电工仪表教案.docx

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电工仪表教案

教案簿

科目：

电工仪表与测量

班级：

一年数码班

一年通讯班

一年电气班

一年电子班

一年机电班

科任：

陈增烨

第一章电工仪表与测量的基本知识3

第一节电工测量的基本知识3

第二节测量误差5

第三节电工仪表的基本知识7

第二章磁电系仪表10

第一节磁电系测量机构10

第二节～第四节磁电系电流表和电压表12

第五节万用表

（一）14

第五节万用表

（二）17

第三章电磁系仪表20

第一节电磁系测量机构20

第一章电工仪表与测量的基本知识

第一节电工测量的基本知识

教学目标：

1．理解电工测量的概念；

2．掌握测量方法的简单分类；

4．理解常用的电工测量方法和测量单位制；

4．理解比较法的三个分类；

5．熟悉测量单位制。

教学重点：

测量方法的简单分类。

教学难点：

测量方法的简单分类。

教学方法：

讲授、讨论、归纳。

教学过程：

一、电工测量

1． 定义：

借助于测量设备把未知的电量或磁量与作为测量单位的同类标准量或标准磁量进行比较从而确定这个求知电量或磁量（包括数值和单位）的过程。

2． 过程：

测量对象：

反映电和磁特性的物理量

反映电路特征的物理量

反映电和磁变化规律的非电量

测量方法：

依据测量的目的和被测量的性质来分类

测量设备：

电工仪表

电学度量器：

电工测量中使用的标准电量或磁量是电量或磁量测量单位的复制体。

种类：

标准电池、标准电阻、标准电容、标准电感

注意：

工作条件、正确操作、数据记录、数据处理、确定测量结果和测量误差

二、测量方法的分类：

1． 根据被测量的测量方式分类：

①    直接测量：

②    间接测量

例题分析

例题1：

P16三、1

例题2：

P16三、2

2． 按度量器参与测量过程的方式分类：

①    直读法：

用直接指示被测量大小的电工仪表进行测量能够直接从仪表刻度盘上读取被测量数值的测量方法。

特点：

度量器间接参与测量

②    比较法：

将被测量与度量器在比较仪器中直接比较从而获得被测量数值的方法。

特点：

度量器直接参与测量。

比较法的分类：

零值法、较差法、替代法

三、测量单位制：

统一实行以国际单位制为基础的法定计量单位

注意：

电能的单位用千瓦时（Kwh）俗称度，不是国际单位。

讨论：

1.直接测量和间接测量方式的区别与联系、适用范围？

2.直读法和比较测量法的区别与联系？

第二节测量误差

教学目标：

1．了解测量误差的形成及分类

2．熟练掌握测量误差的分类；

3．熟练掌握：

测量误差的消除方法；

4．熟悉测量误差的表示方法。

教学重点：

1.系统误差和偶然误差的定义；

2.测量误差的表示方法。

教学难点：

1.系统误差和偶然误差的定义；

2.测量误差的消除方法。

教学方法：

讲授、讨论、归纳。

教学过程：

一、测量误差：

1． 定义：

任何测量的结果与被测量的真实值之间意存在着差异，称为测量误差。

2． 产生原因：

测量方法、测量设备、测量条件、观测经验。

3． 结果：

二、测量误差的分类：

根据误差产生的原因分：

1． 系统误差：

①    定义：

在相同条件下多次测量同一量时保持恒定不变或按照一定规律变化的测量误差。

②    产生原因：

测量设备不准确、测量方法不完善、测量条件不稳定、测量人员的生理特点不同。

③    意义：

表示测量结果偏离其真实值的程度，反映了测量结果的准确度。

2． 偶然误差（随机误差）：

①    定义：

在同一条件下对同一被测量重复测量时各次测量结果很不一致，没有确定的变化规律，是一种大小和符号都不确定的误差

②    产生原因：

很多

③    意义：

反映测量的精密度

3．疏失误差：

①    定义：

疏失误差是一种严重歪曲测量结果的误差。

②  产生原因：

主要由于操作人员的粗心和疏忽造成。

例题分析

例题1

例题2

小结：

测量过程中由于受多种原因的影响测量结果不可能是被测量的真实值而只是它的近似值。

三、测量误差的消除方法（不可能绝对消除，减小到允许的范围）：

1．系统误差的消除方法

①对度量器,测量仪器仪表进行校正,并且在准确度要求较高的测量结果中引入校正值进行修正。

②消除误差产生的根源。

③采用特殊的测量方法。

2．偶然误差的消除方法

在同一条件下对被测量进行足够多次的重复测量，取其平均值作为测量结果。

3．疏失误差的消除方法

加强操作者的工作责任心，抛弃含有疏失误差的测量结果。

四：

测量误差的表示方法

 1、绝对误差

△=AX-A0

2、相对误差

γ=（△/A0）100%

绝对误差、相对误差的适用场合：

用绝对误差的绝对值可以比较不同仪表的准确程度。

相对误差用于比较测量结果的准确程度。

例题分析

例题1

例题2

小结：

测量误差的存在是不可避免的，应尽量减小其对测量结果的影响。

第三节电工仪表的基本知识

教学目标：

1、了解电工仪表与测量的基本概念及研究对象；

2、熟悉电工仪表的组成及测量机构的工作原理；

3、掌握电工仪表准确度的计算。

教学重点：

1、电工仪表的组成；

2、电工仪表准确度的计算。

教学难点：

1、测量机构的工作原理；

2、电工仪表准确度的计算。

教学方法：

讲授、讨论、归纳。

教学过程：

一、电工指示仪表的组成

1、组成

电工指示仪表由测量机构和测量线路两部分组成。

测量机构：

仪表中将输入电量转变成指针偏转角的机构。

测量线路：

仪表中将输入被测量按一定比例转换成测量机构可以接受的过渡量的机构。

2、指示仪表的结构方框图

二、测量机构的结构和原理

1、结构组成

组成：

由转矩装置，反作用力矩装置，阴尼装置，

读数装置，支承装置五大部分组成。

2、各部分结构原理

（展示实物或图片讲解其结构原理）

转矩装置：

由电磁机构组成，以电磁力矩充当转动力矩。

反作用力矩装置：

一般由游丝或张丝组成，用游丝的弹力产生反作用力矩。

阻尼装置：

由电磁机构或空气阻尼机构组成，用电磁力或空气阻尼力产生阻尼力矩。

读数装置：

指针的种类特点

矛形醒目但读数不够精确

刀形读数精确但不够醒目

光标指示器读数很精确结构复杂成本高

支承装置：

种类特点

轴承轴尖装置制造工艺简单，成本低，

张丝弹片装置工艺要求高但灵敏度高，有减震保护作用。

三、电工仪表的种类

四、电工仪表的误差

1、电工仪表误差的分类：

a、基本误差

由于仪表的结构、工艺等方面的不完善而产生的误差叫基本误差。

b、附加误差

仪表偏离规定的工作条件而产生的误差叫附加误差。

2、电工仪表误差的表示方法：

引用误差

γM=（△/AM）100%

3、电工仪表的准确度：

定义：

仪表的准确度就是仪表的最大引用误差。

公式：

±K=（△M/AM）100%

适用场合：

用于定义仪表的准确度。

例题分析：

五、有效数字的计算

1、有效数字的计算：

a、几个数字相加、相减的和或差的小数后保留位数与各数中小数后位最少者相同。

b、几个数相乘、相除时，积或商的有效数字位数与各数中有效数字位最少者相同。

2、数字的修约:

有效数字位数确定后，取用位数后的尾数按“四舍六入，逢五视前一位奇进偶舍”的原则修约。

六、电工指示仪表的主要技术要求

1、要有足够的准确度

2、要有合适的灵敏度

3、要有良好的读数装置和阻尼装置

4、变差要小

5、本身消耗功率小

6、要有足够的绝缘强度和过载能力

第二章磁电系仪表

第一节磁电系测量机构

教学目标：

1、了解磁电系测量机构的结构和工作原理；

2、熟悉磁电系仪表的特点。

教学重点：

1、磁电系测量机构的工作原理；

2、磁电系仪表的特点。

教学难点：

磁电系测量机构的结构。

教学方法：

讲授、讨论、归纳。

教学过程：

一、结构（展示结构图）

1、组成部分

磁电系测量机构由固定的磁路系统和可动部分组成，如下图所示。

2、各部分作用

磁路系统：

提供工作磁场

可动部分：

输入被测量后，与工作磁场作用产生与被测量相对应的偏转。

二、工作原理

1、指针偏转角与被测量的关系

（复习电磁力的有关知识，引导学生分析通电动圈所受的电磁力的大小和方向，推导出转动力矩）设动圈所包围的面积为S，匝数为N，工作磁场的磁感应强度为B，输入动圈的被测电流为I，则测量机构的转动力矩为：

M=NBSI

若游丝的弹性系数为D，则反作用力矩为：

Mα=Dα

当M=Mα时，即NBIS=Dα时，指针偏转角为：

α=NBSI/D

令NBS/D=SI（电流灵敏度）则有：

α=SI∙I

结论：

磁电系测量机构的指针偏转角α与输入动圈的被测电流I成正比。

2、电流灵敏度

电流灵敏度是指单位电流所对应的偏转角（举例说明）。

三、磁电系测量机构的特点（分析原因）

优点：

1、刻度均匀

2、功率消耗小

3、准确度高、灵敏度高

缺点：

1、过载能力小

2、只能测量直流。

四、磁电系测量机构的使用注意事项

正、负极性不能接反

工作原理：

电磁感应原理（引导学生分析）

第二节～第四节磁电系电流表和电压表

教学目标：

1、了解磁电系电流表和电压表的结构、原理；

2、掌握磁电系电流表和电压表的使用方法；

3、了解磁电系检流计的结构特点，熟悉其使用注意事项。

教学重点：

1、磁电系电流表和电压表的结构、原理；

2、磁电系电流表和电压表的使用方法。

教学难点：

1、磁电系电流表和电压表的结构；

2、磁电系检流计的结构特点。

教学方法：

讲授、讨论、归纳。

教学过程：

一、磁电系电流表

1、磁电系电流表的组成

磁电系电流表由磁电系测量机构与分流电阻并联而成，电路如下：

其中分流电阻RA=RC/（n-1），n=IX/IC

2、外附分流器

选用方法：

外附分流器的额定电流=扩大量程后的电流表的电流量程

外附分流器的额定电压=表头的额定电压

外附分流器及接线如下图所示：

二、磁电系电压表

1、组成

磁电第电压表由磁电系测量机构与分压电阻串联而成，电路如下所示：

其中分压电阻RV=（m-1）RC，m=U/UC

三、磁电系检流计

1、磁电系检流计的结构特点

（1）、用张丝或悬丝支撑代替轴承轴尖结构，以消除磨擦的影响。

（2）、用光标指示装置代替指针。

2、使用磁电系检流计的注意事项

（1）、轻拿轻放。

（2）、使用时按正常工作位置放置。

（3）、搬动或使用完毕，将止动器锁上。

（4）、禁止用万用表或电桥直接测量检流计内阻。

（5）、在未知被测电流大致范围情况下，从最低灵敏度开始，逐步向高灵敏度过渡。

（6）、检流计应放在干燥、无尘、无振动的场所使用或保存。

第五节万用表

（一）

教学目标：

熟悉万用表的结构，了解万用表的工作原理。

教学重点：

万用表的工作原理。

教学难点：

万用表的工作原理。

教学方法：

讲授、讨论、归纳。

教学过程：

一、结构：

万用表由测量机构、测量线路和转换开关三部分组成。

（一）、测量机构

作用：

把过渡电量转换为仪表指针的机械偏转角。

类型：

磁电系测量机构。

（二）、测量线路

作用：

把各种不同的被测电量转换为磁电系测量机构可以接受的微小直流电流。

（三）、转换开关

作用：

把测量线路转换为所需要的测量种类和量程。

1、直流电流的测量电路

电路图如下图所示：

电路由表头与分流电阻并联而成。

图中与测量机构串联的1kΩ电阻与1.4kΩ电阻，起温度补偿作用，经分流后电流量程为50μA。

原理与直流电流表同。

2、直流电压测量电路（电路图如下图所示）：

电路由50μA的磁电系测量机构与各档分压电阻串联而成，测2500V高压时，量程开关可放在2.5V档以外的任意直流电压档上，其分压电阻采用一只专用的10MΩ电阻。

3、交流电压测量电路

交流电压测量电路如下图所示：

交流电压测量电路与直流电压测量电路的不同之处：

a、增加了整流电路

b、与测量机构串联了一只2.25kΩ的隔离电阻，并且用一只3.9kΩ的电阻分流，使测量机构的灵敏度比直流电压档的灵敏度低。

c、为了使分压电阻交、直流档共用，用降低分压电阻的方法，补偿由于整流效率低而使测量机构电流下降的影响。

d、由于整流二极管非线性的影响，在交流10V档标度尺的起始段，很明显分度是不均匀的。

因此交流10V档专用一根标度尺。

4、电阻测量电路

A、欧姆表基本原理:

欧姆表测量电阻原理图如下：

由全电路欧姆定律得：

I=E/（RX+RZ）

式中RZ：

欧姆表的总内阻。

由公式可知欧姆表有以下特点：

（1）由于仪表指针的偏转角与电流I成正比，而电流I与RX成反比，因此，欧姆表的标度尺是不均匀的，而且是反向的。

（2）当RX=RZ时，指针将指在仪表标度尺的中心位置。

欧姆中心值等于该档欧姆表的总内阻。

B、欧姆表量程的扩大方法：

（1）保持电池电压不变，改变分流电阻值。

（2）提高电池电压。

第五节万用表

（二）

教学目标：

1、熟练掌握万用表的使用方法；

2、了解万用表常见故障及排除方法。

教学重点：

万用表的使用方法。

教学难点：

万用表故障的检查及排除。

教学方法：

自学、演示、练习结合。

教学过程：

万用表的使用与维护：

一、使用之前要调零

二、要正确接线

1、红表棒与“+”极性孔相连，黑表棒与“-”极性孔相连。

2、测量直流电量时，要注意正、负极性，以免指针反偏。

3、测量电流时，仪表与被测电路串联，测量电压时，仪表与被测电路并联。

4、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。

三、要正确选择测量档位

四、要正确读数

五、要注意操作安全

1、在做高电压及大电流测量时，严禁带电切换量程开关。

2、不能用电阻档及电流档测量电压。

3、万用表使用完毕，最好将转换开关置于空档或最高电压档。

万用表常见故障及排除

一、万用表电路图阅读方法

1、熟悉各元件的符号、作用及在实物中的位置，明确转换开关触点的位置。

2、阅读的顺序：

直流电流测量电路，直流电压测量电路，交流电压测量电路，电阻测量电路。

3、阅读电流、电压测量电路时，应从正表笔出发，经测量电路到达负表笔；阅读电阻测量电路时，应从表内电池的正极出发，经测量电路、被测电阻RX，最后到达电池负极。

4、检查线路故障时，可按上述顺序检查。

二、万用表故障检查及排除

1、直流电流档的故障及排除

故障原因：

若故障表读数比标准表读数大得多，则为分流电阻开路。

若无读数，则为表头线路开路。

排除方法：

若为表头线路开路，应找出开路原因。

若为分流电阻开路，则应查清哪只电阻损坏，并将损坏的电阻换掉。

2、直流电压档的故障及排除

（1）各档读数都偏大

故障原因：

万用表受潮，使各分压电阻阻值变小。

排除方法：

烘干万用表。

（2）各档读数都偏小

故障原因：

原因分压电阻变值。

排除方法：

调换新电阻。

（3）低量程时正常，高量程时指针不动。

原因：

高量程分压电阻开路。

排除方法；换掉开路的分压电阻。

3、交流电压档的故障及排除

（1）各档均无读数

原因：

整流元件损坏或测量线路中有开路现象。

排除方法；调换损坏的整流元件，查出线路中的开路部位并修复。

（2）各档都有读数，但读数都减小一半

原因：

全波整流电路的一半失效。

排除立法；调换损坏的元件。

4、电阻档的故障及排除

（1）欧姆调零器指针调不到零位。

原因：

电池电压不足。

排除方法：

更换电池。

（2）欧姆调零器失调或调节过程中指针有跳动现象

原因：

调零电位器有故障。

排除方法：

更换或修理调零电位器。

（3）个别档位读数不准

原因：

通常为该档分电阻变值。

排除方法：

更换变值的分流电阻。

第三章电磁系仪表

第一节电磁系测量机构

教学目标：

1、了解电磁系测量机构的结构和工作原理；

2、熟悉电磁系仪表的特点。

3、了解电磁系电流表和电压表的结构、原理，掌握其使用方法。

教学重点：

电磁系电流表和电压表的使用方法。

教学难点：

电磁系测量机构的工作原理。

教学方法：

讲授、讨论、归纳。

教学过程：

一、结构（注意与磁电系测量机构作比较）

1、吸引型（结构如图3-1所示）

产生转动力矩部分：

由固定线圈和可动铁片组成。

产生反作用力矩部分：

由游丝组成

产生阻尼力矩部分：

由阻尼片和永久磁铁组成。

2、排斥型（结构如图3-3所示）

产生转动力矩部分：

由固定线圈、固定铁片和可动铁片组成。

产生反作用力矩部分：

由游丝组成。

产生阻尼力矩部分：

由阻尼片组成。

二、工作原理

转动力矩：

固定线圈通电后产生工作磁场，可动铁片在工作磁场中被磁化，磁场方向与工作磁场方向相同两磁场相互作用产生转动力矩M。

吸引型与排斥型测量机构的工作原理如图1及图2所示：

图1图2

M=K1（NI）2

其中K1为比例系数，N是固定线圈的匝数，I为通过固定线圈上的电流。

反作用力矩：

转轴在转动力矩作用下偏转时使游丝变形产生反作用力矩Mα。

Mα=Dα

其中D为游丝的弹性系数。

偏转特性：

当M=Mα时，指针停稳，此时偏转角α与电流I的关系是：

α=K1（NI）2/D=K（NI）2

结论：

电磁系测量机构的偏转角与通入固定线圈的电流成正比。

三、电磁系测量机构的特点

优点：

1、交直流两用。

2、过载能力强。

缺点：

1、标尺刻度不均匀。

2、测量直流时有磁滞误差。

3、抗外磁能力差

四、特点与结构的关系

1、工作磁场与可动铁片上磁场方向一致，电流方向改变时，转动力矩方向不变，所以指针转动方向与电流方向无关，可以交直流两用。

2、可动铁片具有磁滞特性

五、提高抗外磁能力的措施

1、磁屏蔽

2、无定位结构

六、课堂小结

归纳本次课要点：

1、电磁系测量机构的结构

2、偏转特性

3、特点

4、提高抗外磁能力的措施