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、

安全、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．电工仪表的发展概况

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（或数字式电压基本表）测量线路测量仪表的基本

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、、、、、、共七级。

（5）按使用条件分类A组环境0—400CB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．比较仪表

又分为直流比较仪表和交流比较仪表。

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P42．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．基本误差：

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△:

仪表的指示值AX与被测量的实际值A0之间的差值。

△=AX-A0

可见，绝对误差是有正负之分的。

2•相对误差y绝对误差△与被测量实际值A0比值的百分数。

丫=△/AOX100%

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

3•引用误差和：

绝对误差△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。

．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%=m/Amx100%

我国生产的电工仪表准确度共分为七级：

、、、、、、。

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

合适的量程，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．要有合适的灵敏度灵敏度：

电工指示仪表中，仪表的可动部分偏转角的变化量与被测量的变化量之比值。

S=Aa/△x

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基本误差的绝对值五．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

凡是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．比较测量法

凡是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值的方法叫做比较法。

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．代替法用已知的标准量代替被测量，若能维持仪表的读数不变，则被测量必然等于已知量。

如曹冲称大象。

比较法的优点准确度高。

比较法的缺点设备复杂，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、比较测量法、间接测量法。

直接测量法、比较测量法、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，多次测量同一量时，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）仪表的误差包括基本误差和附加误差。

（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）校正仪表的基本误差，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）正负误差补偿法多次测量取平均值。

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．偶然误差的消除多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）转换成为仪表可动部分的偏转角。

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。

它是使仪表的可动部分转动的力矩。

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缩短可动部分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部分运动时才能产生。

（2）MZ大小与速度成正比，方向都与可动部分的运动方向相反。

（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。

•磁电系测量机构的结构

1•结构

J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

（紆内磁式

（c）内外磁式

．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=DXa

3.当M=Mf时，指针静止。

这样有

a=NBSI/D=（NBS/D）I

说明，磁电系测量机构的偏转角a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。

若要测量交流电量，要配用整流器。

四．磁电系电流表

1.磁电系电流表的组成

⑴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）

n=lx

中

7.外形尺寸：

168X80X26（mm）

.数字式万用表的组成及原理

1.直流电压测量电路

数字式电压基本表本身可视为一个量程为200mV的电压表，在使用时常利用分

压电

路来扩大其电压测量量程。

（1）直流电压量程的扩大

如图4-7所示。

Um/Uin=（R/1+R/2）/Rv2

其中Uin=200mv,Um为扩大后的量程。

R/1、R/2为外接的分压电阻。

（2）多量程直流测量电路

如图4-8所示，由多个分压电阻与转换开关S1组成外接多量程分压电路。

2.直流电流测量电路

原理：

将被测电流在分流电阻上产生的压降作为数字电压基本表的输入电压，测出电压的值，实际上就可以换算出被测电压的值。

注意：

电压基本表的输入电压不能超过200mv。

多量程时也采用闭合式分流电路。

如图4-10报示。

3．交流电压测量电路方法：

先将交流大电压进行降压后，由线性AC/DC转换电路变成小的直流电压，再送入电压基本表中进行测量。

4．交流电流测量电路

方法：

交流电流f交流电压f线性AC/DC转换器—数字式电压基本表测量。

其中交流电流f交流电压仍采用分流式电路，与直流测量时相同。

5．电阻测量电路方法：

采用比例法测量电阻。

如图8-12所示。

（1）数字式欧姆表的原理UX/UO=IRX/IRO=RX/RO

当Rx=FO时，显示值为1000,当Rx=2FO时满量程。

（2）DT-830型万用表的电阻测量电路

如图4-13所示。

6•晶体三极管hfe测量电路

如图8-14所示，

UIN=ICRO=hfeIbRO

如果已知lb=10卩A,FO=10Q,代入上式，得

hfe=10UinmV,因此只要用200mV量程去测量晶体三极管的hfe,只要去掉小数点，就可以得到hfe。

三．数字式万用表的使用方法

1．外形结构

（1）液晶显示器

（2）电源开关：

ONOFF

（3）量程开关：

（4）hFE插座：

B、C、E共四个插孔。

（5）输入插孔：

黑笔在COM插孔，红笔根据被测量的不同分别插在“V°Q

“mA”

“10A”等插孔。

并且要注意量程。

（6）电池盒2．使用方法

（1）直流电压的测量

红笔在“V°Q”孔，黑笔在“COM”孔。

量程置“DCV”的适当量程。

（2）交流电压的测量

表笔与上相同，量程置“ACV上即可。

（3）直流电流的测量

红笔在“mA”或“10A”，黑笔在“COM'孔，量程在“DCA'。

（4）交流电流的测量

量程置“ACA'即可，表笔与上相同。

（5）电阻的测量

量程置“Q”的合适位置，红笔在“V°Q”孔，黑笔在“COM”孔。

（6）二极管的测量

将量程开关置有二极管符号的位置，红笔在“V°Q”孔，接二极管的正极，

黑笔在“COM”孔，接二极管的负极，结果是：

~V时为锗管，显示0。

550~0。

700V时为硅管，如果显示000则二极管击穿，显示1则二极管内部开路。

（7）晶体管hFE的测量

将NPN或PNP管插入相应的孔，开关拔至ON,即可显示hFE的值。

（8）线路通断的检查

量程开关至蜂鸣器档，表笔与测量电阻时相同，当电阻低于（20±10）Q时，蜂鸣

器发出声音，表示电路接通，否则为不通。

3．使用数字式万用表的注意事项

（1）不同型号的表使用方法不尽相同，使用前要仔细阅读说明书。

（2）测量前，要注意表笔和量程是还正确。

3）无法估计被测值的大小时，应选最大量程。

4）在测量大电流或高电压时，不得在测量中拔动开关。

5）红笔带正电，黑笔带负电，这点与模拟式万用表不同

（6）只能测量45~500HZ范围内的交流电量有效值。

7）不得带电测量电阻。

8）不能正常显示时，检查电池、保险丝。

（9）使用完毕后，要放在OFF,长期不用应将电池取出＜

电阻按阻值大小的分类：

1•小电阻1Q以下。

2.中电阻1Q~100KQ之间。

3.大电阻100KQ以上。

§5-1电阻测量方法的分类

1.按获得测量结果方式分

1.直接法采用直读式仪表测量，如用万用表测量电阻，兆欧表测电阻等。

2.比较法

采用比较式仪表测量电阻，如用直流电桥测电阻等。

3.间接法

测出相关电量，然后通过计算的方法得出结果，如用伏安法测电阻

2.按作用的仪表分类电桥

是一种比较仪表，用准确度很高的元件作为标准量，用比较的方法测电阻（电感

或电容），因而准确度很高。

电桥的分类：

直流电桥和交流电桥，直流电桥又分为单臂电桥和双臂电桥。

一.直流单臂电桥的构造和原理

1.构造图5-2所示2．电桥的平衡状态：

当电桥的检流计中的电流等于零时，即IP=0时，称为电桥的

平衡状态。

3．电桥的平衡条件（电桥的测量原理）经推导得R2R4=RXR3即对臂的电阻乘积相等时，电桥平衡。

被测电阻RX=（R2/R3）R4=比例臂乘以比较臂4．提高准确度的条件

（1）R2、R3、R4的准确度要高；

（2）检流计的灵敏度也要高。

2.QJ23型直流单臂电桥简介1．电路图图5-3所示。

⑴比例臂分析SA以上认为是Rz,SA以下认为是R3。

（2）比较臂分析由四位可调电阻组成，步进值为1Q。

（3）检流计支路SB2（B通）断，可以用内附的检流计或者外接检流计。

（4）电源支路SB1（G通）断，可以用内电池或者外接电池。

3.直流单臂电桥的使用

1.检流计锁扣打开，机械调零。

2.接入被测电阻，要求用粗线并拧紧。

3.选择比例臂，使得比较臂的四位都能被充分利用。

4.测电感线圈的电阻时，先按SB1，再按SB2；测量完毕，先按SB2，再按SB

1。

5.指针偏“+”（正）时，增大R4；指针偏“-”（负）时，应减小R4。

指针指零时，Rx=比例臂x比较臂。

6.使用完毕后，断开SB2（B），断开SB1（G），再拆除电阻，将检流计的锁扣锁上。

有的检流计用G的常闭触头短接检流计。

7.电池电压不足时要及时更换，否则会影响灵敏度

外接电池或者更换电池时，要注意极性不要接反。

测量1欧以下的小电阻要使用直流双臂电桥。

直流双臂电桥：

凯文电桥，能消除接线电阻和接触电阻的影响，专门用于测量阻值

在1Q以下的小电阻。

一．构造及工作原理

（一）构造图5-4所示

1.Rx与R4共一臂，Rn标准电阻）与R3共一臂，Rn与Rx之间用阻值为r的导

线相连，（r-0）。

2.Rx与Rn都采用两对端钮的接法。

3.R1、R2、R3、R4均为大于10Q的标准电阻，R为电池的限流电阻。

（二）原理

1.当电桥调节至平衡时，IP=0,则有

I1=I2，I3=I4，推导得

Rx=（R2/R1）Rn+rR2/（r+R3+R4审（R3R1-R4/R2）

即被测电阻=倍率x标准电阻盘的读数+校正值

2.为使求解Rx的公式与单臂电桥相同，常用以下找措施：

⑴R1与R3，R2与R4采用联动机构，保证R3/R1=R4/R2从而校正项始终为零。

（2）Rn,Rx的连接导线尽量粗，使r-0。

3.消除接线电阻和接触电阻的原理：

共有3点，P48~49。

二.QJ103型直流双臂电桥

1.面板介绍图5-5所示。

SA-倍率转换开关，（R1上左，R2上右，R3下左，R4下右）联动，保证总有

R3/R1=R4/R2。

2.电路图的识读

倍率=R2/R1，有X，X，X1，x10，x100，共5个倍率档位。

Rn的范围：

~Q。

测量范围：

~11Q。

电源：

~2V直流，有外接端钮。

三．直流双臂电桥的使用基本方法与单臂电桥相同，需要注意的有两点：

1．四端接线。

如图5-6所示。

2．直流双臂电桥工作时电流较大（因为电阻都比较小），故测量要求尽快完成，以免

电池的电量消耗过大。

3．常用电桥型号和技术特性简介表5-2所示。

双臂电桥的原理与使用方法。

电气设备及线路的绝缘电阻是很大的电阻，它只能用兆欧表测量。

兆欧表的应用范围：

测量电气设备的绝缘电阻。

为什么设备的绝缘电阻测量要用兆欧表，而不能用万用表

（1）设备的绝缘电阻通常很大（几兆~几百兆欧），超出了万用表的测量范围。

（2）由万用表的表内电池电压太低，因而测得的是设备在低压下的电阻，其值不能真

正反映设备在正常工作高压下的绝缘电阻。

一．兆欧表的结构

1．结构组成：

手摇直流发电机、磁电系比率表、测量线路三部分组成。

（1）手摇直流发电机电压有500V、1000V、2500V等，有离心调速装置，使转子能

恒速转动。

（2）磁电系比率表永久磁铁形成不均匀磁场，两个固定在同一轴上且相差一定角度

的线圈，一个产生转动力矩，另一个产生反作用力矩。

游丝为无力游丝，仅用于传

导电流。

由于磁场不均匀，可动部分的平衡位置a与两个线圈中的电流的比率

有关，故称为磁电系比率表。

如图5-7所示。

（3）测量线路主要是限流电阻及连接线路的导线组成。

二．兆欧表的工作原理

1．接线：

被测绝缘电阻RX接在L、E两端之间。

2．发电：

摇动手柄（120r/min左右）。

3．转动力矩与反作用力矩

M1=I1f1（a）,M1驱动可动部分顺时针转，但可动部分顺转会使M1减弱，

相反，若可动部分反转M1会增强。

M2=I2f2（a）,M2驱动可动部分逆时针转，但可动部分逆转会使M2减弱，相反，若可动部分顺转M2会增强。

4．测量当M1=M2时，可动部分平衡，即有

I1f（a）=I2f（a）

11/I2=f2（a）/f1（a）=f（a）

=F（I1/I2）

即指针的偏转角只决定于两个线圈中电流的比值。

又因为

12=U/（R2+r2）

I1=U/（R1+RX+r1）

=F（I1/I2）=F[（R1+RX+r1）/（R2+r2）]其中只有RX为变量，因而a能反映RX的大小。

5•验表：

⑴验0把L、E短接，缓慢摇动手柄，由于RX=O,所以此时指针应

指在0位置。

⑵验％L与E开路，手柄摇至120r/min，由于11=0,在仅有12作用的情

况下，指针偏转至最左端％处。

（3）在未测量时，由于I1=0，I2=0，同时游丝是无力游丝，所以指针可以停留在

任何位置。

三．兆欧表的选择、使用与维护

1．兆欧表的选择

（1）额定电压的选择：

兆欧表的额定电压应比电气设备的额定电压高一到二级。

表5-3。

（2）兆欧表测量范围的选择：

测量范围与被测绝缘电阻相符合，否则误差大。

2．兆欧表的接线

L线路）---被测设备（工作时带电部分）

E接地）---可靠接地（工作时不带电部分）

G屏蔽）---电缆的屏蔽层（消除表面漏电流的影响）

3．兆欧表的检查（验表）

（1）检查s:

L、E分开，手柄摇到120r/min,指针应指在处，否则有故障。

（2）检查0：

L、E短接，缓慢摇动手柄，指针应指在0处，否则有故障。

4．兆欧表的使用注意事项

（1）设备停电，电容放电（2min）后才可进行绝缘电阻的测量。

（2）不能用双股线、绞线连接表的设备，两条线必须分开。

（3）手柄摇时应由慢到快摇至120r/min，若有短路指零，立即停止。

（4）测电容时，读数后不能立即停止，应渐渐减慢并同时拆线，而后再给电容放电。

（5）记录测量时的环境状况，如温度、湿度、设备状况等，以便于分析。

一．接地电阻的含义

1．接地:

为保证安全、正常工作，导体部分与大地相连接。

例如电动机外壳的接地

变压器中性点的接地等。

2．接地装置:

由接地线、接地体组成。

3．接地电阻：

包括接地线电阻、接地体电阻、接地体与土壤的接触电阻、接地体与

零电位点（大地）之间的土壤电阻。

4．测量接地电阻的意义：

安全保障。

5．接地电阻的测量方法：

电桥法、电流表—电压表法、补偿法（接地电阻测量仪）二.ZC-8型接地电阻测量仪

1．补偿法测量接地电阻的原理

（1）图5-10所示。

（2）组成：

手摇交流发电机、电流互感器、电位器、检流计组成。

附件：

两个探针，

三条线。

（3）原理：

摇动发电机f电流TA—次fE/f大地fC/f发电机另一端。

调节RP使检流计指零，则有

IRX=KIRS

Rx=KFS=^比X读数盘的读数

2.ZC-8型接地电阻测量仪简介

（1）仪表平放，调零。

（2）接线：

EE/

或（C2---P2）---E/

P1（P）---P/

C1（C）---C/

E人P人C/在一条直线上相距各20m,电阻小于1Q时，要采用四端接线方法。

3.倍率放在最大，摇动发电机，同时，转动标度盘，检流计指正中间红线，升速

到达120r/min,调节标度盘，指针指红线，此时，接地电阻