作者：李加旺,吴海春
出版社：电子工业出版社
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电工仪表与测量项目教程试读：
前言
本书是根据中等职业学校机电类专业教学要求而编写的，重点介绍常用电工仪表的结构、工作原理及电量的测量方法。为便于教学需要，全书内容以项目形式编写，共分7个项目：电工仪表与测量的基本知识、电流与电压的测量、万用表的使用、电阻的测量、电功率的测量、电能的测量、常用电子测量仪器。
本书可作为中等职业学校机电类专业课程教材，也可供中等职业学校、各级培训机构的学员培训考核使用，亦可作为就业培训、再就业培训的培训用书或自学用书。
本书以项目为基本学习单元，每个项目都通过多个任务来具体阐述。在内容上注重理论知识的学习与技能训练的有机结合，充分发挥图解的功能，力求深入浅出、通俗易懂，不涉及过多的理论叙述，并注意内容的知识性、系统性、实用性及可操作性，每个知识点都采用大量的图表来进行讲解。为便于教学，本书还配有授课计划、教学方案、教学课件、习题参考答案等教学资源供使用，以提高教学的效率及质量。
本书由李加旺、吴海春担任主编，陈耀莺、王宇丽、吕玉光、杨清乾、郑毅担任副主编，由李加旺担任主审。在本书的编写过程中，参考了大量的有关资料及文献，并引用了其中一些内容，在此向其作者表示衷心的感谢。
由于编者水平有限，书中难免有疏漏、错误和不足之处，恳请读者批评指正。编者项目一电工仪表与测量的基本知识1.1 项目说明
一、项目任务
识别实验室常用电工仪表的型号、铭牌，记下型号、参数并了解其意义，拆装电压表了解其结构、组成，使用电压表测量电路中的电压。
二、学习目标
1.掌握电工测量的概念及常用的电工测量方法。
2.掌握电工仪表测量的误差及误差消除方法。
3.了解常用电工仪表的分类、型号和标志。
4.了解电工指示仪表的技术要求。
5.了解电工指示仪表的组成及工作原理。1.2 基础知识1.2.1 常用电工测量方法
所谓电工测量，就是把被测的电量、磁量或电参数与同类标准量（即度量器）进行比较，从而确定被测量大小的过程。实践证明，测量结果准确与否，除了与所使用的电工仪表有关，还与所选择的测量方法有关。
一、直接测量法
特点：凡能用直接指示的仪器仪表读取被测量数值，而无须度量器直接参与的测量方法，叫作直接测量法。
适用范围：适用于准确度要求不太高的场合。
优点：方法简便，读数迅速。
缺点：由于仪表接入被测电路后，会使电路工作状态发生变化，因而这种测量方法的准确度较低。
举例：电流表测量电流，电压表测量电压，功率表测量功率等。
二、间接测量法
特点：测量时先测出与被测量有关的电量，然后通过计算求得被测量数值的方法，叫作间接测量法。
适用范围：适用于准确度要求不高的特殊场合。
优点：在准确度要求不高的一些特殊场合应用十分方便。
缺点：误差较大。
举例：伏安法测量电阻；通过测量晶体三极管发射极电压求得放大器静态工作点I的方法。C
三、比较测量法
特点：凡在测量过程中需要度量器的直接参与，并通过比较仪表来确定被测量数值的方法，叫作比较测量法。
适用范围：适用于测量要求准确度较高的场合。
优点：准确度高。
缺点：设备复杂，价格较高，操作烦琐。
举例：电桥测量电阻。
比较测量法可以分为以下几类。（1）零值法：在测量过程中，通过改变标准量，使其与被测量相等（即二者差值为零），从而确定被测量数值的方法叫作零值法。如用电桥测量电阻就属于这种方法。（2）差值法：利用被测量与标准量的差值作用于测量仪表，从而确定被测量数值的方法，叫作差值法。如用不平衡电桥测量电阻就属于这种方法。（3）代替法：在测量过程中，用已知标准量代替被测量，若维持仪表原来的读数不变，则被测量必等于已知标准量，这种测量方法叫作代替法。1.2.2 常用电工仪表的分类、型号和标志
电工测量就是将被测的电量、磁量或电参数与同类标准量进行比较，从而确定出被测量大小的过程。在电工测量中，除了应根据测量对象正确选择和使用电工仪表，还必须采取合理的测量方法，掌握正确的操作技能，才能尽可能地减小测量误差。
一、常用电工仪表的分类
在电工测量中，测量各种电量、磁量及电参数的仪器仪表统称为电工仪表。
电工仪表种类繁多，按结构和用途不同，主要分为指示仪表、比较仪表、数字仪表和智能仪表四大类。
1.指示仪表
指示仪表的特点：能将被测量转换为仪表可动部分的机械偏转角，并通过指示器直接指示出被测量的大小，故又称为直读式仪表。
指示仪表的分类：按工作原理分类，主要有磁电系仪表、电磁系仪表、电动系仪表和感应系仪表。此外，还有整流系仪表、铁磁电动系仪表等。
典型仪表：安装式仪表、便携式仪表，如图1-1所示。图1-1
2.比较仪表
比较仪表的特点：在测量过程中，通过被测量与同类标准量进行比较，然后根据比较结果才能确定被测量的大小。
比较仪表的分类：直流比较仪表和交流比较仪表。直流电桥和电位差计属于直流比较仪表，交流电桥属于交流比较仪表。
典型仪表：比较式直流电桥，如图1-2所示。图1-2
3.数字仪表
数字仪表的特点：采用数字测量技术，并以数码的形式直接显示出被测量的大小。
数字仪表的分类：常用的有数字式电压表、数字式万用表、数字式频率表等。
典型仪表：数字式电压表。
4.智能仪表
智能仪表的特点：利用微处理器的控制和计算功能，可实现程控、记忆、自动校正、自诊断故障、数据处理和分析运算等功能。
智能仪表的分类：智能仪表一般分为两大类：一类是带微处理器的智能仪器；另一类是自动测试系统。
典型仪表：数字式存储示波器，如图1-3所示。图1-3
二、电工指示仪表的型号
安装式仪表型号的编制规则：
1——第一位形状代码（数字），按仪表面板形状最大尺寸编制。
2——第二位形状代码（数字），按仪表外壳尺寸编制。
3——系列代码（字母），按仪表工作原理类别编制。如C为磁电式、T为电磁式、D为电动式、G为感应式、L为整流式等。
4——设计序号（数字）。
5——用途符号（字母）。如A表示电流表、V表示电压表等。
此外，还有便携式仪表和电能表，其编制规则大同小异。
三、电工仪表的标志、测量单位、符号
不同的电工仪表具有不同的技术特性。为方便选择和使用仪表，规定用不同的符号来表示这些技术特性，并标注在仪表的面板上，这些图形符号叫作仪表的标志。常用电工测量单位名称及符号如表1-1所示，常见符号标志如表1-2所示。表1-1 常用电工测量单位名称及符号表1-2 常见电工仪表符号标志续表1.2.3 电工指示仪表的误差和准确度
误差：在电工测量中，无论采用哪种电工仪表，也不论其质量多高，它的测量结果与被测量的实际值之间总会存在一定的差值，这个差值叫作误差。
准确度：是指仪表的测量结果与实际值的接近程度。
可见，仪表的准确度越高，误差越小。误差值的大小可以用来反映仪表本身的准确程度。
一、仪表的误差
基本误差：仪表在正常工作条件下，由于仪表本身的结构、制造工艺等方面的不完善而产生的误差叫作基本误差。基本误差是仪表本身所固有的误差，一般无法消除。
附加误差：仪表因为偏离了规定的工作条件而产生的误差叫作附加误差。附加误差实际上是一种因外界工作条件改变而造成的额外误差，一般可以设法消除。
二、误差的表示方法
1.绝对误差
仪表的指示值A与被测量实际值A之间的差值，叫作绝对误x0差。
在计算Δ值时，通常可用标准表的指示值作为被测量的实际值。
将上式变形可得
上式中的C=-Δ称为仪表的校正值。
实际中，在测量同一被测量时，我们可以用绝对误差的绝对值来比较不同仪表的准确程度，绝对值越小的仪表越准确。
例1-1 用一只标准电压表来校验甲、乙两只电压表，当标准表的指示值为220V时，甲、乙两表的读数分别为220.5V和219V，求甲、乙两表的绝对误差。
解：代入绝对误差的定义式得：
甲表的绝对误差Δ=A-A=220.5-220=0.5（V）1x10
乙表的绝对误差Δ=A-A=219-220=-1（V）2x20
2.相对误差
绝对误差Δ与被测量实际值A比值的百分数，叫作相对误差γ，0即
一般情况下实际值A难以确定，而仪表的指示值A≈A，故可用0x0以下公式计算：
实际测量中，相对误差不仅常用来表示测量结果的准确程度，而且便于在测量不同大小的被测量时，对其测量结果的准确程度进行比较。
例1-2 已知甲表测量200V电压时Δ=+2V，乙表测量10V电压时lΔ2=+1V，试比较两表的相对误差。
解：甲表相对误差为
乙表相对误差为
在测量不同大小的被测量时，不能简单地用绝对误差Δ来判断测量结果的准确程度，只能用相对误差来比较测量结果的准确程度。
3.引用误差
绝对误差Δ与仪表量程（最大读数）A比值的百分数，叫作引用m误差γ，即m
工程中，一般采用引用误差来反映仪表的准确程度。引用误差实际上就是仪表在最大读数时的相对误差，即满度相对误差。因为绝对误差Δ基本不变，仪表量程A也不变，故引用误差γ可以用来表示一mm只仪表的准确程度。
三、仪表的准确度
国家标准中规定以最大引用误差来表示仪表的准确度。
仪表的准确度：仪表的最大绝对误差Δ与仪表量程A比值的百mm分数，叫作仪表的准确度（±K%），即
K表示仪表的准确度等级，它的百分数表示仪表在规定条件下的最大引用误差。最大引用误差越小，仪表的基本误差越小，准确度越高。
仪表的基本误差如表1-3所示。表1-3 仪表的基本误差
若已知仪表量程，可求出不同准确度等级仪表所允许的最大绝对误差Δ，即m
例1-3 用准确度等级为5.0级、量程为500V的电压表，分别测量50V和500V的电压。求其相对误差各为多少？
解：先求出该表的最大绝对误差：
测量50V电流时产生的相对误差为：
测量500V电流时产生的相对误差为：
由以上计算结果可以看出：一般情况下，测量结果的准确度并不等于仪表的准确度，只有当被测量正好等于仪表量程时，二者才会相等。实际测量时，为保证测量结果的准确性，不仅要考虑仪表的准确度，还要选择合适的量程。
通常测量时要使仪表指针处在满刻度的后1/3段，如图1-4所示。图1-41.2.4 电工指示仪表的技术要求
一、要有足够的准确度
标准表或精密测量时可选用0.1级或0.2级的仪表。实验室一般选用0.5级或1.0级的仪表。一般的工程测量可选用1.5级以下的仪表。
二、要有合适的灵敏度
仪表的灵敏度：在电工指示仪表中，仪表可动部分偏转角的变化量Δα与被测量的变化量Δx之比值叫作仪表的灵敏度，用S表示，即
灵敏度描述了仪表对被测量的反应能力，即反映了仪表所能测量的最小被测量。
在实际测量中，要根据被测量的要求选择合适的灵敏度。
例如，万用表的测量机构就要选用灵敏度较高的仪表，而一般工程测量则不需要选用灵敏度较高的仪表，以降低成本。
三、要有良好的读数装置
良好的读数装置是指仪表的标度尺刻度应尽量均匀，以便于准确读数。对刻度不均匀的标度尺，应标明读数的起点，并用符号“·”表示。
均匀刻度便于读数，如图1-5所示；不均匀刻度易出现读数误差，如图1-6所示。图1-5图1-6
四、要有良好的阻尼装置
良好的阻尼装置是指当仪表接入电路后，指针在平衡位置附近摆动的时间要尽可能短，在仪表测量时指针能够均匀地、平稳地指向平衡位置，以便迅速读数。
若阻尼装置失效，则仪表会出现指针在平衡位置左右摆动，长时间不能停留在平衡位置的现象，从而延长读数的时间。
五、仪表本身消耗功率小
如果仪表本身消耗功率太大，轻者会改变被测电路原有的工作状态，从而产生较大的测量误差，重者可能造成仪表损坏。
六、要有足够的绝缘强度
使用中严禁被测电路的电压超过仪表的绝缘强度试验电压，否则将引起危害人身和设备安全的事故。
七、要有足够的抗过载能力
在实际使用中，由于某些原因使仪表过载的现象经常发生，因此要求仪表具有足够的抗过载能力，以延长仪表的使用寿命。否则仪表一旦过载，轻者指针被打弯，重者可能损坏仪表。
八、仪表的变差要小
仪表在反复测量同一被测量时，由于摩擦等原因造成两次读数不同，它们的差值称为“变差”。一般要求仪表的“变差”不应超过其基本误差的绝对值。1.2.5 测量误差的产生及消除方法
一、系统误差
定义：系统误差是指在相同条件下多次测量同一量时，误差的大小和符号均保持不变，而在条件改变时遵从一定规律变化的误差。
1.系统误差产生的原因（1）测量仪表的误差，包括基本误差和附加误差。（2）测量方法的误差。（3）仪表受外磁场的影响。（4）仪表本身不完善和外界因素影响造成的误差。
2.消除系统误差的方法（1）重新配置合适的仪表或对仪表进行校正。（2）采用合理的测量方法。（3）采用正负误差补偿法。（4）采用替代法。（5）引入校正值。
二、偶然误差
定义：偶然误差是一种大小和符号都不固定的误差，又称“随机误差”。
偶然误差产生的原因：偶然误差主要由外界环境的偶发性变化引起。
偶然误差的消除方法：采用增加重复测量次数取算术平均值的方法来消除偶然误差对测量结果的影响。
三、疏失误差
定义：疏失误差是一种严重歪曲测量结果的误差。
疏失误差产生的原因：主要由于操作者的粗心和疏忽造成。同时包括由于操作者不懂正确读数而造成的误差。
疏失误差的消除方法：对含有疏失误差的测量结果应抛弃不用。消除疏失误差的根本方法是增强操作者的工作责任心，倡导认真负责的工作态度，同时要提高操作者的素质和技能水平。1.2.6 电工指示仪表的组成及工作原理
一、电工指示仪表的组成
电工指示仪表的组成如图1-7所示。图1-7
测量机构是整个仪表的核心。为使仪表指针的偏转角能够正确反映被测量的数值，要求偏转角一定要与被测电量（过渡电量）保持一定的函数关系。
二、测量机构的主要装置
测量机构的主要装置：转动力矩装置、反作用力矩装置、阻尼力矩装置、读数装置、支撑装置。（1）转动力矩装置：产生转动力矩的装置都由固定部分和可动部分组成。转动力矩M的大小与被测量x及指针偏转角α呈某种函数关系。（2）反作用力矩装置：反作用力矩M一般由游丝产生。其方向F总是与转动力矩的方向相反，大小在游丝的弹性范围内与指针偏转角α成正比。用游丝产生反作用力矩的装置如图1-8所示。图1-8（3）阻尼力矩装置：为了缩短可动部分摆动的时间以利于尽快读数，仪表中还必须有产生阻尼力矩的装置。电工指示仪表中常用的阻尼力矩有空气阻尼器和磁感应阻尼器两种，如图1-9所示。图1-9
阻尼力矩的特点：阻尼力矩M只在仪表可动部分运动时才能产z生。M的大小与运动速度成正比，方向与可动部分的运动方向相z反，当可动部分在平衡位置静止时，M=0。z（4）读数装置：读数装置由指示器和刻度盘组成。
指示器分指针式和光标式两种。指针又分矛形和刀形，通常采用铝合金等材料制成，轻而坚固。光标式指示器可以完全消除视觉误差，适用于一些高灵敏度和高准确度的仪表，如图1-10所示。图1-10（5）支撑装置：测量机构中的可动部分要随被测量大小而偏转，就必须有支撑装置。常见的支撑方式有两种：轴尖轴承支撑方式和张丝弹片支撑方式，如图1-11所示。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]