第3單元

常用電工儀表

內容提要

本章對萬用表的工作原理、操作使用方法進行重點介紹；對電流表、電壓表、鉗形電流表、兆歐表、接地電阻測定儀、功率表、電度表等的測量原理及使用方法逐一分析和介紹。3．1常用電工儀表知識測量電流、電壓、功率等電量的指示儀表，稱為電工測量儀表。3．1．1電工儀表的基本組成和工作原理基本組成框圖如圖3．1所示:

圖3．1電工指示儀表基本組成框圖基本工作原理：測量線路將被測電量或非電量轉換成測量機構能直接測量的電量時，測量機構活動部分在偏轉力矩的作用下偏轉。同時，測量機構產生反作用力矩的部件所產生的反作用力矩也作用在活動部件上，當轉動力矩與反作用力矩相等時，可動部分便停止下來。指出被測量的大小。3．1．2常用電工儀表的分類

按儀表的工作原理不同，可分為磁電式、電磁式、電動式、感應式等；按測量對象不同，可分為電流表（安培表）、電壓表（伏特表）、功率表（瓦特表）、電度表（千瓦時表）、歐姆表以及多用途的萬用表等；按測量電流種類的不同，可分為單相交流表、直流表、交直流兩用表、三相交流表等；按使用性質和裝置方法的不同，可分為固定式（開關板式）、攜帶式；按測量準確度不同，可分為0．1、0．2、0．5、1．0、1．5、2．5、5．0共七個等級。3．1．3電工儀表的精確度

指在規定條件下使用時，可能產生的基本誤差占滿刻度的百分數。測量準確度的七個等級中，數字越小，儀表精確度越高，基本誤差越小。0．1級到0．5級的儀表，精確度較高，常用于實驗室作校檢儀表。1．5級以下的儀表，精確度較低，通常用作工程上的檢測與計量。3．2電流表與電壓表

電流表又稱為安培表，用于測量電路中的電流。電壓表又稱為伏特表，用于測量電路中的電壓。按其工作原理的不同，分為磁電式、電磁式、電動式三種類型，其原理與結構分別如圖3．2（a）、（b）、（c）所示。

圖3．2電流表、電壓表的原理與結構（a）磁電式

（b）電磁式

（c）電動式

3．2．1結構與工作原理

1．磁電式儀表的結構與工作原理

結構：主要由永久磁鐵、極靴、鐵心、活動線圈、游絲、指針等組成。工作原理：當被測電流流過線圈時，線圈受到磁場力的作用產生電磁轉矩繞中心軸轉動，帶動指針偏轉，游絲也發生彈性形變。當線圈偏轉的電磁力矩與游絲形變的反作用力矩相平衡時，指針便停在相應位置，在面板刻度標尺上指示出被測數據。2．電磁式儀表的結構與工作原理結構：主要由固定部分和可動部分組成。以排斥型結構為例，固定部分包括圓形的固定線圈和固定于線圈內壁的鐵片，可動部分包括固定在轉軸上的可動鐵片、游絲、指針、阻尼片和零位調整裝置。儀表的結構與工作原理

工作原理：當固定線圈中有被測電流通過時，線圈電流的磁場使定鐵片和動鐵片同時被磁化，且極性相同而互相排斥，產生轉動力矩。定鐵片推動動鐵片運動，動鐵片通過傳動軸帶動指針偏轉。當電磁偏轉力矩與游絲形變的反作用力矩相等時，指針停轉，面板上指示值即為所測數值。3．電動式儀表的結構與工作原理

結構：由固定線圈、可動線圈、指針、游絲和空氣阻尼器等組成。

工作原理：當被測電流流過固定線圈時，該電流變化的磁通在可動線圈中產生電磁感應，從而產生感應電流。可動線圈受固定線圈磁場力的作用產生電磁轉矩而發生轉動，通過轉軸帶動指針偏轉，在刻度板上指出被測數值。

3．2．2電流的測量

測量電流時，電流表必須與被測電路串聯。

1．

交流電流的測量通常采用電磁式電流表。

在測量量程范圍內將電流表串入被測電路即可，如圖3．3所示。

測量較大電流時，必須擴大電流表的量程。可在表頭上并聯分流電阻或加接電流互感器，其接法如圖3．4所示。

圖3．3交流電流的測量

圖3．4用互感器擴大交流電流表量程

2.直流電流的測量

通常采用磁電式電流表。

直流電流表有正、負極性，測量時，必須將電流表的正端鈕接被測電路的高電位端，負端鈕接被測電路的低電位端，如圖3．5所示。

被測電流超過電流表允許量程時，須采取措施擴大量程。對磁電式電流表，可在表頭上并聯低阻值電阻制成的分流器，如圖3．6所示。

對電磁式電流表，可通過加大固定線圈線徑來擴大量程。也可將固定線圈接成串、并聯形式做成多量程表，如圖3．7所示。圖3．5直流電流的測量

圖3．6用分流器擴大量程

電磁式電流表擴大量程

圖3．7電磁式電流表擴大量程3．2．3電壓的測量測量電壓時，電壓表必須與被測電路并聯。

1.交流電壓的測量測量交流電壓通常采用電磁式電壓表。在測量量程范圍內將電壓表直接并入被測電路即可，如圖3．8所示。用電壓互感器來擴大交流電壓表的量程，如圖3．9所示。圖3．8交流電壓的測量圖3．9用互感器擴大交流電壓表量程

2．

直流電壓的測量通常采用磁電式電壓表。

直流電壓表有正、負極性，測量時，必須將電壓表的正端鈕接被測電路的高電位端，負端鈕接被測電路的低電位端，如圖3．10所示。

在電壓表外串聯分壓電阻擴大量程，如圖3．11所示。圖3．10直流電壓的測量圖3．11串分壓電阻擴大量程

3．3萬用表

以MF30型指針式萬用表和DT840型數字式萬用表為例，了解其結構和性能，學會使用萬用表正確測量電壓、電流、電阻等基本電量的方法，熟悉有關使用的注意事項。3．3．1指針式萬用表1．指針式萬用表的結構主要由表頭、測量線路、轉換開關三部分組成。外形結構如圖3．12所示。使用指針式萬用表，主要注意下面幾點：

(1)使用前，應將表頭指針調零。(2)測量前，應根據被測電量的項目和大小，將轉換開關撥到合適的位置。

(3)測量完畢，應將轉換開關撥到最高交流電壓檔，有的萬用表（如500型）應將轉換開關撥到標有“．”的空檔位置。

MF30型萬用表的外形結構圖3．12MF30型萬用表的外形結構

2．

交流電壓的測量

（1）測量前，將轉換開關撥到對應的交流電壓量程檔。如果事先不知道被測電壓大小，量程宜放在最高檔，以免損壞表頭。（2）測量時，將表筆并聯在被測電路或被測元器件兩端。嚴禁在測量中撥動轉換開關選擇量程。（3）測電壓時，要養成單手操作習慣，且注意力要高度集中。（4）由于表盤上交流電壓刻度是按正弦交流電標定的，如果被測電量不是正弦量，誤差會較大。（5）可測交流電壓的頻率范圍一般為45HZ∽1000HZ，如果超過范圍，誤差會增大。3．

直流電壓的測量

測量方法與交流電壓基本相同，但要注意下面二點：

（1）與測量交流電壓一樣，測量前要將轉換開關撥到直流電壓的檔位上，在事先不清楚被測電壓高低的情況下，量程宜大不宜小；測量時，表筆要與被測電路并聯，測量中不允許撥動轉換開關。（2）測量時，必須注意表筆的正負極性。紅表筆接被測電路的高電位端，黑表筆接低電位端。若表筆接反了，表頭指針會反打，容易打彎指針。如果不知道被測點電位高低，可將表筆輕輕地試觸一下被測點。若指針反偏，說明表筆極性反了，交換表筆即可。

直流電流、電阻的測量

4．直流電流的測量

（1）測量時，萬用表必須串入被測電路，不能并聯。

（2）必須注意表筆的正、負極性。測量時，紅表筆接電路斷口高電位端，黑表筆接低電位端。

（3）在不清楚被測電流大小情況下，量程宜大不宜小。嚴禁在測量中撥動轉換開關選擇量程。

5．

電阻的測量

（1）正確選擇電阻倍率檔，使指針盡可能接近標度尺的幾何中心，可提高測量數據的準確性。

（2）嚴禁在被測電路帶電的情況下測量電阻。

（3）測量時，直接將表筆跨接在被測電阻或電路的兩端，注意不能用手同時觸及電阻兩端，以避免人體電阻對讀數的影響。

（4）測量熱敏電阻時，應注意電流熱效應會改變熱敏電阻的阻值。

3．3．2數字式萬用表

1．數字式萬用表的結構

DT840型數字式萬用表的面板結構如圖3．13所示。

圖3．13DT840型數字式萬用表的面板結構

數字萬用表的使用2．直流電壓、交流電壓的測量

先將黑表筆插入COM插孔，紅表筆插入V／Ω插孔，然后將功能開關置于DCV（直流）或ACV（交流）量程，并將測試表筆連接到被測源兩端，顯示器將顯示被測電壓值。

如果顯示器只顯示“1”，表示超量程，應將功能開關置于更高的量程（下同）。

3．直流電流、交流電流的測量

先將黑表筆插入COM插孔，紅表筆需視被測電流的大小而定。如果被測電流最大為2A，應將紅表筆插入A孔；如果被測電流最大為20A，應將紅表筆插入20A插孔。再將功能開關置于DCA或ACA量程，將測試表筆串聯接入被測電路，顯示器即顯示被測電流值。

數字萬用表的使用4．電阻的測量

先將黑表筆插入COM插孔，紅表筆插入V／Ω插孔（注意：紅表筆極性此時為“＋”，與指針式萬用表相反），然后將功能開關置于OHM量程，將兩表筆連接到被測電路上，顯示器將顯示出被測電阻值。

5．二極管的測試

先將黑表筆插入COM插孔，紅表筆插入V／Ω插孔，然后將功能開關置于二極管檔，將兩表筆連接到被測二極管兩端，顯示器將顯示二極管正向壓降的mV值。當二極管反向時則過載。根據萬用表的顯示，可檢查二極管的質量及鑒別所測量的管子是硅管還是鍺管。（1）測量結果若在1V以下，紅表筆所接為二極管正極，黑表筆為負極；

（2）測量顯示若為550∽700mV者為硅管；150∽300mV者為鍺管。

數字萬用表的使用（3）如果兩個方向均顯示超量程，則二極管開路；若兩個方向均顯示“0”V，則二極管擊穿、短路。6．晶體管放大系數hFE的測試

將功能開關置于hFE檔，然后確定晶體管是NPN型還是PNP型，并將發射極、基極、集電極分別插入相應的插孔。此時，顯示器將顯示出晶體管的放大系數hFE值。（1）基極判別

將紅表筆接某極，黑表筆分別接其它兩極，若都出現超量程或電壓都小，則紅表筆所接為基極；若一個超量程，一個電壓小，則紅表筆所接不是基極，應換腳重測。

（2）管型判別

在上面測量中，若顯示都超量程，為PNP管；若電壓都小（0．5∽0．7V），則為NPN管。

數字萬用表的使用（3）集電極、發射極判別

用hFE檔判別。在已知管子類型的情況下（此處設為NPN管），將基極插入B孔，其它兩極分別插入C、E孔。若結果為hFE＝1∽10（或十幾），則三極管接反了；若hFE＝10∽100（或更大），則接法正確。

7．帶聲響的通斷測試

先將黑表筆插入COM插孔，紅表筆插入V／Ω插孔，然后將功能開關置于通斷測試檔（與二極管測試量程相同），將測試表筆連接到被測導體兩端。如果表筆之間的阻值低于約30Ω，蜂鳴器會發出聲音。

3．4鉗形電流表

用鉗形電流表可直接測量交流電路的電流，不需斷開電路。3．4．1結構和工作原理

外形結構如圖3．14所示。測量部分主要由一只電磁式電流表和穿心式電流互感器組成。穿心式電流互感器鐵心做成活動開口，且成鉗形，。

圖3．14鉗形電流表的外形結構

鉗形電流表原理：當被測載流導線中有交變電流通過時，交流電流的磁通在互感器副繞組中感應出電流，使電磁式電流表的指針發生偏轉，在表盤上可讀出被測電流值。

3．4．2使用方法1．測量前，應檢查指針是否在零位，否則，應進行機械調零。

2．測量時，量程選擇旋鈕應置于適當位置，以便測量時指針處于刻度盤中間區域，減少測量誤差。

3.如果被測電路電流太小，可將被測載流導線在鉗口部分的鐵心上纏繞幾圈再測量，然后將讀數除以穿入鉗口內導線的根數即為實際電流值。4.測量時，將被測導線置于鉗口內中心位置，可減小測量誤差。5.鉗形表用完后，應將量程選擇旋鈕放至最高檔.

3．5兆歐表

一種測量電器設備及電路絕緣電阻的儀表。

3．5．1結構和工作原理

外形如圖3．15（a）所示。主要包括三個部分：手搖直流發電機（或交流發電機加整流器）、磁電式流比計、接線樁（L、E、G）。

工作原理可用圖3．15（b）來說明。

圖3．15兆歐表的外形和工作原理示意圖（a）外形

（b）工作原理

3．5．2使用方法

1．

測量前的檢查（1）檢查兆歐表是否正常。

（2）檢查被測電氣設備和電路，看是否已切斷電源。

（3）測量前應對設備和線路進行放電，減少測量誤差。2.使用方法

（1）將兆歐表水平放置在平穩牢固的地方，

（2）正確連接線路。

（3）搖動手柄，轉速控制在120r/min左右，允許有±20%的變化，但不得超過25%。搖動一分鐘后，待指針穩定下來再讀數。

（4）兆歐表未停止轉動前，切勿用手觸及設備的測量部分或搖表接線樁。

（5）禁止在雷電時或附近有高壓導體的設備上測量絕緣。

（6）應定期校驗，檢查其測量誤差是否在允許范圍以內。

3．5．3兆歐表的選用

選用兆歐表主要考慮它的輸出電壓及測量范圍。

表3-1兆歐表選擇舉例

被

測

對

象

被測設備或線路額定電壓（V）選用的搖表（V）

線圈的絕緣電阻

500V以下

500500V以上

1000電機繞組絕緣電阻500V以下

1000變壓器、電機繞組絕緣電阻500V以上

1000∽2500電器設備和電路絕緣

500V以下

500∽1000500V以上

2500∽50003．6接地電阻測定儀

又稱接地搖表，主要用于測量電氣系統、避雷系統等接地裝置的接地電阻和土壤電阻率。

以ZC-8型接地電阻測定儀為例介紹其結構、工作原理、使用方法.外形及附件如圖3．16所示。圖3．16ZC-8型接地電阻測定儀外形及附件

3．6．1結構和工作原理

結構：ZC-8型接地電阻測定儀由高靈敏度的檢流計G、交流發電機M、電流互感器LH及調節電位器RP、測量用接地極E、電壓輔助電極P、電流輔助電極C等組成。原理：交流發電機M以120r/min的速度轉動時，產生90HZ∽98HZ的交變電流i，通過互感器LH的原邊、接地極E、電流輔助電極C形成回路。在接地電阻RX上產生電壓降i

RX，其電位分布如圖3．17中EP段曲線所示。通過PC之間地電阻RC產生的電壓降iRC的電位分布如圖3．17中曲線PC所示。圖3．17ZC-8型接地電阻測定儀原理電路接地電阻測量

設電流互感器比率為k，則副繞組中電流為ki，在調節電位器RP上產生電壓kiRP。由圖3．17可看出，檢流計G所測電壓實際是kiRP和i

Rx之間的電位差。調節RP，使檢流計指示為零，則有kiRP=iRX

RX=kRP

（3．4）

可見，所測得的接地電阻值，就是互感器比率與調節電位器RP阻值的乘積。3．6．2使用方法

ZC-8型接地電阻測定儀測量連接如圖3．18所示。

圖3．18接地電阻測量連接示意圖

接地電阻測量測量方法：1．

將儀表水平放置，對指針機械調零，使其指在標度尺紅線上。2．

將量程（倍率）選擇開關置于最大量程位置，緩慢搖動發電機搖柄，同時調整“測量標度盤”，使檢流計指針始終指在紅線上，這時，儀表內部電路工作在平衡狀態。當指針接近紅線時，加快發電機搖柄轉速，使其達到額定轉速（120r/min），再次調節“測量標度盤”，使指針穩定在紅線上，所測接地電阻值即為“測量標度盤”讀數（RP）乘以倍率標度。若“測量標度盤”讀數小于1，應將量程選擇開關置于較小一檔，重新測量。3．

可用ZC-8型接地電阻測定儀測量導體電阻：先用導線將P1、C1接線樁短接，再將被測導體接于E（或P2、C2短接的公共點）與P1之間，其余步驟與測量接地電阻相同。4.用ZC-8型接地電阻測定儀還可測土壤電阻率，具體操作見儀器說明書。

3．7功率表

又叫瓦特表、電力表，用于測量直流電路和交流電路的功率。

結構：主要由固定的電流線圈和可動的電壓線圈組成，電流線圈與負載串聯，電壓線圈與負載并聯。測量原理：如圖3．19所示。圖3．19功率表測量原理圖直流、交流電路功率的測量

1.直流電路功率的測量用功率表測量直流電路的功率時，指針偏轉角α正比于負載電壓和電流的乘積。即α∝UI＝P（3．5）可見，功率表指針偏轉角與直流電路負載的功率成正比.2.交流電路功率的測量在交流電路中，電動式功率表指針的偏轉角α與所測量的電壓、電流以及該電壓、電流之間的相位差Φ的余弦成正比，即

α∝UIcosф（3．6）可見，所測量的交流電路的功率為所測量電路的有功功率。

3．測量單相交流電路功率的接法功率表的電流線圈、電壓線圈各有一個端子標有“＊”號，稱為同名端。測量時，電流線圈標有“＊”號的端子應接電源，另一端接負載；電壓線圈標有“＊”號的端子一定要接在電流線圈所接的那條電線上，但有前接和后接之分，如圖3．20所示。

圖3．20單相功率表的接線用電流互感器和電壓互感器擴大單相功率表量程

如果被測電路功率大于功率表量程，則必須加接電流互感器與電壓互感器擴大其量程，其電路如圖3．21所示。電路實際功率為P＝k1k2P1（3．7）

圖3．21用電流互感器和電壓互感器擴大單相功率表量程

2.三相電路功率的測量

（1）用兩只單相功率表測三相三線制電路的功率

接線如圖3．22所示。電路總功率為兩只單相功率表讀數之和。即P＝P1＋P2圖3．22用兩只單相功率表測三相三線制電路功率

此電路也可用于測量完全對稱的三相四線制電路的功率。

三相電路功率的測量

（2）用三相功率表測三相電路的功率相當兩只單相功率表的組合，直接用于測量三相三線制和對稱三相四線制電路。測量接線如圖3．23所示。圖3．23用三相功率表測三相電路功率3．8電度表按結構分，有單相表、三相三線表和三相四線表三種；按用途分，有有功電度表和無功電度表二種。

常用規格：3、5、10、25、50、75、100安等多種。

3．8．1電度表的結構和工作原理

結構：以交流感應式電度表為例，主要由勵磁、阻尼、走字和基座等部分組成。工作原理：如圖3．24（a）所示，鋁盤受力情況如圖3．24（b）所示。三相三線表、三相四線表的構造及工作原理與單相表基本相同。三相三線表由兩組如同單相表的勵磁系統集合而成，由一組走字系統構成復合計數；三相四線表則由三組如同單相表的勵磁系統集合而成，也由一組走字系統構成復合計數。

交流感應式電度表結構及原理圖3．24交流感應式電度表結構及原理示意圖

3．8．2單相電度表的接線方法

在低壓小電流線路中，電度表直接接在線路上，如圖3．25（a）所示。

在低壓大電流線路中，必須用電流互感器將電流變小，其接線如圖3．25（b）示。