作者：林瑜筠
出版社：中国铁道出版社
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铁路信号测量(第二版)试读：
版权信息书名：铁路信号测量（第二版）
作者： 林瑜筠
排版：中国铁道出版社
出版社：中国铁道出版社
出版时间：2017.12
ISBN：978-7-113-23828-5
本书由中国铁道出版社授权北京当当科文电子商务有限公司制作与发行。
— · 版权所有 侵权必究 · —内容简介
本书为铁路职业教育铁道信号类系列规划教材之一。全书理论联系实际，除绪论外，共包括六章的内容，分别是：电测量指示仪表、较量仪器、电子仪表、信号设备电气特性测量、信号器材测量和信号集中监测在铁路测量中的运用。
本教材为铁路高职、中职铁道信号类专业教材，也可供铁路信号工作人员学习参考。第二版前言
本书为铁路职业教育铁道信号类系列规划教材之一。本书是在原有教材的基础上，根据铁路信号发展的实际情况修订而成的。一是因为近来铁路，尤其是高速铁路发展迅速，出现了不少新设备；二是因为随着测量技术的进步，出现了一系列综合测试系统，为铁路信号测量构筑了新的平台；三是因为信号集中监测系统已经普及，而且有专门的课程介绍。原来的教材已经不能适应铁路信号的发展，于是与时俱进，修订成本教材。
信号设备特性测试是信号维护工作的重要内容之一。通过对信号设备特性的测试，掌握和分析设备的运用状态，对于及时发现设备缺陷、预防设备故障、指导维护工作、保证设备正常运用，具有十分重要的意义。为此，信号工作人员必须懂得常用仪表的测量原理，掌握各种常用仪表的使用方法和各种主要信号设备电气特性的测量方法，并了解信号测量的新技术、新方法。
对于铁路信号所使用的仪表，本书介绍了常用的、具有代表性的仪表，并着重介绍仪表的测量原理和常规使用方法，删除了原有教材部分陈旧仪表的内容，补充了一些新型仪表的内容。至于各仪表的具体电路原理，本书不做详尽介绍，读者如需了解，可参阅有关书籍。在学习了本书所介绍的测量原理和使用方法后，对于其他同类仪表，可举一反三，阅读使用说明书予以掌握。熟悉仪表性能和测量原理后，可根据测量对象的具体情况和要求，在仪表性能所允许的范围内灵活运用，以充分发挥仪表的使用效率。
信号设备电气特性测试，分为日常维修测试和入所修测试两部分。前者以《普速铁路信号维护规则业务管理》《高速铁路信号维护规则业务管理》规定的电气特性测试项目为根据；后者以相关器材的铁道行业标准为根据。首先介绍基本测试方法，然后举例介绍综合测试装置的运用。这里的信号设备，包括目前我国铁路大量采用的主要信号设备，尤其是新型信号设备，不包括趋于淘汰的设备。综合测试装置有多种，本书只是举例说明。
对于信号集中监测，则介绍运用其进行测试的方法。
本书由南京铁道职业技术学院林瑜筠任主编，南京电务段李卫兴、信阳电务段赖卫华、南京铁道职业技术学院曹峰任副主编，中国铁路总公司电务部靳俊任主审。曹峰编写了第一章；武汉电务段夏世锋编写了第二章；赖卫华编写了第三章；李卫兴编写了第四章；南京电务段张华殿编写了第五章；济南电务段张韫斌编写了第六章。
由于编者水平所限，时间仓促，资料搜集不全，教材中难免有错误、疏漏之处，恳请读者提出批评及改进意见，以不断提高本书质量。
编者2017年9月第一版前言
本书由铁道部教材开发小组统一规划，为铁路职业教育规划教材。本书是根据铁路职业教育铁道信号专业教学计划“铁路信号测量”课程教学大纲编写的，由铁路职业教育铁道信号专业教学指导委员会组织，并经铁路职业教育铁道信号专业教材编审组审定。
信号设备特性测试是信号维护工作的重要内容之一。通过对信号设备特性的测试，掌握和分析设备的运用状态，对于及时发现设备缺陷、预防设备故障、指导维护工作、保证设备正常运用，具有十分重要的意义。为此，信号工作人员必须懂得常用仪表的测量原理，掌握各种常用仪表的使用方法和各种主要信号设备电气特性的测量方法，并了解信号测量的新技术、新方法。
本教材分为：信号常用仪表、主要信号设备测量、信号设备微机监测三大部分。
对于铁路信号所使用的仪表，教材介绍了常用的具有代表性的仪表，并着重介绍仪表的测量原理和常规使用方法。本教材删除了原有教材部分陈旧仪表的内容，补充了一些新型仪表的内容。至于各仪表的具体电路原理，本教材不作详尽介绍，读者如需了解可参阅有关书籍。在学习了本教材所介绍的测量原理和使用方法后，对于其他同类仪表，可举一反三，阅读使用说明书予以掌握。在熟悉仪表性能和测量原理后，可根据测量对象的具体情况和要求，在仪表性能所允许的范围内灵活运用以充分发挥仪表的使用效率。
信号设备电气特性测试，分为日常维修测试和入所修测试两部分。前者以《信号维护规则业务管理》规定的电气特性测试项目为根据，后者以相关器材的铁道行业标准为根据，介绍的都是基本测试方法，至于现场各单位自行研制的一些综合测试装置，因种类繁多，缺乏统一标准，本教材未能一一予以介绍。这里的信号设备，包括目前我国铁路大量采用的主要信号设备，尤其是新型信号设备，不包括趋于淘汰的设备。
对于信号设备微机监测，则介绍最新的铁道部统一设计的系统，包括TJWX-2000型信号微机监测系统、TJWX-2006型信号微机监测系统和转辙机缺口报警装置。
本教材既可作为铁路职业技术学院、中等专业学校信号专业的教学用书，又可供现场技术培训作为教材，还可供现场工程技术人员和技术工人作为参考资料。教材中，用楷体编排的，中专可以选学。各校、各单位在组织教学时，应根据不同层次的实际需要，选择一定的深度；也应根据各地区信号设备的具体情况，确定适当的广度。
本教材由南京铁道职业技术学院林瑜筠主编，武汉铁道职业技术学院陈煜德主审。参加编写的有南京铁道职业技术学院薄宜勇、洪冠。其中林瑜筠编写第一、二、四、五章，林瑜筠、洪冠编写第三章，林瑜筠、薄宜勇编写第六章。2007年11月在重庆召开了本教材审稿会，参加审稿的有内江铁路机械学校姚晓钟、向军，武汉铁道职业技术学院张仕雄、李俊娥，兰州交通大学谭丽，湖南交通工程职业技术学院李晓瑜，辽宁铁道职业技术学院张胜平，重庆铁路高级技工学校刘廷明、王宏、于久成。
由于编者水平所限，时间仓促，教材中不免有错误、疏漏，恳请读者提出批评及改进意见，以不断提高教材质量。
编者2008年5月绪论
一、测量
测量是为确定对象的量值而进行的实验过程，它用实验方法借助测量工具来获得未知量的大小，是人们对自然界客观事物取得数量概念的一种认识过程，也是人们认识自然最直接、最重要的手段之一。
在科学技术发展过程中，测量尤为重要。任何科技成就，离开科学实验中的测量是无法取得的。测量技术的不断完善、精度的不断提高，会使人们发现新的自然规律，而科学技术的发展又为测量技术的提高奠定了基础。
测量的原理和方法是多种多样的。其中，用电的原理和方法实现测量，称为广义的电测，它包括电磁测量、电子测量和非电量的电测量。电测是测量范畴里发展最快、应用最广的领域。可以说，几乎一切电量和非电量都可借助电测技术来进行测量，而一切先进的测量仪表也都直接或间接地采用了电测技术。
测量技术是研究测量原理、方法和仪器仪表等方面内容的技术。利用电磁技术所进行的测量，一般称为电磁测量；利用电子技术所进行的测量称为电子测量；通过传感器等变换技术将非电量转换成为电信号再进行的测量称为非电量电测。
按获得测量结果的方法，可分为直接测量、间接测量和组合测量。直接测量是无需对被测量与其他实测的量进行辅助计算而直接得到被测量的测量方法；间接测量是利用直接测量的量与被测量之间已知的函数关系，经计算得出被测量的测量方法；组合测量则是兼用直接测量与间接测量的方法。
按所用测量仪器仪表，分为直接测量法和比较测量法。直接测量法直接从仪器仪表上读出测量结果；比较测量法是在测量过程中通过被测量与标准量进行比较获得测量结果的。
按测量方式可分为自动测量和非自动测量，原位测量和远距离测量（遥测）。按精密程度可分为精密测量和工程测量。
采用正确的测量方法可以得到比较精确的测量结果。在选择测量方法时，首先要考虑被测量本身的特点和性质、所处的环境条件、所需要的精确程度及所具有的测量设备等因素，使测量方法和测量仪器仪表相配合，以正确选择测量方法、测量结果，并编制合理的测量程序。
二、铁路信号与测量
信号维护工作的目的是为了掌握设备性能，预防设备故障，保证设备经常处于良好的运用状态。设备性能是通过其电气特性和机械特性体现出来的，设备故障也以其特性的变异为表现形式，因此只有通过电气特性测量，采集有关数据，才能准确地、定量地掌握设备的运用状态，为发现设备缺陷、分析设备故障提供科学依据。所以，电气特性测试是信号维护工作的重要内容。在信号设备的研究、制造、施工过程中，电气特性测试同样是不可缺少的重要环节。
随着铁路信号向现代化发展，越来越多的新技术、新设备、新器材、新系统投入运用，它们的使用和维护不仅离不开电气特性测试，而且对其提出了更高的要求。
铁路信号设备维护工作由维修、中修、大修三部分组成，测试工作是信号设备维护工作的重要内容之一，它含在维修、中修、大修之中。道理很简单，没有正确的、经常的电气特性测试，就不能明确把握信号设备的运用状态，就不能保证良好的设备质量和运用质量。因而，信号工作人员必须认真执行关于电气特性测量的有关规定，搞好各项测试工作。
主要信号设备指轨道电路、信号机、转辙机、机车信号、电源设备、继电器、自动闭塞、电缆、地线和防雷元件等。对于它们的电气特性测量，归纳起来，就是对于电流和电压的测量，功率和电能的测量，频率和相位的测量，电阻的测量，交流阻抗、电容、电感的测量，磁量的测量等。
三、测量和仪表
电气特性测试是通过各种仪表的使用得以完成的，只有熟练、正确地使用有关仪表，才能搞好生产和维修中的各项测试工作。因此，信号工作人员不仅要不断学习新技术，掌握新设备，运用现代管理方法，还必须熟悉各种有关仪表的性能、测量原理和正确的使用方法。
利用仪表进行测量，具有快速、连续测量、自动检测等一系列优点。
电测量可分为电工测量和电子测量两大类。所谓电工测量，就是把被测电量或磁量与作为测量单位的同类电量或磁量进行比较，以确定电量或磁量的过程。测量电量或磁量的仪器仪表则统称为电工仪表。
电工仪表是实现电工测量过程所需技术工具的总称，其测量对象主要是电流、电压、功率、电能、相位和频率等电量，电阻、电容、电感等电参量，磁感应强度、磁场强度和导磁系数等磁量。
电工仪表种类很多，根据它们的原理、用途等方面的特性，可分为指示仪表、积算仪表、较量仪器、记录仪表、数字仪表、测磁仪器等六大类。指示仪表是基于直读法的仪表，可由它们的指示器的偏转角位移直接读出测量结果。积算仪表用以测量与时间有关的电量，在测量时间内仪表对被测量进行累计，电度表就是用来积算电能的一种积算仪表。较量仪器是基于比较法进行测量的仪器。记录仪表把被测量与另一变量的函数变化关系连续记录下来。数字仪表是采用逻辑电路，用数码显示被测量的仪表。测磁仪器用于测量基本磁量和磁性材料特性。最常用的电工仪表是指示仪表和较量仪器。
随着生产和科学技术的飞跃发展，电工测量技术的测量对象也扩展到相当大的范围，如电流从10 -16 A到10 5 A，电压从10 -9 V到10 7 V，电阻从10 -8 Ω到10 16 Ω的数量级等，并且已生产了准确度高达0.05级的指示仪表。
近年来，综合了电子技术和计算技术的最新成果而发展起来的各种类型的数字仪器仪表，具有数字显示、高准确度、高灵敏度、高测量速度及适用于各种参数测量和集中控制等一系列优点，从而成为今天电工测量技术的一个新的领域和重要的发展方向。
电子测量的含义有狭义和广义两种。狭义地说，电子测量是指对于电子技术中各种电参量的测量。广义地说，凡运用电子技术对于一切电的和非电的参量所进行的测量均可称为电子测量。
对于电参量的测量包括：电能量的测量（包括各种频率及波形的电压、电流、功率等）、电信号的测量（包括波形、频率、时间、相位、噪声及逻辑状态等）、电路参数的测量（包括阻抗、品质因数、器件参数等）、导出量的测量（包括增益、失真度、调幅度等）、图示特性曲线（包括幅频特性曲线、器件特性曲线等）。
随着电子技术的发展，许多非电量也都力图通过一定的传感器变换成电信号，再利用电子技术进行测量。
电子测量除了对上述参数进行稳态测量外，还可对自动控制系统的过渡过程等进行动态测量。
和其他测量技术相比，电子测量具有频率范围广、量程范围广、测量准确度高、测量速度快、易于实现遥测和测量过程自动化等明显特点。
电子测量仪器指参与电子测量工作的设备，包括各种直读仪器、比较仪器、测试用信号源等。电子测量仪器按被测对象可分为电平测量仪器（指电子电压表、数字电压表、电平表等）、测试用信号源（供测试电子电路各种性能、指标用的信号源，如各种信号发生器）、信号分析仪器（指频谱分析仪和失真度测量仪等）、频率、时间及相位测量仪器（指数字式频率计、数字相位计等）、波形测量仪器（指各种示波器）、电路参数测量仪器（用于测量各种元器件的电参数，如晶体管特性图示仪）。
随着电子学特别是半导体技术的发展，电子仪器在性能、测量功能及结构方面都取得巨大的进展。新的测量技术和仪器不断涌现。电子仪器已经经历了电子管、晶体管、集成电路、大规模集成电路四个时期。近年来，电子仪器发展更快，取样技术、扫频技术、频率合成技术、锁相技术，特别是计算机技术应用于电子仪器，使电子仪器正在向集成化、多功能化、数字化、自动化方面迅速发展。
同模拟显示仪器相比，数字显示具有明显的优点：直接读数可免除人为的读数误差、有存储能力、响应速度高、分辨力高、测量精度高。但模拟显示仪器价格便宜，并且能指示出被测量的变化方向，仍然很有用。现在几乎所有电子仪器都能数字化。
自动化测量包括仪器本身自动调整、自动减小测量误差、自动选择量程、自动转换极性、自动测量、自动计算、自动记录、自动显示结果、自动查找仪器故障等内容。
系统化测量指多种仪器通过接口设备组合成一种自动测试系统，由计算机进行控制。
随着科学技术的发展，测量项目越来越多，使用者往往希望能选用合乎他们需要的通用仪器，从而促使仪器向多功能方向发展，如通用计数器，通过插入单元的更换，可用来测量频率、周期、频率比、时间间隔、电压、电流、相位等多种参数。
四、计算机和测量
微型计算机引入仪器仪表，既实现了仪器仪表的小型化、自动化、多功能化、智能化、系统化，又提高了测量精度和测量效率。由于微型计算机具有收集数据和信息处理的功能，使复杂的测量结果能以不同的格式显示出来，从而进一步提高测量效率。这种“智能”仪器，将逐渐占主导地位。
在信号维修工作中，根据需要和长期积累的经验，逐渐采用了一些固定的测试装置，如轨道电路测试盘、电缆绝缘测试盘等，带来了一些方便，但这些装置分散使用、功能单一、不成系统、自动化程度低。随着科学技术的发展及维修改革的深化，出现了信号集中监测系统，它除了具有自动测试功能外，还有故障记忆、再现、诊断、报警、打印等多种功能。
为了提高产品质量，还用微型计算机参与产品各部件参数的测试，同时综合所测试的参数指标进行统计分析，构成综合测试台，如对继电器、转辙机、自动闭塞元部件、机车信号器材、信号灯具等的测试。采用综合测试可大大提高工效、减少测量误差、降低劳动强度。
在信号测量工作中运用计算机，是一大技术进步，是测量工作发展的方向，也是促进铁路信号及其维修技术现代化的有效工具。
五、铁路信号集中监测系统和测量
铁路信号集中监测系统（CSM）是监测信号设备状态、发现信号设备隐患、加强信号设备结合部管理、分析信号设备故障原因、辅助故障处理、指导现场维修、反映设备运用质量、提高电务部门维护水平和维护效率的重要信号设备，是信号设备维护的综合监测平台。
CSM采用先进的数字信号处理技术、现场总线技术、传感技术、计算机网络通信技术、数据库及软件工程技术等现代科学技术手段，监测并记录信号设备的主要运行状态，可扩展智能化预警分析技术和故障诊断技术辅助并指导现场设备维护，提高电务部门维护水平和维护效率，是信号设备维修工作必备的维护工具和装备，是面向用户的开放性和模块化设计的系统。
CSM已经成为信号设备安全的“黑匣子”，是信号维修技术的重要突破，是信号维修体制改革的重要技术支撑，是信号设备实现“状态修”的必要手段，也是信号维修技术向高安全、高可靠和网络化、智能化发展的重要标志之一。
CSM已广泛应用于中国铁路，提供了维修现代化的技术手段，这就大大提高了维修水平和维修效率。特别是CSM在高速铁路中的成功应用，使电务维护人员通过CSM这一平台掌握所有信号设备的实时运行状态，解决了维护人员运营期间无法上道巡检的实际问题。
充分发挥CSM的先进性、可靠性、安全性、实时性，利用其进行信号设备日常测试，使得铁路信号设备测试手段由人工手动测试升级为设备自动测试，大大提高了测试可靠性和精确度，减轻了维修人员的劳动强度。第一章电测量指示仪表
电测量指示仪表是最常用的一类电工仪表。电测量指示仪表直接将被测电量转换为仪表可动部分的机械位移，由连接在可动部分上的指针在标度尺上给出指示，反映被测量的数值。电测量指示仪表有相当长的发展史，基本结构和制造工艺已经很完善。电测量指示仪表具有结构简单、工作稳定、测量范围广、读数可靠、价格低廉、维修方便、体积小和适于大批生产的特点，又由于测量过程简便，因此在各部门得到广泛应用。第一节电测量指示仪表的一般知识
一、电测量指示仪表分类
电测量指示仪表种类繁多，分类方法也很多。了解仪表的分类，有助于认识它们的特性。以下介绍几种常用的分类方法。
1.按工作原理分类
主要有磁电系、电磁系、电动系、感应系仪表。
2.按被测量的种类分类
主要有测量电流的电流表（安培表、毫安表、微安表），测量电压的电压表（伏特表、毫伏表），测量功率的功率表（瓦特表），测量电阻的欧姆表、兆欧表，测量功率因数的相位表，测量频率的频率表，测量电容的法拉表，测量电能的电度表（瓦时表），以及多种用途的仪表，如万用表等。
3.按使用方式分类
有安装式和可携式两类。安装式仪表又称开关板式仪表，固定安装在开关板或电气设备的面板上，一般准确度较低、价格也较低。可携式仪表便于携带，一般准确度较高，价格也较贵。
4.按被测电流的种类分类
有直流仪表、交流仪表、交直流两用仪表。
此外，按读数机构可分为指针式和光标式。还可按准确度等级、对外电场磁场的防御能力、使用条件和外壳的防护性能进行分类。
二、电测量指示仪表的组成及工作原理
1.仪表的组成
电测量指示仪表的种类很多，但它们的基本原理都是将被测电量变换为仪表活动部分的偏转角位移。为了将被测电量变换成角位移，电测量指示仪表通常由测量机构和测量线路两部分组成，其方框图如图1-1所示。
图1-1 电测量指示仪表组成方框图
测量机构是指示仪表的核心部分，仪表的偏转角位移是靠它来实现的。测量机构分为两部分，即活动部分和固定部分。用以指示被测量数值的指针就装在活动部分上。
测量机构的主要作用是：产生转动力矩，驱使指针转动；产生反作用力矩，使指针静止在平衡位置，从而指示出被测量的数值；产生阻尼力矩，使指针克服惯性更快地静止在平衡位置。
测量线路的作用是将被测量变换成为测量机构可以直接测量的电量和磁量。电压表的附加电阻、电流表的分流电阻等都属于测量线路。
2.磁电系仪表
磁电系仪表是利用永久磁铁的磁场与载流线圈的电流相互作用产生转动力矩的原理制成的。它具有灵敏度高、准确度高、标尺均匀、便于调整、功耗小、外磁场影响小、工作稳定可靠等一系列优点，应用非常广泛，在电测量指示仪表中占有极其重要的地位。它常用来测量直流电流、电压和电阻；加上整流器时，可用来测量交流电流和电压；采用特殊结构时，可构成检流计，用来测量极其微小的电流（如10 -10 A）。（1）磁电系测量机构
磁电系仪表结构的特点是具有固定的永久磁铁和活动的线圈。其固定部分包括永久磁铁、磁轭、极掌，活动部分包括圆柱形铁芯、活动线圈（动圈）、指示器（如指针和灯光反射镜）、转轴（或张丝、吊丝等）。磁电系仪表的测量机构的结构如图1-2所示。
图1-2 磁电系测量机构的结构
磁电系仪表的磁路系统通常包括强磁力的永久磁铁、连接在永久磁铁两端的磁轭、磁轭两端的半圆筒形极掌、两极掌间空腔中固定于支架上的圆柱形铁芯以及极掌与圆柱形铁芯间的气隙。极掌和铁芯由软磁性的电工钢制成。铁芯与极掌间的气隙内产生均匀的辐射磁场。
动圈是在一个铝框上用很细的绝缘铜线绕制而成的，其两端各连接一个轴。轴尖支承在宝石轴承上，可转动，指针固定在轴上。
反作用力矩由游丝产生。游丝有上、下两个，它们的绕向相反，内端固定在轴上，外端固定在支架上。当仪表的活动部分受到转动力矩的作用而转动时，游丝也随之被扭转变形，由于它是螺旋式弹簧，有力图恢复原状的特性，因而产生反作用力矩。通过动圈的电流越大，仪表活动部分的偏转角越大，游丝的反作用力也就越大。游丝还兼作将电流引入动圈的引线。
在指示仪表中，为使仪表指针起始在“零”位置，通常有一个调零器，它的一端与游丝相连。如果仪表使用前其指针不能指在零位，则可用螺丝刀轻轻调节露在表壳外面的调零器杆，使仪表指针逐渐趋于零位。
磁电系仪表设有专门的阻尼器，一般利用绕有动圈的铝框架（或在动圈上特意绕几匝短路线匝）来产生阻尼力矩。其作用原理是：当动圈在磁场中运动时，闭合的铝框架切割磁力线产生感应电势，从而在铝框中产生感应电流i 。该电流与气隙中的磁场相互作用产生力e矩M ，该力矩的方向总是与动圈转动的方向相反，从而阻止动圈来e回摆动，使动圈很快地静止下来，参见图1-3。
图1-3 铝框的阻尼作用
须指出，上述阻尼力矩只有在动圈转动时才产生，动圈静止下来后，它也就不存在了，所以它对测量结果没有影响。（2）磁电系仪表的工作原理
对磁电系仪表来说，当处在永久磁铁的磁场中的动圈有电流流过的时候，通有电流的线圈与磁场相互作用产生一定大小的转动力矩，使活动部分偏转；同时一端固定在活动部分上的游丝或张丝因扭曲变形产生反作用力矩，且该力矩随着活动部分偏转角的增大而增大。当反作用力矩增大到与转动力矩相等时，活动部分最终将停留在相应位置，指针即在标度尺上指示出被测量的数值。
由前述，极掌和圆柱形铁芯之间的气隙磁场呈均匀的辐射状分布，设其磁感应强度为B，动圈中通以电流I时，作用在动圈与磁场方向相垂直的每一边的电磁力F=BIlw（l为动圈与磁场方向垂直的边的长度，w为动圈的匝数）。动圈与磁场方向垂直的两边受到相同大小的作用力，所以作用在动圈上的力矩M=2Fr=2BIlwr（r为铝框中心线到铝框的距离）。动圈所包含的面积A=2rl，所以M=BIwA。
若指针的偏转角度为α，则游丝产生的反作用力矩M =Dα（D是α游丝的反作用系数，其大小决定于游丝的材料性质和几何尺寸）。
指针静止在某一平衡位置时，转动力矩与反作用力矩相等，此时M=M ，则α=M /D=M/D=BAwI/D=sI。式中s=BAw/D，是磁电系测αα量机构的灵敏度。对某一仪表而言，它是一个常数，因B、A、w、D决定于仪表的结构和材料性质，它们的数值对于某一仪表来说都是固定的。
因此，磁电系仪表可用来测量直流电流以及与直流电流有联系的其他物理量，而且由于偏转角α与通过动圈的电流I成正比，所以标度尺上的刻度是均匀的。（3）磁电系电流表
磁电系测量机构所能允许流过的电流很微小，因动圈的导线很细，电流过大会因过热而烧坏绝缘；同时游丝所允许通过的电流也不能过大，否则游丝会因过热而变形，所以磁电系测量机构可以直接测量的电流范围一般为几十微安。如果要用它来测量较大的电流时，就必须扩大量限。
磁电系电流表是采用分流的方法来扩大量限的。就是在测量机构上并联一个分流电阻R ，如图1-4所示。并联了分流电阻后，通过磁fl电系测量机构的电流I 就只是被测电流I的一部分。设测量机构的电C阻为R ，则R I =[（R ·R ）/（R +R ）]·I，故I =[R /（R CCCflCflCCfl +R ）]·I。由于R 、R 均为常值，因此I 和I之间存在着一定的flCflCC比例关系。如果在电流表刻度时，考虑这一关系，便可直接读出被测电流I。
图1-4 电流表的分流
若要将磁电系测量机构的量限扩大成n倍，所需分流电阻值R fl=[R /（n-1）]，为测量机构内阻R 的（n-1）分之一。CC
如果采用大小不同的分流电阻，就可以制成多量限的电流表。
在实际工作中，当被测电流较大时（如50A以上），由于分流电阻发热严重，将影响测量机构的正常工作，而且体积也较大，一般将分流电阻做成单独的装置，称为外附分流器，如图1-5所示。它有两对接线端钮，粗的一对叫“电流接头”，串联于被测电路中；细的一对叫“电位接头”，磁电系测量机构和它并联。分流器上一般不标注电阻值，而标注“额定电流”和“额定电压”值。额定电压一般都统一规定为75mV或45mV。当测量机构的电压量限（即电流量限与内阻R 的乘积）也等于这一额定电压时，加上分流器后，它的电流量限C就等于分流器的额定电流值。两者务必配套使用为同一额定电压值。
图1-5 外附分流器（4）磁电系电压表
将磁电系测量机构并联在被测电压的两端点上，可测量电压，因I =U/R ，所以α=（S/R ）U，根据仪表指针偏转即可直接测得被CCC测电压。但是磁电系测量机构只能通过微小的电流，因此只能测量很低的电压，不能满足实际需要。
为了测量较高的电压，又不使测量机构中超过所允许的电流值，可在测量机构上串联一电阻R 的办法来达到，R 叫做附加电阻，如fjfj图1-6所示。这时通过测量机构的电流I =[U/（R +R ）]，只要R CfjCfj的阻值不变，I 与被测两点间的电压就成正比，偏转角α仍能反映被C测电压的大小。
图1-6 电压表的附加电阻
将磁电系测量机构的量限扩大成m倍的电压表时，要串联附加电阻R =（m-1）R ，即为测量机构内阻的（m-1）倍。fjC
串联不同的附加电阻，磁电系电压表就可以制成多量限的。
用电压表测量电压时，电压表内阻越大，对被测电路影响越小。对于电压表而言，每伏电压所对应的内阻的大小，称为电压灵敏度。各量限的内阻与相应电压量限的比值为一常数，即为电压灵敏度，它是电压表的一个重要常数。它主要由测量机构的满标度电流决定。常常在电压表的铭牌上标明电压灵敏度，其单位为“Ω/V”。在使用中，电压灵敏度对测量线路和测量结果至关重要。电压灵敏度越高，电压表对测量线路的分路影响越小，测量结果越准确。
要测量交流电，必须解决磁电系仪表在交流电作用下，转动力矩的大小和方向作周期性变化而无法读数的问题。解决该问题的方法有两种：一是从测量电路入手，即将被测交流电通过整流变换为直流电；二是从改变测量机构入手，即采用和磁电系仪表不同的测量机构，使其转动力矩的平均值能反映出交流电量的大小，属于这种类型的仪表有电磁系、电动系和感应系等。
3.电磁系仪表
电磁系仪表是交、直流两用仪表，是利用可动铁片与通过电流的固定线圈（或与被此线圈磁化的固定铁片）之间的作用而制成的。它具有结构简单、体积小、牢固、成本低、便于制造、电流不经过活动部分、过载能力强、不需加分流器等优点，因而得到广泛应用。
电磁式仪表的偏转角α与交流电流的有效值I的平方成正比。因此它的刻度是不均匀的，标度尺的刻度前密后疏，以致其前面部分读数困难。
电磁系仪表的磁场是由固定线圈建立的，整个磁路系统几乎没有铁磁材料，磁阻很大，因而磁场很弱，外磁场对测量影响很大，为了防御外磁场的影响，必须采取一定措施。
4.电动系仪表
如果用通有电流的线圈代替磁电系仪表的永久磁铁，便构成电动系仪表。固定线圈可通以直流电，也可通以交流电，因此电动系仪表的用途就较广泛。除了可做成交直流两用的准确度较高的电流表、电压表外，还可做成测量电功率的功率表、测量相位的电动系相位表和测量频率的电动系频率表。其主要优点是交直流两用，有较宽的频率使用范围，并能达到很高的准确度，因此在电测量指示仪表中占有很重要的地位。
电动系仪表用于交流电测量时，转动力矩随电流的变化而变化，偏转角α的大小决定于瞬时转动力矩在一个周期内的平均值。当电流为正弦交流电时，偏转角不仅与通过两线圈的电流有效值有关，而且与两电流之相位差的余弦成正比。
电动系仪表准确度高，但过载能力差，标尺刻度不均匀（功率表除外），易受外磁场干扰，故精密的电动系仪表都采用磁屏蔽或无定位结构。
5.感应系仪表
感应系仪表的转动力矩由一个或几个固定线圈的磁通与该磁通在活动部分中感应出的电流相互作用而产生。它只能用于测量交流电。感应系仪表一般在交流电路中作为测量功率和电能之用，以测量电能的电度表应用最为广泛。
三、电测量指示仪表的误差及准确度
任何一个电测量指示仪表在测量时都有误差，它说明仪表的指示值和被测量的实际值（通常以标准仪表的指示值作为被测量的实际值）之间的差异。而准确度则说明仪表指示值与被测量的实际值相符合的程度。误差越小，准确度就越高。
1.仪表误差的分类
根据引起误差的原因，可将误差分为基本误差和附加误差。（1）基本误差
指仪表在规定的正常工作条件下进行测量时所具有的误差，它是仪表本身所固有的，是由于结构和制作上的不完善而产生的。所谓正常工作条件指：仪表指针调整到零点；仪表按规定的工作位置安放；周围的温度是（20±5）℃或是仪表上所注明的温度；除地磁场外，没有外磁场；对于交流仪表来说，电流的波形是正弦波，频率是所规定的数值。
产生基本误差的原因很多，其中主要是活动部分不平衡、轴承摩擦、标度尺分度和装置不精密、游丝的永久变形、内部电磁场影响等。（2）附加误差
当仪表不是在正常条件下工作时，仪表的读数与被测量实际值之间就产生了某些差异，此种差异是由于外界因素的影响破坏了仪表的正常工作条件而引起的，故称为附加误差。附加误差有温度误差、外磁场误差、频率误差和工作位置不正确误差等。
①温度误差是由于温度变化所引起的线圈电阻和仪表其他载流部分的电阻、游丝反作用力矩和永久磁铁磁场的变化等原因产生的。
②外磁场误差是由于外部永久磁铁、电流所产生的磁场加在仪表的固有磁场上而产生的。交变外磁场还可使仪表的某些部分产生感应电流而产生误差。仪表固有磁场越弱，外磁场影响越大。可采用磁屏蔽或无定位机构的仪表来减小外磁场附加误差。
③频率误差是由于频率变动引起电抗、电流、磁通、感应电势的变化而产生的误差。为消除频率对仪表的影响，可采用补偿线路的方法。
④工作位置不正确误差是由于仪表放置位置不符合规定所产生的误差。
正确地使用仪表，可减小或消除附加误差，提高测量的准确性。
在计算使用中的仪表误差时，应包括基本误差和附加误差。
2.误差的表示方式
误差常用绝对误差、相对误差和引用误差来表示。（1）绝对误差
测量值A 与被测量的实际值A 之间的差值称为绝对误差Δ。x0
Δ=A -A x0
绝对误差是具有数量上的大小和正、负符号的一个量，它的单位与被测量相同。绝对误差不能反映出被测量的准确程度，这是绝对误差表示方法的不足之处，因此提出了相对误差的表示方式。（2）相对误差
相对误差是绝对误差Δ与被测量的实际值A 之间的比值，它通0常用百分数β来表示，即
相对误差能衡量测量结果的误差大小，它给出了测量误差的清晰概念，便于对不同的测量结果进行比较。因此，它是误差计算中最常用的表示方法。在实际测量中，凡是要求衡量测量结果误差或估计测量结果的准确度时，一般都是确定测量结果的相对误差。
在实际计算中，有时难于求得被测量的实际值，在已知误差较小、要求不太严格的情况下可以用仪表的指示值A 代替实际值，即β xx=（Δ/A ）×100％，称为示值相对误差。x（3）引用误差
电测量指示仪表的准确度是用相对误差来衡量的，但采用相对误差的表示方法是难以实现的，因为仪表是在某一规定范围内对被测量进行测量的，如果绝对误差在仪表标尺的全长上保持恒定，那么仪表标尺的各个不同部位相对误差不是一个常数，而且变化很大，无法表示仪表的准确度。为了方便地表示仪表的准确度等级，引出了引用误差的概念。
引用误差β 是仪表的绝对误差Δ与其测量上限A 之比的百分mm数，即
相对于仪表标尺工作部分所出现的最大绝对误差Δ ，有最大引m用误差β =（Δ /A ）×100％。mmm
3.仪表准确度
当仪表在规定工作条件时，在它的标度尺的工作部分（指标度尺上仪表指示值误差保证在允许的误差以内的部分）的全部分度线上出现的最大引用误差β 的百分数值，就称为仪表的准确度等级。若以mK表示仪表的准确度等级，则有
对于欧姆表和万用表的欧姆挡，因为它们的上量限为∞，不便计算，故以标度尺的长度百分数来表示。又因为它们的标度尺是非线性的，也可以用指示值的百分数来表示。
仪表的准确度用来表示基本误差的大小。仪表的准确度越高，基本误差越小。
根据国家标准规定，目前我国生产的电测量指示仪表的准确度分为七级，即0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0级。我国旧标准中准确度的最后一级为4.0级，所以使用仪表中5.0、4.0级都有。此外，由于仪表工业的不断发展，目前已出现准确度0.05级的指示仪表。
各等级准确度的指示仪表在规定条件下使用时的基本误差不应超出表1-1所规定的数值。
表1-1 各级仪表的基本误差
4.应用仪表准确度估计测量误差
在运用电测量指示仪表直接进行测量时，可根据仪表准确度等级来估计测量结果的误差。
若仪表的准确度等级为K，则仪表在规定条件下进行测量时，测量结果中可能出现的最大绝对误差为Δ =±K％·A 。mm
那么用该仪表测量时，若得到的读数为A′ ，则测量结果可能出x现的最大相对误差为
例如：用准确度为0.5级，量限为5A的电流表，在规定条件下测量某一电流，读数为2.5A，求测量结果的准确度（即求测量结果的相对误差）。
解：用准确度为0.5级，量限为5A的电流测量时，可能出现的最大绝对误差为
Δ =±K％·A =（±0.005）×5=±0.025（A）mm
故测量结果可能出现的最大相对误差为
可见，仪表的准确度对测量结果的准确度影响很大。但一般说来，仪表的准确度并不就是测量结果的准确度，后者还与被测量的大小有关。只有仪表满标度偏转时，测量结果的准确度才等于仪表的准确度。因此，应注意不要将两者混为一谈。
四、仪表的灵敏度和仪表常数
在测量过程中，如果被测量变化一个很小的ΔX值，引起测量仪表活动部分偏转角改变Δα，则Δα与ΔX的比值称为该仪表的灵敏度，用符号s表示，即s=Δα/ΔX。若仪表为均匀刻度，则s=α/X。这时灵敏度的大小就等于一个单位被测量引入测量仪表所引起的偏转格数。例如将1mA电流引入某毫安表，如果引起该毫安表一个小格的偏转，则其灵敏度为s=1格/mA。
灵敏度的倒数称为仪表常数，用C表示，即C=1/s。例如，上述毫安表的仪表常数为C=1/s=1mA/格=1×10 -3 A/格。
灵敏度是电测量指示仪表的重要技术特性之一，C的数值越小，也就是s的数值越大，仪表的灵敏度越高。
对仪表的灵敏度要求要适当，灵敏度高能反映微小的变化量，但灵敏度太高，将造成读数困难，而且造价高。
五、电测量指示仪表的表面标记
每一电测量指示仪表的表面上都有多种符号的标记，它们表示了仪表的基本技术特性，只有在正确识别它们以后，才能正确地选择和使用仪表。
常见的表面标记的符号见表1-2～表1-9。
表1-2 仪表工作原理的符号
表1-3 电流种类的符号
表1-4 准确度等级的符号
表1-5 工作位置的符号
表1-6 端钮、调零器的符号
表1-7 绝缘等级的符号
仪表或附件所有电路与外壳间的绝缘，应能耐受50Hz正弦交流试验电压历时1min的试验，此试验电压值根据仪表或附件的额定电压值，按表1-7规定的电压试验绝缘强度。
表1-8 仪表对外界磁场电场的防护
表1-9 仪表的使用条件分组组（或不标注）是在周围气温为0℃～40℃，相对湿度不超过85％的条件下工作的仪表。组是在周围气温为-20℃～+50℃，相对湿度不超过85％的条件下工作的仪表。组是在周围气温为-40℃～+60℃，相对湿度不超过98％的条件下工作的仪表。、组用于室内，组用于室外及车辆上。
六、电测量指示仪表的合理选择和正确使用
1.合理选择仪表
为完成某项测量任务，必须在明确测量要求的情况下，考虑具体情况，合理地选择测量方法、测量线路和测量仪表。所谓合理选择仪表，指的是在保证测量精度要求的前提下，确定仪表的类型、准确度、量限和内阻等。（1）仪表类型的选择
应根据被测电量的性质来选择仪表的类型。根据是直流电还是交流电选用直流仪表和交流仪表。测量交流电时，还应区分是正弦波还是非正弦波。对于直流电量，一般采用磁电系仪表来测量。对于正弦交流电量，只要测出有效值即可换算出其他值，电磁系、电动系仪表都能满足要求。对于非正弦交流电量，则应区分是测量有效值、平均值，还是瞬时值、最大值，用整流式磁电系仪表只能测出平均值，用电磁系或电动系仪表只能测出有效值，“峰值表”可测量最大值，瞬时值则要用示波器观测。不同值间都必须进行换算。
测量交流电时，还应考虑被测量的频率，电磁系、电动系、感应系仪表均可用于工频测量。电动系仪表使用范围可扩展至中频。整流式磁电系仪表可测量1kHz以下频率的电量，超过1kHz时则应采用电子电压表。（2）仪表准确度等级的选择
测量仪表准确度越高，测量精度越高，测量结果也越可靠。但准确度高的仪表，价格昂贵，维修困难。因此，选择仪表的准确度等级时，既要满足测量要求，又要考虑实际条件，不应盲目追求仪表的高准确度，在能用准确度较低的仪表就可满足测量要求的情况下，就不要选用较高准确度的仪表。
0.1、0.2级仪表作为标准仪表和精密测量之用，0.5、1.0级作为试验室测量之用，一般测量采用1.5级以下的仪表。
分流器、附加电阻、电流互感器等与仪表配套使用的扩展量限装置亦有准确度。在选择它们的准确度时，应考虑仪表的基本误差以及扩展量限装置误差，选择比测量仪表本身的准确度高1～3级的扩展量限装置。（3）仪表量限的选择
在测量过程中，往往由于量限选择得不适当，标度尺利用不合理，使测量误差较大；仪表的准确度也只有在合适的量限下才能充分发挥作用，因此必须注意仪表量限的选择，即要根据被测量的大小选用相应量限的仪表，以得到准确度较高的测量结果。
仪表的准确度等级对测量结果的准确度影响很大，但仪表准确度等级并非就是测量结果的准确度，还与仪表的量限有关。只有仪表运用在满量限时，测量结果的准确度才近于或等于仪表的准确度等级。因此在选用仪表时要兼顾仪表的准确度等级和量限，进行合理的选择。一般应使被测量的大小为仪表测量上限的1/2～2/3以上。
选用灵敏度较高的仪表时，特别要注意仪表量限必须大于被测量。因为灵敏度较高的仪表，往往其量限较小，若被测量太大超过仪表量限时，可能严重损伤仪表。
同样，在检验仪表时，两仪表的测量上限应选得尽量一致。（4）仪表内阻的选择
仪表内阻对测量结果的误差影响很大，应根据测量对象和测量线路的阻抗来选择仪表的内阻，以减少测量误差。仪表接入电路后，不能改变电路的工作状态，这就要求本身的功耗很小。电压表、功率表并联线圈的内阻，应尽量地大；量限越大，内阻也应越大。为使电压表不影响电路的正常工作状态，一般规定电压表内阻为负载电阻的100倍以上。电压表的内阻取决于表头的灵敏度，灵敏度越高，内阻越大。磁电系仪表的内阻很大，通常在2000Ω/V以上，高的可达100kΩ/V。整流式稍低，一般也可达2000Ω/V～20kΩ/V。电磁系，电动系仪表的内阻较小，一般为每伏几欧到几百欧。电子电压表最高，每伏可达几兆欧。
电流表、功率表电流线圈的内阻应尽量地小，否则会带来很大的测量误差。而且量限越大，内阻应越小。电流表内阻的大小也与表头灵敏度有关，灵敏度越高，内阻越小。一般规定电流表内阻要小于负载电阻的百分之一。
在选用仪表时要综合考虑内阻和准确度。例如测量电压，如仪表内阻较小，尽管准确度很高，测量误差也不小。而仪表准确度不高，但内阻较大，测量误差却不大。
综上所述，在测量工作中选择仪表时，对仪表的类型、频率范围、准确度、量限、内阻等方面要从实际出发，分析情况，全面考虑，突出重点，才能达到合理使用仪表和准确测量的目的。例如，测量高阻电路的电压，主要要考虑仪表的内阻；测量高频电压，主要要考虑仪表的频率范围；高精度测量，主要要考虑准确度。在选择过程中，应有全面观点，不要盲目追求某一项指标。要有经济观点，凡是用一般仪表能达到要求的，就不要用精密仪表。要充分利用现有设备，节约资金。
在选择仪表时，还应充分考虑仪表使用场所及工作条件。例如，仪表是装置在开关板上还是在实验室进行一般测量，外界磁场的影响是否很大，在测量过程中是否有过载情况出现。
2.仪表的正确使用
在使用电测量指示仪表时，首先必须使仪表工作在正常条件，否则会产生一定的附加误差。例如，在使用仪表时，应使仪表按规定的位置放置；仪表要远离外磁场；使用前应使仪表指向零位，如不在零位，可调节调零器使指针指在零位。此外，在进行测量时必须注意正确的读数，读数时应使视线与仪表的平面相垂直。若仪表表面上带有镜子，读数时应使指针盖住镜子中指针的影子，这样可大大减小和消除读数误差，提高读数的准确性。读数时，如指针所指示的位置在两条分度线之间，可估计一位数字，但追求读出再多的位数，超出仪表精确度的范围，就没有意义了。反之，如果读出的位数太少，以致低于测量仪表所能达到的精确度，也是不好的。第二节万用表
万用表是一种具有多种用途的仪表，一般具有测量交直流电流、交直流电压、音频电平、电阻的功能。万用表是由共用测量机构（亦称表头）的直流电流表、直流电压表、交流电流表、交流电压表及欧姆表组合而成的，其中部分电路是共用的。
无论是交、直流电压表，交、直流电流表，还是欧姆表，就其结构而言均由测量机构和测量电路构成，万用表则增加了一个转换开关，以根据不同的被测电量选择不同的测量电路。万用表一般采用磁电系测量机构，表盘上有相应于测量各电量的几条标度尺。测量电路把大小不同的被测电量转变成适合表头测量的微电流，万用表将这些测量电路结合在一起。
万用表的直流电流挡实际上是一个多量限的直流电流表。一般采用带闭路式分流器的电路。
万用表的直流电压挡实质上是一个多量限的直流电压表。大多采用共用附加电阻的多量限直流电压表电路。
一、万用表的交流电压挡和交流电流挡
磁电系测量机构只适于测量直流电量，若将磁电系测量机构加上交流电，因表头的永久磁铁的磁场方向是不变的，因此这时作用在动圈上的力矩方向将随电流方向的改变而改变。若通入的交流电的频率是50Hz，则每秒钟电流的方向要变化100次，力矩的方向也将变化100次，由于表头的活动部分具有一定的惯性，所以力矩方向迅速地改变，而指针根本就不发生偏转。为了测量交流电量，必须在表头上配上整流电路，把交流电转变成直流电。
表头活动部分的偏转角α正比于流过表头的整流电流的平均值I 。因此，磁电系测量机构与整流电路构成的整流式仪表所指示的是p交流电流的平均值，然而在实际应用中交流电压或电流通常用有效值来表征，为使整流式仪表便于使用和测量，它总是按正弦情况下交流电的有效值来刻度的。
有效值与平均值之比称为波形因数，对于不同波形的交流信号，波形因数的数值也不同。对于正弦交流电而言，全波整流时：
半波整流时：
若将整流式仪表用于非正弦交流电量的测量，必将因波形因数不同而带来误差。
带有整流电路的表头加适当的附加电阻即构成交流电压表。为使整个测量电路较简单，万用表大多采用各量限共用附加电阻的形式。
加有整流电路的磁电系测量机构装上适当的分流电阻，就构成了交流电流表。这同构成直流电流表原理基本一样。同样构成多量限交流电流表的原理也与之类同。
二、欧姆表及万用表的欧姆挡
1.欧姆表测量电阻的原理
欧姆表测量电阻的原理电路如图1-7所示，图中电源E为干电池，端电压为U，电源与表头及固定电阻R相串联，从a、b两个端钮间可接入被测电阻R 。X
图1-7 欧姆表测量电阻的原理电路
固定电阻R是这样选择的，当R =0也即a、b两端短路时，流过X表头的电流I正好使表头满标度偏转。这时流过表头的电流I=U/（R+R ）=I ，式中R 是表头内阻阻值，I 是表头的满偏转电流。CCCC接入被测电阻R 后，电路的工作电流I为X
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]