4.1 电工指示仪表的基本常识

1.电工测量的意义

一个完整的测量过程，通常包含如下几个方面：

（1）测量对象

电工测量的对象主要是反映电和磁特征的物理量，如电流（I）、电压（V）、电功率（P）、电能（W）以及磁感应强度（B）等；反映电路特征的物理量，如电阻（R）、电容（C）、电感（L）等；反映电和磁变化规律的非电量，如频率（f）、相位（φ）、功率因数（cosφ）等。

根据测量的目的和被测量的性质，可选择不同的测量方式和不同的测量方法。

（2）测量设备

对被测量与标准量迸行比较的测量设备，包括测量仪器和作为测量单位参与测量的度量器。迸行电量或磁量测量所需的仪器仪表，统称为电工仪表。电工仪表是根据被测电量或磁量的性质，按照一定原理构成的。在电工测量中使用的标准电量或磁量是电量或磁量测量单位的复制体，称为电学度量器。电学度量器是电气测量设备的重要组成部分，它不仅作为标准量参与测量过程，而巨是维持电磁学单位统一，保证量值准确传递的器具。电工测量中常用的电学度量器有标准电池、标准电阻、标准电容和标准电感等。

除以上三个主要方面外，测量过程中还必须建立测量设备所必需的工作条件；慎重地迸行操作，认真记录测量数据；并考虑测量条件的实际情况迸行数据处理，以确定测量结果和测量误差。

2.测量方式和测量方法的分类

（1）测量方式的分类

测量方式主要有如下两种：

1）直接测量：在测量过程中，能够直接将被测量与同类标准量迸行比较，或能够直接用事先刻度好的测量仪器对被测量迸行测量，从而直接获得被测量的数值的测量方式称为直接测量。例如，用电压表测量电压、用电能表测量电能以及用直流电桥测量电阻等都是直接测量。直接测量的方式广泛应用于工程测量中。

2）间接测量：当被测量由于某种原因不能直接测量时，可以通过直接测量与被测量有一定函数关系的物理量，然后按函数关系计算出被测量的数值，这种间接获得测量结果的方式称为间接测量。例如，用伏安法测量电阻，是利用电压表和电流表分别测量出电阻两端的电压和通过该电阻的电流，然后根据欧姆定律R＝U/I计算出被测电阻R的大小。间接测量方式广泛应用于科研、实验室及工程测量中。

（2）测量方法的分类

在测量过程中，作为测量单位的度量器可以直接参与也可以间接参与。根据度量器参与测量过程的方式，可以把测量方法分为直读法和比较法。

1）直读法：用直接指示被测量大小的指示仪表迸行测量，能够直接从仪表刻度盘上读取被测量数值的测量方法，称为直读法。直读法测量时，度量器不直接参与测量过程，而是间接地参与测量过程。例如，用欧姆表测量电阻时，从指针在刻度尺上指示的刻度可以直接读出被测电阻的数值。这一读数被认为是可信的，因为欧姆表刻度尺的刻度事先用标准电阻迸行了校验，标准电阻已将它的量值和单位传递给欧姆表，间接地参与了测量过程。直读法测量的过程简单，操作容易，读数迅速，但其测量的准确度不高。

2）比较法：将被测量与度量器在比较仪器中直接比较，从而获得被测量数值的方法称为比较法。例如，用天平测量物体质量时，作为质量度量器的砖码始终都直接参与了测量过程。在电工测量中，比较法具有很高的测量准确度，可以达到士0.001%，但测量时操作比较麻烦，相应的测量设备也比较昂贵。

根据被测量与度量器迸行比较时的不同特点又可将比较法分为零值法、较差法和替代法三种。

①零值法又称平衡法，它是利用被测量对仪器的作用，与标准量对仪器的作用相互抵消，由指零仪表做出判断的方法。即当指零仪表指示为零时，表示两者的作用相等，仪器达到平衡状态；此时按一定的关系可计算出被测量的数值。显然，零值法测量的准确度主要取决于度量器的准确度和指零仪表的灵敏度。

②较差法是通过测量被测量与标准量的差值，或正比于该差值的量，根据标准量来确定被测量的数值的方法。较差法可以达到较高的测量准确度。

③替代法是分别把被测量和标准量接入同一测量仪器，在标准量替代被测量时，调节标准量，使仪器的工作状态在替代前后保持一致，然后根据标准量来确定被测量的数值。用替代法测量时，由于替代前后仪器的工作状态是一样的，因此仪器本身性能和外界因素对替代前后的影响几乎是相同的，有效地克服了所有外界因素对测量结果的影响。替代法测量的准确度主要取决于度量器的准确度和仪器的灵敏度。

3.电工指示仪表的基本原理及组成

电工指示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。因此它也称为机电式仪表，即用仪表指针的机械运动来反映被测电量的大小。电工指示仪表通常由测量线路和测量机构两部分组成。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。它是电工指示仪表的核心部分。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，测量线路的构成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；它一般由电阻、电容、电感或其他电子元件构成。

（1）电工指示仪表的分类

电工指示仪表可以根据原理、结构、测量对象、使用条件等迸行分类。

根据测量机构的工作原理分类，可以把仪表分为磁电系、电磁系、电动系、感应系、静电系、整流系等。

根据测量对象的分类，可以分为电流表（安培表、毫安表、微安表）、电压表（伏特表、毫伏表、微伏表以及千伏表）、功率表（又称瓦特表）、电能表、欧姆表、相位表等。

根据仪表工作电流的性质分类，可以分为直流仪表、交流仪表和交直流两用仪表。

按仪表使用方式分类，可以分为安装式仪表和可携式仪表等。

按仪表的使用条件分类，可以分为A、A1、B、B1和C五组。有关各组的规定可以按照国家标准GB/T 7676—1998《直接作用模拟指示电量仪表及其附件》。

按仪表的准确度分类，有0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5和5.0共七个准确度等级。

（2）电工指示仪表的标志

电工指示仪表的表盘上有许多表示其技术特性的标志符号（见表4-1）。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、使用条件级别、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。如图4-1所示。

图4-1 安装式仪表型号的编制规则

（3）电工指示仪表的型号

1）安装式仪表型号的组成

如图4-1所示。其中第一位代号按仪表面板形状最大尺寸特征编制；系列代号按测量机构的系列编制，如磁电系代号为“C”，电磁系代号为“T”，电动系代号为“D”等。

2）可携式仪表型号的组成

由于可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可省略，即是它的产品型号。

4.电工指示仪表的误差和准确度

（1）误差

电工指示仪表的误差有基本误差和附加误差。仪表的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，仪表可动部分的摩擦、刻度尺刻度不均匀等原因引起的误差均属基本误差。

表4-1 表示仪表工作原理的图形符号

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、外磁场等因素的影响，还将产生附加误差。

（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，其绝对误差变化不大，但相对误差却有很大变化，被测量越小，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度性能。

仪表测量的绝对误差与该表量程的百分比，称为仪表的引用误差。

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绝对误差与仪表量程的百分比。显然，准确度等级表明了仪表基本误差最大允许的范围。表4-2为对仪表在规定的使用条件下测量时，各准确度等级的基本误差范围。

表4-2 准确度等级和基本误差表

5.电气测量指示仪表的选择

无论用怎样完善的测量仪表迸行测量，都会产生误差。引起测量误差的原因，除了仪表的基本误差外，还因为仪表使用不当和选择不合理而造成。为减小仪表的测量误差，必须合理地选择仪表。

（1）技术特性比较

几种电气测量指示仪表的技术特性，见表4-3。

表4-3 几种主要形式的电气测量指示仪表的技术特性

（2）仪表的选择原则

根据被测量的性质选择仪表类型：根据被测量是直流电还是交流电来选择直流仪表或交流仪表。测量交流时，应区别是正弦波还是非正弦波，还要考虑被测量的频率范围。

根据工程实际，合理地选择仪表的准确度等级：仪表的准确度越高，测量误差越小，但价格贵，维修也困难，因此在满足准确度要求的情况下，不选用高准确度仪表。

根据测量范围选用量限：测量结果的准确程度，不仅与仪表准确度等级有关，而巨与它的量限也有关。一般应使测量范围在仪表满刻度的1/2~2/3以上区域。

根据工作环境和条件选择仪表：按仪表使用条件（温度、相对湿度），国家规定分为A、B、C三组，见表4-4。

表4-4 仪表使用条件

（续）