仪器仪表的使用.docx

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仪器仪表的使用

第一章仪器仪表的使用

知识点

了解电工测量的基本知识

掌握电源维护中常用仪器和仪表的使用方法

重点掌握万用表、交直流钳形表、示波器、地阻测量仪、蓄电池容量测试仪的使用

一.1测量的基本知识

在进行设备维护时需要知道设备及外部环境的各种参数，这就需要我们进行测量，测量时需要各种测量仪器仪表。

电工测量主要是测出供电系统和动力设备的各种物理量，测量的的内容有：

（1）“电磁能”量的测量，如电流、电压、电功率、电场强度，电磁干扰、噪声等的测量；

（2）电信号的特性的测量，如波形、保真度（失真度）、频率（周期）、相位、脉冲参数、调制度、信号频谱、信／噪比以及逻辑状态等的测量；

（3）元件及电路参数的测量，例如电阻、电感、电容、电子器件（电子管、晶体管、场效应管及集成电路等）的测量、电路（含电子设备及仪器等）的频率响应、通带宽度、品质因数、相位移、延时、衰减、增益的测量以及特性曲线（如频率特性曲线、器件的伏安特性曲线）的测量。

一.2万用表

万用表也叫多用表，是电源维护中常用的测试仪表，一般万用表可以测试电压、电流、电阻、导线通断、二极管压降、三极管放电倍数、信号频率等，既可以测试交流电的电压、电流，又可以测试直流电的电压和电流，万用表通常用“─”或“DC”表示直流档，用“~”或“AC”表示是交流档，测试前要注意区分。

万用表根据其显示方法不同又分为指针式和数字式两种类型。

不同型号的万用表都有自己的量程，测量时要注意不要超过其量程，否则可能会损坏万用表，有的万用表有自我保护功能，超过其量程它会发出某种声音报警。

万用表型号很多，功能和使用方法大同小异，下面以一种型号的万用表介绍万用表的使用。

（1）指针万用表的表盘结构

指针万用表（以105型为例）的表盘如图5.2-1所示。

通过转换开关的旋钮来改变测量项目和测量量程。

机械调零旋钮用来保持指针在静止处在左零位。

“Ω”调零旋钮是用来测量电阻时使指针对准右零位，以保证测量数值准确。

万用表的测量范围如下：

直流电压：

分5档—0-6V；0-30V；0-150V；0-300V；0-600V。

交流电压：

分5档—0-6V；0-30V；0-150V；0-300V；0-600V

直流电流：

分3档—0-3mA；0-30mA；0-300mA。

电阻：

分5档—R*1；R*10；R*100；R*1K；R*10K

图5.2-1105型指针式万用表表盘结构

（2）测量方法

①测量电阻：

如图5.2-2所示先将表棒搭在一起短路，使指针向右偏转转，随即调整“Ω”调零旋钮，使指针恰好指到0。

然后将两根表棒分别接触被测电阻（或电路）两端，读出指针在欧姆刻度线（第一条线）上的读数，再乘以该档标的数字，就是所测电阻的阻值。

例如用R*100挡测量电阻，指针指在80，则所测得的电阻值为80*100=8K。

由于“Ω”刻度线左部读数较密，难于看准，所以测量时应选择适当的欧姆档。

使指针在刻度线的中部或右部，这样读数比较清楚准确。

每次换档，都应重新将两根表棒短接，重新调整指针到零位，才能测准。

图5.2-2测量电阻接线图

②测量直流电压：

如图5.2-3所示首先估计一下被测电压的大小，然后将转换开关拨至适当的直流V量程，将正表棒接被测电压“+”端，负表棒接被测量电压“-”端。

然后根据该挡量程数字与标直流符号“DC-”刻度线（第二条线）上的指针所指数字，来读出被测电压的大小。

如用V300伏档测量，可以直接读0-300的指示数值。

如用V30伏档测量，只须将刻度线上300这个数字去掉一个“0”，看成是30，再依次把200、100等数字看成是20、10既可直接读出指针指示数值。

例如用V6伏档测量直流电压，指针指在15，则所测得电压为1.5伏。

图5.2-3测量直流电压接线图

③测量直流电流：

如图5.2-4所示先估计一下被测电流的大小，然后将转换开关拨至合适的mA量程，再把万用表串接在电路中，如图所示。

同时观察标有直流符号“DC”的刻度线，如电流量程选在3mA档，这时，应把表面刻度线上300的数字，去掉两个“0”，看成3，又依次把200、100看成是2、1，这样就可以读出被测电流数值。

例如用直流3mA档测量直流电流，指针在100，则电流为1mA。

图5.2-4测量直流电流接线图

注意测量电流和电压的区别：

测量电压是采用并联的方法，而测电流是采用串联的连接方法。

连接方法不能出错，尤其是测电流时决不可将万用表并联入电路。

④测量交流电压：

测交流电压的方法与测量直流电压相似，所不同的是因交流电没有正、负之分，所以测量交流时，表棒也就不需分正、负。

读数方法与上述的测量直流电压的读法一样，只是数字应看标有交流符号“AC”的刻度线上的指针位置。

（4）数字式万用表

数字式万用表实物见图5.2-5所示。

数字式万用表采用液晶屏显示测出的数字，使用方便，通常测量精度比指针式万用表高，其使用方法与指针式万用表基本相同，这里就不多介绍了。

图5.2-5数字式万用表

（5）使用注意事项

万用表是比较精密的仪器，如果使用不当，不仅造成测量不准确且极易损坏。

但是，只要我们掌握万用表的使用方法和注意事项，谨慎从事，那么万用表就能经久耐用。

使用万用表时应注意如下事项：

①测量电流与电压不能旋错档位。

如果误将电阻档或电流档去测电压，就极易烧坏电表。

万用表不用时，最好将档位旋至交流电压最高档，避免因使用不当而损坏。

②测量直流电压和直流电流时，注意“+”“-”极性，不要接错。

如发现指针开反转，既应立即调换表棒，以免损坏万用表。

③如果不知道被测电压或电流的大小，应先用最高档，而后再选用合适的档位来测试，以免表针偏转过度而损坏万用表。

所选用的档位愈靠近被测值，测量的数值就愈准确。

④测量电阻时，不要用手触及元件的裸体的两端（或两支表棒的金属部分），以免人体电阻与被测电阻并联，使测量结果不准确。

⑤测量电阻时，如将两支表棒短接，调“零欧姆”旋钮至最大，指针仍然达不到0点，这种现象通常是由于表内电池电压不足造成的，应换上新电池方能准确测量。

⑥万用表不用时，不要旋在电阻档，因为内有电池，如不小心易使两根表棒相碰短路，不仅耗费电池，严重时甚至会损坏万用表。

万用表不用时应将电源开关置于OFF状态，或将旋转开关转到OFF档位。

一.3交直流钳形表

交直流钳形表可以完成数字万用表所能测量的常见项目，另外还有一个重要特点是用钳形表测量电流时可以不用将表串联入电路，这为实际工作中带来很大方便，因为在实际测量中许多时候能以将表串联入电路中。

交直流钳形表品牌很多，功能用法大同小异，下面以TES-3050型钳形表为例说明钳形表的使用方法。

以下是该型号钳形表的部分参数：

电压（AC/DC）

档位：

DC-400mV/4V/40V/400V/1000V

档位：

AC-4V/40V/400V/750V

过载保护：

DC1100V&AC800V

电流（AC/DC）

档位：

400/1000A

过载保护：

1100A

欧姆（电阻）

档位：

400Ω/4KΩ/40KΩ/400KΩ/4MΩ/40MΩ

过载保护：

600Vrms（同导通测试及二极管）

最大开路电压：

0.5V

频率（Hz）

档位：

100Hz/1KHz/10KHz/100KHz/800KHz

过载保护：

600Vrms

导通测试

SoundLevel-below40Ω

最大开路电压：

0.5V

图5.3-1TES-3050型钳形表

泰仁TES-3050型钳形表外形见图5.3-1，面板中不同部分的功能见下：

①电流钳测量电流时需要将电流钳卡在被测的导线或铜排上。

②HOLD保持按钮，该键具有锁定功能，在测试不方便的地方，先进行测量，测出数量后按该按钮，显示屏上的数据保持不变，然后可以将钳形表移走进行观看。

③功能档位转盘

④峰值锁定按钮

⑤量程调整按钮

⑥调零按钮

⑦显示屏

⑧测试输入口（红表笔）

⑨测试输入口（黑表笔）

测量电流是钳形表的主要功能，下面介绍用钳形表测直流电流的方法。

⑴转动钳形表的③功能档位转盘，使其转向“─A”的符号，表示测试的是直流电流。

同时注意使得HOLD键处于非锁定状态（处于锁定状态在显示屏上会显示一个“H”字母，非锁定状态“H”字母会消失）。

⑵钳形表默认处于量程自动选择状态，一般不需要改动，这时显示屏上会显示“AUTO”。

如需要变更量程，请按⑤量程调整按钮，这时显示屏上会有显示，建议才开始先用较大的量程测量，得到大概值后再用较小一量程进行测量。

⑶测量前，将钳口闭合，按⑥调零按钮，显示屏显示为0。

⑷开始正式测量，按住电流钳的手柄（在表的上部左侧），使钳口张开，将钳形表卡接在被测导线上，要求被测导线中的电流与钳口上的“+”、“-”（+号在上面，-号在下面）方向一致，并且使得导线处于电流钳的中心且垂直的位置，这时显示屏显示的读数就是导线中的电流值。

如果电流方向与“+”、“-”标准的方向相反则显示的是负数。

⑸若所测量位置观察读数困难，可按一下HOLD键，数值将保存在显示屏上，然后将钳形表取出，到便于观察的地方进行读数。

⑹如果读数在下一个量程之内，则按⑤量程调整按钮，调整到下一量程，调零后继续测量，这样可以得到更精确的数值。

⑺测量结束后，需要将③功能档位转盘转到OFF状态，关闭钳形表，这样可以延长钳形表内电池的使用寿命。

测量交流电电流时，钳形表不需调零，③功能档位转盘要转到“~A”，其他方法步骤与测量直流电流相同。

用钳形表测量电压、电阻、频率、二极管的方法不做介绍，使用方法与数字万用表相同。

这里介绍一下用钳形表进行导通测试。

将③功能档位转盘转向

符号，该符号表示可以测量二极管管压降和两点间是否导通。

⑴先将③功能档位转盘指向

符号。

⑵这时显示屏上显示

，表示档位测试的是导通，如果显示

，表示当前档位是测试二极管的，按⑤量程调整按钮，变换为测试导通状态。

⑶用红表笔和黑表笔分别接触待测两点，如果导通则钳形表会发出声响，不导通则不发出响声。

测试时还会显示两点之间的电阻值。

该表测出两点之间电阻值小于40欧姆时会发出声响。

⑷测试完毕，将功能档位转盘转向OFF，关闭钳形表。

一.4接地电阻测量仪

一.4.1接地电阻的概念

工频电流从接地体向周围大地散流时，土壤呈现的电阻值叫接地电阻，用Re表示，单位是欧姆（Ω）。

接地电阻的数值等于接地体的电位U与通过接地体流入大地的电流Ie的比值，公式如下：

Re=U/Ie

接地系统主要由接地体、接地引入线、接地汇集排、接地连接线等几个部分组成。

接地电阻由接地引入线和接地体电阻、接地体与土壤的接触电阻和接地体将电流向大地释放时的散流电阻三部分组成。

引入线和接地体的电阻一般很小，接地体与土壤的接触电阻决定于接触面大小、接触紧密度、土壤的湿度。

散流电阻则与土壤的电阻率有关，在接地电阻中起主要作用。

当接地体向大地释放电流时，电流呈半球形向外扩散，因此由接地体开始至大地深处将会产生一定的电位差，可以认为离开接地体20m以外电荷已经被大地完全吸收，即可以认为该处为真正的“地”。

所以在测量时，要求各辅助接地极间距离在20m以上。

接地电阻值测试地准确性，与地阻测试仪辅助电极位置的恰当与否有关系。

当冲击电流如雷电流通过接地体向大地散流时，不再用工频接地电阻而用冲击接地电阻来度量冲击接地的作用。

冲击接地电阻Rch等于接地冲击电压的幅值与冲击电流幅值之比。

冲击接地电阻Rch与工频接地电阻Re关系是：

Rch=αRe

式中，α为冲击系数，α的大小与大地电阻率ρ有关，它们的关系如下：

当ρ≤100Ω·m时，α≈1；

当ρ≤500Ω·m时，α≈0.667；

当ρ≤1000Ω·m时，α≈0.5；

当ρ＞1000Ω·m时，α≈0.333；

我们用电阻测量仪测出是工频接地电阻值。

地阻测量仪类型很多，但基本原理都是依据欧姆定律。

现在的常用地阻测量仪有手摇式地阻测试仪、数字式地阻测试仪、钳形电阻测试仪等。

这些测试仪大多需要两个辅助电极，一个是电压极、一个是电流极，但钳形地阻测试仪可以不需要辅助电极。

钳形测试仪直接将钳口钳住接地线或接地棒就可测出其接地电阻，直接看表上的显示读数即为地阻值。

见图5.4-1，由于使用方法简单，这里不做详细介绍。

下面介绍数字式地阻测试仪和手摇式地阻测试仪的使用方法，这两种测试仪都要辅助电极。

图5.4-1钳形电阻表测量方法

一.4.2数字式地阻仪

数字式地阻仪有很多，下面介绍武汉康达出品的DER2571B型地阻仪的使用方法。

图5.4-2DER2571B型数字地阻测试仪

1电池盒（背面）2选择开关3显示屏4电压极测试孔5电流极测试孔6欠压指示7开路指示8电流指示灯9电源\测试按钮

按照图5.4-2为测量的线路连接图。

在测量前，需要在待测接地体附近打两个辅助电极，插入地下，一个为电压极，图中的P，与地阻仪的P1相连，另一个为电流极，图中的C，与地阻仪上的C1相连，地阻仪的P2和C2连接后与待测接地体相连。

两个辅助电极以及接地体这三者的关系可以是线形，也可以是三角形，但要求两两之间垂直距离不少于20米。

另外，为了避免杂散电流的影响，如果条件许可，应当将接在接地体上的接地线取下。

以下为具体的测量方法：

●经仪表选择开关选定所需的测试量程。

●在电流指示灯亮时，表示启动了测试电流，示屏显示测得的接地电阻值。

●TESTON-OFF键可开、关测试电流。

图5.4-3DER2571B型地阻测试仪测量示意图

注意事项：

a.当被测接地极开路或电流极辅助接地电阻大于各档允许的Re值时，表头将给出“OPENCIRCUIT”指示，此时应检查C2至C1的测试线是否接通或接触不良；或降低Re值。

b.为保证测试精度，P的位置尽可能靠近E和C间直连线的中点。

该仪器还可以测量土壤电阻率，具体方法参见说明书。

其他地阻测试仪方法大同小异，手摇式地阻仪采用手摇发电机来供电，而数字式地阻仪采用电池供电，所以用数字式地阻仪测量时，需要保证电池有足够电量。

一.4.3手摇式地阻仪

手摇式地阻仪与数字式地阻仪使用方法类似，也要打辅助接地棒，见图5.4-4所示。

图5.4-4ZC29B型手摇式地阻测试仪

图5.4-5手摇式地阻仪使用示意图

①平衡调整电位器②电极连接端③电阻倍率档位④指针式表头⑤手摇柄

图中的②为电极连接端，通常E和F用短接片相连，当测出的接地电阻小于1欧姆式，需要取下短接片，分别引连接线到接地体上，P为电压极连接端，C为电流极连接端。

③为倍率旋钮，有三个档位，分别为×0.1、×1、×10。

连接接地体时，如果条件许可，要将接地体和接在上面的设备断开，这样可减少设备通过接地体的泄放的杂散电流的影响，提高测试准确性。

测量时，保持测量仪水平，将倍率旋钮③置于“×10”档，均匀摇动手柄⑤，并尽量保持匀速，速度大约是150转/分钟，同时调整电位器①，使得④的指针指向0，如果测试仪始终不能达到平衡状态，重新调整倍率旋钮（减小一档）和电位器旋钮，直到④指向0，这时电位器上的读数再乘以③的倍率即为测出的地阻。

一.5蓄电池容量测试仪

蓄电池容量测试仪是用来测试蓄电池可放电容量的设备，主要是通过对蓄电池组进行放电来计算出蓄电池的容量，因而也叫蓄电池放电仪。

下面介绍石家庄国耀的GYF48V100A型蓄电池容量测试仪的使用方法。

图5.5-1GYF48V100A型蓄电池容量测试仪外观

1、液晶屏2、交流输入3、控制面板开关4、电池输入端-5、电池电压采样输入端-6、电池电压采样输入端+7、电池输入端+8、空气开关9、RS232通讯口10、采集器通讯口（纯放电机型未用）11、操作面板

按照说明书的要求连接线路，注意不要正负极不要接错。

接线正确无误后，打开控制面板开关加电，此时“电源”指示灯亮，再闭合所有负载的空气开关并设定程序即可正常工作。

仪器开机后自动进入主菜单，屏幕显示如下：

图5.5-2蓄电池容量测试仪主菜单

在做放电测试前，先要设置相关参数。

用向上、向下键选择在第一项“设置参数”，按“确定”按钮后，需要设置的项目有：

1.电池电压--------单电池标称电压,请按规定设置

2.电池容量--------电池组标称容量

3.电池路数--------本电池组的放电采样路数

4.电池组号--------用于区别某地多个电池组

5.电池低电压------放电过程中允许的单电池最低电压

6.终止电压---------放电时电池组的最低允许电压〕

7.放电时间---------本次放电的时间长度

8.放电安时---------允许放出的最大电池容量

9.采样电流--------设定放电仪的工作电流

10.采样间隔--------记录数据的时间间隔

11.系统时间--------当前的放电时间

12.充电检测时间--------本次充电检测的时间长度

13.已存数据--------放电仪当前记录的数据量。

该项目只是显示存储的数据情况，在本屏按“确认”键将清空内存。

假定当前电池组的规格为800Ah、欠压点为44V，进行10小时标准放电的参数如下：

放电电流80A、放电安时800Ah、终止电压44V、放电时间10时0分。

设置好以上参数后，在图5.5-2的屏中选择“开始充放电检测”后按“确定”，在出现的屏幕里选择“开始放电检测”，按“确定”后，正式开始放电测试。

放电的数据存放在测试仪的存储器里，便于观察。

另外，该放电测试仪还可以观察各单体电池的电压情况，这样便于发现落后电池。

为了便于观察和保存放电数据，最好用PC与放电测试仪的RS-232串口相连，用GY-HF50放电测试程序记录、保存放电过程中产生的数据。

该程序包括以下窗口：

⑴数据管理窗口

在该窗口中，可以通过不同的关键字快速的添加、删除、查询电池状态参数的历史数据。

⑵单体电压柱图窗口

在该窗口中，可以查看不同时刻，不同路数的单体电池的电压值，以柱图的形式直观的显示出来，可以方便的看到某时刻电池的最大值与最小值。

⑶单体及总电压数据报表窗口

在该窗口中，可以以不同时间间隔观察总电压和分电压值，直观的看到某一时刻的单体电池电压及总电压。

⑷单电压及总电压曲线窗口

在该窗口中，可以查看整个放电过程中单体电池电压或总电压值，也可以通过放大的形式查看某一时间段的单体电池电压或总电压值。

也可以通过标尺查看某一时刻单体电池电压或总电压值。

还可以用本次放电过程的总电压曲线与其他放电过程的总电压曲线进行比较，以便及时发现电池是否有异常发生。

详细的使用方法参见测试仪的使用说明书。