(电工基础及测量)第8章电工仪表与测量的基本知识.pptx

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第8章电工仪表与测量的基本知识,第8章电工仪表与测量的基本知识电工测量的基本知识电工仪表的分类及表面标志电工仪表的组成及其作用电工仪表的误差及准确度等级电工仪表的主要技术要求电测量仪表的选择与使用测量误差及其消除办法有效数字及测量结果的表示习题,第8章电工仪表与测量的基本知识,8.1电工测量的基本知识8.1.1电工测量的意义电力工业的产品是电能，由于这一产品的特殊性，人们不能用感觉器官直接感受和反映它，因此，在电能的生产、传输、分配和使用的各个环节中，只有通过各种仪表的测量才能准确反映各种电气量的大小及变化情况，从而保证电能的质量以及电力系统的经济和安全运行。

如为了保证电能质量，需要用电工仪表来测量和监视频率和电压的高低及变化情况；为了保证电力系统的经济和安全运行，必须随时测量和监视发电厂和用户的功率大小及平衡情况，以便调整发电机的出力（发电机输出电磁功率）或增减用户的负荷。

第8章电工仪表与测量的基本知识不论是在电气设备的安装、调试、运行和检修中，还是在对电子产品进行检验、分析及鉴定时，都会遇到电工测量方面的技术问题。

如变压器大修后，要用绝缘电阻表来测量其绝缘电阻，以判断其绝缘性能的好坏；在测试电子电路时，可用万用表来测量电容器的漏电阻以判断其好坏。

可见，电工仪表与测量知识是从事电气工作的技术人员必须掌握的。

第8章电工仪表与测量的基本知识测量的基本概念测量的定义简而言之，测量就是为确定被测量（未知量）的大小而进行的实验过程，即通过试验的方法，将被测量与已知的标准量进行比较，以确定被测量具体数值的过程。

比较的结果一般由数字及单位名称两部分组成，如用电压表测得某一电压为36V，就是通过电压表将被测电压与标准电压1V相比较所得的结果，即说明被测电压是标准电压1V的36倍。

要准确测量某一量值的大小，必须包括被测对象、单位量的复制体和测量设备等部分。

如在上述测量电压的过程中，需要测量的电压即被测对象；标准电压（1V）即单位量的复制体,常称为度量器（简称为量具或标准），它已间接地参与测量；电压表是将被测量（被测电压）与标准量（标准电压，即1V）进行,第8章电工仪表与测量的基本知识比较的测量设备。

又如用天平称物体的质量时，物体的质量即被测对象，用来称重的砝码即量具，它已直接地参与测量，天平则为测量设备。

可见，测量的实质就是通过测量设备将被测量与标准量直接或间接进行比较的过程。

在所有测量技术中，有一种是以电磁规律为基础的测量技术即电工测量。

所谓电工测量，就是将被测量的各种电量（如电压、电流、电阻、电功率、电能、频率、相位、功率因数、电容等）和各种磁量（如磁感应强度、磁通量和磁导率等）与作为测量单位的同类电工量进行比较，以确定其大小的过程。

用来测量各种电工量的仪器仪表，统称为电工仪表。

电工测量具有准确、灵敏、迅速、易操作等优点。

还可以将电工仪表与其他装置配合在一起进行非电量（如温度、压力、机械量等）的测量。

因此，电工测量应用非常广泛。

第8章电工仪表与测量的基本知识2.测量的过程在实际测量中，一般要经过准备、测量及数据处理三个阶段。

在准备测量阶段，首先要根据测量的内容和要求正确选择测量仪器与设备，并确定测量的具体接线方案和测量步骤。

在测量阶段，要按事先设计的接线方案正确接线，并严格按规范进行操作，正确记录测量数据，同时要注意人身安全和设备安全。

测量的最后工作是进行数据处理，通过对测量数据或曲线的处理、分析，求出被测量的大小及测量误差，以便为解决工程实际问题提供可靠依据。

第8章电工仪表与测量的基本知识测量方法的分类根据测量过程的特点来分类根据测量过程的特点可将测量方法分为直读测量法、比较测量法两大类。

1）直读测量法直读测量法就是通过电工指示仪表直接读取测量数据的测量方法，如用电流表测电流等。

直读测量法的特点如下：

（1）量具并不直接参与测量。

在测量过程中，为了能直接读取被测量，量具已按被测量的单位预先刻好分度，故量具通过间接的方式参与了测量。

第8章电工仪表与测量的基本知识测出的数据可能是中间（或过渡）量，也可能是最终量。

如用电压表测量电压时，由电压表读出的电压值为最终量；如用伏安法测量电阻时，读出的电压值则为中间量。

测量结果的准确度受仪表误差的限制。

对测量准确度要求不高时可采用直读测量法。

测量简便、迅速。

第8章电工仪表与测量的基本知识2）比较测量法所谓比较测量法，就是将被测量与已知的同类量或标准量通过比较仪器或设备直接进行比较，从而得到被测量数据的一种测量方法。

用电桥测量电阻所采用的方法就是比较测量法。

对测量的准确度要求较高时一般采用比较测量法。

所以，为了保证测量结果的准确度，必须有较准确的仪器或设备。

此外，还应保持较严格的实验条件，如温度、湿度等。

比较测量法的特点如下：

量具直接参与测量；准确度和灵敏度较高。

测量误差的大小主要由标准量具的精度及指零仪表的灵敏度决定，其误差最小可达0.001；测量设备复杂，操作麻烦。

第8章电工仪表与测量的基本知识根据被测量与标准量进行比较的具体特点，比较测量法又可分为零值法、差值法和替代法三种。

（1）零值法。

被测量与已知量进行比较时，通过调节一个或几个已知量，使被测量和已知量对比较仪器的作用相互抵消为零（即使指零仪指零），从而得到测量结果的测量方法称为零值法，又称为零位测量法或平衡法。

用天平称物体质量的方法采用的就是零值法。

测量时，调节砝码的重量使天平平衡，指针指到零位，即表明物体的质量与砝码的重量相等。

又如用直流电桥测量电阻时，采用的测量方法也是零值法，其测量电路如图8-1所示。

第8章电工仪表与测量的基本知识,图8-1,零值法测电阻,第8章电工仪表与测量的基本知识

（2）差值法。

差值法也叫微差法，是通过测量被测量与已知量的差值，来求得被测量大小的一种测量方法。

例如，已知量为X0,被测量与已知量的差值为，则被测量的大小为X=X0+。

如图8-2所示电路中，通过电位差计可以求得被测电池的电动势Ex。

设已知标准电池的电动势为E0，通过电位差计测得E0与Ex的差值为，则根据已知电动势E0和即可求出被测电池的电动势的大小为Ex=E0+（8-1）采用这种方法进行测量时，一般要求较小，占测量结果很的一部分，否则，测量误差较大。

因此，在实际测量中较少采用此法。

第8章电工仪表与测量的基本知识,图8-2,差值法测电动势,第8章电工仪表与测量的基本知识（3）替代法。

将被测量与已知量先后接入同一测量仪器或设备，在不改变测量仪器或设备的工作状态及外部测量条件的情况下，由已知标准量的数值来替代被测量大小的方法，称为替代法。

古代曹冲称大象时用石头的重量来代替大象的重量，采用的方法就是替代法。

采用替代法时，由于测量仪器或设备的工作状态及外部条件没有改变，所以对前后两次测量结果的影响是相同的，故测量结果的准确度与仪器本身无关，仅决定于标准量本身的准确度。

第8章电工仪表与测量的基本知识2.根据测量结果的获得方式分类根据测量结果的获得方式，测量方法可分为直接测量法、间接测量法和组合测量法三种。

1）直接测量法工程技术方面的测量一般采用直接测量方法，如用电压表直接测量电压，用电流表直接测量电流，或者用万用表直接测量电阻等都属于直接测量法。

直接测量法的主要特点是简便、快捷，不需要进行辅助计算即可从数字仪表或已标有被测量单位的指示仪表上直接得到被测量的大小；但测量的准确度受仪器仪表准确度的限制，而且还与仪表的内阻、测量电路的连接方式等因素有关。

第8章电工仪表与测量的基本知识用电流表直接测量电路电流的电路如图8-3所示。

在该电路中，如果电流表的内阻rA为零，则电流表的指示值即等于被测电路电流的实际值。

实际上电流表的内阻不可能为零，因此电流表接入电路后在一定程度上会改变电路原来的工作状态，导致测量结果存在误差。

因此，为了减少测量误差，要求电流表的内阻比负载电阻小得多。

第8章电工仪表与测量的基本知识,图8-3,直接法测电流,第8章电工仪表与测量的基本知识2）间接测量法在测量中，如果测量仪器设备不够，或者被测量不能直接读出，则可以利用被测量与某一个或几个中间量的函数关系，先测出中间量的大小，然后根据已知的函数关系来求出被测量的值，这种测量方法称为间接测量法。

如测量物体的运动速度时，可以先测出物体运动的距离和时间，然后根据公式求出物体运动的速度。

又如为了测量导体的电阻率，可以先测出导体的长度l、截面积S和电阻R，然后根据公式求出电阻率的大小。

间接测量法的特点是测量方法灵活、多样，但测量误差较大，而且要经过计算才能得到被测量的数值。

第8章电工仪表与测量的基本知识3）组合测量法电工测量中，往往要在不同条件下多次测量某一中间量的值，然后根据待测量与中间量的函数关系联立求解方程组，最后才能得到多个未知量数值，这种测量方法称为组合测量法，一般用于精密测量和科学试验。

组合测量法实际上也是一种间接测量被测量的方法。

如采用组合测量法测量电阻的温度系数a、b（待测量）时，可以分别测量该电阻在20、t1及t2时的电阻值R20、Rt1、Rt2（中间量），然后根据a、b与电阻值R20、Rt1、Rt2的函数关系,（8-2）（8-3）,Rt1=R201+a（t120）+b（t120）2Rt2=R201+a（t220）+b（t220）2联立求解方程组，即可求出电阻温度系数a和b的值。

第8章电工仪表与测量的基本知识,8.2电工仪表的分类及表面标志电工仪表的分类电测量指示仪表电测量指示仪表是先将被测量转换为可动部分的角位移，然后通过可动部分的指示器（如指针、光标等）在标度尺上的位移直接读出被测量的大小，如常用的交直流电压表、电流表等。

指示仪表按不同的分类方法又可分为以下几种。

（1）按用途分类，可以分为电流表（包括微安表、毫安表、安培表等）、电压表（包括伏特表和毫伏表等）、功率表、电能表、功率因数表、频率表、相位表、欧姆表、绝缘电阻表（兆欧表或摇表）及万用表等。

第8章电工仪表与测量的基本知识按被测电流的种类分类，可分为直流表、交流表及交直流两用表等。

按使用的环境条件分类，可以分为A、A1、B、B1、C五组。

其中C组环境条件最差，各组的具体使用条件在国家标准GB7761976中都有详细的说明，如A组的使用条件是环境温度应为0+40，在25时的相对湿度为95。

按仪表防御外界电场或磁场的性能分类，可分为、四个等级。

级仪表在外磁场或外电场的影响下，允许其指示值改变0.5；级仪表允许改变1.0；级仪表允许改变2.5；级仪表允许改变5.0。

第8章电工仪表与测量的基本知识按仪表外壳的防护性能分类，可分为普通、防溅、防水、防爆等类型。

按仪表的使用方式分类，可分为安装式（配电盘式）、便携式等。

按仪表的工作原理分类，可分为磁电系、电磁系、电动系、感应系、静电系、热电系、整流系、电子式等。

按准确度等级分类，可分为0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0等七级。

数字越小，仪表的准确度等级越高。

第8章电工仪表与测量的基本知识2.比较式仪表用比较法进行测量时常采用比较式仪表或仪器。

它包括直流比较式仪器和交流比较式仪器两类。

如直流电桥、电位差计、标准电阻箱等都是直流比较式仪器，而交流电桥、标准电感和标准电容等都属于交流比较式仪器。

比较式仪器测量准确度比较高，但操作过程复杂、测量速度较慢。

第8章电工仪表与测量的基本知识3.数字式仪表数字式仪表是指在显示器上能用数字直接显示被测量值的仪表。

它的特点是把被测量转换为数字量后，再以数字方式直接显示出测量结果。

它与微处理器配合使用可实现自动选择量程、自动存储测量结果、自动进行数据处理及自动补偿等功能，因此具有速度快、准确度高、读数方便、容易实现自动测量等优点。

但也有不足之处，如观察者与仪表的距离稍远就可能看不清所显示的数字，因此实际测量中，测量人员与仪表之间的距离应合适，以保证读数的准确性。

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