电工仪表与测量试题及答案.docx

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电工仪表与测量试题及答案

电工仪表与测量试题及答案

一．电工仪表与测量的内容及重要性

1．电工仪表与测量是中等职业技术学校电工专业的一门专业课。

2．电的特殊性：

看不见，听不见，闻不着，摸不得。

即正常的感官不能或不允许与之接触。

3．电工测量的重要意义：

电能在生产、传输、变配及使用过程中，必须通过各种电工仪表进行测量，并对测量结果进行分析，以保证供电及用电设备和线路的可靠、

平安、经济地运行。

4．电工测量的主要对象：

电流、电压、电阻、电功率、电能、频率、相位、功率因数、转速等电量、磁量及电路参数。

5．电工仪表：

测量各种电量、磁量及电路参数的仪表、仪器。

6．本课程的内容：

常用电工仪表的结构、工作原理、选择及使用方法，电工测量方法的选择，测量数据的处理等。

二．电工仪表的开展概况

19世纪20年代　　电流对磁针有力的作用　　检流计、电桥等

1895年　　　第一台感应系电能表

20世纪40－60年代　　　　仪表的精度越来越高

1952年　　第一只电子管数字电压表问世　60年代　晶体管数字电压表

70年代　　中、小规模数字式电压表　　近年来　大规模数字电压表

三．学习本课程的方法及要求

1．按测量机构〔或数字式电压根本表〕－→测量线路－→测量仪表的根本思路学习。

2．注意理论教学、直观教学和生产实习的密切结合。

§1－1　常用电工仪表的分类、型号和标志

一．常用电工仪表的分类

1．指示仪表

〔1〕按工作原理分类　磁电系、电磁系、电动系、感应系、整流系等。

〔2〕按使用方法分类　安装式、便携式。

〔3〕按被测量的名称分类　电流表、电压表、功率表、电能表、频率表、相位表、万用表等。

〔4〕按准确度等级分类　0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0共七级。

〔5〕按使用条件分类　A组　环境0－400C　　B组　－200C－500C

C组　－400C－600C

〔6〕按被测电流种类分类　直流仪表、交流仪表、交直流两用仪表三类。

2．比拟仪表

又分为直流比拟仪表和交流比拟仪表。

3．数字仪表

采用数字技术，以数码形式直接显示被测量的大小。

二．电工指示仪表的型号

1．安装式指示仪表的型号　P4

2．便携式指示仪表的型号　除了没有形状代号外，其余的与安装式仪表相同。

3．电能表的型号　DD表示单相电能表、DS表示三相有功电能表、DT表示三相四线制电能表、DX表示无功电能表等。

一．仪表的误差及分类

误差：

仪表的测量结果与被测量的真实值之间的差值。

准确度：

仪表的测量结果与实际值之间的接近程度。

显然，仪表的准确度越高同，误差越小。

根据误差产生的原因，仪表的误差分两类：

1．根本误差：

仪表在正常工作条件下的误差，主要由仪表的结构、工艺等方面不完善而产生。

2．附加误差：

仪表偏离了规定的工作条件而产生的误差。

二．误差的表示方法

1．绝对误差Δ：

仪表的指示值AX与被测量的实际值A0之间的差值。

Δ=AX—A0

可见，绝对误差是有正负之分的。

2．相对误差γ：

绝对误差Δ与被测量实际值A0比值的百分数。

γ=Δ/A0×100%

显然，绝对误差只能反映测量值与实际值的相差大小，而相对误差那么能反映测量结果的准确程度。

3．引用误差γm：

绝对误差Δ与仪表的最大量程Am比值的百分数。

引用误差可以反映仪表的准确程度。

三．仪表的准确度±K

工程上以仪表的最大引用误差来表示仪表的准确度。

±K%=Δm/Am×100%

我国生产的电工仪表准确度共分为七级：

0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0。

例题分析例1-3、例1-4P8（略写）

例题分析说明，为保证测量结果的准确性，不仅要考虑仪表的准确度，还要选择适宜的量程，通常测量时要使仪表指针处在满刻度的后三分之一段。

小结;

电工仪表的的误差分类、绝对误差、相对误差、引用误差、准确度。

电工仪表的误差和准确度。

电工仪表的性能好坏有一些特定的技术指标来衡量。

电工指示仪表的技术要求有：

一．要有足够的准确度

二．要有适宜的灵敏度

灵敏度：

电工指示仪表中，仪表的可动局部偏转角的变化量与被测量的变化量

之比值。

S=Δα/Δx

对于刻度均匀的仪表，S为一个常数。

仪表常数C：

灵敏度的倒数叫做仪表常数。

C=1/S

三．要有良好的读数装置和阻尼装置

四．变差要小

变差：

仪表在反复测量同一被测量时，由于摩擦等原因造成的两次读数不同，它们的差值叫做变差。

变差一般不应超过仪表根本误差的绝对值。

五．本身消耗功率要小

六．要有足够的绝缘强度和过载能力

小结;

对电工仪表的主要技术要求。

对电工仪表的技术要求。

本节介绍主要的电工测量方法及其特点。

常用的电工方法主要有以下三种：

一．直接测量法

但凡用直接指示仪表读取被测量的数值，而无需度量器直接参与的测量方法。

如用万用表测电阻，用电流表测电流等。

优点方法简便，读数迅速。

缺点仪表接入电路中会改变电路的工作状态，准确度较低。

二．比拟测量法

但凡在测量过程中需要度量器的直接参与，并通过比拟仪表来确定被值的方法叫做比拟法。

1．零值法测量过程中通过改变标准量，使其与被测量相等，从而确定被测量的方法。

如用电桥测电阻。

2．差值法利用被测量与标准量的差值作用于测量仪表，从而确定被测量的方法。

如用不平衡电桥测电阻。

3．代替法用的标准量代替被测量，假设能维持仪表的读数不变，那么被测量必然等于量。

如曹冲称大象。

比拟法的优点准确度高。

比拟法的缺点设备复杂，操作麻烦。

三．间接测量法

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值的方法。

如用伏安法测电阻，通过三极管的发射极电压求放大器静态工作点的IC的方法。

缺点误差较大。

优点在一些特殊场合应用方便。

小结;

直接测量法、比拟测量法、间接测量法。

直接测量法、比拟测量法、间接测量法。

根据测量误差的产生原因，测量误差可以分为三种：

一．系统误差

系统误差是指在相同的条件下，屡次测量同一量时，误差的大小和符号均保持不变，而在条件变化时遵循一定规律变化的误差。

1．产生系统误差的原因

（1）仪表的误差包括根本误差和附加误差。

（2）测量方法误差指方法不完善而带来的误差。

2．系统误差的消除

（1）校正仪表的根本误差，尽量满足仪表要求的工作的条件。

（2）采用合理的测量方法。

（3）采用特殊的消除方法。

如：

1）正负误差补偿法屡次测量取平均值。

2）替代法

3）引入校正值

二．偶然误差

是指一种大小和符号都不固定的误差。

1．产生偶然误差的原因主要由外界环境的偶然变化引起。

2．偶然误差的消除屡次测量取平均值的方法可以消除偶然误差。

三．疏失误差

是一种严重歪曲测量结果的误差。

1．产生羽失误差的原因操作者的粗心和疏忽造成，如读错数、记录错误、算错数据等。

2．疏失误差的消除

含有疏失误差的结果应抛弃不用，消除疏失误差的方法是加强操作者的工作责任心，倡导认真负责的工作态度。

课堂小结

系统误差、偶然误差、疏失误差及其消除。

系统误差、偶然误差、疏失误差及其消除。

一．电工指示仪表的组成

1．测量机构

作用将被测量（或过渡量）转换成为仪表可动局部的偏转角。

测量机构是电工指示仪表的核心。

2．测量线路

把各种不同的被测量转换成能被测量机构所接受的过渡电量。

常由电阻、电容、电感等组成。

二．测量机构的主要装置

1．转动力矩装置M转动力矩的大小被测量、指针偏转角成某种函数关系。

它是使仪表的可动局部转动的力矩。

2．反作用力矩Mf与转动力矩相平衡的力矩。

仪表的指针平衡时，有M=Mf

主要的反作用力矩有张丝、游丝等。

也有用电磁感应装置来产生反作用力矩的。

3．阻尼力矩装置MZ

缩短可动局部的的摆动时间以利于尽快读数的装置。

主要的阻尼装置空气阻尼装置、电磁感应装置。

特点

（1）阻尼力矩只在仪表的可动局部运动时才能产生。

（2）MZ大小与速度成正比，方向都与可动局部的运动方向相反。

（3）仪表静止时的位置由M=Mf决定，与MZ没有关系。

4．读数装置

由指示器和刻度盘组成。

指示器有刀形、矛形指示器、光标指示器。

刻度盘又称表盘，它是一个画有标度尺和仪表标志符号的平面。

5．支撑装置

常见的有：

轴尖支撑方式，有张丝弹片的支撑方式。

一．磁电系测量机构的结构

1．结构

主要由永久磁铁、圆柱形铁心、可动线圈、游丝、转轴、指针等组成。

2．由铝框和磁铁组成磁感应式阻尼器。

3．游丝有两个作用：

一是产生反作用力矩，二是把被测电流导入和导出可动线圈。

4．磁电系测量机构的磁路系统有外磁式、内磁式、内外磁式。

二．磁电系测量机构的工作原理

1．转动力矩的产生

当被测电流流入可动线圈时，与永久磁铁相互作用产生电磁力，在转轴上形成电磁力矩M，使得可动线圈转动。

M=2NBIlr=NBSI

可见，磁电系测量机构的电磁力矩M的大小与被测电流I的大小成正比。

2．反作用力矩的产生

线圈转动时引起游丝变形，产生反作用力矩Mf。

并且有

Mf=D×α

3.当M=Mf时，指针静止。

这样有

α=NBSI/D=（NBS/D）I

说明，磁电系测量机构的偏转角α的大小被测量的电流I成正比。

因此，可以用偏转角的大小来衡量被测电流的大小，并由指针在标长度尺上直接显示被测电流的数值。

三．磁电系测量机构的特点

1．准确度高，灵敏度高

2．功率消耗小。

3．刻度均匀，便于准确读数。

4．过载能力小。

5．只能测量直流。

假设要测量交流电量，要配用整流器。

四．磁电系电流表

1．磁电系电流表的组成

（1）磁电系电流表由磁电系测量机构与分流电阻并联组成的。

（2）分流电阻的计算

RA=RC/（n-1）

其中，n=Ix//IC叫做仪表的电流扩大倍数。

上式说明，给一个测量机构并联一个阻值为表头内阻1/（n-1）倍的电阻，即可以使仪表的量程扩大n倍。

2．分流电阻

锰铜材料制成，30A以下为内附式，30A以上为外附式，外附式有四个接线端子，

外面的两个为电流端子，里面的两个为电位端子，这样可以消除接线电阻对测量的影响。

分流电阻的额定值额定电流和额定电压。

五．多量程电流表

1．开路式分流电路多量程电流表

优点各量程的电阻相互独立，互不影响。

缺点转换开关的接触电阻包含在分流电阻内，特别是转换开关接触不良时，被测电流全部流过表头，会导致表头烧坏。

2．闭路式分流电阻多量程电流表

优点转换开关的接触电阻处在测量机构的分流电阻之外，保证了准确度，同时当转换开关接触不良时，不会烧坏测量机构。

缺点各个量程之间相互影响，计算分流电阻比拟复杂。

六．磁电系电压表

1．磁电系电压表的组成

由磁电系测量机构和串联的分压电阻组成。

要使电压量程扩大m倍，需要串联的分压电阻是测量机构内阻RC的（m-1）倍。

即m=U/Uc时，RV=（m-1）RC

例题分析例2-2（略写）

2．分压电阻

材料锰铜

分类600V以内为内附式，600V以上为外附式。

七．多量程电压表

常采用共用式分压电路，如图2-9所示。

优点高量程分压电阻共用了低量程的分压电阻，节约了材料。

缺点一旦低量程损坏，那么高量程也无法使用。

电压表的灵敏度电压表的内阻与电压表的量程的比值。

单位Ω/V。

它有两个作用：

（1）表示电压表指针偏转至满刻度时取自被测电路的电流值；

（2）能方便地计算出该电压表各量程的内阻。

可见其意义是：

电压灵敏度越高，相同量程下电压表的内阻越大，取用被测电路的电流越小，对被测电路的影响越小，测量准确度也高。

课堂小结

磁电系单量程、多量程电流表及电压表。

磁电系测量机构的结构、原理和特点。

磁电系单量程、多量程电流表及电压表。

检流计的作用：

1．检测微小电流的有无；

2．检测微小电流的方向；

3．检测微小电流的大小。

一．检流的结构

检流计的特点是灵敏度高，为此在结构上与普通磁电系仪表有以下两点为同：

1．采用张丝或悬丝支撑代替轴尖支撑，以消除摩擦的影响。

2．用光标指示装置代替指针。

二．光电检流计

根据光电放大原理制成的一种检流计。

灵敏度比普通的检流计高一个级别。

1．IX=0时，HL的灯光经P1反射后照到GB1、GB2上光通量相等，这时P2上无电流，指针指零。

2．当IX不为零时，P1偏转，照射到GB1、GB2上的光通量不相等，P2上有电流，指针指示被测量的大小。

RP1为输入灵敏度调节电位器，同时有防止大电流损坏P1的作用。

RP21为反应电阻，调节它即可以改变反应深度，到达改变整个检流计的灵敏度的目的。

三．使用检流计的考前须知

1．搬动时轻拿轻放。

2．使用时要按正常工作位置放置。

3．搬动或使用完毕，应将止动器锁上。

或将接线端子短接。

4．禁止用万用表或电桥直接测量检流计的内阻，以防止过大的电流烧坏其线圈。

5．使用光电检流计时，在未知被测电流的大小时，RP1应调至最大，灵敏度调至最低，逐步向最高灵敏度过渡。

测量过程中，应缓慢调节RP1、RP2，以防止冲击电流损坏检流计。

6．检流计应放在枯燥、无尘、无振动的场所使用或保存。

四．电磁系测量机构的结构

主要组成：

固定线圈和可动铁片两局部。

1．吸引型测量机构

由固定线圈、可动铁片、指针、阻尼片、游丝、永久磁铁、磁屏蔽等组成。

如图2-14所示。

2．排斥型测量机构

有两片软磁铁片，一片为固定，另一片为可动，其余局部与吸引型根本相同。

如图2-16所示。

五．电磁系测量机构的工作原理

1．吸引型的工作原理

通电线圈→产生磁场→铁片被磁化吸引→指针偏转→游丝变形产生反作用平衡

力矩。

电流越大，磁化越强，吸引力越大，指针的偏转角越大。

当电流方向改变时，磁场方向和铁片被磁化的极性方向同时改变，转动力矩的方向

仍为吸引方向，因此得名为吸引型。

由于电流的方向改变时，指针的偏转方向不变，

所以可以制成交、直流两用仪表。

2．排斥型工作原理

线圈通电→两片铁片同时被磁化并且极性相同→同性相互排斥→固定铁片不动，

可动铁片偏转→指针偏转→游丝变形产生平衡力矩。

电流越大，两片铁片的排斥力也越大，指针的偏转角也越大。

电流方向改变，两片铁片的极性同时改变，仍为相互排斥，由此得名。

也可制成交、

直流两用仪表。

3．指针的偏转角与线圈中的电流的关系

线圈中的电流越大→线圈产生的磁场越强→铁片被磁化的磁性也越强→吸引力或

排斥力也越大。

实验和理论都证明，转动力矩与线圈中的磁势的平方成正比。

即α=K（NI）2

指针的偏转角α大小与被测电流I的平方成正比。

六．电磁系仪表的特点

1．可以测交流，又可以测直流。

2．可以直接测量较大的电流，过载能力强，结构简单，本钱低。

3．刻度标尺不均匀，起始段密而后疏。

4．易受外磁的影响。

常用的抗外磁措施有：

（1）磁屏蔽；

（2）采用无定位机构。

如图2-20所示。

七．电磁系电流表

1．电磁系电流表的结构：

实际上电磁系测量机构本身就是一个电磁系电流表。

只要改变线圈的匝数和线径，即可制成不同量程的电流表。

大量程：

导线粗，匝数少，工作时电流大。

小量程：

导线细，匝数多，工作时电流小。

2．安装式电流表

（1）常为单量程表，且电流的最大量程不超过200A；

（2）电流超过200A时常与电流互感器配合使用扩大量程。

3．便携式电流表

（1）常制成多量程表；

（2）量程扩大方法是把固定线圈分段绕制，通过各段线圈的串联、并联连接来实现量

程的改变。

如图2-21所示。

小量程：

采用串联连接。

大量程：

采用并联连接。

八．电磁系电压表

1．电磁系电压表的组成：

由电磁系测量机构的分压电阻串联组成。

注意：

电磁系电压表的线圈由于使用时并联在较高的电压上，为减小功率损耗和保

证足够的测量磁势NI，要求导线很细，匝数很多，工作时电抗很大。

2．安装式电压表

（1）多为单量程，且一般不超过600V；

（2）600V以上的电压测量时，常配合电压互感器使用。

3．便携式电压表

（1）常为多量程表；

（2）量程的扩大方法与磁电系电压表相同，即通过串联不同的分压电阻实现。

同时要注意，电磁式电压表一般不宜制成低量程表，否那么会因为表的内阻太小导致

功率损耗太大、灵敏度降低等问题。

一．互感器的作用

1．扩大仪表的量程。

交流大电流→电流互感器————→交流小电流→小量程电流表测量

按比例变换

交流大电压→电压互感器————交流小电压→小量程电压表测量

按比例变换

2．测量高压时保证工作人员和仪表的平安。

因为此时测量人员和仪表接触的只是低压局部，所以更平安。

3．有利于仪表生产的标准化，降低生产本钱。

实际电压或电流无论其值是多少，均可通过各种不同规格的电压互感器或电流互感

器，变换成额定值为100V或5A的标准输出，这样就可以使仪表的生产标准化，降

低了仪表的生产本钱。

二．电压互感器

1．构造和原理

（1）构造实际上是一个降压变压器，一次输入高压，匝数多，二次输出低压，匝数少。

如图2-23所示。

（2）工作状态相当于一个工作在二次开路状态下的变压器。

（3）变压比KTV=U1N/U2N常标在铭牌上。

实际测量时，有

U1=KTVU2即一次被测电压=变压比乘以二次仪表的读数

说明：

为测量方便，常按一次刻度，使得测量结果可以直读，但要求仪表与互感器

必须配套。

2．电压互感器的正确使用

（1）正确接线。

一次并联在被测电路上，二次接电压表。

（2）一次、二次都要安装熔断器，以防短路发生。

（3）铁心及二次侧的一端必须可靠接地，防止高压窜入时危及仪表及测量人员。

二．电流互感器

1．构造和原理

（1）构造相当于一个降流变压器，一次的匝数很少，通常只有几匝甚至一匝，二次

的匝数很多，常有几千匝。

工作时一次电流很大，而二次电流不超过5A。

（2）工作状态近似于一个二次短路运行的变压器。

（3）变流比KTA=I1N/I2N铭牌数据。

I1=KTAI2

即被测的一次电流I1等于变流比KTA乘以二次仪表的读数I2。

同样，当仪表与互感器配套作用时，测量结果也常按一次刻度成为直读。

2．电流互感器的正确使用

（1）正确接线。

一次按匝数要求穿过电流互感器的中心，二次接电流表。

（2）二次侧在运行中不允许开路。

不允许安熔断器。

为便于更换二次的仪表，二次

侧常装有短路开关。

（3）铁心及二次侧的一端应可靠挡地。

（4）注意二次侧安装的仪表和设备不能太多，假设超过二次的额定功率时，会导致测量

误差增大。

钳形电流表

钳形电流表：

是一种能在不断电的情况下测量电流的便携式电流表。

有的还能测量

电压。

一．钳形电流表的构造和原理

1．互感器式钳形电流表

（1）组成互感器（二次）、整流系电流表两大局部。

如图2-25所示。

（2）原理把钳口张开，被测导线放入钳口中，被测的导线相当于一次侧，在二次侧

感应出电流，送入整流系电流表进行测量，标尺按一次侧电流标度。

（3）注意互感器式钳形电流表只能测量交流电流。

（4）常用型号T301、T302、MG24型等。

2．电磁系钳形电流表

（1）构造电磁系测量机构组成。

（2）原理当被测导体放入钳口中心时，铁心中产生磁场，可动铁片被磁化，产生推

动力带动指针偏转，指示出被测电流的大小。

（3）特点可以测量交流，也可以测量直流。

特别是测量绕线式异步电动机的转子电

流时，由于转子电流的频率很低，互感器式钳形电流表是无法测量其具体数值的，

这时只能用电磁式钳形电流表。

（4）常用型号MG20、MG21等。

二．钳形电流表物正确使用

1．先选用大量程估测被测电流的大小，再选用适宜的量程测量。

换量程时要先退出

被测导线。

2．被测导线应放在钳口的中央，以减小误差。

3．钳口要结合紧密，假设有杂声，可用煤油洗净。

4．5A以下的小电流，绕几圈测量，读数除以放入钳口中的导线的次数即为实际的

被测电流。

5．测量完毕，要把量程放在最大电流测量位置，以防下次测量时不小心损坏仪表。

一．电流表与电压表的选择

1．选择仪表的类型

（1）直流电流、电压的测量：

磁电系仪表。

（2）交流电流、电压的测量：

电磁系仪表、整流系仪表。

交流电量的精确测量可以选

用电动系仪表。

（3）交、直流两用：

一般情况下可选用电磁系仪表，需要精确测量时可以选用电动系

仪表。

2．选用仪表的准确度

（1）标准表、精测时：

0.1、0.2级。

（2）实验室用表：

0.5、1.0级。

（3）一般工程使用：

1.5、2.5、5.0级。

（4）附加装置的准确度：

分流电阻、分压电阻、仪用互感器等，其准确度应比仪表

本身高2—3档。

3．选择仪表的内阻

电流表：

内阻尽量小。

电压表：

内阻尽量大。

4．选择仪表的量程

（1）仪表的量程要大于被测量；

（2）把被测量范围选择在仪表标尺满刻度的三分之二以上范围内；

（3）无法估计被测量的大小时，应选用大量程的仪表测试后，再逐步换成适宜量程的

上测量。

5．选择仪表的使用条件

（1）实验室：

便携式仪表。

（2）开关板、电气设备上：

安装式仪表。

（3）尽量满足仪表的使用环境要求选用A、B、C组仪表。

6．仪表的绝缘强度选择

要求仪表的绝缘强度要高于被测线路的电压。

二．电流表与电压表的使用方法

1．按前述的方法选择好仪表。

2．正确接线。

电流表：

串联接入电路中，电压较高时，最好串在低电位端（如零线、负极线上）。

电压表：

并联接入电路中。

3．直流电流表、电压表在接入电路中时，要注意仪表的极性。

“+〞端电流流入，“-〞

端电流流出，否那么会导致仪表反转而不能正确读数甚至损坏仪表。

万用表的组成测量机构、测量线路、转换开关三局部组成。

一．测量机构

1．作用过渡量——→指针偏转

2．结构

万用表常用磁电系测量机构，满偏电流一般在几微安---几百微安之间。

3．灵敏度

满偏电流越小灵敏度越高。

常用电压灵敏度来表示（Ω/V），越大越灵敏。

二．测量线路

1．作用

把不同的被测量（电流、电压、电阻等）——→过渡量（直流电流）。

万用表之所以能测量多种电量，是因为其内部有多套测量线路。

2．结构

测量线路主要由分流电阻（电流档使用，多个）、分压电阻（电压档使用，多

个）、整流元件（交流档使用，半波或全波）等组成。

一般来说，万用表的功能越多，其测量线路也越复杂。

三．转换开关

1．作用

把测量线路转换为所需要的测量种类和量程。

2．结构

多层多刀多掷开关。

500型万用表有两个转换开关，S1和S2，如图3-1所示。

S1：

二层三刀十二掷开关。

S2：

二层二刀十二掷开关。

主要技术特性及总电路图

1．主要技术特性表3-1

能理解各种电量、各种量程，灵敏度的含义，准确度的等级等技术参数。

2．电路总图

总图的读法包括以下的几个局部：

（1）表头局部

（2）转换开关S1、S2的读法

（3）分流电阻、电压电阻局部的读法

（4）整流局部的读法

（5）电源局部（1.5V、9V）的读法

根本的理论知识：

欧姆定律、电阻的串联和并联知识、整流电路（半波）知识。

一．直流电流测量电路

1．转换开关位置

S1→A档，S2→相应的量程档，此时的电路如图3-4所示。

实际上采用的是闭路

式分流