电工仪表与测量培训教案(2)

用误差也随之有些变化。为使引用误差能包括仪表所有的基本误差，工程上规定以最大引用误差来表示仪表的准确度。

仪表的最大绝对误差△m与仪表量程Am比值的百分数，叫仪表的准确度K。 即：

±K％＝△m/Am×100％

式中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。显然，最大引用误差越小，仪表的基本误差越小。仪表的准确度等级与仪表的基本误差之间的关系如下：

仪表的基本误差

准确度等级 0.1 0.2 0.5 1.0 1.5 2.5 5.0 基本误差（％） ±0.1 ±0.2 ±0.5 ±1.0 ±1.5 ±2.5 ±5.0 若已知仪表的量程、准确度等级，可求出该仪表所允许的最大绝对误差△m， 即

?K?Am△m＝

100例1－3 计算准确度等级为1.5级，量程为250V的电压表的最大绝对误差。

?K?Am?1.5?250解：△m＝＝＝±3.75V

100100例1－4 用准确度等级为2.0级、量程为100A的电流表，分别测量5A和100A的电流，求其相对误差各为多少？ 解：先求出该表的最大绝对误差

?K?Am?2.0?100△m＝＝＝±2.0A

100100测量5A电流时出现的最大绝对误差为

?1 ＝

?m?2.0×100％=×100％=±40% Ax15测量100A电流时出现的最大绝对误差为

?2??m?2.0?100%??100%??2.0% Ax2100由以上结果可看出，在一般情况下，测量结果的准确度并不等于仪表的准确程度。

只有当被测量正好等于仪表的量程时，两者才会相等。被测量越接近于仪表的量限，测量误差就越小。因此决不能把仪表的准确度与测量结果的准确度混为一谈。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

常测量时要使仪表的指针能指在满刻度的后三分之一段。 二、常用电工测量方法及测量误差

电工测量：将被测电量、磁量或电参数与同类标准量进行比较，从而确定出被测量的大小的过程。

度量器：测量单位的复制体（通常所说的标准量）。例标准电池、标准电阻、标准电感就分别是电动势、电阻、电感的复制体。

根据度量器是否参入到测量中，以及获取测量结果的方式不同，电工测量方法可分为以下几种： （一）直接测量法

1、定义：通过仪表的指针指示直接指示出被测量数值，而无需度量器直接

参与的测量方法，叫直接测量法。例：电流表测电流、电压表测电压等。 2、优点：方法简便，读数迅速。

3、缺点：由于仪表接入被测电路后，会使电路的工作状态发生变化，因而

这种测量方法准确度较低。

（二）间接测量法

1、定义：测量时先测出与被测量有关的电量，然后通过电工公式计算求得

被测量数值的方法，叫间接测量法。例：用伏安法测量电阻，用电压表测三级管集电级电流。

2、优点：适用于一些用直接测量法不方便、准确度要求不高的特殊场合。 3、缺点：测量误差较大。 （三）比较测量法

1、定义：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，叫比较测量法。例：直流单臂电桥测电阻。 根据被测量与标准量比较方式的不同，比较测量法又分为以下三种： （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（即两者差值为零），从而确定被测量数值的方法叫零值法。如用平衡电桥测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，从而确定出被测量数值的方法，叫差值法。例：不平衡电桥测电阻。 （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，

则被测量就等于已知标准量，叫代替法。

2、优点：准确度高。

3、缺点：设备复杂，操作麻烦，通常适用于测量要求准确度较高的场合。

（四）测量误差及消除方法

在测量过程中，由于受到测量仪表、测量方法、试验条件、外界环境以及观测经验等方面因素的影响，造成测量结果与被测量的实际值之间存在一定的差异，这种差异称为测量误差。

根据测量误差产生的原因不同，测量误差可分为系统误差、偶然误差和疏失误差三类。 一）系统误差

指在相同条件下多次测量同一被测量时，误差的大小和符号均保持不变，而在条件改变时遵循一定规律变化的误差。 1.系统误差包括：仪表误差和方法的误差。

（1）测量仪表（设备）的误差： 包括测量仪表本身不完善而造成的基本误差以

及由于仪表工作条件改变而造成的附加误差。

（2）测量方法的误差： 由于所用的测量方法不完善、仪表安装或配线不当、

外界条件变化以及测量人员操作技能和经验不足或采用了近似计算公式而引起的误差。 2.系统误差的消除

根据系统误差产生的原因，可采取相应的措施加以消除。消除方法有： （1）重新配置合适的仪表或对测量仪表进行校正。 （2）采用合理的测量方法 （3）采用特殊的消除方法： 1）正负消去法：

对同一量进行两次测量，使测量结果中的一次误差为正，一次为负，取其结果的平均值，就能消除这种系统误差。例：为消除外磁场对电流表读数的影响，可将电流表放置的位置调换1800 后再测量一次，则在两种位置下测量结果的误差负号必是一正一负，取其平均值后，就能消除这种由外磁场影响而引起的系统误差。 2）替代法：

用已知量代替被测量，并使仪表的工作状态保持不变，于是，由已知量的数值便可求得被测量。这样，由仪表本身的不完善和外界因素的影响对测量结果不

发生作用，从而消除了系统误差。 3）引入校正值：（书上没有列出）

若已知仪表的校正曲线，则可将相应的校正值引入到测量结果中，即把测量值加上相应的校正值，从而消除系统误差。 二）偶然误差

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”。 1.偶然误差产生的原因

主要由外界环境的偶发性变化引起。如外磁场、外电场、温度等变化使得在重复测量同一被测量时，其结果不完全相同，从而产生偶然误差。 2.偶然误差的消除

通过多次测量同一被测量，算出算术平均值的方法来消除偶然误差对测量结果的影响。测量次数越多，其平均值就越接近实际值。 三）疏失误差

疏失误差是一种严重歪曲测量结果的误差。 1.产生疏失误差的原因：

由于操作者粗心和疏忽造成的，如测量中读数错误、记录错误、算错数据等。 2.疏失误差的消除

抛弃不用这个数据，加强操作者的责任心，倡导认真负责的工作态度。

第二节 常用测量机构

一、磁电系测量机构

（一）磁电系测量机构的结构组成及各部分的作用

1、固定的磁路系统：永久磁铁1、极掌2和圆柱形铁心3。作用是在极掌和铁心之间的空气隙中产生较强的均匀磁场。

2、可动部分：绕在铝框架上的可动线圈4、线圈两端装的转轴7、与转轴相连的指针6、平衡锤8以及游丝5。

游丝的作用是：1、产生反作用力矩，2、把被测电流导入和导出可动线圈。 铝框架的作用是：产生阻尼力矩。 3、磁电系测量机构的分类：

根据永久磁铁和可动线圈之间的相对位置不同，我们可以把测量机构分为如

下几类：

外磁式：永久磁铁在可动线圈的外部。 内磁式：永久磁铁在可动线圈的内部。

内外磁结合式：可动线圈内、外部都有永久磁铁。这种结构磁性更强，结构

可以紧凑。

（二）磁电系测量机构的工作原理

磁电系测量机构是根据通电线圈在磁场中受到电磁力矩而发生偏转的原理制成的，其原理示意图见图2—4。当可动线圈中通入电流时，载流线圈在永久磁铁的磁场中将受到电磁力矩的作用而偏转。通电线圈的电流越大，线圈受到的转矩越大，仪表指针偏转的角度也越大；同时，游丝扭的越紧，反作用力矩也越大。当线圈受到的转动力矩与反作用力矩大小相等时，线圈就停留在某一平衡位置，此时，指针就指示出被测量的大小。

下面分析仪表可动部分的偏转角α与线圈中通入被测电流I之间的关系。 如图2—4所示，极掌与铁心之间气隙的磁场呈辐射状均匀分布，设其磁感应强度为Ｂ，线圈匝数为N，垂直于磁场方向线圈的有效边长为ｌ，则当线圈中通入电流为I时，每个有效边的电磁力F为

F＝NBIｌ

线圈受到的转动力矩为

M＝2Fｒ＝2NBIｌ 式中ｒ为线圈有效边到转轴的距离。 由于线圈所包围的面积为

S＝2ｒｌ

故有 M=NBIS （2—1）

线圈在转动力矩M的作用下发生偏转的同时，引起游丝变形，产生的反作用力矩为

Mｆ＝D? （2—2）

式中Ｄ为游丝是反作用系数，?为可动部分的偏转角（即指针偏转角）。 由式（2—2）看出，反作用力矩随偏转角的增大而增大，当增大到M＝Mｆ时，可动部分处于平衡状态，指针就停留在某一平衡位置上，指针偏转的角度为?。 将（2—1）和（2—2）代入M＝Mｆ得

NBSI＝D?

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