重庆科创职业学院电工测量教案.docx
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重庆科创职业学院电工测量教案
课 时 教 案
讲授人
课 时
2
课题内容
电工测量仪表基本知识
教学时间
90分钟
教学方法
和手段
借助PPT演示、板书等多种形式启发式教学
教学课型
√
理论□实验□习题□
实践□复习□其它□
教学目的
◆学习并理解电工测量仪表的分类、结构、工作原理的基本概念；
◆学习并理解电流、电压的测量方法；
重点难点
◆磁电式、电磁式、电动式仪表工作原理；
◆电流与电压测量方法；
教学过程
备注
序号
设计内容
详细内容
1
什么叫做“电工测量”、“电工测量仪表”？
电工仪表的测量对象？
把利用电工测量仪表对电路中各个物理量，如电压、电流、功率、电能量等参数的大小进行实验测量就叫做电工测量。
把实现电工测量过程所需技术工具的总体叫做“电工测量仪表”。
电工仪表的测量对象主要是电学量与磁学量。
电学量又分为电量与电参量。
通常要求测量的电量有电流、电压、功率、电能、频率等；
电参量有电阻、电容、电感等。
理解电工测量含义
2
电工测量
仪表的分类
按测量方法分类
可分为比较式和直读式两类。
比较式仪表需将被测量与标准量进行比较后才能得出被测量的数量，常用的比较式仪表有电桥、电位差计等。
直读式仪表将被测量的数量由仪表指针在刻度盘上直接指示出来，常用的电流表、电压表等均属直读式仪表。
直读式仪表测量过程简单，操作容易，但准确度不可能太高；
比较式仪表的结构较复杂，造价较昂贵，测量过程也不如直读法简单，但测量的结果较直读式仪表准确。
按被测量的种类分类
可分为电流表、电压表、功率表、频率表、相位表等。
按电流的种类分类
可分为直流、交流和交直流两用仪表。
按工作原理分类
可分为磁电式、电磁式、电动式仪表等。
磁电式：
一般用来测量直流电流、电压、电阻；
电磁式：
一般用来测量交流电流、电压；
电动式：
电流、电压、电功率、功率因素、电能量；
按显示方法分类
可分为指针式（模拟式）和数字式。
指针式仪表用指针和刻度盘指示被测量的数值；
数字式仪表先将被测量的模拟量转化为数字量，然后用数字显示被测量的数值。
按准确度等级分类
可分为0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5和5.0共7个等级；
电工仪表的准确度是指测量结果（简称示值）与被测量真实值（简称真值）间相接近的程度，是测量结果准确程度的量度。
掌握仪表的分类既准确度
3
电工测量仪表结构与工作原理
磁电式仪表
磁电式仪表的结构与工作原理
直流电流I通过可动线圈时，线圈与磁场相互作用使线圈产生转动力矩，带动指针偏转。
指针偏转后扭紧弹簧游丝，使游丝产生反抗力矩。
当反抗力矩和转动力矩相平衡时，线圈和指针便停止偏转。
由于在线圈转动的范围内磁场均匀分布，因此线圈的转动力矩与电流的大小成正比。
又由于游丝的反抗力矩与线圈的偏转角度成正比，所以仪表指针的偏转角度与流过线圈的电流的大小成正比，即：
α=KI。
可见磁电式仪表标尺上的刻度是均匀的。
磁电式仪表的优点：
刻度均匀、灵敏度高、准确度高、消耗功率小、受外界磁场影响小等。
磁电式仪表的缺点：
结构复杂、造价较高、过载能力小，而且只能测量直流，不能测量交流。
使用注意事项：
电表接入电路时要注意极性，否则指针反打会损坏电表。
通常磁电式仪表的接线柱旁均标有+、－记号，以防接错。
电磁式仪表
电磁式仪表的结构与工作原理
线圈通入电流时产生磁场，使其内部的固定铁片和可动铁片同时被磁化。
由于两铁片同一端的极性相同，因此两者相斥，致使可动铁片受到转动力矩的作用，从而通过转轴带动指针偏转。
当转动力矩与游丝的反抗力矩相平衡时，指针便停止偏转。
由于作用在铁心上的电磁力与空气隙中磁感应强度的平方成正比，磁感应强度又与线圈电流成正比，因此仪表的转动力矩与电流的平方成正比。
又由于游丝的反抗力矩与线圈的偏转角度成正比，所以仪表指针的偏转角度与线圈电流的平方成正比，即：
α=KI2。
可见电磁式仪表标尺上的刻度是不均匀的。
排斥型电磁式仪表也可以测量交流，当线圈中电流方向改变时，它所产生磁场的方向随之改变，因此动、静铁片磁化的极性也发生变化，两铁片仍然相互排斥，转动力矩方向不变，其平均转矩与交流电流有效值的平方成正比。
电动式仪表
电动式仪表的结构与工作原理
固定线圈中通入直流电流I1时产生磁场，磁感应强度B1正比于I1。
如果可动线圈通入直流电流I2，则可动线圈在此磁场中就要受到电磁力的作用而带动指针偏转，电磁力F的大小与磁感应强度B1和电流I2成正比。
直到转动力矩与游丝的反抗力矩相平衡时，才停止偏转。
仪表指针的偏转角度与两线圈电流的乘积成正比，即：
α=KI1I2。
对于线圈通入交流电的情况，由于两线圈中电流的方向均改变，因此产生的电磁力方向不变，这样可动线圈所受到转动力矩的方向就不会改变。
设两线圈的电流分别为i1和i2，则转动力矩的瞬时值与两个电流瞬时值的乘积成正比。
而仪表可动部分的偏转程度取决于转动力矩的平均值，由于转动力矩的平均值不仅与i1及i2的有效值成正比，而且还与i1和i2相位差的余弦成正比，因此电动式仪表用于交流时，指针的偏转角与两个电流的有效值及两电流相位差的余弦成正比。
即：
α=KI1I2cos。
理解各种电工仪表的工作原理及优缺点
4
电流的测量
测量直流电流通常采用磁电式电流表，测量交流电流主要采用电磁式电流表。
电流表必须与被测电路串联，否则将会烧毁电表。
此外，测量直流电流时还要注意仪表的极性。
扩大量程的方法是在表头上并联一个称为分流器的低值电阻RA，分流器的阻值为：
RA=Ro/（n－1）。
式中Ro为表头内阻，n=I/Io为分流系数，其中Io为表头的量程，I为扩大后的量程。
会用电流表进行电流的测量并会计算
5
电压的测量
测量直流电压通常采用磁电式电压表，测量交流电压主要采用电磁式电压表。
电压表必须与被测电路并联，否则将会烧毁电表。
此外，测量直流电压时还要注意仪表的极性。
扩大量程的方法是在表头上串联一个称为倍压器的高值电阻RV，倍压器的阻值为：
RV=（m－1）Ro。
式中Ro为表头内阻，m=U/Uo为倍压系数，其中Uo为表头的量程，U为扩大后的量程。
会用电压表进行电压的测量并会计算
小结（2min）
对电工仪表有一个比较明确的认识，并对每种不同的仪表的工作原理熟练掌握，会在实际中进行正确测量。
思考题
与作业（8min）
1.用电流表和电压表去测量线路中电阻的电压和电流，当分别采用内表法和外表法进行测量时，试计算两种测量所带来的误差。
教学后记
电工测量是在实际中用的较多的测量方法，必须对每种测量方法熟练掌握
辅助教学
课 时 教 案
讲授人
课 时
2
课题内容
功率、仪表的使用及电桥、非电量测量
教学时间
90分钟
教学方法
和手段
借助PPT演示、板书等多种形式启发式教学
教学课型
√
理论□实验□习题□
实践□复习□其它□
教学目的
◆学习并理解功率、电能测量的基本知识；
◆学习并理解万用表、兆欧表的使用方法；
◆学习并理解电桥测量电阻、电容、电感；会进行非电量的测量
重点难点
◆功率、电能的测量；
◆万用表及兆欧表的使用方法；
◆电桥的原理及非电量转化为电量的方法。
教学内容
备注
序号
设计内容
详细内容
1
功率测量
功率测量的方法
测量功率时采用电动式仪表。
测量时将仪表的固定线圈与负载串联，反映负载中的电流，因而固定线圈又叫电流线圈；将可动线圈与负载并联，反映负载两端电压，所以可动线圈又叫电压线圈。
测量方法
2
功率测量电路
直流和单相交流功率的测量
（1）、测量电路图
（2）、分格常数与被测量功率的数学式
三相功率的测量
（1）、一表法
用一个单相功率表测得一相功率，然后乘以3即得三相负载的总功率。
（2）、二表法
用两只单相功率表来测量三相功率，三相总功率为两个功率表的读数之和。
若负载功率因数小于0.5，则其中一个功率表的读数为负，会使这个功率表的指针反转。
为了避免指针反转，需将其电压线圈或电流线圈反接，这时三相总功率为两个功率表的读数之差。
（3）、三表法
用3只单相功率表来测量三相功率，三相总功率为3个功率表的读数之和。
（4）、二元功率表和三元功率表测量功率法
用二元功率表和三元功率表测量三相总功率，三相总功率均可直接从表上读出。
对测量电路熟练正确接线，并保证测量的正确性
3
万用表
磁电式万用表
测量电路图
测量原理
直流电流的测量
转换开关置于直流电流档，被测电流从+、－两端接入，便构成直流电流测量电路。
图中RAl、RA2、RA3是分流器电阻，与表头构成闭合电路。
通过改变转换开关的档位来改变分流器电阻，从而达到改变电流量程的目的。
直流电压的测量
转换开关置于直流电压档，被测电压接在+、－两端，便构成直流电压的测量电路。
图中RVl、RV2、RV3是倍压器电阻，与表头构成闭合电路。
通过改变转换开关的档位来改变倍压器电阻，从而达到改变电压量程的目的。
交流电压的测量
转换开关置于交流电压档，被测交流电压接在+、－两端，便构成交流电压测量电路。
测量交流时必须加整流器，二极管D1和Dl组成半波整流电路，表盘刻度反映的是交流电压的有效值。
RVl'、RV2'、RV3'是倍压器电阻，电压量程的改变与测量直流电压时相同。
电阻的测量
转换开关置于电阻档，被测电阻接在+、－两端，便构成电阻测量电路。
电阻自身不带电源，因此接入电池E。
电阻的刻度与电流、电压的刻度方向相反，且标度尺的分度是不均匀的。
数字式万用表一般结构框图
输入端插孔
黑表笔总是插“COM”插孔，测量交直流电压、电阻、二极管及通断检测时，红表笔插“V/Ω”插孔，测量200mA以下交直流电流时，红表笔插“mA”插孔，测量200mA以上交直流电流时，红表笔插“A”插孔
功能和量程选择开关
交、直流电压档的量程为200mV、2V、20V、200V、1000V，共5档。
交、直流电流档的量程为200μA、2mA、20mA、200mA、10A，共5档。
电阻挡的量程为200Ω、2kΩ、20kΩ、200kΩ、2ＭΩ、20ＭΩ、
，共7档，其中
档用于判断电路的通、断。
β插座
三极管的β值，注意区别管型是NPN还是PNP。
了解模拟式和数字式万用表的构造，会对各种参量进行正确测量
4
兆欧表
兆欧表的结构示意图
兆欧表的结构、原理简述
兆欧表俗称摇表，是测量绝缘体电阻的专用仪表，主要由磁电式流比计与手摇直流发电机组成。
流比计是用电磁力代替游丝产生反作用力矩的仪表。
它与一般磁电式仪表不同，除了不用游丝产生反作用力矩外，还有两个区别：
一是空气隙中的磁感应强度不均匀；二是可动部分有两个绕向相反且互成一定角度的线圈，线圈1用于产生转动力矩，线圈2用于产生反作用力力矩。
被测电阻接在L（线）和E（地）两个端子上，形成了两个回路，一个是电流回路，一个是电压回路。
电流回路从电源正端经被测电阻Rx、限流电阻RA、可动线圈1回到电源负端。
电压回路从电源正端经限流电阻RV、可动线圈2回到电源负端。
由于空气隙中的磁感应强度不均匀，因此两个线圈产生的转矩T1和T2不仅与流过线圈的电流I1、I2有关，还与可动部分的偏转角α有关。
当T1=T2，可动部分处于平衡状态，其偏转角α是两个线圈电流I1、I2比值的函数（故称为流比计），即：
因为限流电阻RA、RV为固定值，在发电机电压不变时，电压回路的电流I2为常数，电流回路电流I1的大小与被测电阻Rx的大小成反比，所以流比计指针的偏转角α能直接反映被测电阻Rx的大小。
流比计指针的偏转角与电源电压的变化无关，电源电压U的波动对转动力矩和反作用力矩的干扰是相同的，因此流比计的准确度与电压无关。
但测量绝缘电阻时，绝缘电阻值与所承受的电压有关。
摇手摇发电机时，摇的速度须按规定，而且要摇够一定的时间。
常用的兆欧表的手摇发电机的电压在规定转速下有500V和1000V两种，可根据需要选用。
因电压很高，测量时应注意安全。
兆欧表的接线端钮有3个，分别标有“G（屏）”、“L（线）”、“E（地）”。
被测的电阻接在L和E之间，G端的作用是为了消除表壳表面L、E两端间的漏电和被测绝缘物表面漏电的影响。
在进行一般测量时，把被测绝缘物接在L、E之间即可。
但测量表面不干净或潮湿的对象时，为了准确地测出绝缘材料内部的绝缘电阻，就必须使用G端，图示为测量电缆绝缘电阻的接线图。
绝缘电阻的测量图
对兆欧表的测量原理理解，并会在实际中正确使用兆欧表，特别注意兆欧表的单位为MΩ
5
电桥及非电量电测法
直流电桥:
输出电压与各臂电阻间的关系：
当
时称为
电桥平衡;电桥在使用前需要调
平衡。
当四个臂的阻值均发生
变化时，将打破上式平衡条件，
使电桥输出电压U0发生变化。
直流电桥
交流电桥:
供桥电源为交流，仍为基本电桥电路的形式，但是在各个臂内可能串、并联有电感、电容、电阻或其组合。
因此除了电阻之外还有我们所说的电抗。
交流电桥的平衡条件：
交流电桥
非电量的电测法：
非电量的电测法就是将各种非电量（如温度、压力、速度、位移、应变、流量、液位等）变换为电量，而后进行测量的方法
1.应变电阻传感器
工作原理：
试件发生的应变通过胶层和纸片传给电阻丝，将电阻丝拉长或缩短，从而改变了它的电阻。
就将机械应变变换为电阻的变化。
2.电容传感器
电容传感器能将非电量的变化变换为电容器电容的变化。
由可见，只要改变，S，d三者之一，都可使电容改变。
将上极板固定，下极板与被测物体相接触，当运动物体上、下位移（改变d）或左、右位移（改变S）时，将引起电容的改变。
对直流和交流电桥达到平衡时的条件必须掌握，会用电桥法对一些参量进行正确测量。
对于非电量测量，主要是将非电量怎么进行转化为电量，这种测量方法要理解及在实际中的一些应用
小结（2min）
本节主要对于功率表、万用表、的测量方法和测量原理做了一些比较详细的概述及电桥电路和非电量测量做了一些简单的介绍，通过本节的学习，我们要学会这些参数的正确测量。
思考题
与作业（8min）
1.用两功率表测量对称三相负载的功率，设电源电压为380V，负载为星行连接，在下列几种情况下，试求每个功率表的读数和三相功率
（1）Z=10Ω
（2）Z=8+j6Ω
（3）Z=-j10Ω
教学后记
本节主要对测量仪表的使用，测量原理以及测量电路做了比较详细的介绍，在本节中特别是我们要掌握这种测量方法。
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