1課程名稱：電工儀表與測量課程性質(zhì)：專業(yè)選修課考核方式：考查期末成績依據(jù)=點名30%+作業(yè)30%+考試40%2模塊一電工儀表與測量的基本知識1．電磁現(xiàn)象看不見，聽不見，摸不著，只能依靠儀表才能發(fā)現(xiàn)，控制和調(diào)節(jié)，測量儀表是電力工業(yè)的眼睛。2．在電能的生產(chǎn)、傳輸、分配和使用等環(huán)節(jié)中，只有通過測量，才能對電能質(zhì)量、負(fù)荷情況等加以監(jiān)視，才能保證生產(chǎn)的安全和經(jīng)濟運行，如：1）發(fā)電機并入電網(wǎng)（監(jiān)視電壓，相位和頻率）2）發(fā)電機出力及用戶負(fù)荷控制（監(jiān)視功率）3）電氣設(shè)備的安裝調(diào)試運行檢修（絕緣測量）4）用戶用電計量（電能計量）4．變電檢修工，電器維修工必備知識。一、電工（電氣）測量的意義課題一電工測量的基本知識4二、測量的基本概念

1.測量的定義電工測量（或電氣測量）：將被測量的各種電量（如電壓、電流、電容等）和各種磁量（如磁感應(yīng)強度、磁通量等）與作為測量單位的同類電磁量進行比較，以確定其大小的過程。電工儀表：用來測量各種電磁量的儀器儀表，統(tǒng)稱為電工儀表。52.測量的過程（三個階段）準(zhǔn)備階段：正確選擇測量儀器與設(shè)備，確定具體接線方案、測量步驟。測量階段：要按事先設(shè)計的接線方案正確接線，并嚴(yán)格按規(guī)范進行操作，正確記錄測量數(shù)據(jù)，同時要注意人身安全和設(shè)備安全。數(shù)據(jù)處理階段：通過對測量數(shù)據(jù)或曲線的處理、分析，求出被測量的大小及測量誤差，以便為解決工程實際問題提供可靠依據(jù)。6三、測量方法的分類

根據(jù)測量過程的特點分為2類：

1.直讀測量法：通過儀表直接讀數(shù)

2.比較測量法：將被測量與已知的同類量具或標(biāo)準(zhǔn)直接進行比較，得到被測量數(shù)據(jù)的測量方法，如用電橋測量電阻、天平稱質(zhì)量等。7比較測量法分3類：即：零值法、差值法和替代法。（1）零值法：被測量與已知量進行比較時，通過調(diào)節(jié)已知量，使儀器的指零儀指零，從而得到測量結(jié)果的測量方法，又稱為零位測量法或平衡法。例：用天平稱物體質(zhì)量8（2）差值法差值法也叫微差法，是通過測量被測量與已知量的差值，來求得被測量大小的一種測量方法。采用這種方法進行測量時，一般要求較小，在實際測量中較少采用此法。9（3）替代法將被測量與已知量先后接入同一測量儀器或設(shè)備，在不改變測量儀器或設(shè)備的工作狀態(tài)及外部測量條件的情況下，由已知標(biāo)準(zhǔn)量的數(shù)值來替代被測量大小的方法，稱為替代法。例：曹沖稱象。10根據(jù)測量結(jié)果的獲得方式可分為三種：

直接測量法

間接測量法

組合測量法111.直接測量法如：電壓表------測電壓電流表------測電流直接測量法的特點：簡便、快捷、不需要進行輔助計算。2.間接測量法舉例：伏安法測量電阻。特點：測量方法靈活、多樣，但測量誤差較大，而且要經(jīng)過計算才能得到被測量的數(shù)值。－0.63A－153V任務(wù)1：畫：伏安法測量電阻的電路圖；想：消除儀表內(nèi)阻誤差的方法。133.組合測量法定義：在不同條件下,多次測量某一中間量（如Rt1

），然后列方程并解方程組，得到多個未知量數(shù)值的測量方法。性質(zhì)：也是一種間接測量被測量的方法。舉例：用組合測量法測量電阻的溫度系數(shù)Rt1=R20[1+（t1-20）+（t1-20）2]Rt2=R20[1+（t2-20）+（t2-20）2]14一、電工儀表的分類根據(jù)得到被測量數(shù)值的方式不同分三類：數(shù)字儀表、比較式儀表、電測量指示儀表（指針或光標(biāo)指示讀數(shù)）

課題二電工儀表的分類及表面標(biāo)志

15161.電測量指示儀表分類

（1）按用途分為：電流表（包括微安表、毫安表、安培等）、電壓表（包括伏特表和毫伏表等）、功率表、電能表、功率因數(shù)表、頻率表、相位表、歐姆表、絕緣電阻表（兆歐表或搖表）及萬用表等。171.電測量指示儀表分類

(2)按被測電流種類分為：直流表、交流表及交直流兩用表等。(3)按使用環(huán)境條件分為：A、A1、B、B1、C五個組。各組的具體使用條件在國家標(biāo)準(zhǔn)GB776-76中都有詳細(xì)的說明。如：A組的使用條件是環(huán)境溫度應(yīng)為0～+400C，在250C時的相對濕度為95%；C組環(huán)境條件最差。181.電測量指示儀表分類

(4)按儀表防御外界電場或磁場的性能分為：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四個等級。如：I級儀表在外磁場或外電場的影響下，允許其指示值改變％；Ⅳ級儀表允許改變％。（5）按儀表外殼的防護性能分為：普通、防濺、防水、防爆等類型。191.電測量指示儀表分類

(6)按儀表的使用方式分為：安裝式（配電盤式）、便攜式等。

(7)按儀表工作原理為：磁電系、電磁系、電動系、感應(yīng)系、靜電系、熱電系、整流系、電子式等。（8）按準(zhǔn)確度等級分為：、、、、、、等七級。注意：數(shù)字越小，儀表的準(zhǔn)確度等級越高。202.比較式儀表

分類：直流比較式、交流比較式兩類。如：直/交流電橋、電位差計等。比較儀器測量準(zhǔn)確度比較高，但操作過程復(fù)雜，測量速度較慢。213.數(shù)字式儀表

數(shù)字式儀表：是指在顯示器上能用數(shù)字直接顯示被測量值的儀表。22二、電工儀表的表面標(biāo)志常見電工測量符號及常見儀表的表面標(biāo)志如下：

次序被測量的種類

儀表名稱

符號

電流表毫安表

電壓表千伏表功率表千瓦表

電度表相位表

頻率表歐姆表兆歐表1電流2電壓3電功率4電能5相位差6頻率7電阻AmAVkVWkWf

M

kWh意義~~

直流交流交直流三相交流儀表絕緣試驗電壓2000V儀表垂直放置儀表水平放置符號2~~~

2儀表準(zhǔn)確度等級為2.0級型式符號被測量種類磁電系整流系電磁系電動系電流種類與頻率電流、電壓、電阻電流、電壓電流、電壓電流、電壓、電功率、功率因數(shù)、電能量直流工頻和較高頻率的交流直流和工頻交流直流及工頻與較高頻率的交流任務(wù)3：會認(rèn)各種儀表的表面標(biāo)志26課題三電工儀表的組成及其作用一、電工儀表的組成測量機構(gòu)是電測量指示儀表的核心，27一、測量線路測量線路的構(gòu)成方式：（1）電耦合串聯(lián)(電流表)、并聯(lián)(電壓表)、混聯(lián)(功率表)（2）磁耦合電流互感器、電壓互感器測量線路的工作原理：（1)并聯(lián)分流原理(電流表)

（2)串聯(lián)分壓原理(電壓表)

（3)變壓器原理（帶互感器的電能表）28二、測量機構(gòu)的組成和原理NS1．測量機構(gòu)的組成(兩種講法)第一種說法------兩大部分固定部分（磁路系統(tǒng)，固定線圈等）可動部分（可動線圈，可動鐵芯，游絲，指針等）29二、測量機構(gòu)的組成和原理第二種說法------（三）五種裝置驅(qū)動裝置------產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩控制裝置------產(chǎn)生反作用力矩（游絲或線圈）阻尼裝置------產(chǎn)生阻尼力矩（空氣阻尼器，磁感應(yīng)阻尼器）支撐裝置------支撐作用讀數(shù)裝置------讀數(shù)（指針，刻度尺）30阻尼裝置說明：

作用：當(dāng)M＝Ma時，由于測量機構(gòu)的可動部分具有慣性，會在平衡位置的左右來回擺動，不方便讀數(shù)。阻尼裝置產(chǎn)生一個阻尼力矩，使可動部分盡快靜止，達到盡快讀數(shù)的目的。種類：空氣阻尼器、磁感應(yīng)阻尼器。31阻尼力矩特點：阻尼器產(chǎn)生的力矩稱為阻尼力矩。（1）阻尼力矩的方向始終與可動部分運動的方向相反，對可動部分的擺動起制動作用。（2）阻尼力矩是一種動態(tài)力矩，當(dāng)可動部分穩(wěn)定之后，它就不復(fù)存在。（3）對測量結(jié)果無影響。32課題四電工儀表的誤差及準(zhǔn)確度等級一、儀表的誤差及其分類根據(jù)儀表誤差產(chǎn)生的原因，電測量指示儀表的誤差一般分為兩類:

基本誤差附加誤差331.基本誤差定義：在規(guī)定的正常條件(規(guī)定的環(huán)境溫度、濕度等)下進行測量時，由于儀表結(jié)構(gòu)、工藝不夠完善而產(chǎn)生的誤差。產(chǎn)生原因：(1)支撐摩擦的影響。

(2)軸傾斜的影響。

(3)標(biāo)度尺刻度失真的影響。

(4)游絲、張絲老化造成殘余形變的影響。

(5)外界電磁場對測量機構(gòu)內(nèi)器件的影響。所以，基本誤差是測量儀表本身所固有的一種誤差。342.附加誤差

定義：儀表的工作條件偏離了規(guī)定值或規(guī)定范圍所增加的誤差。產(chǎn)生原因：

(1)溫度的影響。

(2)外磁場、電場的影響。

(3)電源的頻率、波形的影響。

35二、儀表誤差的表示方法三種表示形式：361.絕對誤差定義：儀表的指示值A(chǔ)x與被測量的實際值A(chǔ)0之間的差值，稱為絕對誤差。計算：△=Ax-A0在實際測量中，被測量的實際值很難求得，一般用準(zhǔn)確度等級高的標(biāo)準(zhǔn)表所測得的數(shù)值或通過理論計算得出的數(shù)值來近似代替。371.絕對誤差【例1-1】已知某單相交流電路中的電源電壓為220V，用甲、乙兩只電壓表進行測量時的讀數(shù)分別為和。試求兩只電壓表的絕對誤差。解：甲表測量的絕對誤差為△=Ax-A0

乙表測量的絕對誤差為△=Ax-A0結(jié)論：（1）絕對誤差是有大小、正負(fù)和單位的量。（2）測量同一個量時，絕對誤差的絕對值越小，說明測量結(jié)果越準(zhǔn)確。382.相對誤差定義:絕對誤差與被測量的真實值的比值，一般用百分?jǐn)?shù)表示。計算：

在工程測量中，相對誤差常用絕對誤差與儀表指示值之比的百分?jǐn)?shù)來表示。

2.相對誤差【例1-2】用甲電壓表測100V電壓時，讀數(shù)為102V；用乙電壓表測10mV電壓時，讀數(shù)為。試比較兩表測量的相對誤差。解：（1）求出兩表測量的絕對誤差：甲表：△1=Ax-A0=102-100=2V乙表：△2=Ax-A0=10.5-10=0.5mV<△1（2）求出兩表測量的相對誤差：甲表：乙表：結(jié)論：（1）在測量不同大小的被測量時，不能簡單地用絕對誤差來判斷測量結(jié)果的準(zhǔn)確程度；（2）相對誤差可以表示測量結(jié)果的準(zhǔn)確程度；（3）在測量不同大小的被測量時，可以用相對誤差比較測量結(jié)果的準(zhǔn)確程度。403.引用誤差引用誤差定義:儀表某一刻度點讀數(shù)的絕對誤差△與規(guī)定的基準(zhǔn)值A(chǔ)m（儀表的最大量限）比值的百分?jǐn)?shù)。引用誤差計算：

最大引用誤差：

41三、指示儀表的準(zhǔn)確度（1）是表征其指示值與真實際值的接近程度。（2）一般用準(zhǔn)確度等級K表示。（3）與最大引用誤差的關(guān)系為：

或

準(zhǔn)確度等級的含義：（1）儀表準(zhǔn)確度等級大于等于最大引用誤差的絕對值。（2）在規(guī)定條件下使用儀表，儀表的實際最大引用誤差(％)應(yīng)在土K％的范圍內(nèi)，否則為不合格表。例如，準(zhǔn)確度為級的儀表，基最大引用誤差應(yīng)在土2％的范圍內(nèi)。(3)直讀式電工測量儀表按照準(zhǔn)確度分為七級。（4）數(shù)字越小，準(zhǔn)確度等級越高。（5）準(zhǔn)確度較高（，，）的儀表常用來進行精密測量或校正其他儀表。42【例1-3】一只電流表量程為100A，在全量程范圍的最大絕對誤差為，則該表的準(zhǔn)確度等級為多少？解：最大引用誤差為：與最接近的值為1.0,故[例要測量40V左右的電壓，有兩塊電壓表：量程為50V、級，量程為100V、級，問應(yīng)選用哪一塊表測量比較合適？解：第一塊表：ΔU1≤50V×(±1.5%)=

第二塊表：ΔU2答：選用第一塊表。4344絕對誤差：△=Ax-A0相對誤差：最大引用誤差：儀表準(zhǔn)確度等級：小結(jié)：誤差計算(1)Ax：示值(2)Ao：真值(3)Am：滿標(biāo)度值即量限(4)Δm：最大絕對誤差(5)儀表準(zhǔn)確度用最大引用誤差來分級，分為、、、、、和等級。如準(zhǔn)確度為級的儀表，其最大引用誤差為％。45課題五電工儀表的主要技術(shù)要求

1.有足夠的準(zhǔn)確度2.有合適的靈敏度3.儀表的功耗要盡量小4.有良好的讀數(shù)裝置5.有良好的阻尼裝置6.升降變差要小7.有一定的過載能力8.有足夠的絕緣強度46儀表的靈敏度儀表常數(shù)：儀表靈敏度的倒數(shù)稱為儀表常數(shù)，一般用C表示。(如:S=2，C=1/2=0.5)靈敏度與量限的關(guān)系:靈敏度越高，量限越小。選擇儀表時應(yīng)綜合考慮儀表的靈敏度和量限。如果儀表的刻度均勻，則即:儀表靈敏度的大小等于每單位被測量所引起的指針偏轉(zhuǎn)角（格數(shù)）。(如:10格、5微安、2)靈敏度定義:在指示類儀表中，儀表可動部分（指針或光標(biāo)）偏轉(zhuǎn)角的變化量與被測量的變化量之比。47儀表的升降變差測量中：升-----被測量由零向上限方向平穩(wěn)增加降-----被測量由上限向零方向平穩(wěn)減少由于儀表本身原因，同一儀表在兩次測量中的指示值不同，這兩個指示值的差值稱為儀表的升降變差。例：某電壓實際值：100V

通過調(diào)壓器升電壓：

通過調(diào)壓器降電壓：

則電壓表升降變差為：要求：升降變差不應(yīng)超過儀表基本誤差的絕對值。48課題六儀表的正確選擇與使用方法

49一、正確選擇正確選擇的依據(jù)：（1）測量的目的（如：測電阻）（2）測量的原理（如：伏安法/電橋/其它儀表）（3）測量的技術(shù)要求（結(jié)果準(zhǔn)確度要求）（4）測量電路（根據(jù)電路計算其大小）50一、正確選擇正確選擇的具體方法：（1）根據(jù)被測量性質(zhì)----選交直流儀表（2）根據(jù)被測量名稱和單位----選儀表種類

(如：電壓、電流、安、毫安等）（3）根據(jù)估算值----選儀表量程（要求：1/2∽2/3以上量程）（4）根據(jù)儀表內(nèi)阻及被測量阻抗大小----選儀表內(nèi)阻（要求：V表大內(nèi)阻/A表小內(nèi)阻）（5)根據(jù)對測量結(jié)果準(zhǔn)確度要求----

選儀表準(zhǔn)確度等級51二、儀表的正確使用（1）正確放置（滿足環(huán)境、放置位置等要求）（2）正確接線（3）正確選擇量程（估算/大量程/調(diào)整）（4）正確讀數(shù)52問題：被測電流實際值為4A，現(xiàn)有一只級、20A和一只級、5A的電流表，選哪一只表測量，數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確？解：兩只表可能出現(xiàn)的最大絕對誤差分別為：用兩只表測量可能出現(xiàn)的最大相對誤差分別為：結(jié)論：選擇第二只表（結(jié)束）模塊七測量誤差及消除方法

根據(jù)測量誤差的性質(zhì)和特點，測量誤差可以分為系統(tǒng)誤差、隨機誤差和粗大誤差三類。1.系統(tǒng)誤差（系差）（1）定義：對同一量進行多次測量，測量誤差能夠保持恒定或按照某種規(guī)律變化的誤差。（2）分類與判斷分類：恒定系差、變值系差恒定系差：大小及符號始終保持恒定不變。變值系差：大小及符號會按累進性規(guī)律、周期性規(guī)律或某復(fù)雜規(guī)律變化。系統(tǒng)誤差的發(fā)現(xiàn)和判斷方法：用理論分析法、校準(zhǔn)和比對法、改變測量條件法、公式判斷法，比較簡單的是剩余誤差觀察法。圖1.3系差的判別（a）表明剩余誤差大致上正負(fù)相同，無明顯變化規(guī)律，可以認(rèn)為不存在系差。（b)說明剩余誤差呈線性遞增的規(guī)律，可以認(rèn)為存在累進性系差。（c）表明剩余誤差大小、符號呈現(xiàn)周期性變化，可以認(rèn)為存在周期性系差。剩余誤差是單次測量值與多個測量值的算術(shù)平均差。剩余誤差觀察法根據(jù)剩余誤差的大小、符號的變化規(guī)律來判別有無系差和系差類型。（3）系差與測量的關(guān)系系差表明測量結(jié)果偏離真值或?qū)嶋H值的程度。系統(tǒng)誤差越小，測量準(zhǔn)確度越高。系差通常能夠出現(xiàn)在最終的測量結(jié)果中。（4）減小系統(tǒng)誤差的方法產(chǎn)生因素：對測量影響顯著的因素。減小措施：測量之前；測量中采用零示法、替代法、交換法、微差法；測量后引入修正值加以抵消或削弱。零示法定義：使被測量對指示儀表的作用與某已知的標(biāo)準(zhǔn)量對它的作用相互平衡以使指示儀表示零，這時被測量等于已知的標(biāo)準(zhǔn)量。優(yōu)點：可以消除指示儀表不準(zhǔn)而造成的誤差。替代法（置換法）定義：在測量條件不變情況下，用一已知標(biāo)準(zhǔn)量去代替被測量，并調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)量使儀器的示值不變，此種情況下，被測量等于調(diào)整后的標(biāo)準(zhǔn)量。優(yōu)點：消除儀器誤差和其他造成系統(tǒng)誤差的因素對測量結(jié)果的影響。減小系統(tǒng)誤差的方法交換法（對照法）定義：交換被測量在測量系統(tǒng)中的位置或測量方向，取兩次測量值的平均值作為測量結(jié)果。優(yōu)點：交換法將大大削弱系統(tǒng)誤差的影響。微差法（虛零法或差值比較法）定義：實質(zhì)上是一種不徹底的零示法。微差法允許標(biāo)準(zhǔn)量s與被測量x的效應(yīng)不完全抵消，而是相差一微小量δ，測得δ＝x–s，即可得x=s+δ

優(yōu)點：可以忽略儀表產(chǎn)生的偏差。2.隨機誤差（偶然誤差、殘差、隨差）定義：在一系列重復(fù)測量中，每次測量結(jié)果出現(xiàn)無規(guī)律隨機變化的誤差。與測量關(guān)系：反映測量結(jié)果離散性，即隨機誤差越小，測量精密度越高。精密度與準(zhǔn)確度無關(guān)。產(chǎn)生因素：影響微弱、變化復(fù)雜而又互不相關(guān)的多種因素共同造成。規(guī)律：服從統(tǒng)計規(guī)律，即單峰性、對稱性、低償性、有界性。減小措施：多次測量求平均特點：隨機誤差可以出現(xiàn)在單次測量結(jié)果中，一般不會出現(xiàn)在最終結(jié)果中。3.粗大誤差（過失誤差、疏失誤差、粗差）定義：是由于操作不當(dāng)、測量失誤等原因造成測量結(jié)果明顯偏離實際值的誤差。減小措施：測量時應(yīng)耐心細(xì)致以免出現(xiàn)粗大誤差，如果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中有粗大誤差，應(yīng)予剔除。模塊八有效數(shù)字及測量結(jié)果的表示（1）測量值+不確定度：不確定度和測量值由對一系列測量數(shù)據(jù)的處理過程中得到。（2）有效數(shù)字：由第一種數(shù)字方法改寫而成，適合表示中間結(jié)果。未標(biāo)明測量誤差或分辨力時，末位一般與不確定度第一個非零數(shù)字前一位對齊。（3）有效數(shù)字+（1～2）位的安全數(shù)字：由前兩種方法演變而成，適合表示中間結(jié)果或重要數(shù)據(jù)。增加安全數(shù)字可以減小由第一種方法改寫成第二種方法時產(chǎn)生誤差的影響。在第二種表示方法確定出有效數(shù)字位數(shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)需要向后多取1～2位安全數(shù)字，多余數(shù)字按有效數(shù)字的舍入規(guī)則進行。上述方法表示出的結(jié)果是測量報告值。測量結(jié)果的表示（數(shù)字