钻井电气设备3--电工仪表及常用仪表的使用方法 - 图文

第三章 电工测量

本章首先介绍电工仪表的分类、结构和工作原理等一般知识，然后介绍电工仪表的测量方法，最后对一些常用电工仪表作简单的介绍。

第一节 电工仪表的分类

电工仪表种类很多，分类方法也很多，一般有四种分类方法：按准确度分类，按被测量的种类分类，按被测电流种类分类和按工作原理分类。

一、 按准确度分类

根据国家标准GB776—76，电工测量仪表可以分为0.1、0.2、O.5、1.O、1.5、2.5和5.0七个精度等级，这些数字是指仪表的最大引用误差值，如表12—l所示。其中，0.1、0.2、O.5级的较高准确度仪表常用来进行精密测量或作为校正表；1.5级的仪表一般用于实验室；2.5和5.0级的仪表一般用于工程测量。

表3—1 电工仪表的准确度和最大引用误差

准确度等级 0.1 0.2 0.5 1.0 1.5 2.5 5.0 最大引用误差 ±0.1％ ±0.2％ ±0.5％ ±1.0％ ±1.5％ ±2.5％ ±5.0％ 符号 0.1 0.2 0.5 1.0 1.5 2.5 5.0 不管仪表的质量如何，仪表的指示值与实际值之间总有一定的差值，称为误差。显然，仪表的准确度与其误差有关。误差有两种：一种是基本误差，它是由仪表本身的因素引起的，比如由弹簧永久变形或刻度不准确等造成的固有误差；另一种是附加误差，它是由外加因素引起的，比如测量方法不正确，读数不准确，电磁干扰等。仪表的附加误差是可以减小的，使用者应尽量让仪表在正常情况下进行测量，这样可以近似认为只存在基本误差。

仪表的准确度是根据仪表的最大引用误差来分级的。最大引用误差是指仪表在正常工作条件下测量时可能产生的最大基本误差?A与仪表的满量程Am之比，习惯上用百分数表示，即

???A?100％ (3—1) Am 由上式可以求得仪表的最大基本误差，如一准确度为1.0，量程为10 A的仪表，可能产生的最大基本误差为

?A＝?Am＝±0.1％310＝±0.1 A

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在正常工作条件下，仪表的最大基本误差(最大绝对误差)是不变的。要衡量测量值的准确度，必须使用相对误差。

相对误差是指最大基本误差?A与被测量真值A0之比的百分数，即 ?0??A?100％ (3—2) A0 相对误差越小，测量的准确度越高。比如用上述电流表分别来测量8 A和2 A的电 流，则相对误差分别为±l.25％和±5％。因此，在选用仪表的量程时，应该使被测量的值尽量接近满标值。通常当被测量的值接近满刻度的2／3时，测量结果较为准确。 例3—1 某待测电压为8Ｖ，现用O.5级量程为0～30Ｖ和1.0级量程为0～10Ｖ的两个电压表来测量，问用哪个电压表测量更准确?

解 用0.5级量程为0～30Ｖ的电压表来测量，可能产生的最大基本误差为 ?A1＝?Am＝±0.5％330＝±0.15 Ｖ 最大可能出现的相对误差为 ?1??Am30＝±0.5％3＝±1.875％ A8 用1.0级量程为0～10 Ｖ的电压表来测量，可能产生的最大基本误差为 ?A2＝?Am＝±1.0％310＝±0.1 Ｖ 最大可能出现的相对误差为 ?2??Am10＝±0.5％3＝±1.25％ A8 相对误差越小，测量越准确，显然用1.0级量程为0～10 Ｖ的电压表来测量更为准

确。例4—1说明，为了获得较为准确的测量结果，除了选用准确度等级较高的仪表外， 还要注意选择合适的量程。

二、 按被测量的种类分类

按照被测量的种类可以将电工仪表分为电流表、电压表、欧姆表、功率表、频率表、电度表、功率因数表等。

表3-2 电工仪表按测量的种类分类

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三、 按被测电流种类分类

按被测电流种类可以将电工仪表分为直流仪表、交流仪表和交直流仪表三种。

表3-3 电工仪表按测量电流种类分类 被测电流 直流 交流 交流、直流 四、 按工作原理分类

电工仪表按工作原理不同可分为磁电式仪表、电磁式仪表、电动式仪表、整流式仪表等。

表3-4 电工仪表按工作原理分类

仪表名称 直流表 交流表 交、直流两用表 符号 － ～ ?

在仪表的表面上通常都标有仪表类型、准确度等级、所通电流种类、仪表的绝缘耐压强度和放置位置等。

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表3-5 某一电工仪表上的符号

第二节 常用电工仪表的工作原理

常用电工仪表一般为直读式仪表，它把被测量转化为仪表指针的偏转角度，可直接在仪表的表盘上读出被测量的大小。

一、 电工仪表的结构

电工仪表通常由侧量机构和测量电路两部分组成，测量机构又分为固定部分和可动部分。固定部分由磁铁、线圈、轴承和表盘等组成，可动部分包含可动线圈、转轴、指针、旋转弹簧(游丝)、阻尼器等(如图3一1所示)。 测量机构的主要作用是当被测量接入测量机构时，产生转动力矩，使得仪表指针转动，转动力矩的大小是被测量和偏转角的函数，同时弹簧产生。一个反作用力矩，该力矩的大小是偏转角的函数。当测量被测量时，若测量机构产生的转动力矩与反作用力矩相等，则指针就停在某一位置上，指示出被测值。

测量电路的作用是将镇测量转换成测量机构可以接受的、与被测量成正比的电磁量。

为了缩短测量时间，电工仪轰中均设有阻尼

装置。当转动力矩与反作用力矩平衡时，往往由 图3-1 可动部分示意图

于可动部分的惯性作用，指针在偏转角附近摇摆不定，从而延长了测量时间，这时阻尼装置产生一个与速度成正比、与运动方向相反的力矩，称为阻尼力矩，使得可动部分很快稳定。阻尼力矩既可以由电磁力产生，也可以由空气阻尼装置产生。 下面介绍常用的几种电工仪表。

二、 磁电式仪表

磁电式仪表是指利用仪表可动线圈中的被测电流产生的磁场和固定的永久磁铁产生的恒定磁场之间的相互作用来工作的仪表。

磁电式仪表的结构如图3—2所示。它的固定部分主要是磁路，包括永久磁铁、极掌(永久磁铁靠近圆柱形铁心的端面)和圆柱形铁心，极掌与铁心间有均匀分布的气隙；它的可动部分套在圆柱形铁心的外面，由转轴、指针、线圈、旋转弹簧(游丝)及铝框等组成。线圈绕在铝框的外边，工作时可动线圈中通以被测电流。转轴分为前后两部分，每

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半部分均与铝框相连，前面的转轴上安装旋转弹簧，旋转弹簧一端固定，一端与线圈的出线端相连，用以将被测电流引入线圈中，同时旋转弹簧用来产生反作用力矩。

用磁电式仪表进行测量时，可动线圈中通人被测电流，由于永久磁铁产生恒定磁场，通电线圈在恒定磁场中受到电磁力的作用，根据左手定则，可以判断线圈的两个有效边受到的力大小相等，方向相反(上下两个方向)，对线圈所连接的

转轴形成力矩的作用，其大小为 图3-2磁电系仪表结构图 T?Fb?B(NI)lb?NBIS (3－3)

式中，B为磁感应强度；l为线圈的有效长度；b为线圈的宽度；S为线圈的面积；N为线圈的匝数。

上面的这个电磁转矩使得转轴带动指针偏转，同时旋转弹簧随转轴旋转，产生反作用力矩。显然旋转弹簧的反作用力矩与指针助偏转角成正比，即 Tf?Kf? (3—4) 当反转矩与转动转矩平衡时，指针停止偏转，即

T?Tf

这时，偏转角

??NBIS?KI (3－5) Kf 上式说明，指针偏转角与仪表所通电流成正比，所以磁电式仪表的刻度是线性的。 磁电式仪表的阻尼装置是由铝框兼顾的。当铝框上的线圈受到电磁力的作用转动时． 铝框一起转动，将切割永久磁场的磁力线，在框内感应出电流，该电流又与恒定磁场作用，使得铝框受到与其运动方向相反的力的作用，产生制动力矩。仪表的可动部分将受到阻尼力矩的作用，可以消除振荡，使指针迅速停止在平衡位置。

从前面的分析可知，磁电式仪表只能通人直流电，若通人交流电，由于可动部分的转动惯量大，电流频率变化较快，因而来不及随转矩的变化而转动，偏转角只能由平均转矩来决定。因为转矩由电流产生，正弦交流电的平均值为零，平均转矩也为零，指针摇摆后最终回到零，所以磁电式仪表不能测交流电。

若在测量电路中增加一个整流环节，即将交流电整流后再加给线圈，则电流的平均值不再为零。将此平均值与交流电的有效值的比例关系考虑到刻度中去，就可以用来测量交流电的有效值。一般这类仪表都是针对正弦交流电来设计的，所以可以直接用来测量正弦交流电的有效值。对于非正弦交流电，由于刻度并不是按照其有效值进行标注的，故不能测量其有效值。

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