关、量程变换开关、电键按钮、接线端钮、面板、屏蔽层及外壳等。

2．线路结构

2.4.4直流电位差计的选择

1．直流电位差计的选用

（l〕根据被测量的特点选择

（2〕示值最好接近测量上限

2．配套检流计的选用

选择与电位差计配套使用的检流计时，主要注意两项指标，一是灵敏度，二是阻尼状态。

作业布置：

审批：

小结：

1、直流电位差计的根本概念

2、直流电位差计的结构

3、直流电位差计的工作原理

4、直流电位差计的选择

后记：

周次：

时间：

课题：

2.5电流的测量2.6电压的测量

课时：

2课时

教学目标：

1、掌握电流的直接测量和间接测量

2、掌握电压的直接测量和间接测量

3、了解晶体管毫伏表

重点、难点：

电压和电流的直接测量和间接测量

教具：

教材粉笔

教学方法：

讲授法

时间分配：

回忆10分钟授课65分钟小结10分钟作业布置5分钟

教学过程：

2.5电流的测量

2.5.1电流的直接测量

测量时使用直读式指示仪表，即使用电流表或电压表进行测量，根据仪表的读数直接获取被测电流或电压的方法，称为直接测量法。

1．测量直流电流

2．测量交流电流

（l〕测量单相交流电流

（2〕测量三相交流电流

（3〕用钳形电流表测量电流

2.5.2电流的间接测量

间接测量法是通过测量与被测电流或电压有关的量，然后经过计算，求得被测电流或电压值的一种测量方法。

2.5.3测量电流用仪器仪表的测量范围和误差

2.5.4光电检流计的使用和保养

光电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不同：

（l〕采用张丝或悬丝支撑代替轴尖轴承结构，以消除摩擦的影响。

（2〕用光标指示装置代替指针，以提高仪表的灵敏度。

使用检流计的考前须知有：

（l〕搬动时必须轻拿轻放。

（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；无止动器的，要合上短接动圈的开关，或用导线将两接线端子短路。

（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〕使用光电检流计时，在未知被测电流大致范围的情况下，应从最低灵敏度开始，逐步向最高灵敏度过渡。

测量过程中，应缓慢调节可调电阻，以防止冲击电流损坏检流计。

（6〕检流计应放置在枯燥、无尘、无振动的场所使用或保存。

2.6电压的测量

2.6.1电压的直接测量

1．直流电压的测量

2．交流电压的测量

（l〕单相交流电路中电压的测量

（2〕三相交流电路中电压的测量

2.6.2电压的间接测量

2.6.3电压测量在机床电气检修中的应用

1．分段测量法

2．对地测量法

2.6.4测量电压用仪器仪表的测量范围和误差

2.6.5晶体管毫伏表简介

2测量操作流程

（l〕机械调零

（2〕电气调零

（3〕选择量程

（4〕连接被测电路

（5〕测试完成后将量限开关置于最高挡位。

3．使用考前须知

（l〕毫伏表使用前应垂直放置，因为测量精度

以外表垂直放置为准。

（2〕由于毫伏表的灵敏度很高，因此接地点必

须良好。

毫伏表的地线应与被测电路的地线接在

一起，以免引入干扰电压，影响测量精度。

（3〕所测交流电压中的直流分量不得大于300v。

（4〕测220V市电时，相线接输人端，零线接地线端，不得接反。

作业布置：

审批：

小结：

1、电流的直接测量和间接测量

2、电压的直接测量和间接测量

3、晶体管毫伏表

后记：

周次：

时间：

课题：

2.7电流表与电压表的选择和使用

课时：

2课时

教学目标：

1、掌握电流表与电压表的选择方法

2、了解电流表和电压表的使用考前须知

3、了解钳形电流表使用考前须知

重点、难点：

电流表与电压表的选择方法

教具：

教材粉笔

教学方法：

讲授法

时间分配：

回忆10分钟授课65分钟小结10分钟作业布置5分钟

教学过程：

2.7电流表与电压表的选择与使用

2.7.1电流表和电压表的选择

1．仪表类型的选择

选择什么类型的电流表与电压表，要根据被测电压与被测电流的性质决定。

（1〕被测电流或电压是交流还是直流

（2〕被测电流或电压是低频交流还是高频交流

{3〕被测电流或电压的波形是正弦还是非正弦

2．仪表准确度的选择

选择电压表或电流表的准确度必须从测量要求出发，根据实际需要选择适宜的准