1.3 电工仪表的基本知识（课件）-《电气测量技术》同步精品课堂（高教版）

《电气测量技术》（第4版）高等教育出版社 同步精品课程——中职专业课 项目1 电气测量技术的基本知识 电工仪表的基本知识（第3课时） 知识目标 1.深入理解电工仪表的基本原理，包括磁电式、电动式等常见类型仪表的工作原理，清晰掌握测量机构与测量线路在仪表中的作用机制与协同工作方式。 2.全面熟悉电工仪表的分类标准，准确识别各类仪表的标志和型号所蕴含的信息，能够依据这些信息对不同仪表进行分类与初步特性判断。 能力目标 1.具备正确识别不同类型电工仪表的能力，能够根据仪表的外观特征、标志、型号等信息快速准确判断其工作原理、适用范围及大致性能特点。 2.可以依据具体测量任务与要求，综合考虑电工仪表的各项技术要求，如准确度等因素，选择最适合的仪表类型与规格，制定合理的测量方案与步骤。 情感目标 1.通过对电工仪表复杂而精妙的工作原理及严谨的技术要求的学习，激发对电气领域科学技术的好奇心与探索欲，培养对电气学科深入学习的兴趣与热情。 2.借助小组讨论、实验操作等互动性教学环节，培养团队协作精神与沟通交流能力，学会在团队中分享知识、共同解决问题。 学习目标 项目1 电气测量技术的基本知识 导入情景 01 简单的电路演示板 新知学习 02 一、电工仪表的基本原理及组成 电工仪表的基本原理是把被测电量或非电量变换成仪表指针的偏转角。因此它也称机电式仪表，即用仪表指针(可动部分)的机械运动来反映被测电量的大小。电工仪表通常由测量线路和测量机构两部分组成,如图 1-1 所示。 测量机构是实现电量转换为指针偏转角,并使两者保持一定关系的机构。它是电工仪表的核心部分。 测量线路将被测电量或非电量转换为测量机构能直接测量的电量,测量线路必须根据测量机构能够直接测量的电量与被测量的关系来确定，一般由电阻、电容、电感或其他电子元件构成。 新知学习 02 一、电工仪表的基本原理及组成 各种测量机构都包含固定部分和可动部分。 从基本原理上看,测量机构都有产生转动力矩、反作用力矩和阻尼力矩的部件,这三种力矩共同作用在测量机构的可动部分上,使可动部分发生偏转并稳定在某一位置上保持平衡。因此,尽管电工指示仪表的种类很多，但只要弄清楚产生这三个力矩的原理和它们之间的关系，也就懂得了仪表的基本工作原理。 新知学习 02 二、电工仪表的分类、标志和型号 1.电工仪表的分类 电工仪表可以根据原理、结构、测量对象、使用条件等进行分类。 (1) 根据测量机构的工作原理,可以把电工仪表分为磁电系、电磁系电动系、感应系静电系、整流系等。 (2)根据电工指示仪表的测量对象,可以分为电流表(旧称安培表)电压表(旧称伏特表),功率表(旧称瓦特表),电能表,电阻表(旧称欧姆表)相位表等。 (3) 根据电工仪表工作电流的性质,可以分为直流仪表、交流仪表和交直流两用仪表。 (4)按电工仪表的使用方式,可以分为安装式表(或称为板式仪表）和便携式仪表等。 新知学习 02 二、电工仪表的分类、标志和型号 (5) 按电工仪表的使用条件,可以分为 A A, BB和C 五组。有关各组仪表使用条件的规定可查阅相关的国家标准。 (6)按电工仪表的准确度,可分为 0.1,0.2,0.51.01.5,2.5和5.0个准确度等级除以上分类而外,还可以按外壳的防护性能及耐受机械力作用的性能分类。 2.电工仪表的标志 电工仪表的表盘上有许多表示其基本技术特性的标志符号。根据国家标准的规定,每一个仪表必须有表示测量对象的单位,准确度等级,工作电流的种类、相数,测量机构的类别,使用条件组别,工作位置,绝缘强度试验电压的大小,仪表型号和各种额定值等标志符号。 新知学习 02 二、电工仪表的分类、标志和型号 电工仪表和附件表面常见标志符号所表示的基本技术特性见表 1-2。 新知学习 02 二、电工仪表的分类、标志和型号 3.电工仪表的型号 (1) 安装式仪表型号的组成。安装式仪表型号的编制规则如图 1-2 所示。其中形状第一位代号按仪表面板形状最大尺寸编制;形状第二位代号按外壳形状尺寸特征编制;系列代号按测量机构的系列编制,例如磁电系代号为“C”,电磁系代号为“T”,电动系代号为“D”,感应系代号为“G”,整流系代号为“L”等。例如44C2-A 型电流表,型号中“44”为形状代号,可以从有关标准中查出其外形和尺寸，“C”表示该表是磁电系仪表，“2”是设计序号“A”表示该表用于测量电流。 仪表的产品型号可以反映出仪表的用途和工作原理。产品型号是按规定的标准编制的。对安装式和便携式仪表的型号,规定了不同的编制规则。 新知学习 02 二、电工仪表的分类、标志和型号 (2)便携式仪表型号的组成。由于便携式仪表不存在安装问题,所以将安装式仪表型号中的形状代号省略后,即是它的产品型号。例如 T62-V 型电压表，“T”表示是电磁系仪表，“62”是设计序号，“V”表示是电压表。 新知学习 02 三、电工仪表的误差、准确度和测量数据的处理 1.误差 电工仪表的误差分为基本误差和附加误差。 基本误差是指仪表在规定的使用条件下测量时,由于结构上和制作上不完善引起的误差。例如,仪表的可动部分的摩擦、标度尺刻度不均匀等原因引起的误差均属基本误差。 当仪表不能在规定的使用条件下工作时,除了基本误差外,由于温度、湿度、外磁场或电场等因素的影响,还将产生附加误差。附加误差实际上是因工作条件改变而造成的额外误差。 新知学习 02 三、电工仪表的误差、准确度和测量数据的处理 2.准确度 仪表的基本误差通常用准确度来表示准确度越高，仪表的基本误差就越小。对于同一只仪表,测量不同大小的被测量,其绝对误差 A 变化不大,相对误差 A/A却有很大变化。被测量 A 越小,相对误差就越大。显然,通常的相对误差概念不能反映出仪表的准确性能，所以，一般用引用误差来表示仪表的准确性能。 (1)引用误差。仪表测的绝对误差 A 与该仪表(满刻度值)Am的百分比称为仪表的引用误差 引用误差实际是仪表最大读数的相对误差。 新知学习 02 三、电工仪表的误差、准确度和测量数据的处理 (2)仪表的准确度。就是仪表的最大引用误差,即仪表量程范围内的最大对误差Amax与仪表量程Am的百分比,用K表示 显然，准确度表明了仪表基本误差最大允许的范围。最大引用误差愈小,仪表的基本误差也愈小，准确度就愈高。国家标准规定,各个准确度等级的仪表共分七级,在规定的使用条件下测量时,其基本误差不应超出表 1-3 中规定的值。 新知学习 02 三、电工仪表的误差、准确度和测量数据的处理 3.测量结果准确度的评定 测量不仅要确定被测量的数值,还必须评定测量结果的准确程度，即确定测量结果的误差。在大多数工程测量中,通常只要求测量结果的误差不超过给定的范围，而不要求确定实际误差的大小。 所以,通过选择合适的测量方法和仪表,并使仪表在规定的使用条件下工作,可以只进行一次测量。在这种情况下,可以根据仪表的准确度来确定测量结果中可能出现的最大误差。 新知学习 02 三、电工仪表的误差、准确度和测量数据的处理 (1)仪表的基本误差对测量结果的影响。计算出由仪表基本误差使测量结果可能产生的最大相对误差 max。 (2)当仪表不能在规定的使用条件下测量时,将有附加误差产生。此时测量结果的最大误差应该是仪表基本误差与附加误差之和。当有多种附加误差产生时，总的附加误差是各项附加误差的总和。 新知学习 02 三、电工仪表的误差、准确度和测量数据的处理 4.测量数据的处理 测量结果一般由数值大小与测量单位两部分表示。例如某直流电压表的测量结果是54.4 V,这里的 54.4 是用三位有效数字表示的测量数据而最后一位有效数字是估计值可能有士1 的误差。如果用 kV 单位就可以写成 0.054 4 kV,虽然单位改变了,但是它们的有效数字位数相同，这两种写法的准确度也完全相同,因此不能认为小数点之后的数字越多准确度就越高。准确度的高低主要看在测量或计算中用几位有效数字表示。 新知学习 02 四、对电工仪表的主要技术要求 电工仪表技术性能的好坏,对测量结果的准确性、可靠性有很大影响。国家标准《电测量指示仪表通用技术条件》对电工仪表的技术性能作了具体的规定，主要有以下几个方面。 1.足够的准确度 2.合适的灵敏度 3.仪表本身消耗的功率小 4.良好的读数装置 除以上主要要求外,还要求仪表具有良好的阻尼、足够的过载能力、耐压能力、绝缘电阳以及使用方便、结构牢固等技术性能。 小试牛刀 题目 1： 电磁式仪表是利用（ ）原理制成的。 A. 通电导体在磁场中受力 B. 电磁感应 C. 电流的热效应 D. 通电线圈产生磁场与永久磁铁磁场相互作用 答案：D 解析：电磁式仪表的工作原理是基于通电线圈产生磁场，该磁场与仪表内的永久磁铁磁场相互作用，使可动部分产生偏转，从而指示出被测量的大小。A 选项是电动式仪表原理；B 选项是感应式仪表原理；C 选项是热继电器等基于热效应的仪表原理。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 2： 电工仪表型号中，第一位字母 “T” 表示（ ）。 A. 电磁式 B. 磁电式 C. 电动式 D. 感应式 答案：A 解析：在电工仪表型号中，不同字母表示不同的工作原理，“T” 代表电磁式，“C” 代表磁电式，“D” 代表电动式，“G” 代表感应式。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 3： 准确度等级为 0.5 级的电工仪表，其基本误差为（ ）。 A. ±0.5% B. ±0.5 毫安 C. ±0.5 伏特 D. ±5% 答案：A 解析：电工仪表的准确度等级表示仪表在规定工作条件下的最大基本误差的百分数。0.5 级仪表的基本误差为 ±0.5%。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 4： 从减少对被测电路影响的角度出发，电工仪表应（ ）。 A. 有足够的准确度 B. 有合适的灵敏度 C. 仪表本身消耗的功率小 D. 有良好的读数装置 答案：C 解析：仪表本身消耗功率小，在接入被测电路时，对原电路的电流、电压等参数影响就小，不会因仪表的接入而使被测电路的工作状态发生较大改变，从而保证测量的准确性和可靠性。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 5： 磁电式仪表一般适用于测量（ ）。 A. 直流电量 B. 交流电量 C. 交直流电量均可 D. 非电量 答案：A 解析：磁电式仪表的磁场由永久磁铁产生，当通入直流电流时，可动线圈受力偏转，其指针能稳定指示直流电量的大小。若通入交流电流，由于电流方向周期性变化，产生的力矩方向也周期性变化，指针无法稳定偏转，所以一般只适用于直流测量。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 6： 电动式仪表与电磁式仪表相比，电动式仪表的（ ）。 A. 准确度较低 B. 灵敏度较低 C. 准确度较高 D. 适用于测量大电流 答案：C 解析：电动式仪表的工作原理决定了它在测量时受外界磁场等干扰相对较小，刻度均匀性好，所以准确度较高。而电磁式仪表结构相对简单，准确度一般不如电动式仪表；电动式仪表灵敏度也较高；电动式仪表一般不适合直接测量大电流，需要配合电流互感器等使用。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 7： 仪表的变差是指（ ）。 A. 测量值与真实值之差的变化范围 B. 在外界条件不变的情况下，用同一仪表对被测量进行正、反行程测量时，所得仪表示值之差 C. 仪表在不同环境温度下测量同一量时的误差变化 D. 仪表在不同频率下测量同一量时的误差变化 答案：B 解析：变差反映了仪表在正、反行程测量时的指示差异，在相同条件下，正行程和反行程测量同一被测量，由于仪表内部摩擦、间隙等因素，会使仪表示值不同，这个差值就是变差。A 选项是绝对误差；C 选项是温度附加误差；D 选项是频率附加误差。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 8： 某电工仪表的准确度等级为 1.0 级，量程为 10A，用该表测量 5A 电流时，其最大可能的相对误差为（ ）。 A. 1.0% B. 2.0% C. 5.0% D. 10% 答案：B 解析：最大绝对误差 = 量程 × 准确度等级 = 10×1.0% = 0.1A，测量 5A 电流时的最大相对误差 = 最大绝对误差 ÷ 测量值 = 0.1÷5 = 2.0%。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 9： 请说明电工仪表按工作原理可分为哪几类，并举例一种仪表说明其工作原理。 答案：电工仪表按工作原理可分为磁电式、电磁式、电动式、感应式等。例如磁电式仪表，其工作原理是利用通电导体在磁场中受力的作用。当有直流电流通过仪表的可动线圈时，可动线圈在永久磁铁产生的磁场中受到电磁力的作用而发生偏转，偏转角与通过线圈的电流大小成正比，从而通过指针在刻度盘上指示出电流的数值。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 10： 计算1.057 82×14.21×4.52。 答案：原式中,数据 4.52的有效数字的位数最少,为三位,故应将 1.057 82 修约为 1.058而 14.21 不变。 原式=1.058×14.21×4.52=67.954 493 6 对结果修约，即 67.954 493 6修约为68.0。 尝试解答下面习题 课堂小结 03 1.电工仪表的基本原理及组成：电工仪表主要由测量机构和测量线路组成。测量机构作为核心部件，承担着将被测电量或非电量转换为可动部分偏转角位移的关键任务。 2.仪表的误差分为绝对误差、相对误差和引用误差等。绝对误差是测量值与真实值之差，它直观反映了测量结果偏离真实值的具体大小和方向。相对误差是绝对误差与真实值的比值，能更准确地体现测量误差的相对程度。 3.对电工仪表的主要技术要求：足够的准确度：准确度直接关系到测量结果与真实值的接近程度，高准确度的仪表能够提供更可靠的测量数据，在精密测量和对测量结果要求严格的场合。仪表本身消耗的功率小：仪表接入被测电路时，若自身消耗功率过大，会改变电路的原有工作状态，导致测量得到的电压、电流等参数并非电路原始的真实参数。良好的读数装置：良好的读数装置应具备刻度均匀的特点，方便使用者快速、准确地读取测量值，并易于进行数据处理和计算。 作业布置 04 简述电工仪表测量线路的作用，并举例说明。 说明仪表的变差是什么，并分析其产生的原因。 为什么电工仪表需要良好的读数装置？请从至少两个方面阐述。 感谢观看 $$