作者：薄宜勇,曹峰
出版社：中国铁道出版社有限公司
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城市轨道交通信号监测系统运用与维护试读：
前言
目前，城市轨道交通集成了信号集中监测系统（又称信号维护支持系统，MSS子系统）。信号集中监测系统对正线信号系统（包括ATS、ATP、ATO、联锁、DCS等各子系统、电源设备、计轴设备、室外信号设备等）和车辆段联锁系统（包括联锁系统、电源设备、室外信号设备等）的工作状态进行监测、诊断和报警，并在维护管理工作站和维护工作站的界面上进行集中显示和报警，实现了信号系统维护管理的智能化和实时性。
中国交通运输协会城市轨道交通专业委员会发布的《城市轨道交通CBTC信号系统行业技术规范—需求规范》，明确了信号集中监测子系统作为城市轨道交通信号设备的智能化、综合化监测平台。为了适应随着城市轨道交通的信号技术发展对高素质技能型人才需求增长的要求，我们编写了本教材。
本教材以岗位职业能力为依据，按照城市轨道交通通信信号技术专业教学计划“城市轨道交通信号监测系统运用与维护”课程标准编写的。
教材内容源于城市轨道交通信号现场实际，除绪论外，共有五章，包括：测量仪表、信号设备电气特性测量、信号监测系统的结构及原理、信号监测系统运用、信号监测系统维护及常见故障处理。
由于城市轨道交通缺乏统一的维护标准，各地城市轨道交通的信号设备和维护管理有所差异，各校在组织教学时请注意因地制宜。
本书由南京铁道职业技术学院薄宜勇、曹峰主编，林瑜筠主审，南京铁道职业技术学院杨进、赵德生、田建兆参编。薄宜勇编写了绪论和第五章；曹峰编写了第一章、第二章；杨进、田建兆编写了第三章；薄宜勇、赵德生编写了第四章。参加审稿的还有武汉铁路职业技术学院张仕雄，四川管理职业学院姚晓钟等。
编写过程中，得到了南京地铁运营有限公司常鑫、李芳、李宣等的大力协助，天津铁道职业技术学院兰天明也提出了很多宝贵建议，在此表示衷心感谢。
由于编者水平所限，资料搜集难免不全，教材中不可避免地存在疏漏、错误、不妥之处。恳请各院校师生及其他读者提出批评和改进意见，以求不断提高教材质量，为城市轨道交通服务。编者2017年7月绪论
一、测量
测量是为确定对象的量值而进行的操作过程，它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。用电气的原理和方法实现测量，称为电测，它包括电磁测量和非电量的电测量。电测是测量范畴里发展最快、应用最广泛的领域。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。
二、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。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。
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，具有能数字显示、准确度高、灵敏度高、测量速度高及适用于各种参数测量和集中控制等一系列优点，从而成为今天电测技术的一个新的领域和重要的发展方向。
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；存储能力强；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且能指示出被测量的变化方向，仍然很有用。现在几乎所有测量仪器都能数字化。
三、计算机和测量
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，也是促进维修技术现代化的有效工具。
四、城市轨道交通信号与测量
对于城市轨道交通信号设备的电气特性测量，归纳起来，就是对电流和电压的测量，功率的测量，频率和相位的测量，电阻的测量，电容、电感的测量，磁测量等。
城市轨道交通信号设备维护工作由日常保养、二级保养、小修、中修等组成。测试工作是信号设备维护工作的重要内容之一，它包含在日常保养、二级保养、小修、中修之中。
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，才能准确且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。没有正确且经常性的电气特性测试，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。
信号工作人员在城市轨道交通信号技术快速发展的进程中，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，掌握正确的使用方法，搞好各项测试工作。
五、城市轨道交通信号测量的发展
发展信号监测是城市轨道交通运营安全的需要，是城市轨道交通通信信号技术专业发展的需要，信号监测系统的发展，对进一步提高信号设备的安全可靠性，强化结合部管理，改善和优化现场维修工作具有划时代的意义。
目前，车辆段/停车场均安装了信号监测系统或与计算机联锁系统一体的信号监测系统。信号监测工作站与计算机联锁系统维护工作站通过网络连接，维护工作站将站场状态及设备状态实时传给监测工作站。
随着城市轨道交通信号系统技术的发展，信号系统采用了信号监测子系统（又称信号维护支持系统MSS）。信号监测子系统对正线信号系统（包括ATS、ATP、ATO、联锁、DCS等各子系统、电源设备、计轴设备等）和车辆段/停车场联锁系统（包括联锁设备、电源设备、室外信号设备等）的工作状态进行监测、诊断和报警，并在维护管理工作站和维护工作站的界面上进行集中显示和报警，实现了信号系统维护管理的智能化和实时性，其强大的设备状态实时监控和故障诊断预警功能，能够有效简化维护维修流程，节省维护人力物力。随着MSS子系统功能的日趋完善，MSS子系统已逐渐成为信号系统运营维护中不可或缺的一部分。
2013年6月中国交通运输协会城市轨道交通专业委员会发布了《城市轨道交通CBTC信号系统行业技术规范—需求规范》，明确了信号监测子系统作为城市轨道交通信号设备的智能化、综合化监测平台。第一章测量仪表
近年来，我国正掀起发展和建设城市轨道交通的高潮，城市轨道交通也成为了我国特大城市及大中城市市民出行优先选择的交通工具。对于如何做好城市轨道交通运营安全工作已经成为关系到我国民生的重要事业。城市轨道交通信号维护工作是确保城市轨道交通运行安全的重要环节，信号维护中测量仪表的正确使用和测量是确保维护工作能够正常开展的关键。只有测试数据准确可靠，才能进一步保证信号系统的维护质量；只有选择恰当的测量仪表和掌握测量仪表的使用方法，才能获得准确的数据信息，才能精确发现信号设备中存在的问题，及时做好故障处理的准备工作，确保运营安全。本章介绍了城市轨道交通现场普遍使用的信号测量仪表。第一节测量仪表的一般知识
一、测量仪表的分类
测量仪表种类繁多，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、测量仪表的组成及工作原理
1.仪表的组成
测量仪表的种类很多，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，测量仪表通常由测量机构和测量线路两部分组成，其组成如图1-1所示。图1-1 测量仪表组成方框图
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安装在活动部分上。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是测量线路。
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，在测量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，还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。（1）磁电系仪表测量机构
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（如指针和反射镜）、转轴（或张丝、吊丝等）。磁电系仪表测量机构的结构如图1-2所示。图1-2 磁电系仪表测量机构的结构
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电工钢制成。铁芯与极掌间的气隙内产生均匀的辐射磁场B。
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e在铝框中产生感应电流i 。该电流与气隙中的磁场B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，从而阻止动圈来回摆动，使动圈很快地静止下来，铝框的阻尼作用如图1-3所示。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=BlIw（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=2BlIwr（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。αα
若指针的偏转角度为α，则游丝产生的反作用力矩M =D （D是游丝的反作用系数，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ααM=M ，则α=M /D=M/D=BAwI/D=sI。式中s=BAw/D，是磁电系测量机构的灵敏度。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fl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C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CCCflCflCCfl阻为R ，则R I =[（R ·R ）/（R +R ）]·I，故I =[R /（R flCflCC +R ）]·I。由于R 、R 均为常值，因此I 和I之间存在着一定的比例关系。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fl
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 CC=[R /（n-1）]，为测量机构内阻R 的（n-1）分之一。
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CR 的乘积）也等于这一额定电压时，加上分流器后，它的电流量限就等于分流器的额定电流值。两者务必配套使为，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CCCI =U/R ，所以α=（S/R ）U，根据仪表指针偏转即可直接测得被测电压。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，fjfj可在测量机构上串联一电阻R 的办法来达到，R 叫作附加电阻，如CfjCfj图1-6所示。这时通过测量机构的电流I =[U/（R +R ）]，只要R C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fjC阻R =（m-1）R ，即为测量机构内阻的（m-1）倍。
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就越小，测量结果就越准确。
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。
①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。
②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，因此在测量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。
③感应系仪表
感应系仪表的转动力矩是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的。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、测量仪表的误差及准确度
任何一个测量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、游丝反作用力矩系统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x0
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：x0Δ=A -A
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0
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、xx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 x=（Δ/A ）×100％，称为指示值相对误差。（3）引用误差
测量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。mm
引用误差β 是仪表的绝对误差Δ与其测量上限A 之比的百分数，即m
相对仪表标尺工作部分所出现的最大绝对误差Δ ，有最大引用mmm误差β =（Δ /A ）×100％。
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m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K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，目前我国生产的测量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都有。此外，由于仪表工业的不断更新发展，目前已出现准确度为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mm量结果中可能出现的最大绝对误差为Δ =±K％·A 。
那么用该仪表测量时，若得到的读数为，则测量结果可能出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mmΔ =±K％·A =（±0.005）×5=±0.025A
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-3毫安表的仪表常数为C=1/s=1mA/格=1×10 A/格。灵敏度是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
每一个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
A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。
B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。
C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。
A、B组用于室内；C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、02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，往往由于量限选择的不适当，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或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，主要考虑仪表的内阻；测量高频电压，主要考虑仪表的频率范围；高精度测量，主要考虑准确度。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。万用表有指针万用表和数字万用表两种类型。
一、指针万用表
指针万用表是由共用测量机构（亦称表头）的直流电流表、电压表、交流电流表、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、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，指针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。指针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，指针万用表将这些测量电路结合在一起。
指针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。
指针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。
1.指针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 p 。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，指针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。
2.欧姆表及指针万用表的欧姆挡（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X接入被测电阻R 。图1-7 欧姆表测量电阻的原理电路X
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/（RCCCC+R ）=I ，式中R 是表头内阻阻值，I 是表头的满偏转电流。X接入被测电阻R 后，工作电流I为
由上式可看出：
①当电源电压U保持不变时，在电路中接入某一数值的被测电阻XR ，电路中就有一相应的电流流过表头，指针就会有一确定的偏转；X当被测电阻R 改变时，电流I发生变化，指针位置也会发生相应的变化，即指针的偏转角大小与被测电阻的大小是对应的。如果表头的标度尺预先按电阻刻度，就可以直接用来测量电阻。X
②被测电阻R 越大，电路的工作电流I越小，指针偏转也越小。X当R 为无穷大时，I=0，这时表头指针指在零位。可见当被测电阻R X 在0～∞之间变化时，指针在满标度和零位间变化，所以欧姆表的标度尺为反向刻度，这和电流、电压表的标度尺刻度方向是不一样的。X由于工作电流I同R 间成反比例关系，所以测量电阻的标度尺的分度是不均匀的。欧姆表标度尺如图1-8所示。图1-8 欧姆表的标度尺（2）零欧姆调整器
在讲述测量电阻的原理时，是假定电源电压恒定不变的。但实际上干电池的端电压U是不能保持恒定不变的，使用久了或时间放长了，X其端电压就会下降，或者说内阻就会上升。这时当R =0时，指针就X不再满标度偏转。用这样的欧姆表来测量被测电阻R ，其结果显然是不准确的，它包含了干电池内阻的增值，给测量带来很大的误差。0为了消除这种误差，可在表头的两端并联一个可调电阻R ，如图1-9X0所示。若电池端电压U下降，使R =0时指针不能满偏转，可调节R 0使之满偏转，指在欧姆标尺的零位，故称R 为零欧姆调整器。
实际的欧姆表测量电路中，用得较多的是分压式零欧姆调整器，0如图1-10所示。它与图1-9所示零欧姆调整器不同之处是，调节R 不仅改变分流支路的参数，而且改变表头支路的参数，显然其调整效果更佳。且加有，限定了分流电阻的最小值。请注意，无论是图1-9所示的零欧姆调整器，还是图1-10所示的分压式零欧姆调整器，它们的出发点都是在电池端电压变化而被测电阻不变时使表头支路的电流不变。图1-9 零欧姆调整器图1-10 分压式零欧姆调整器
为了减少因电池电压变化带来的测量误差，每次测量前均必须进行零欧姆调整，所以指针万用表的零欧姆调节电位器的手柄是伸出表面的。指针万用表欧姆挡零欧姆调整的方法是：将测试棒短接（即R X =0），调节零欧姆调节器，使指针指向欧姆标度尺的零刻度。（3）欧姆中心的意义
在图1-10所示加有分压式零欧姆调整器的电阻测量电路中，工作电流I为C
式中，R′为电阻R和电池内阻之和；为表头电阻R 与零欧姆调节器支路的电阻串、并联后的等效电阻。X
当R =0时，指针满标度偏转，这时工作电流I达到最大值：
当时有：
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]