電工技術(shù)（西電第二版）第12章電工儀表

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1、第 12 章電工儀表第 12 章 電 工 儀 表12.1電工儀表的分類12.2常用指示儀表的工作原理12.3電工測(cè)量技術(shù)12.4萬(wàn)用電表12.5兆歐表12.6電橋本章小結(jié) 第 12 章電工儀表12.1 電工儀表的分類12.1.1 按被測(cè)量的種類分類電工儀表按被測(cè)量的種類分類， 有電流表（又分為安培表， 毫安表， 微安表等）、 電壓表（又分為伏特表、 毫伏表等）、 功率表、 電度表、 功率因數(shù)表、 歐姆表、 兆歐表等。 如表12-1所示。 第 12 章電工儀表 第 12 章電工儀表 第 12 章電工儀表12.1.2 按工作原理分類電工儀表按工作原理可分為磁電式儀表、 電磁式儀表、 電動(dòng)式儀表和整

2、流式儀表， 如表12-2所示。 第 12 章電工儀表 第 12 章電工儀表12.1.3 按被測(cè)電流種類分類電工儀表按被測(cè)電流的種類分為直流儀表、 交流儀表和交直流兩用儀表， 如表12-3所示。 第 12 章電工儀表 第 12 章電工儀表12.1.4 按準(zhǔn)確度分類電工儀表的準(zhǔn)確度是根據(jù)儀表的最大引用誤差來(lái)分級(jí)的。 所謂最大引用誤差， 就是指儀表在正常工作條件下進(jìn)行測(cè)量可能產(chǎn)生的最大絕對(duì)誤差A(yù)（測(cè)量值與實(shí)際值之差）與儀表的最大量程Am之比， 如以百分?jǐn)?shù)表示， 則為 %100m AA 第 12 章電工儀表例如有一準(zhǔn)確度為2.5級(jí)的電壓表， 其最大量程為250V， 則該量程下可能產(chǎn)生的最大絕對(duì)誤差為A

3、=Am=2.5%250 V=6.25 V 如果換用100 V量程， 則該量程下可能產(chǎn)生的最大絕對(duì)誤差為A=A m=2.5%100 V=2.5 V 因此， 一個(gè)精度已定的儀表， 測(cè)量某一個(gè)物理量時(shí)， 選擇的量程越大， 帶來(lái)的絕對(duì)誤差就越大。 第 12 章電工儀表應(yīng)用相對(duì)誤差（絕對(duì)誤差與實(shí)際值的百分比）可以分析用同一量程測(cè)量不同大小物理量時(shí)的精度比較問(wèn)題。 例如用250 V量程， 分別測(cè)量200 V、 50 V兩個(gè)電壓： 測(cè)量200 V電壓時(shí)的相對(duì)誤差： %125.3%10020025.6 1 測(cè)量50 V電壓時(shí)的相對(duì)誤差： %5.12%1005025.62 第 12 章電工儀表儀表標(biāo)注的準(zhǔn)確度數(shù)

4、值越大， 引用誤差就越大， 該儀表的精度就越低。 0.1、 0.2級(jí)的儀表一般用于進(jìn)行精密測(cè)量或校正其他儀表， 0.5級(jí)、 1.0級(jí)儀表一般用于實(shí)驗(yàn)室， 2.5級(jí)、 5.0級(jí)儀表一般用于工程測(cè)量。 在儀表的表面上通常都標(biāo)有儀表類型、 準(zhǔn)確度等級(jí)、 電流種類以及儀表的絕緣耐壓強(qiáng)度和放置位置符號(hào)等， 幾種常見(jiàn)符號(hào)的含義如表12-4所示。 第 12 章電工儀表 第 12 章電工儀表12.2 常用指示儀表的工作原理12.2.1 電工指示儀表的基本結(jié)構(gòu)測(cè)量裝置由驅(qū)動(dòng)裝置、 反作用裝置和阻尼裝置三部分組成。 (1) 驅(qū)動(dòng)裝置。 驅(qū)動(dòng)裝置是利用儀表中通過(guò)電流后在磁場(chǎng)中產(chǎn)生的電磁作用， 使可動(dòng)部分受到驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩

5、的作用而發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。 第 12 章電工儀表(2) 反作用裝置。 儀表的可動(dòng)部分在驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩作用下產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)時(shí)， 應(yīng)在測(cè)量機(jī)構(gòu)中設(shè)計(jì)與指針偏轉(zhuǎn)角成正比的起彈簧作用的反作用力矩， 其方向和驅(qū)動(dòng)力矩的方向相反， 以平衡驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩， 避免指針偏轉(zhuǎn)時(shí)沖擊過(guò)大。 當(dāng)驅(qū)動(dòng)力矩與反作用力矩完全相等時(shí)， 由于力矩平衡作用， 可動(dòng)部分停留在一定位置， 這樣， 與可動(dòng)部分一起偏轉(zhuǎn)的指針的偏轉(zhuǎn)角的大小就能反映被測(cè)電量的大小。 實(shí)用的儀表反作用裝置一般采用游絲。 第 12 章電工儀表（3） 阻尼裝置。 當(dāng)儀表的可動(dòng)部分達(dá)到平衡位置時(shí)， 由于慣性作用， 不會(huì)立即停下來(lái)，而是在平衡位置附近來(lái)回?cái)[動(dòng)振蕩一段時(shí)間后才能穩(wěn)定。 為了能夠

6、盡快讀數(shù)， 減少可動(dòng)部分?jǐn)[動(dòng)的時(shí)間， 儀表中必須裝有阻尼裝置， 用來(lái)消耗可動(dòng)部分的動(dòng)能， 以限制可動(dòng)部分的擺動(dòng)。常用儀表的阻尼裝置有空氣阻尼器和電磁感應(yīng)阻尼器兩種， 分別如圖12-1（a）、 （b）所示。 第 12 章電工儀表圖12-1 儀表軸上的阻尼器（a） 空氣阻尼器; （b） 電磁感應(yīng)阻尼器 第 12 章電工儀表12.2.2 磁電系儀表磁電系儀表的結(jié)構(gòu)如圖12-2所示， 它的測(cè)量機(jī)構(gòu)是由固定的磁路系統(tǒng)和可動(dòng)的線圈部分組成。 第 12 章電工儀表 圖12-2 磁電系儀表 第 12 章電工儀表儀表的固定部分是磁路系統(tǒng)， 磁路系統(tǒng)包括永久磁鐵、 固定在磁鐵兩極的極掌以及處于兩個(gè)極掌之間的圓柱形

7、鐵芯， 圓柱形鐵芯固定在儀表支架上， 采用這種結(jié)構(gòu)是為了減少磁阻， 并使極掌和鐵芯間的空氣隙中產(chǎn)生均勻的輻射形磁場(chǎng)。 這個(gè)磁場(chǎng)的特點(diǎn)是沿著圓柱形鐵芯的表面， 磁感應(yīng)強(qiáng)度處處相等， 而方向則和圓柱形表面垂直。 圓柱形鐵芯與極掌間留有一定的氣隙， 使可動(dòng)線圈在氣隙中轉(zhuǎn)動(dòng)。 第 12 章電工儀表當(dāng)線圈通有電流 I 時(shí)， 線圈的兩個(gè)有效邊受到大小相等、 方向相反的電磁力F， 其方向如圖12-3所示， 其電磁力矩大小為T=F b=BIlN b=K1I （12-1）式中B為空氣隙中的磁感應(yīng)強(qiáng)度； l為線圈在磁場(chǎng)內(nèi)的有效長(zhǎng)度； N為線圈的匝數(shù)； b為線圈的寬度； K 1為比例常數(shù)。 第 12 章電工儀表在這

8、個(gè)電磁力矩的作用下， 線圈和指針便轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)， 同時(shí)游絲被扭緊而產(chǎn)生反作用力矩，也稱為阻力矩。 游絲的反作用力矩與指針偏轉(zhuǎn)角成正比， 即Tf = K2 （12-2）當(dāng)游絲的反作用力矩與電磁力矩達(dá)到平衡時(shí)， 可動(dòng)部分停止轉(zhuǎn)動(dòng)， 這時(shí)T=T f （12-3） 第 12 章電工儀表于是， 偏轉(zhuǎn)角為KIIKK 21（12-4） 由上式可知， 指針偏轉(zhuǎn)的角度與流經(jīng)線圈的電流成正比， 按此即可在標(biāo)度尺上作均勻刻度。 當(dāng)線圈中無(wú)電流時(shí)， 指針應(yīng)指在零的位置。 第 12 章電工儀表磁電系儀表只能用來(lái)測(cè)量直流， 由于永久磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向不能改變， 所以只有通入直流電流才能產(chǎn)生穩(wěn)定的偏轉(zhuǎn)。 如果線圈中通入的是交流

9、電流， 由于交流電流的方向不斷改變， 轉(zhuǎn)動(dòng)力矩也是交變的， 故可動(dòng)部分由于慣性作用， 還來(lái)不及轉(zhuǎn)過(guò)去， 又得轉(zhuǎn)回來(lái)。 結(jié)果只能左右搖擺無(wú)法測(cè)得讀數(shù)。 要測(cè)量交流可以在此機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上附加整流器， 構(gòu)成整流系儀表， 即可進(jìn)行交直流測(cè)量。 第 12 章電工儀表磁電系儀表的優(yōu)點(diǎn)是刻度均勻； 靈敏度和準(zhǔn)確度高； 消耗電能量少； 由于儀表本身的磁場(chǎng)強(qiáng)， 所以受外磁場(chǎng)影響小。 它的缺點(diǎn)是只能測(cè)量直流； 過(guò)載能力小， 主要是由于其被測(cè)電流是通過(guò)游絲導(dǎo)入和導(dǎo)出的， 線圈導(dǎo)線又很細(xì)， 所以過(guò)載時(shí)容易使游絲彈性發(fā)生變化或使線圈燒毀。 磁電系儀表常用來(lái)測(cè)量直流電壓、 直流電流和電阻等。 第 12 章電工儀表12.2.

10、3 電磁系儀表電磁系儀表有吸引型和排斥型兩種， 這里只介紹排斥型電磁系儀表的工作原理。 排斥型電磁系儀表的結(jié)構(gòu)如圖12-4所示。 它的固定部分包括固定圓線圈和固定在線圈內(nèi)的固定鐵片。 可動(dòng)部分由固定在轉(zhuǎn)軸上的可動(dòng)鐵片、 游絲、 指針、 阻尼片組成。 第 12 章電工儀表 圖12-4 排斥型電磁系儀表 第 12 章電工儀表圓型線圈通電后， 固定鐵片和可動(dòng)鐵片同時(shí)被磁化， 而且兩鐵片的極性相同， 互相排斥，使可動(dòng)鐵片轉(zhuǎn)動(dòng)， 因而使指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)， 所以這種結(jié)構(gòu)叫圓線圈排斥型。 當(dāng)圓線圈中的電流方向改變時(shí)， 固定鐵片和可動(dòng)鐵片被磁化的極性也同時(shí)改變， 但仍然互相排斥， 可動(dòng)鐵片的受力和轉(zhuǎn)動(dòng)方向不變，

11、如圖12-5所示。 第 12 章電工儀表圖12-5 排斥型電磁系儀表工作原理 第 12 章電工儀表在磁路沒(méi)有飽和的情況下， 鐵片被磁化后的磁場(chǎng)與線圈的磁動(dòng)勢(shì)NI成正比， 參考第6章電磁鐵的吸引力計(jì)算結(jié)論， 可知電磁吸力與磁場(chǎng)的二次方有關(guān)， 所以， 電磁力矩為T=K1 (NI)2=K1I2 （12-5）式中， NI為固定線圈的磁動(dòng)勢(shì)， I 為交流電流的有效值。 第 12 章電工儀表將這個(gè)電磁力矩T與游絲的反作用力矩Tf = K2相平衡， 得 K1I2=K2 （12-6） 電磁式儀表的指針偏轉(zhuǎn)的角度與被測(cè)電流的平方成正比， 所以刻度是不均勻的。 2221 KIIKK 第 12 章電工儀表12.2.

12、4 電動(dòng)式儀表電動(dòng)式儀表是利用兩個(gè)通電線圈之間的電動(dòng)力來(lái)產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的。 其結(jié)構(gòu)如圖12-6所示。 它的固定線圈分為平行排列、 在指針兩側(cè)互相對(duì)稱的兩部分， 中間留有空隙， 以便使轉(zhuǎn)軸可以穿過(guò)， 這種結(jié)構(gòu)可獲得均勻的工作磁場(chǎng)。 改變固定線圈兩部分之間的串、 并聯(lián)關(guān)系， 可以得到兩種不同的電流量程。 可動(dòng)線圈與轉(zhuǎn)軸相連， 轉(zhuǎn)軸上還裝有指針、 游絲和空氣阻尼器的阻尼鋁片。 第 12 章電工儀表 圖12-6 電動(dòng)式儀表 第 12 章電工儀表電動(dòng)式儀表測(cè)量機(jī)構(gòu)的基本原理和電磁式測(cè)量機(jī)構(gòu)工作原理類似， 如圖12-7(a)所示。 當(dāng)固定線圈通有直流電流I1時(shí)， 固定線圈就產(chǎn)生了一個(gè)磁場(chǎng)。 此時(shí)如果可動(dòng)線圈

13、通過(guò)的電流為I2， 由于可動(dòng)線圈處于固定線圈的磁場(chǎng)中， 必將受到電磁力F的作用， （其方向可由左手定則確定）使儀表可動(dòng)部分在轉(zhuǎn)動(dòng)力矩作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)， 直到與游絲產(chǎn)生的反作用力矩相平衡為止。 第 12 章電工儀表圖12-7 電動(dòng)式儀表的轉(zhuǎn)矩 第 12 章電工儀表指針停在某一刻度上， 即可讀出指示值。 當(dāng)電流I1和I2同時(shí)改變方向時(shí)，如圖12-7（b）所示， 電磁力F的方向不會(huì)改變， 因而可動(dòng)線圈所受到的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的方向也不會(huì)改變。 因此， 電動(dòng)式儀表可以測(cè)量直流電量， 也可以測(cè)量交流電量。 電動(dòng)式儀表用在直流電路中時(shí)， 其轉(zhuǎn)動(dòng)力矩T與相互作用的固定線圈和可動(dòng)線圈中的電流乘積成正比， 即T=K 1I

14、1I2 （12-7）式中， K1為與結(jié)構(gòu)有關(guān)的系數(shù)。 第 12 章電工儀表當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩T與游絲產(chǎn)生的反作用力矩Tf = K2相平衡時(shí)， 偏轉(zhuǎn)角2121 21 IKIIIKK （12-8）該式表明， 電動(dòng)式儀表在測(cè)量直流電流或電壓時(shí)， 偏轉(zhuǎn)角與兩個(gè)線圈中的電流的積成正比， 利用這個(gè)結(jié)論， 電動(dòng)式儀表可以測(cè)量直流電路的電功率。 第 12 章電工儀表若電動(dòng)式儀表測(cè)量交流電流或交流電壓時(shí)， I1和I2分別是通過(guò)固定線圈和可動(dòng)線圈的電流的有效值， j為兩個(gè)電流之間的相位差， 可以證明轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的平均值為T=K1I1I2 cos j （12-9）同上可得偏轉(zhuǎn)角jj coscos 212121 IKIIIKK

15、（12-10） 第 12 章電工儀表該式表明， 電動(dòng)式儀表可以測(cè)量交流電路的電功率。 電動(dòng)式儀表的優(yōu)點(diǎn)是交直流都能適用， 準(zhǔn)確度高； 缺點(diǎn)是受外界磁場(chǎng)影響大， 不能承受較大的過(guò)載。 另外需要注意的是， 電動(dòng)式功率表， 標(biāo)尺刻度均勻； 而電動(dòng)式電壓表、 電流表， 由于其偏轉(zhuǎn)角與兩個(gè)線圈中電流的積成正比， 故標(biāo)尺刻度是不均勻的。 第 12 章電工儀表 12.3 電工測(cè)量技術(shù)12.3.1 電流的測(cè)量測(cè)量電流時(shí)應(yīng)把電流表串接在被測(cè)電路中， 如圖12-8(a)所示。 為了使電流表的串入不影響電路原有的工作狀態(tài)， 電流表的內(nèi)阻應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電路的負(fù)載電阻。 一般電流表的內(nèi)阻越小越好， 因此使用時(shí)絕不允許電流表

16、并接于負(fù)載兩端， 否則會(huì)損壞儀表。 第 12 章電工儀表 圖12-8 電流表和分流器 第 12 章電工儀表1 直流電流的測(cè)量測(cè)量直流電流通常使用磁電式電流表， 這種儀表的測(cè)量機(jī)構(gòu)（即表頭）所允許通過(guò)的電流很小， 一般只有幾微安到幾十毫安， 不能直接測(cè)量較大的電流。 為了擴(kuò)大它的量程， 就需要在表頭兩端并聯(lián)一個(gè)稱為分流器的電阻R A， 如圖12-8(b)所示。 第 12 章電工儀表圖中被測(cè)電流 I 經(jīng)表頭電阻R0和分流器RA分流后， 流經(jīng)表頭的電流為 I0， 通過(guò)分流公式可得 AARR RII 00（12-11）通過(guò)上式即可求得RA 11 00 0 nRIIRRA（12-1）式中， n為擴(kuò)程倍數(shù)

17、。 第 12 章電工儀表由式（12-12）可知， 需要擴(kuò)大的量程愈大， 則分流器的電阻RA應(yīng)愈小。 多量程電流表具有幾個(gè)標(biāo)有不同量程的接頭， 這些接頭可分別與相應(yīng)阻值的分流器并聯(lián)。 例如實(shí)驗(yàn)室常用的CA19-A型5 A、 10 A是雙量程電流表， 內(nèi)部電路如圖12-9所示， 它的分流電阻分別為R A1和RA1+RA2。 第 12 章電工儀表 圖12-9 CA19-A型雙量程電流表內(nèi)部電路 第 12 章電工儀表例12-1 有一磁電式電流表， 當(dāng)無(wú)分流器時(shí)， 表頭的滿標(biāo)值電流為5 mA。 表頭電阻為20 ， 今欲使其量程（滿標(biāo)值）為1 A， 問(wèn)分流器的電阻應(yīng)為多大？解 先求擴(kuò)程倍數(shù)n， 即2001

18、05 1 30 IIn再求分流電阻， 有1.012002010 nRRA 第 12 章電工儀表2 交流電流的測(cè)量圖12-10為TA型5 A、 10 A雙量程電流表的內(nèi)部接線圖， 串聯(lián)接法時(shí)為5 A擋， 并聯(lián)時(shí)為10 A擋。 第 12 章電工儀表圖12-10 TA型雙量程電流表的內(nèi)部接線圖 第 12 章電工儀表12.3.2 電壓的測(cè)量1 直流電壓的測(cè)量直流電壓的測(cè)量一般使用磁電式儀表， 磁電式表頭通過(guò)的電流很小， 內(nèi)阻也很小， 因此必須在表頭上串聯(lián)一個(gè)稱為倍壓器的高值電阻R V， 如圖12-11所示， 這樣既擴(kuò)大了量程又增加了電壓表的內(nèi)阻。 第 12 章電工儀表圖12-11 電壓表與倍壓器 第

19、12 章電工儀表對(duì)圖12-11的電路， 應(yīng)用分壓公式可得VRR RUU 0 00（12-13）可求得 000 )1()1( RmRUURV （12-1）式中, R0為表頭內(nèi)阻， m為電壓表量程擴(kuò)大倍數(shù)。 第 12 章電工儀表由式（12-14）可知， 需要擴(kuò)大的量程越大， 則倍壓器的電阻值應(yīng)越高。 對(duì)于多量程電壓表， 其內(nèi)部可由表頭分別是相應(yīng)阻值的倍壓器串聯(lián)構(gòu)成。 圖12-12為一個(gè)三量程電壓表的內(nèi)部電路。 第 12 章電工儀表 圖12-12 三量程式電壓表內(nèi)部電路 第 12 章電工儀表例12-2有一電壓表， 其量程為5 V， 內(nèi)阻為1000 。 現(xiàn)要使其量程擴(kuò)大到500 V， 問(wèn)需要串聯(lián)多大電

20、阻的倍壓器？解 根據(jù)式（12-14）， 需要串聯(lián)的電阻阻值為5050)15500()1( 00 RUURV k 第 12 章電工儀表2 交流電壓的測(cè)量測(cè)量交流電壓一般使用電磁式儀表， 其表頭內(nèi)固定線圈是由細(xì)導(dǎo)線繞制的， 匝數(shù)很多，電阻值很大， 電感的影響可以忽略， 因此常用與磁電式儀表一樣的方法通過(guò)串聯(lián)附加電阻RV來(lái)擴(kuò)大量程。 測(cè)量600 V以上的交流電壓時(shí)， 為了安全， 一般采用電壓互感器降壓后進(jìn)行測(cè)量。 第 12 章電工儀表12.3.3 電功率的測(cè)量功率表的量程分為電流量程和電壓量程， 使用時(shí)電流和電壓線圈都不允許超過(guò)量程。 電流量程的變換通過(guò)改變固定線圈的串、 并聯(lián)接法來(lái)實(shí)現(xiàn)； 電壓量程

21、的變換則通過(guò)改變串接在可動(dòng)線圈上的附加電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)。 功率表的內(nèi)、 外部接線和電路符號(hào)如圖12-13所示。 第 12 章電工儀表 圖12-13 功率表及接線方法（a） 內(nèi)部接線; （b） 電氣符號(hào); （c） 測(cè)量電路 第 12 章電工儀表1 直流電功率的測(cè)量直流電功率可以用電壓表和電流表間接測(cè)量； 也可以用功率表直接測(cè)量。 功率表的接法如圖12-13(c)所示， 電流線圈與負(fù)載串聯(lián)， 電壓線圈與負(fù)載并聯(lián)， 不能接錯(cuò)， 使用中還要注意電流線圈和電壓線圈的電源端標(biāo)記“*”， 應(yīng)把標(biāo)有“*”的始端接在電源的同一側(cè)， 否則指針將反轉(zhuǎn)。 第 12 章電工儀表由電動(dòng)式儀表的原理知， 指針偏轉(zhuǎn)角與兩個(gè)線圈的電

22、流乘積成正比。 功率表電流線圈的電流就是負(fù)載電流 I， 通過(guò)電壓線圈的電流與負(fù)載電壓U成正比， 因此功率表的的指針偏轉(zhuǎn)角與電壓和電流的乘積成正比， 即與負(fù)載功率成正比。 =KUI=KP （12-15）一般安裝式功率表為直讀單量程式， 表上示數(shù)即為功率數(shù)。 但便攜式功率表一般為多量程式， 在表和標(biāo)度尺上不直接標(biāo)注功率大小， 只標(biāo)注分格數(shù) m。 第 12 章電工儀表在選好不同的電流與電壓量程后， 每一分格才可以表示具體的功率數(shù)。 在讀數(shù)前， 應(yīng)先選擇合適的電壓量程Um、 電流量程Im， 兩者的乘積為滿刻度功率數(shù)， 除以分格數(shù)m可得到每格功率數(shù)（又稱功率表常數(shù)） mmmIUC （12-16）測(cè)量后，

23、 用每格功率數(shù)C乘以指針偏轉(zhuǎn)的格數(shù)， 計(jì)算得到所測(cè)功率PP=C （12-17） 第 12 章電工儀表例12-3 有一只電壓量程為250 V， 電流量程為3 A， 標(biāo)尺分格數(shù)為75格的功率表，現(xiàn)用它來(lái)測(cè)量負(fù)載的功率， 當(dāng)指針偏轉(zhuǎn)50格時(shí)負(fù)載功率為多少？解 先計(jì)算功率表常數(shù)C 1075 3250 mmmIUC （W/格）故被測(cè)功率為P=C=1050=500 （W） 第 12 章電工儀表2 單相交流電功率的測(cè)量單相交流負(fù)載的有功功率為P=UI cosj （12-18）式中， U、 I 分別為負(fù)載電壓和電流的有效值， j為電壓電流的相位差， cosj為負(fù)載的功率因數(shù)。 第 12 章電工儀表由電動(dòng)式儀表

24、測(cè)量交流時(shí)的原理可知， 其指針的偏轉(zhuǎn)角不但正比于兩個(gè)線圈電流有效值的乘積， 而且正比于兩電流相位差的余弦。 =KI1I2 cosj 功率表的電壓線圈本身電阻大， 又串接有較大的附加電阻， 其線圈感抗與電阻相比可以忽略不計(jì)， 故可以認(rèn)為電壓線圈的電流與負(fù)載電壓同相， 而流過(guò)電流線圈的電流即為負(fù)載電流。 第 12 章電工儀表3 三相功率的測(cè)量（1） 一表法測(cè)量。 所謂一表法， 就是使用一只單相有功功率表測(cè)量三相對(duì)稱負(fù)載電路的有功功率。 在對(duì)稱的三相系統(tǒng)中， 三相負(fù)載是對(duì)稱的， 故三相負(fù)載功率相等； 因而可以用一只單相有功功率表測(cè)量其中一相負(fù)載的功率P 1， 其接線如圖12-14所示，乘以3得到總功

25、率。 第 12 章電工儀表圖12-14 一表法測(cè)量三相有功功率 第 12 章電工儀表總功率為P=3P1 （12-19）（2） 三表法測(cè)量。 三表法是用三只單相有功功率表測(cè)量不對(duì)稱三相四線制電路的功率。 三相四線制供電系統(tǒng)中用電負(fù)載多數(shù)情況是不對(duì)稱的， 這時(shí)可以用3只單相有功功率表分別測(cè)量三相的功率， 三相電路的總功率為3只單相有功功率表之和。P=P U+PV+PW （12-20）其接線方法如圖12-15所示。 第 12 章電工儀表 圖12-15 三表法測(cè)量三相有功功率 第 12 章電工儀表（3） 兩表法測(cè)量。兩表法是有兩只單相有功功率表測(cè)量三相三線制電路的有功功率。 三相三線制電路， 無(wú)論負(fù)載

26、對(duì)稱與否， 都可用兩只有功功率表來(lái)測(cè)量三相有功功率， 并且三相電路總的有功功率P等于兩表讀數(shù)之和。 即P=P1+P2 （12-21） 兩表法測(cè)量三相有功功率的接線如圖12-16所示， 為了分析方便， 取三相星形負(fù)載電路來(lái)計(jì)算功率。 第 12 章電工儀表 圖12-16 兩表法測(cè)量三相有功功率 第 12 章電工儀表對(duì)于三相三線制電路有 iU+iV+iW=0 （12-22）三相瞬時(shí)功率為 p=uUiU+uViV+uWiW =u UiU+uViV+uW(iUiV) =(uUuW)iU+(uVuW)iV =uUWiU+uVWiV （12-23） 第 12 章電工儀表則三相有功功率為 T UUWT tiu

27、iuTtpTP 0 VVW0 d)(1d1 2VVW1UUW coscos jj IUIU 式中， UUW、UVW分別為兩個(gè)功率表電壓線圈的電壓有效值， IU、IV分別為兩個(gè)功率表電流線圈的電流有效值， j1為功率表1上的電壓與電流的相位差， j1為功率表2上的電壓與電流的相位差。 第 12 章電工儀表因此 P=P1+P2 （12-25） 可見(jiàn)， 使用兩表法可以測(cè)量三相電路的總功率， 但要注意在實(shí)際負(fù)載中， 負(fù)載功率因數(shù)較低時(shí)， 線電壓與線電流的相位差可能大于90， 其中一只功率表的指針會(huì)反偏， 這時(shí)應(yīng)將電流線圈反接才能正常讀數(shù)， 此時(shí)總功率應(yīng)為正接功率表的讀數(shù)與反接功率表的讀數(shù)之差， 即對(duì)被

28、反接電流線圈的功率表讀數(shù)取負(fù)值。 第 12 章電工儀表 12.4 萬(wàn)用電表12.4.1 模擬式萬(wàn)用表模擬式萬(wàn)用表的外形如圖12-17所示。 第 12 章電工儀表 圖12-17 模擬式萬(wàn)用電表（a） 模擬式萬(wàn)用表示意圖; （b） MF64型萬(wàn)用表外形 第 12 章電工儀表1. 直流電流的測(cè)量 測(cè)量直流電流時(shí)， 首先將轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)置于直流電流擋位上， 再將萬(wàn)用電表串聯(lián)在電路中，使得電流由紅表筆（接于萬(wàn)用電表電池的“+”端）流入， 由黑表筆（接于萬(wàn)用電表電池的“”端）流出。 由于表頭只能測(cè)量微小的直流電流， 所以測(cè)量直流電流時(shí)， 在表頭兩端并聯(lián)一個(gè)適當(dāng)阻值的電阻（稱為分流電阻）， 對(duì)被測(cè)電流進(jìn)行分流。

29、第 12 章電工儀表萬(wàn)用電表采用閉路式分流器來(lái)完成分流電阻的轉(zhuǎn)換， 如圖12-18所示。 當(dāng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)置于某一量程位置時(shí)， 對(duì)應(yīng)的分流電阻接入測(cè)量電路中， 完成對(duì)被測(cè)電流的分流。 當(dāng)被測(cè)電流的大小無(wú)法確定時(shí)， 應(yīng)先采用最大量程進(jìn)行測(cè)量， 再根據(jù)指針的偏轉(zhuǎn)選擇適合的量程， 以減小測(cè)量誤差。 必須注意， 不可以帶電轉(zhuǎn)換量程。 第 12 章電工儀表 圖12-18 測(cè)量直流電流的原理電路 第 12 章電工儀表2. 直流電壓的測(cè)量測(cè)量直流電壓時(shí)， 首先將轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)置于直流電壓擋位上， 再將萬(wàn)用電表并聯(lián)在被測(cè)電壓的兩端， 使紅表筆（“+”端）接在電位較高的一端， 黑表筆（“”端）接在電位較低的一端。 第 12

30、 章電工儀表由于表頭只能通過(guò)微小的直流電流， 所以測(cè)量直流電壓時(shí)， 在表頭一端會(huì)串聯(lián)適當(dāng)阻值的電阻（稱為降壓電阻）， 對(duì)被測(cè)電壓進(jìn)行分壓。 降壓電阻擴(kuò)展了被測(cè)電壓的量程。 如果改變降壓電阻的阻值， 就改變了測(cè)量電壓的量程。 也就是說(shuō)， 每一個(gè)量程對(duì)應(yīng)相應(yīng)的降壓電阻。 萬(wàn)用電表常采用“公用式”電阻來(lái)完成降壓電阻的轉(zhuǎn)換， 如圖12-19所示。 當(dāng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)置于某一量程時(shí)， 對(duì)應(yīng)的降壓電阻接入電路中， 完成對(duì)被測(cè)電壓的降壓。 第 12 章電工儀表 圖12-19 測(cè)量直流電壓的原理電路 第 12 章電工儀表3 交流電壓的測(cè)量當(dāng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)置于交流電壓擋時(shí)， 其測(cè)量電路如圖12-20所示。 由于表頭只能測(cè)量直

31、流電流， 所以必須將交流電壓整流成直流電壓才能進(jìn)行測(cè)量。 當(dāng)被測(cè)交流電壓處于正半周時(shí)， 二極管VD1導(dǎo)通、 VD2截止， 此時(shí)的電路與測(cè)量直流電壓的電路相同； 當(dāng)被測(cè)交流電壓處于負(fù)半周時(shí)， 二極管VD 2導(dǎo)通、 VD1截止， 表頭被短路了， 沒(méi)有電流流過(guò)。 第 12 章電工儀表 圖12-20 測(cè)量交流電壓的原理電路 第 12 章電工儀表4 電阻的測(cè)量測(cè)量電阻時(shí)， 將轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)置于歐姆擋， 將待測(cè)電阻接在萬(wàn)用電表的紅表筆（萬(wàn)用電表的“+”端）和黑表筆（萬(wàn)用電表的“”端）。 其測(cè)量電路如圖12-21所示。 第 12 章電工儀表 圖12-21 測(cè)量電阻的原理電路 第 12 章電工儀表測(cè)量時(shí)， 待測(cè)電阻

32、（未知）、 調(diào)節(jié)電阻（已知）、 內(nèi)部電池和表頭形成閉合回路， 產(chǎn)生電流， 指針偏轉(zhuǎn)， 指示對(duì)應(yīng)的數(shù)值。 待測(cè)電阻的阻值越大， 產(chǎn)生的電流會(huì)越小， 表頭指針的偏轉(zhuǎn)會(huì)越小。 可見(jiàn)， 電阻值的刻度與電壓、 電流的刻度方向是相反的。 在讀數(shù)時(shí)， 須將指針指示數(shù)值乘以對(duì)應(yīng)的量程， 才能得到電阻阻值。 比如指針指示為10， 量程為10， 則待測(cè)電阻的阻值為10 。 第 12 章電工儀表在實(shí)際測(cè)量之前， 需要對(duì)萬(wàn)用電表進(jìn)行調(diào)零。 方法是將紅、 黑兩個(gè)表筆相接， 旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)電阻器， 使指針指向“0”。 須注意， 每一次轉(zhuǎn)換歐姆擋的量程后， 都需要重新調(diào)零。 如果調(diào)零時(shí)指針始終無(wú)法指向“0”， 則可能是電池電量不

33、足或接觸不良造成的， 可以根據(jù)情況更換電池或進(jìn)行維修。 在選擇量程時(shí)， 應(yīng)盡量使被測(cè)電阻值處于量程標(biāo)尺弧長(zhǎng)的中心部位， 這樣測(cè)量精度會(huì)高一些。 第 12 章電工儀表12.4.2 數(shù)字式萬(wàn)用表數(shù)字式萬(wàn)用表內(nèi)部由轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、 測(cè)量轉(zhuǎn)換電路、 模擬/數(shù)字量轉(zhuǎn)換電路、 顯示邏輯電路、 顯示器組成， 其中模/數(shù)轉(zhuǎn)換、 顯示邏輯和顯示器部分采用獨(dú)立的邏輯器件替代了模擬式萬(wàn)用表簡(jiǎn)單的表頭。 數(shù)字式萬(wàn)用表外形如圖12-22所示。 第 12 章電工儀表 圖12-22 數(shù)字萬(wàn)用表 第 12 章電工儀表手持式數(shù)字萬(wàn)用表的顯示器已普遍采用字高為26 mm的大屏幕LCD（液晶顯示器）； 臺(tái)式數(shù)字萬(wàn)用表的顯示器常采用七段L

34、ED數(shù)碼管或熒光數(shù)碼管。 模擬式萬(wàn)用表是從直流電流表擴(kuò)展而來(lái)的， 而數(shù)字萬(wàn)用表是從直流數(shù)字電壓表擴(kuò)展而來(lái)的。 所以被測(cè)量在表內(nèi)須先通過(guò)測(cè)量轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成直流電壓信號(hào)， 才能進(jìn)行測(cè)量； 多擋轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的作用與模擬萬(wàn)用表相同。 第 12 章電工儀表12.5 兆 歐 表兆歐表俗稱搖表， 是用于測(cè)量各種電氣設(shè)備絕緣電阻的儀表， 如圖12-23所示。 絕緣電阻是指用絕緣材料隔開(kāi)的兩個(gè)導(dǎo)體之間的電阻， 是衡量電氣設(shè)備絕緣性能好壞的重要參數(shù)。 絕緣材料發(fā)熱、 受潮、 老化、 被污染后， 其絕緣電阻會(huì)下降， 進(jìn)而造成電氣設(shè)備產(chǎn)生短路或漏電事故。 第 12 章電工儀表12.5.1 兆歐表的結(jié)構(gòu)圖12-23是兆歐表

35、的外形圖。 常見(jiàn)的兆歐表內(nèi)部由高壓手搖發(fā)電機(jī)、 磁電系比率表和測(cè)量線路三部分組成。 第 12 章電工儀表 圖12-23 兆歐表 第 12 章電工儀表高壓手搖發(fā)電機(jī)在標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速（12 r/min）下即可產(chǎn)生較高的電壓。 常用的電壓等級(jí)包括100 V、 250 V、 500 V、 1000 V、 2500 V、 5000 V等。 選擇兆歐表的原則是： 額定電壓在500 V或以下的電氣設(shè)備， 選用500 V或1000 V的兆歐表； 500 V以上的電氣設(shè)備， 選用2500 V的兆歐表； 高壓設(shè)備選用2500 V或5000 V的兆歐表。 第 12 章電工儀表磁電系比率表由磁路部分、 電路部分和指針組成，

36、 如圖12-24所示。 磁路部分包括了外側(cè)的永久磁鐵和內(nèi)部鐵芯； 內(nèi)部鐵芯分兩類， 一類是帶缺口的圓柱形鐵芯， 一類是橢圓形鐵芯。 永久磁鐵和內(nèi)部鐵芯之間形成的磁場(chǎng)是不均勻的。 電路部分包括了兩個(gè)可動(dòng)線圈。 兩個(gè)線圈相交成固定的交角， 連同指針固定在同一轉(zhuǎn)軸上。 兆歐表刻度的基本單位是兆歐（M）。 第 12 章電工儀表 圖12-24 磁電式比率表結(jié)構(gòu)示意圖(a) 帶缺口的鐵芯; (b) 橢圓形鐵芯 第 12 章電工儀表12.5.2 工作原理兆歐表的電路圖如圖12-25所示。 兆歐表有三個(gè)接線端： “線”端、 “地”端和“屏”端。 第 12 章電工儀表 圖12-25 兆歐表電路圖 第 12 章電

37、工儀表測(cè)量時(shí)， 將被測(cè)電阻Rx接在線端和地端之間， 形成兩個(gè)電流回路。 一個(gè)電流回路是從發(fā)電機(jī)電源正端， 經(jīng)被測(cè)電阻Rx、 限流電阻RA、 可動(dòng)線圈 1 回到電源負(fù)端。 此電流回路電流為 I1， 即 AX RR UI 1（12-26） 在磁場(chǎng)中， 電流 I1產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩T1。 第 12 章電工儀表另一個(gè)回路是從發(fā)電機(jī)電源正端， 經(jīng)限流電阻RV、 可動(dòng)線圈2回到電源負(fù)端的。 此電路的電流為 I2， 即 vRUI 2（12-27）可動(dòng)線圈2也產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩T2。 第 12 章電工儀表可動(dòng)線圈1和2繞制時(shí)， 使其轉(zhuǎn)矩T1和T2方向相反。 一個(gè)作為轉(zhuǎn)動(dòng)力矩， 另一個(gè)作為反作用力矩， 且不均勻的磁場(chǎng)分布使

38、得轉(zhuǎn)矩達(dá)到平衡時(shí)， 指針偏轉(zhuǎn)角由兩個(gè)可動(dòng)線圈中的電流比所決定， 這是磁電式比率表的基本原理。 由 21IIK（12-28）可知Ax vv Ax RR RKRU RRUK （12-30） 第 12 章電工儀表12.5.3 兆歐表的使用1. 兆歐表的選擇測(cè)量時(shí)應(yīng)根據(jù)電氣設(shè)備的電壓等級(jí)和絕緣電阻的測(cè)量范圍來(lái)進(jìn)行兆歐表的選擇。 如果電氣設(shè)備的電壓等級(jí)低于兆歐表的電壓等級(jí)， 兆歐表的高電壓有可能損壞電氣設(shè)備的絕緣。 如果電氣設(shè)備的電壓等級(jí)高于兆歐表的電壓等級(jí)， 則測(cè)量出的阻值將無(wú)法反映高壓時(shí)真實(shí)的絕緣電阻值。 第 12 章電工儀表應(yīng)保證電氣設(shè)備的絕緣電阻值落在兆歐表的測(cè)量范圍以內(nèi)。 比如， 額定電壓為3

39、80 V的籠型異步電動(dòng)機(jī)的對(duì)地絕緣電阻最低值為0.5 M， 應(yīng)選擇以0 M為起始刻度的兆歐表，不可以選擇起始刻度為1 M的兆歐表， 否則無(wú)法測(cè)量出正確的絕緣電阻值。 第 12 章電工儀表2 兆歐表的用前檢查在使用兆歐表之前須對(duì)兆歐表進(jìn)行檢查。 首先， 檢查兆歐表的外觀是否完好， 端子、 搖柄、 表頭是否完好， 測(cè)試用的導(dǎo)線是否完好。 其次， 對(duì)兆歐表進(jìn)行開(kāi)路試驗(yàn)。 將線端和地端開(kāi)路， 搖動(dòng)手柄， 使發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速120 r/min， 指針應(yīng)指在處。 第 12 章電工儀表3 測(cè)量過(guò)程中的注意事項(xiàng) （1） 絕緣電阻的測(cè)量必須在電氣設(shè)備不帶電的情況下進(jìn)行。 對(duì)于大電感或含有大電容的設(shè)備，

40、斷電后需充分放電后方可測(cè)量。 第 12 章電工儀表（2） 如果測(cè)量電路中的絕緣電阻， 須將被測(cè)電阻接在線端與地端之間。 如果測(cè)量電機(jī)某一相的絕緣電阻， 須將線端接被測(cè)相， 地端接電機(jī)的機(jī)座。 如果測(cè)量電纜的絕緣電阻， 須將線端接電纜的纜芯， 地端接電纜外皮， 屏端接電纜內(nèi)層絕緣物。 （3） 兆歐表須水平放置， 進(jìn)行手搖測(cè)量， 一般使轉(zhuǎn)速達(dá)到120 r/min， 等待1 min后讀數(shù)。如果被測(cè)物的電容較大， 應(yīng)等到指針?lè)€(wěn)定不變時(shí)讀數(shù)。 第 12 章電工儀表12.6 電 橋直流單臂電橋適合測(cè)量中值電阻， 測(cè)量范圍為1106 ； 直流雙臂電橋適合測(cè)量低值電阻， 測(cè)量范圍為106101 。 交流電橋常

41、用來(lái)精確測(cè)量電容、 電感和電阻等電參數(shù)。 12.6.1 直流單臂電橋 直流單臂電橋又稱為惠斯登電橋， 其外形如圖12-26所示。 第 12 章電工儀表 圖12-26 直流電橋（a） 面板圖; （b） 外形圖 第 12 章電工儀表1 工作原理直流單臂電橋的原理圖如圖12-27所示。 被測(cè)電阻Rx與已知電阻R2、 R3、R4連接成四邊形， 稱為電橋的四個(gè)橋臂。 在電橋的一個(gè)對(duì)角線上接入一個(gè)檢流計(jì)， 稱為“橋”， 在電橋的另一個(gè)對(duì)角線上接入直流電源和限流電阻R， 稱為電橋的“電源對(duì)角線”。 第 12 章電工儀表 圖12-27 惠斯登電橋原理圖 第 12 章電工儀表當(dāng)電源接通后， 調(diào)節(jié)橋臂電阻R2、R

42、3、R4的阻值。 當(dāng)c、d兩點(diǎn)的電位不相等時(shí)，橋路中的電流 Ig0， 檢流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)。 當(dāng)c、d兩點(diǎn)的電位相等時(shí)， Ucd=0， 檢流橋路中的電流 Ig=0， 檢流計(jì)指針不偏轉(zhuǎn)， 電橋處于平衡狀態(tài)， 有 342 RRRRx 第 12 章電工儀表即4432 KRRRRRx （12-30）式中， 電阻R2、 R3是電橋的比率臂， R4是比較臂， Rx是待測(cè)臂。 可見(jiàn)， 待測(cè)電阻的阻值由比率值K和電阻R4決定。 比率值K常為10 n， 電阻R4常為從零連續(xù)可調(diào)的電阻。 實(shí)際電橋中， 已將比率值K和電阻R4作成了讀數(shù)盤， 方便使用。 第 12 章電工儀表2 測(cè)量過(guò)程（1） 測(cè)量前， 首先將檢流計(jì)的鎖扣

43、打開(kāi)， 并調(diào)節(jié)調(diào)零旋鈕， 使指針指在零位； 將被測(cè)電阻接入電橋的測(cè)量端鈕。 （2） 根據(jù)萬(wàn)用表粗測(cè)的結(jié)果， 選擇比率臂和比較臂。 原則是盡可能地將比較臂的四個(gè)可調(diào)電阻全部利用起來(lái)， 這樣可以提高測(cè)量精度。 （3） 按下電源按鈕， 接通電源。 第 12 章電工儀表（4） 輕按檢流計(jì)的粗調(diào)按鈕， 觀察檢流計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)方向和幅度。 如果偏轉(zhuǎn)幅度超出允許范圍， 應(yīng)立即松開(kāi)粗調(diào)按鈕。 如果偏轉(zhuǎn)幅度在允許范圍內(nèi)， 則根據(jù)檢流計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)方向調(diào)節(jié)比較臂的電阻。 如果指針向“+”方向偏轉(zhuǎn)， 應(yīng)增加比較臂的電阻； 反之， 減小比較臂的電阻。 反復(fù)調(diào)節(jié)比較臂電阻， 直至檢流計(jì)指針指向零位。 調(diào)節(jié)比較臂時(shí)， 應(yīng)每調(diào)

44、節(jié)一次電阻值， 按一次粗調(diào)按鈕， 檢測(cè)一次； 直到檢流計(jì)的偏轉(zhuǎn)較小時(shí)， 才可按死粗調(diào)按鈕。 第 12 章電工儀表（5） 輕按檢流計(jì)的細(xì)調(diào)按鈕。 反復(fù)調(diào)節(jié)比較臂電阻， 直至檢流計(jì)指針指向零位。 方法與步驟（4）相同。 當(dāng)電橋處于平衡狀態(tài)時(shí)， 讀出比率臂和比較臂的數(shù)值， 求得被測(cè)電阻Rx=比率臂讀數(shù)比較臂讀數(shù)之和。 （6） 讀數(shù)完畢后， 依次松開(kāi)細(xì)調(diào)按鈕、 粗調(diào)按鈕、 電源按鈕， 再拆下被測(cè)電阻， 最后將檢流計(jì)鎖扣鎖上。 如果檢流計(jì)沒(méi)有鎖扣， 需將G按鈕松開(kāi)， 以保護(hù)檢流計(jì)不受振動(dòng)而損壞。 第 12 章電工儀表12.6.2 直流雙臂電橋電氣測(cè)量中常需要測(cè)量阻值在1 以下的小電阻， 比如電機(jī)繞組電阻

45、、 變壓器的繞組電阻和分流器電阻等。 如果使用直流單臂電橋進(jìn)行測(cè)量， 引線電阻和接觸電阻會(huì)對(duì)測(cè)量產(chǎn)生影響， 造成較大的測(cè)量誤差。 直流雙臂電橋的電路結(jié)構(gòu)可以減小引線和接觸電阻引起的誤差。所以， 這種電橋常用于測(cè)量小電阻。 直流雙臂電橋又稱為凱爾文電橋， 如圖12-28所示。 第 12 章電工儀表 圖12-28 QJ44型直流雙臂電橋外形 第 12 章電工儀表1 工作原理直流雙臂電橋的原理電路如圖12-29所示。 其中RP3、 RP3、 RP4、 RP4是橋臂電阻；RP3和RP3、 RP4和RP4是機(jī)械聯(lián)動(dòng)的， 在調(diào)節(jié)過(guò)程中。 R是跨接電阻， 阻值很小。 Rx和RN分別是被測(cè)電阻和標(biāo)準(zhǔn)電阻， 這

46、兩個(gè)電阻都為四個(gè)引出端的電阻。 圖中， P 1、P2和P3、P4分別為這兩個(gè)電阻的電位端子。 /44/33 RPRPRPRP RRRR 第 12 章電工儀表C1、C2和C3、C4分別為這兩個(gè)電阻的電流端子。 雙臂電橋?qū)㈦娢欢俗拥慕泳€電阻和引線電阻接到電阻值較高的RP3、 RP4和 RP3、 RP4的支路中； 將電流端子的接線電阻和引線電阻接入電源支路和跨線電阻支路中， 從而利用對(duì)稱連接消除了接線電阻和引線電阻對(duì)測(cè)量的影響。 第 12 章電工儀表 圖12-29 凱爾文電橋的原理電路 第 12 章電工儀表直流雙臂電橋的平衡條件為XNRPRP RRRR 43被測(cè)電阻為NRPRPX RRRR 34（1

47、2-31） 第 12 章電工儀表2. 注意事項(xiàng) （1） 直流雙臂電橋的測(cè)量過(guò)程與直流單臂電橋基本相同。 （2） 被測(cè)電阻為四端電阻， 一般電阻外側(cè)的兩個(gè)引線為電流端， 電阻內(nèi)側(cè)的兩條引線為電位端。 如果電阻自身沒(méi)有電位端和電流端， 需自行引出， 如圖12-30所示。（3） 由于直流雙臂電橋電路中的電阻都是小電阻， 所以工作電流很大， 需用大容量的電源。 如果使用電池供電， 操作速度要快； 測(cè)量結(jié)束時(shí)要立即關(guān)閉電源開(kāi)關(guān)， 以防電池耗盡。 第 12 章電工儀表 圖12-30 電位端子和電流端子示意圖 第 12 章電工儀表12.6.3 交流電橋交流電橋常用來(lái)測(cè)量電阻、 電容和電感等參數(shù)， 又稱為萬(wàn)能

48、電橋， 外形如圖12-31所示。 工作原理與直流電橋的工作原理相同， 交流電橋也將被測(cè)參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)（電容、 電感、 電阻）接入電橋進(jìn)行比較， 調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)使電橋處于平衡狀態(tài)， 根據(jù)此時(shí)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)的數(shù)值求出被測(cè)參數(shù)的數(shù)值。 第 12 章電工儀表 圖12-31 QS18A萬(wàn)能電橋外形 第 12 章電工儀表交流電橋由三部分組成： 橋體、 電源和指零儀。 橋體由可調(diào)電阻RA、 RB、 Rs、 固定電阻Rc（100 ）和固定標(biāo)準(zhǔn)電容Cs（0.1 F）組成。 RA對(duì)應(yīng)面板上的“量程選擇”旋鈕， RB對(duì)應(yīng)面板上的“讀數(shù)”旋鈕， Rs對(duì)應(yīng)面板上的“損耗平衡”旋鈕。 交流電橋采用兩種電源： 一種是測(cè)量高阻值電阻

49、時(shí)使用的9 V直流電源； 一種是測(cè)量電容和電感時(shí)使用的1 kHz交流電源。 指零計(jì)大多采用配備晶體管放大器的磁電式儀表。 第 12 章電工儀表1 電容的測(cè)量電容的測(cè)量電路如圖12-32所示， 此電路稱為維恩電橋。 圖12-32 維恩電橋的原理電路 第 12 章電工儀表維恩電橋的平衡條件為AssBxx RCRRCR )1j()1j( 被測(cè)電容量 sBBx CRRC （12-32） 第 12 章電工儀表被測(cè)電容的內(nèi)部電阻sBAx RRRR （12-33）電容的損耗因數(shù) D = tan=CsRs （12-34） 電容測(cè)量方法如下： 測(cè)量電容時(shí)， 將測(cè)量選擇開(kāi)關(guān)置于“C”位置。 接入被測(cè)電容。 首先調(diào)

50、整“量程”開(kāi)關(guān)， 將它置于合適的位置。 第 12 章電工儀表然后設(shè)置損耗倍率開(kāi)關(guān)。 如果測(cè)量一般電容器， “損耗倍率”開(kāi)關(guān)置于D0.01擋； 如果測(cè)量電解電容， “損耗倍率”開(kāi)關(guān)置于D1擋。 “損耗平衡”開(kāi)關(guān)置于1左右的位置， 將“損耗微調(diào)”旋鈕逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)到底。 將“靈敏度旋鈕”順時(shí)針旋轉(zhuǎn)， 逐步增大， 使得表針的偏轉(zhuǎn)略小于滿刻度。 然后反復(fù)調(diào)整“讀數(shù)”、 “損耗平衡”和“靈敏度”旋鈕至電橋處于平衡狀態(tài)。 電容值=量程開(kāi)關(guān)指示值讀數(shù)盤指示值； 電容的損耗值D=損耗倍率開(kāi)關(guān)指示值損耗平衡盤指示值。 第 12 章電工儀表2 電感的測(cè)量電感的測(cè)量電路如圖12-33所示。 此電路稱為麥克斯威電橋。 圖

51、12-33 麥克斯威電橋的原理電路 第 12 章電工儀表利用同樣的推導(dǎo)過(guò)程可寫出平衡條件表達(dá)式， 并求得待測(cè)電感參數(shù)如下： 被測(cè)電感量Lx=RARBCs （12-35）被測(cè)電感的內(nèi)部電阻為 s BAx RRRR （12-36）電感的品質(zhì)因數(shù)為ssxx RCRLQ （12-37） 第 12 章電工儀表電感的測(cè)量方法如下： 測(cè)量電感時(shí)， 將測(cè)量選擇開(kāi)關(guān)置于“L”位置， 接入被測(cè)電感。 首先選擇合適的量程，然后根據(jù)電感的不同種類， 選擇合適的損耗倍率， 空芯線圈選擇Q1， 高Q值濾波線圈選擇D0.01。 疊片芯線圈應(yīng)放在D1位置。 將“損耗平衡”開(kāi)關(guān)置于1左右的位置， 將“損耗微調(diào)”旋鈕逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)到

52、底。 將“靈敏度”旋鈕順時(shí)針旋轉(zhuǎn)， 逐步增大， 使得表針的偏轉(zhuǎn)略小于滿刻度。 第 12 章電工儀表然后反復(fù)調(diào)整“讀數(shù)”、 “損耗平衡”和“靈敏度”旋鈕至電橋處于平衡狀態(tài)。 電感值=量程開(kāi)關(guān)指示值電橋的“讀數(shù)”值； 電感的品質(zhì)因數(shù)Q=損耗倍率開(kāi)關(guān)指示值損耗平衡盤指示值。 第 12 章電工儀表3 電阻的測(cè)量測(cè)量電阻的原理電路如圖12-34所示， 此測(cè)量電路為惠斯登電橋。 圖12-34 交流電橋測(cè)電阻的惠斯登電橋 第 12 章電工儀表電橋平衡時(shí)， 有BCAx RRRR （12-38）測(cè)量方法如下： 測(cè)量電阻時(shí)， 首先選擇適合的量程； 如果選擇1 和10 的量程， 交流電橋使用內(nèi)部的1 kHz交流電源

53、； 如果選擇10010 M的量程， 交流電橋使用內(nèi)部9 V直流電源。 再將測(cè)量選擇開(kāi)關(guān)置于“R10”或“R10”擋。 反復(fù)調(diào)節(jié)“讀數(shù)”、 “靈敏度”旋鈕， 直至電橋平衡。 被測(cè)電阻=量程開(kāi)關(guān)指示值讀數(shù)盤指示值。 第 12 章電工儀表本 章 小 結(jié)電工儀表按被測(cè)量的種類分為電流表、 電壓表、 功率表、 電度表、 功率因數(shù)表、 歐姆表、兆歐表等， 按工作原理可分為磁電式儀表、 電磁式儀表、 電動(dòng)式儀表和整流式儀表。 按被測(cè)電流的種類分為直流儀表、 交流儀表和交直流兩用儀表。 電工儀表的準(zhǔn)確度是根據(jù)儀表的最大引用誤差來(lái)分級(jí)的， 儀表標(biāo)注的準(zhǔn)確度數(shù)值越大， 其精度就越低。 第 12 章電工儀表電工儀表

54、由測(cè)量裝置和測(cè)量電路兩部分組成。 測(cè)量電路的作用是將被測(cè)電量以合適的比例轉(zhuǎn)換成的適當(dāng)?shù)碾姶判盘?hào)（電流、 磁場(chǎng)等），提供給測(cè)量裝置。 測(cè)量裝置由驅(qū)動(dòng)裝置、 反作用裝置和阻尼裝置三部分組成。 第 12 章電工儀表磁電式儀表由永久磁鐵產(chǎn)生磁場(chǎng)， 線圈通入被測(cè)直流電流， 指針受力產(chǎn)生穩(wěn)定的偏轉(zhuǎn)。優(yōu)點(diǎn)是刻度均勻， 靈敏度和準(zhǔn)確度高， 消耗電能量少。 缺點(diǎn)是只能測(cè)量直流電壓、 直流電流和電阻等， 過(guò)載能力小。 第 12 章電工儀表電磁式儀表的線圈通電后， 固定鐵片和可動(dòng)鐵片同時(shí)被磁化， 鐵片間的相互作用力使可動(dòng)鐵片轉(zhuǎn)動(dòng)， 指針偏轉(zhuǎn)與被測(cè)電流的平方成正比。 優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 價(jià)格低廉， 能測(cè)量較大的電流，

55、既可測(cè)量交流， 也能測(cè)量直流。 缺點(diǎn)是刻度不均勻， 易受外界磁場(chǎng)的影響， 準(zhǔn)確度不高。 第 12 章電工儀表電動(dòng)式儀表是利用兩個(gè)通電線圈之間的電動(dòng)力來(lái)產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的。 在直流電路中時(shí)， 其偏轉(zhuǎn)角度與相互作用的固定線圈和可動(dòng)線圈中的電流乘積成正比； 在交流電路中時(shí)， 其偏轉(zhuǎn)角度與兩個(gè)電流有效值乘積成正比， 還與電流間的夾角余弦成正比。 電動(dòng)式儀表刻度不均勻，適用于精密測(cè)量， 可以做成功率表、 交流電流或電壓表、 相位、 頻率表。 第 12 章電工儀表測(cè)量電流時(shí)應(yīng)把電流表串接在被測(cè)電路中， 測(cè)量電壓時(shí)應(yīng)將電壓表并接于被測(cè)電路兩端。 使用功率表時(shí)電流和電壓線圈都不允許超過(guò)量程， 還要注意把標(biāo)有“”的

56、電流線圈和電壓線圈接在電源的同一側(cè)。 測(cè)量三相交流電路的功率可以采用一表法、 兩表法和三表法。 第 12 章電工儀表萬(wàn)用電表是一種多用途、 多量程的便攜式儀表。 萬(wàn)用電表由測(cè)量機(jī)構(gòu)（稱為表頭）、 測(cè)量電路和轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)組成。 萬(wàn)用電表可分為模擬式萬(wàn)用電表和數(shù)字式萬(wàn)用電表， 可以測(cè)量直流電流、 直流電壓、 交流電壓、 電阻、 晶體管的放大倍數(shù)、 電容、 電感、 頻率等。 兆歐表是用于測(cè)量各種電氣設(shè)備絕緣電阻的儀表， 由高壓手搖發(fā)電機(jī)、 磁電系比率表和測(cè)量線路和組成。 第 12 章電工儀表電橋是用來(lái)測(cè)量電阻、 電容和電感的儀器， 常分為直流電橋和交流電橋。 直流電橋又分為直流單臂電橋和直流雙臂電橋。 直流單臂電橋適合測(cè)量中值電阻； 直流雙臂電橋適合測(cè)量低值電阻。 交流電橋由橋臂（常為電阻或電容）、 檢流計(jì)和電源組成， 常用來(lái)精確測(cè)量電容、 電感和電阻等參數(shù)。