415399TANGYEHONG电工测量仪表导学案及练习

电工测量仪表导学案及练习

【新考纲】

第一单元 测量的基本知识

-----测量的概念、方法、误差、数据处理 班级： 0720 姓名：

1、了解测量的内容、特点和基本方法。 2、了解测量误差产生的原因和特点。 3、掌握误差的表示方法。

4、会对测量结果进行简单的数据处理。

【复习要点】

一．内容提要

1． 测量的概念及常用术语

（1）测量与测量的过程

测量是将被测量与标准量进行比较的过程。在这个过程中，它一定需要有作为测量单位的复制实体的度量器的参与（直接参与或间接参与）；同时又需要有能被测量与度量器进行比较的测量仪器的参与。

测量的过程一般包括三个阶段：①准备阶段。首先要明确“被测量”的性质及测量所要达到的目的，然后选定测量方式，选择合适的测量方法及相应的测量仪器。②测量阶段。建立测量仪器所必须的测量条件，慎重地进行操作，认真记录测量数据。③数据处理阶段。根据记录的数据，考虑测量条件的实际情况，进行数据处理，以求得测量结果和测量误差。

总之，研究一个完整的测量过程，通常必须研究如下几个方面：①测量对象；②测量方式和测量方法；③测量设备，集中包括度量器与测量仪器仪表。

（2）测量中的几个常用术语

①准确度。准确度是指测量结果与被测量真实值间相接近的程度，它是测量结果准确程度的量度。

②精密度。精密度是指在测量中所测数值重复一致的程度，它表明在同一条件下进行重复测量时，所得到的一组测量结果彼此之间相符合的程度，它是测量重复性的量度。

③精确度。皆有准确度与精密度。

④灵敏度。灵敏度是仪器仪表读数的变化量与相应的被测量的变化的比值。 ⑤分辨率。分辨率是指仪器仪表所能反映的被测量的最小变化量。

⑥误差。误差是指测量结果相对于被测量真实值的偏离程度。 ⑦量程（又称量限）。量程是指仪器仪表在规定的准确度下对应于某一测量范围内所能测量的最大值。

需要指出的是，准确度与误差本身的含义是相反的，但两者又是紧密联系的，测量结果的准确度高，它的误差就小，因此在实际测量中往往采用误差的大小来表示准确度的高低。 2． 电工测量的概念和电学度量器

（1）电工测量就是借助于测量设备，把未知的电量或磁量与作为测量单位的同类标准电量或标准磁量进行比较，从而确定这个未知电量或磁量（包括数值和单位）的过程。电工测量

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的对象主要是：反映电和磁特征的物理量；反映电路特征的物理量；反映电和磁变化规律的非电量。 （2）电学度量器是电量或磁量测量单位的复制体，它是电气测量设备的一个重要组成部分。按其准确度的高低可分为基准器、标准器和工作量具三大类，常用的标准器有标准电池、标准电阻、标准电感和标准电容。

3． 测量方法的分类

（1）按被测量的测量方式分类，有直接测量、间接测量和组合测量三种。 ①直接测量就是被测量与作为标准的量直接比较，或用事先刻度好的测量仪表进行测量，从而直接测得被测量的数值。

②间接测量是通过与被测量有一定函数关系的几个量进行直接测量，然后再按这个函数关系计算出被测量的数值。

③组合测量是先直接或间接地测量与被测量有一定函数关系的某些量，再通过求解联立方程组求得未知的被测量数值。

（2）按度量器参与测量过程的方式分类，有直读法，比较法两种。

①直读法是用直接指示被测量的数值的指示仪表进行测量，直接在仪表上读取被测量数值的测量方法。在直读法的测量过程中，度量器并不直接参与作用。直读法的测量过程简单，操作容易，但准确度不高。

②比较法是被测量与度量器通过较量仪器进行比较，从而测得被测量数值的方法。在比较法的过程中，度量器是直接参与作用的。比较法测量的准确度高，但操作比较麻烦且仪器设备也比较昂贵。

根据被测量与标准量进行比较时的特点不同，又可以将比较法分为平衡法、较差法和替代法三种。

Ⅰ.平衡法（零值法）是在测量过程中，连续改变标准量以使它产生的效应与被测量产生效应相互抵消或平衡（由指零仪表显示），从而由一定关系式确定被测量的数值。平衡法的准确度主要取决于标准量的准确度和指零仪表的灵敏度。

Ⅱ.较差法是通过测量被测量与标准量的差值或正比于差值的量，进而根据标准量的数值确定被测量的大小。较差法的测量误差取决于标准量的误差及测量差值的误差，差值越小则测量准确度越高。

Ⅲ. 替代法是将被测量与标准量分别接入同一测量装置，在标准量替代被测量的情况下，调节标准量使被测装置的工作状态保持不变，从而由标准量的数值来确定被测量的大小。替代法的测量准确度主要取决于标准量的准确度和测量装置的灵敏度。

4． 测量单位制

在我国，法定的计量制度是国际单位制（国际代号SI）。它由国际制单位 （包括基本单位，导出单位和辅助单位三类）、国际制词头和国际制单位的十进倍数与分数单位三部分组成。

需要说明的是：电能单位常用“度”表示。 1度（电）=1KW·h=3.6×10J

5． 测量误差的种类

在测量过程中，由于各种因数的影响，造成测量结果与被测量的真实值之间总是存在差异，这种差异称为测量误差。根据产生测量误差的原因，可将测量误差分为系统误差、随机误差（偶然误差）和疏失误差三类。

（1） 系统误差是指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。

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按其误差来源的不同，又可以分为以下四种：

①基本误差。它是由于测量仪器仪表本身结构和制作上的不完善所引起的测量误差。 ②附加误差。它是由于使用仪器时未能满足所规定的使用条件而引起的误差。 ③方法误差（理论误差）。它是由于测量方法不完善或者由于测量所依据的理论不完善等原因而造成的误差。

④人身误差（个人误差）。它是由于测量人员的感觉器官不完善（差异）所导致的误差。 系统误差决定了测量的准确度。系统误差越小，测量结果越准确。

（2） 随机误差是一种大小和符号都不确定的误差，即在相同条件下对同一对象进行重复 测量时，在极力消除一切明显的系统误差之后，每次测量结果仍会出现无规律的随机性变化。这种误差主要由于周围环境偶然性变化所致，如电磁场的微变、热起伏、空气扰动等。 随机误差决定了测量的精密度，随机误差越小，测量结果的精密度就越高。

（3） 疏失误差是在测量过程中操作、读数、记录和计算等方面出现错误而导致的误差。凡是含有疏失误差的实验数据都是不可靠的，应当舍去！ 6.测量误差的消除

（1）系统误差的消除方法有：

①引入校正值以减小由基本误差所引起的系统误差。

②消除产生附加误差的根源。尽量使各种仪器仪表工作在规定的正常条件下，以消除各种外界环境因数所引起的附加误差。

③正确选择测量方法以消除方法误差。 ④常用特殊的测量方法，如正负误差补偿法、替代法等等。

（2）随机误差的消除方法是：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。重复测量的次数越多，随机误差便越小。

（3）采用认真负责的工作态度，是从根本上消除疏失误差的最好方法。 7.测量误差的表示方法

测量误差通常用绝对误差和相对误差表示。

（1） 绝对误差（ A）是指被测量的测量所得数值（Ax）与真实值（Ao）的差值， 即： A=Ax-Ao 。

正误差说明测量值大于真实值；负误差说明测量值小于真实值。绝对误差可用以衡量在对同一被测量进行的多次测量中，哪次测量结果更准确。 需要指出的是，由于被测量的真实值通常无法确定，所以一般用标准表的指示值或多次测量的平均值作为被测量的真实值。

（2） 相对误差（ ）是绝对误差（ A）与被测量真实值（Ao）之比，即：

AAo

1000

。

相对误差可以衡量在不同值的被测量进行测量时，哪一次的测量更为准确。

需要指出的是，工程测量中的相对误差（ ）通常用绝对误差（ A）与被测量的测量值（Ax)之比近似表示，即：

AAx

1000

。

利用绝对误差与相对误差的概念，可将被测量的测量值表示为：Ax=Ao+ A=Ao（1+ ）。 8.电工仪表的误差和准确度

（1）系统误差中的基本误差和附加误差都是仪表误差。前者是由于仪表设计、制作上的不完善所致；后者是由于仪表工作条件不符合要求所致。

（2）对于同一个仪表，其基本误差是以最大绝对误差来衡量的，所以相对误差的大小只能

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反映测量结果的准确程度，而不能反映仪表的准确性能。仪表的准确性能一般用引用误差来表示，仪表的引用误差（ m）是指仪表测量的绝对误差（ A）与仪表量限（Am）的百分比，即： m

AAm

1000

，显然，引用误差实际上是仪表满刻度测量下的相对误差。

仪表的准确度是用仪表的最大引用误差来表示的。准确度等级（K）是指仪表量限范围内的最大绝对误差（ Amax）与仪表量限（Am）之比的百分数，即： K0

AmaxAm

0

00

。

我国生产的电工仪表共有七个准确度等级，即：0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5和5.0级。

（3）测量结果的准确度是用最大相对误差来表示的，它与仪表的准确度是不同的两个 概念，仪表的准确度只是表明了仪表基本误差最大允许的范围。

①在规定的使用条件下工作时， max

AmaxAx

1000

K00

Ax

Am

。也就是说，

要想获得准确的测量结果，一方面要选高准确度的仪表，另一方面要选择合适的量程（通常要做到Ax

23

Am）。

②仪表不能工作于规定条件下时，还需考虑附加误差对测量结果的影响。

9.测量数据的处理

在测量过程中，度数、记录和运算等对数据的处理，都应按照国家标准《数值修约规则》来进行。所有的测量数据都必须用有效数字表示。 （1）有效数字的正确表示

① 通常作测量记录时，每一数据都应保留一位欠准数字，即末位数前面的各位数字都

必须是准确的。

② 数据中左起第一非零的数字至最右边的数字都是有效数字。

③ 当数据用有效数字乘以10的幂次的形式来表示时，可明确表示出有效数字的位数。 （3） 有效数字的运算规则

① 进行加减运算时一般分三步： 首先对各项修约，使各数修约到比小数点后位数最小的那个数多保留一位小数；然后进行加减运算；最后对结果进行修约，使其小数点后的位数与原各项中小数点后位数最少的那个数相同。

需要指出的有两点：一是当仅有两个数相加减时，应把小数点后位数多的那个数修约到与小数点后位数少的那个数相同；二是两数相减有可能使实际的准确度降低，尤其在两数相近时，带来的误差更大。

② 进行乘除运算时也分三步：

首先对各项修约，使各项修约到比有效数字最少的那个数多保留一位有效数字；然后进行乘除运算；最后对计算结果进行修约，使其有效数字的位数与有效数字位数最少的那个数相同（若有效数字最少的数据中的第一位为“8”或“9”，则在计算结果中有效数字的位数可比最少位多取一位）。 （4） 有效数字的修约规则

①所拟舍去的数字中，其最左面的第一数字小于5时，则舍去，即留下的数字不变。 ②所拟舍去的数字中，其最左面的第一数字大于5时，则进1，即所留下的数末位加1。

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③所拟舍去的数字中，其最左面的第一数字等于5且其后各数并非全为0时，则进1，即留下的数末位加1。 ④所拟舍去的数字中，其最左面的第一数字等于5且其后各数全为0时，所保留的数末位如为奇数则进1，如为偶数则不进。（0为偶数）

⑤ 所拟舍去的数字，并非单独的一个数字时，不得对该数字进行连续的修约，只能按前述规则进行一次修约。

【解题示例】

本单元的学习，首先要建立测量的概念，理解电工测量中的几个常用术语；然后要理解各种类型的误差产生的原因和消除方法；最后要着重掌握误差的表示法、误差与准确度的关系、测量数据的处理方法等。

在学习的过程中，正确理解基本误差和附加误差的区别、测量结果的准确度与仪表的准确度的区别是很重要的。

【练习1-1】用甲、乙两块电压表测量两个不同的电压，第一次用甲表测量100V电压时的示值为98.5V；第二次用乙表测量10V电压时的示值为9.5V。试求两次测量的绝对误差和相对误差，并说明哪一次测量的结果更准确。

指要：电压测量的绝对误差 U Ux Uo，相对误差

UUo

1000

。在比较同一

被测量的多次测量结果的准确程度时，可用绝对误差衡量；而在比较不同被测量的测量结果准确程度时，只能用相对误差来衡量。

解：

【练习1-2】用1.5级、量程为250V的电压表，分别测量220V和110V电压，计算其 最大相对误差各为多少？根据计算结果说明正确选择仪表量程的意义。

指要：仪表的准确性是用引用误差（即满刻度测量时的相对误差）来表示的，其准确度 等级（K）是指最大引用误差的百分数（ K0

AmaxAm

0

）。也就是说，准确度等级

一定的仪表，某一量程下测量的最大绝对误差便一定了，若被测量偏离量程越远，则测量时的相对误差便越大，测量结果便越不准确。所以，实际测量时所选的量程比被测量稍大为好。

解：

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【练习1-3】用量程为10A的电流表，测量实际值是9A的电流，若仪表读数是9.2A， 试求测量的绝对误差和相对误差各为多少？确定该表的准确度等级最高为哪一级？ 指要：根据测量是的引用误差（ m

AAm

1000

）的大小可推算出仪表的准确度等

级的范围（K 100 m），进而确定最高准确度等级。

解：

【练习1-4】用标准表对一只1.0级100mA的电流表进行校准。在电流表的80mA那点，标准表的指示值为79mA，则电流表在该点处的绝对误差、校正值、相对误差及引用误差各为多少？

指要：在电工测量前，首先用更高准确度的标准表对所用电工仪表进行检定，得出各点 的修正值（C A AO AX）,作出校正曲线或校正表格以便于实际测量时得到更准确的被测量的值（Ao C Ax）。通过引入校正值，可将由仪表基本误差引起的系统误差减小到可以忽略的程度。

解：

【练习1-5】试完成下列有效数字的各种运算 （1）47.3+2.04501+10.765+287.075+0.36 （2）17.493-16.8

（3）38.573×0.092×4.205×0.214 （4）43.624÷1.2

指要：有效数字的四则运算都是分三步进行的：首先对已知数修约，再运算，最后对结 果修约。在对已知数修约时，加减运算的修约方法与乘除运算有别，前者看小数点后的位数；后者看有效数字的位数。当然，对有效数字修约时一定要按规则进行。 解：（1）

（2）

（3）

（4）

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【新考纲】

第二单元 电工仪表的基本知识

-----基本知识、磁电系测量机构 班级： 0720 姓名：

1、了解电工仪表的分类。 2、掌握磁电系测量机构。

【复习要点】

一．电工知识仪表的基础知识

电工仪表是实现电磁测量过程中所需技术工具的总称。其中最常用的是电工指示仪表（是一种直流仪表）。

1．电工指示仪表的组成

各种指示仪表的主要作用都是将被测量变换成仪表指针的偏转角。指示仪表通常由测量机构和测量线路两部分组成，框图如图2—1所示。

位移α 图2—1 指示仪表的组成方框图 2．电工指示仪表的基本工作原理

各种指示仪表的基本工作原理是相同的，在每一种仪表的测量机构内部都一定有产生转动力矩、反作用力矩和阻尼力矩的部件。三种力矩共同作用在测量机构的可动部分上，使得仪表能正常工作。

①转动力矩（M）。转动力矩（M）一般由被测量（x）加到测量机构上所产生的电磁力建立的。其特点是M大小总与被测量有着一一对应的确定关系，此外M通常还与仪表指针的偏转角位移α有关，故可将M看作是x与α的函数，即：M=F1(x，α)。

②反作用力矩(Mf)。利用弹性元件（如游丝、张丝、悬丝等）变形产生的机械力或利用电磁力（如感应系电度表），可以产生仪表可动部分的反作用力矩(Mf)。Mf的特点是，它的方向总是与转动力矩的方向相反，而其大小则是仪表可动部分偏转角位移α（电度表中则是转速ω）的函数，即：Mf= F2(α)。当反作用力矩与转动力矩相等时，可动部分的偏转角位移便是关于被测量的函数，即：F1(x，α)= F2(αα= F(x)。从而根据α可确定被测量x的大小。

③阻尼力矩（Mp）。为缩短仪表指针在平衡位置处的摆动时间，实现快速读数，测量机构中还需通过阻尼器来产生阻尼力矩。Mp的特点是，它的方向总是与仪表可动部分的运动方向相反，而大小则与运动速度成正比。阻尼力矩只是影响了可动部分的运动，而不会影响α的大小。常用的阻尼器有：空气阻尼器、磁感应阻尼器和油阻尼器。

3．电工指示仪表的分类与型号

电工指示仪表的种类很多，根据测量机构的工作原理，可分为磁电系、电磁系、电动系、感应系、静电系、整流系等；根据仪表测量的对象，可分为电流表、电压表、功率表、电度

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表、欧姆表、相位表等；根据仪表工作电路的性质，可分为直流仪表、交流仪表和交直流两用仪表；根据仪表的使用方式，可分为安装式仪表（或称板式仪表）和可携式仪表等；根据仪表的准确度等级，可分为0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5和5.0共七级。 电工指示仪表的产品型号反映出仪表的用途和工作原理。对安装式和可携式仪表的型号，规定了不同的编制规则：①安装式仪表的型号由五部分组成。第一、二位的数字是指形状代号；第三位的字母为系列代号，是反映测量机构工作原理的汉语拼音字母；第四位为设计序号；第五位是用途号，其字母为被测量的单位符号。②可携式仪表的型号由三部分组成。它去除了安装式仪表型号中的前两位形状代号，其余的部分含义相同。 4．电工指示仪表的主要技术要求

①要有足够的准确度。要求仪表的基本误差不能超过相关的规定，示值的升降差不应超过基本误差的绝对值。

②要有合适的灵敏度。仪表灵敏度（S）是指针偏转角的变化量（Δα）与被测量变化量（ΔA）的比值，即S=Δα/ΔA。S越高，则量程越小；S越小低，则仪表的准确度便越低。故仪表灵敏度要适合于被测量。

③仪表本身消耗的功率要小。仪表的消耗功率越小，则其对被测电路的影响就越小。 ④要有良好的读书装置。刻度不均匀的仪表，其灵敏度不是常数，刻度线越密则灵敏度越低，一般规定：从黑圆点起的工作部分长度不小于标度尺全长的85%。 二．磁电系测量机构

1．磁电系测量机构的组成

磁电系测量机构是利用永久磁铁的磁场与载流线圈（即通过电流的线圈）相互作用的原理制成的，其结构上的特点是具有定磁（固定的永久磁铁）和动圈（活动线圈），它的结构如图2—2所示。

1—永久磁铁 2—极掌 3—圆柱形铁芯 4—可动线圈 5—游丝 6—指针 7—平衡锤

图2—2 磁电系测量机构的结构示意图

需要指出的是：①极掌和圆柱形铁芯是由软磁材料制成；②游丝（或张丝、悬丝）的作用有二：其一是随着动圈的转动，可形成反作用力矩；其二是导流（将电流导入线圈）；③闭合铝框转动时，由于电磁感应和电磁相互作用而自然形成阻尼力矩；④磁路系统的结构除了图中的这种外磁式，还有内磁式和内外磁式。 2．磁电系测量机构的工作原理

当永久磁铁磁场中的动圈里有电流通过时，它便与磁场相互作用而产生转动力矩，使动圈产生偏转。同时，与动圈固定连在一起的游丝，因动圈的偏转而产生弹性形变，从而产生反作用力矩，它随着活动部分偏转的角度的增大而增大。

当反作用力矩增大到与动圈的转动

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力矩相等时，动圈将停留在某一个位置上，与动圈固接在一起的指针便在仪表的标度尺上指示出被测量的数值来。

分析可得指针偏转角α与动圈中的电流I成正比，两者关系为： (系测量机构的灵敏度SI

NBAD

NBAD

)I，故磁电

，式中N为动圈匝数，B为磁感应强度，A为动圈有效面积，

D为游丝的反作用力矩系数(其大小由游丝的材料性质、形状和尺寸所决定)。

3．磁电系测量机构的技术特性

①准确度高，灵敏度高。由于磁场很强，使得电磁转矩很大，一方面相对削弱了基本误差和附加误差，另一方面也提高了灵敏度S。 ②功率消耗小。这主要是由于动圈中的电流很小。 ③刻度均匀，便于读数。这是由于α正比于I。

④过载能力小。这是由于动圈的导线很细，过大的电流易烧毁动圈同时使得导流游丝（或张丝、悬丝）过热而影响其弹性。

⑤只能直接测量值流量。要想测量交流量，需要配用整流器。

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第二单元 电工仪表的基本知识

-----磁电系电流表、电压表

班级： 0720 姓名：

【新考纲】

1、掌握磁电系电压表、电流表的工作原理。

【复习要点】

三．磁电系电流表 1．结构与工作原理

磁电系电流表主要由磁电系测量机构（又称表头）和测量线路——分流器所组成，如图2—3所示。若电流表的量程扩大到表头电流量程的n倍，则分析可得所并联的分流电阻

Rfl

1n 1

RC 。（RC为表头内阻）

图2—3 电流表的测量线路

当被测电流很大（50A以上）时，由于分流电阻的发热严重会影响到测量机构的正常工作，故通常采用外附分流器，如图2—4所示。外附分流器的电流端钮需串接入被测电路中，电位端钮则需与表头两端并联。关于外附分流器的额定值，有两点说明：①额定电流是指整个电流表扩大后的量程，额定电压则是对应于额定电流下的两电位端钮间的电压值（也即表头的满偏电压Uc RCIc）②额定电压按规定有六种:30mV、45mV、75mV、100mV、150mV、300mV。

对于多量程电流表，其内附分流器的接法有两种，如图2—5所示。开路连接时，开关的接触电阻包含在分流电阻支路内，将造成仪表误差的增大甚至造成表头严重过载而损坏，故这种接法在实际应用中一般不采用。

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(a)分流器外形 (b)分流器的接法

图2—4 外附分流器

（a）分流器的开路连接 (b)分流器的闭路连接

2．技术特性：准确度高、灵敏度高、功耗小、刻度均匀、内阻小（串联入被测电路后，对被测电路的影响小），过载能力小，但其结构较复杂，成本较高且只能测量直流电流。 3．使用维护方法

①选择电流表内阻时，要满足：电流表内阻（RA）与被测电路内阻（R）之比不应超过允许相对误差（γ）的1/5，即RA

R5

。

②要根据实际情况，合理选择电流表的准确度、量程和仪表使用条件的组别。

③测量过程中，若发现指针反偏或指针过满刻度线，应立即断电，待重新接线或调大量程后再进行测量。

④对于高灵敏度、高准确度的微安表和毫安表，使用结束后要用导线将正负端钮接起来，利用表头动圈短路后对摆动呈现的强阻尼作用来保护测量机构。 四．磁电系电压表 1．结构和工作原理

磁电系电压表是由磁电系测量机构（或称表头）和测量线路—附加电阻所组成，如图2—6所示。若电压表的量程扩大为表头的电压量程（UC RCIC)的m倍，则所需串联的附加电阻Rfj (m 1)Rc。

图2—6 磁电系电压表测量线路 图2—7 多量程电压表的测量线路 附加电阻也可以外附，定值外附分压电阻的额定电流有十种：0.05mA、0.1mA、0.2mA、0.5mA、1mA、5mA、7.5mA、15mA、30mA和60mA。使用时，外附附加电阻的额定电流要与表头的满偏电流相同。

多量程电压表的测量线路通常采用共用式分压电阻，如图2—7所示。量程越大，则仪表内阻便越大，但内阻与量程的比值一定（其倒数即为表头满偏电流）。电压表铭牌上所标注的内阻即为各量程下的内阻与对应量程之比，单位为

。

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分析可得，电压表的电压灵敏度SV

SIRfj RC

SIRV

SI为表头的电流灵敏度,RV为电

压表的内阻）,附加电阻越大,则仪表的电压灵敏度越低。而要制造出高内阻的电压表,必须选择灵敏度高的表头（即满偏电流小）。 2．技术特性：准确度高、灵敏度高、功耗小、刻度均匀、电压量程广、内阻大（对被测电路的影响小），但其过载能力小且只能测量直流电压。 3．使用维护方法

①测量时，电压表需并接入被测电路中，如图2—8所示。所选电压表的内阻要满足：

RRV

15

，即RV

5R

。

图2—8 电压表的测量方法

②要根据实际情况，合理选择电压表的准确度、量程、使用条件的组别。

③测量过程中，若发现指针反偏或指针过满刻度线，应立即断电，待重新接线或调大量程后再进行测量。

④对于高灵敏度、高准确度的毫伏表，微伏表，使用结束后，要用导线将正负端钮连接起来。这样，一方面可避免外界偶发性强电磁脉冲损坏表头；另一方面，利用短路下的动圈对摆动呈现的强阻尼作用来保护测量机构。

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第二单元 电工仪表的基本知识

-----万用表

班级： 0720 姓名：

【新考纲】

1．掌握万用表的结构，并能正确熟练地使用万用表。

【复习要点】

五．万用表

万用表因其功能较多而得名，利用它通常可以测量直流电压、直流电流、交流电压、交流电流以及电阻等等。万用表分为模拟式万用表、晶体管万用表和数字式万用表三种。 1.万用表的结构

万用表主要由表头（通常采用磁电系测量机构）、测量线路和转换开关所组成。表头用以指示被测量的数值；测量线路是用来把各种被测量转换为适合表头测量的微小直流电流；转换开关则实现对不同测量线路的选择，以适合各种测量要求。一般万用表的测量线路实质上就是由多量程直流电流表、多量程直流电压表、多量程整流式交流电压表、多量程整流式交流电流表和多量程欧姆表等几种测量线路组合而成的。

2.万用表的直流电流挡

万用表的直流电流挡通常都是采用闭路式分流器的电路，如图2—9所示。

图2—9 图2—10

3．万用表的直流电压挡

万用表的直流电压挡通常都是采用共附加电阻的电路，如图2—10所示。 4.万用表的交流电流挡与交流电压挡

将图2—9和图2—10中的表头替换为带表头的整流电路，即可得到交流电流挡与交流电压挡的电路。整流电路有半波整流与全波整流两种，如图2—11（a）、(b)所示。在半波整流电路中，利用V1管的单向导电性可使流过表头的电流变为脉动直流电；利用V2管在交流电负半周导通时呈现的较小压降，可保护V1管，以免V1管承受过高的反向电压而击穿。

电工测量仪表导学案及练习

(a)半波整流电路 (b)全波整流电路 需要指出的是，为便于整流式仪表的使用和测量，刻度盘上总是按正弦情况下的交流电有效值来进行刻度的。万用表进行交流电流、电压的测量时也如此。 5.万用表的欧姆挡

万用表打到欧姆挡实质上就是一个多量程的欧姆表，此时万用表内的电池作用于电路，整个万用表的电路模型就是一个有源二端线性网络。外接待测电阻（RX）后，利用表头电流与待测电阻值的一一对应关系来进行刻度，便可实现对电阻的测量。

需要指出的是：

①由于表头电流与RX不是线性关系，故刻度线的分布是非均匀的，越靠近起始端（∞Ω）刻度线越密，准确度越低；

②为消除由于电池老化而带来的测量误差，万用表的欧姆挡都设置了零欧姆调节器，通常采用分压式零欧姆调节器，如图2—12所示；

③万用表欧姆刻度尺的中心欧姆值即为该挡下的仪表等效内阻值，有效测量范围则对应于（1/10～10）倍的欧姆中心值；

④ 多量程的欧姆挡，其倍率是十进制的。这是由于各挡下的电路内阻彼此之间是十进 制，也就是使得欧姆中心值彼此之间是十进制关系，如图2—13所示；

⑤ 通常万用表打到最高倍率挡（如R 10K）时，电池便改为高电压的积层电池，其 标称电压有4.5V、6V、9V、15V和22.5V等。

图2—12 图2—13

6.万用表的技术特性：灵敏度高、防御外磁场能力强、频率范围广、存在波形误差（全波整流式万用表所测交流量为非正弦波时，其波形系数K 1.11，而万用表交流测量时的标度尺是按K 1.11即正弦情况下进行刻度的）。

7.万用表的正确使用

万用表的结构型式多种多样，在使用之前，必须仔细了解和熟悉各种部件的作用，分清表盘上各标度尺所对应测量的量，同时还需注意以下几点：

电工测量仪表导学案及练习

①插孔（或接线柱）的选择

在进行测量之前，首先检查测试棒应接在什么位置。红色测试棒的连线应接到红色接线柱上或标有“+”号的插孔内，黑色测试棒的连线应接到黑色接线柱上或标有“-”的插孔内。

②测量种类的选择

根据测量对象的种类，将种类选择旋钮旋到正确的位置。尤需注意的是，进行电压测量时，若误选了电流挡或电阻挡，极易烧毁表头。

③量程的选择

选择被测量的大致范围，将转换开关旋至该种类区间的适当量限上。测量电流和电压时，最好使指针指示在满刻度的1/2或1/3以上，以使测量更准确。如果被测量的大致范围不能预先知道，则应将量程开关由高至低调整测试，直至合适。

④正确读数

根据测量种类和量程，在相应的标度尺上读数，视线应与刻度盘表面垂直。对装有反射镜的万用表，应使镜中的像雨指针重合后再进行读数。

⑤欧姆挡的使用注意事项

a.选择合适的倍率挡，以使指针指示在欧姆中心处附近（欧姆中心值的

110

倍至10倍为有效

量程），越靠近中心，测量越准确。

b.每次更换倍率测量前，都要进行欧姆调零。若无法调零，则需更换电池。 c.严禁带电测量，以免烧毁表头。

d.被测对象不能有并联支路，当不能肯定是否有其它并联支路存在时，应断开被测电阻一端再进行测量。

e.检测电容器、二极管、三极管质量时，要用低压高倍率挡（如R×100或R×1K）。欧姆挡最高倍率挡是高压（积层电池电压较高），而低倍率挡的电流则较大，所有这些都可能损坏元器件。

f.严禁用欧姆挡去直接测量微安表头、检流计、标准电池等类的仪器仪表。 g.使用间隙期，不要让两表笔短接，以免浪费电池。

⑥注意操作安全

a.测量过程中，手不要接触测试棒的金属部分，以保证安全和测量的准确度。 b.仪表在测试较大电压或较大电流时，不能带电转换开关旋钮，以免开关触点上产生电弧烧毁开关。

c.测量叠加有交流电压的直流电压时，要充分考虑转换开关的最高耐压值，以免过高电压击穿开关中的绝缘材料。

d.万用表使用结束后，要将转换开关旋至交流最高电压挡或“OFF”挡。

电工测量仪表导学案及练习

【新考纲】

1．了解电磁系测量机构。

第二单元 测量的基本知识

-----电磁系

班级： 0720 姓名：

【复习要点】

六.电磁系测量机构

1．结构与工作原理

电磁系测量机构是利用可动铁片与通有电流的固定线圈（简称定圈）之间或与被这个通电线圈磁化的静止铁片之间的作用力而产生扭矩的。其结构上的主要特点是具有定圈、定铁片和动铁片，此外还有产生反作用力矩的游丝（不导流）和产生阻尼力矩的磁感应阻尼器（或空气阻尼器）

根据定圈与动铁片之间的关系不同，电磁系测量机构又分为吸引型、排斥型和排斥-吸引型三种。

① 吸引型测量机构的结构

1—固定线圈 2—可动铁片段 3—指针 4—阻尼片 5—游丝 6—永久磁铁 7—磁屏

2—14 吸引型测量机构的结构

当定圈通电时产生磁场吸引偏心地装在转轴上的可动铁片，产生转动力矩。可动部分转动时，游丝又产生反作用力矩，当两方面力矩平衡时，指针便稳定在某处，指示出被测电流或电压的数值来。 此外，固接在转轴上的扇形铝片在永久磁铁的磁场中转动时，会因电磁感应而形成阻尼力矩；磁屏则是防止永久磁铁的磁场对定圈的工作磁场形成影响。

② 排斥型测量机构的结构如图2—15所示

利用通电线圈产生的磁场对定片和动片磁化，使它们同侧磁极性相同，从而相互排斥形成转动力矩。

电工测量仪表导学案及练习

1—固定线圈 2—固定铁片

3—转轴 4—可动铁片 5—游丝

6—指针

7—阻尼器

8—平衡锤 9—磁屏蔽

图2—15 排斥型测量机构的结构

③ 排斥-吸引型测量机构的结构如图2—16所示

图2—16 排斥—吸引型测量机构的结构

当线圈中通过电流时，两组铁片同时被磁化，铁片A与B之间A’和B’之间因极性相同产生排斥作用，而铁片A与B’之间和A’和B之间因极性相异而相互吸引，随着可动部分偏转角的增加，排斥作用逐渐减弱而吸引作用逐渐增强。

需要指出的是：a.电磁系测量结构定圈中的电流方向并不影响转动力矩的方向，故电磁系仪表可以测量直流电和交流电；b.分析可得：指针偏转角与定圈中的电流不是线性关系，故标度尺中的刻度线是非均匀分布的；C.电磁系仪表作交流测量时，其刻度是按正弦波刻度的。

2．技术特征：结构简单、过载能力强、能够交直流两用、准确度较低、灵敏度较低、工作频率范围小、易受外磁场影响。

电工测量仪表导学案及练习

【新考纲】

第二单元 测量的基本知识

-----电动系

班级： 0720 姓名：

1.了解电动系测量机构。

2.了解电动系功率表的结构和工作原理，并能正确使用。

【复习要点】

七.电动系测量结构 1．结构与工作原理

电动系测量结构是利用通电的固定线圈产生的磁场对可动线圈中的电流施加作用，产生电磁转矩而工作的。其结构上的主要特点是具有固定线圈（定圈）和活动线圈（动圈），此外还有产生反作用力矩的游丝（同时对动圈导流）和形成阻尼力矩的空气阻尼器，如图2—17所示。

1—定圈

2—空气阻尼器叶片 3—空气阻尼器外盒 4—游丝 5—指针 6—动圈

图2—17 电动系测量机构的结构示意图

分析可得：①用于直流测量时，指针偏转角 与定圈中的电流I1和动圈中的电流I2关系为

I1 I2；②用于交流测量时，则有 I1I2cos （ 为定圈电流i1与动圈电流i2的相

位差）。

2．技术特性：准确度高、可交直流两用、能构成多种线路测量多种参数（电压、电流、功率、频率、相位差等）、易受外磁场影响、仪表功耗大、过载能力小、电动系电流表与电压表刻度不均与但功率表的刻度是均匀的。

3．铁磁电动系测量机构，由于定圈绕在铁磁材料上，大大加强了定圈的磁场，从而可以在较小的电流下获得较大转矩。这样，一方面提高了仪表灵敏度，另一方面削弱了外磁场对测量的影响。同行也可以采用磁感应阻尼器。但采用铁磁材料也就必然带来磁滞误差和交流频率误差，故准确度不高。

电工测量仪表导学案及练习

八．电动系工作原理

1．结构和工作原理

电动系功率表中测量机构的定圈与负载串联（因定圈电流与负载电流相同，故定圈又称电流线圈）；动圈与附加电阻Rfj串联后并联在负载两端（因支路电压与负载电压相同，故动圈支路又称电压支路），如图2—18所示。

图 2-18

分析可得：①功率表作直流测量时，指针偏转角 与负载功率成正比，即 P UI；②功率表作交流测量时，指针偏转角 与负载有功功率成正比，即 P UIcos （ 为u与i的相位差）。 2．多量程功率表

功率表的量程有三方面，即电流量程、电压量程和功率量程。电流量程是指电流线圈所容许通过的最大工作电流；电压量程是指电压支路所能承受的最高工作电压；功率量程则是指电流量程与电压量程的乘积（它相当于指针满偏时，功率因数cos 1的负载有功功率值）。

功率表量程的改变是体现在电流、电压量程的变化上。电流量程的改变是通过改变定圈的两个完全相同部分的串、并联接法来实现的，如图2—19所示。电压量程的改变，则是利用电压线圈串联不同阻值的分压电阻来实现的，如图2—20所示。

(a)定圈的两部分串联 (b)定圈的两部分并联 图2—20 电压量程的改变 图2—19 电流量程的改变

实际使用时，功率表的电流量程要不小于负载电流；电压量程要不小于负载电压。 3．功率表的使用

①要正确选择量程。在选择功率表的量程时，不仅要注意其功率量程是否足够，还要注意仪表的电流量程以及电压量程是否与负载的电流和电压相适应，要做到：电流量程略大于负载电流且电压量程略高于负载电压。

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