第3章 常用電工儀表

導讀

電工儀表在電氣線路、用電設備的安裝、使用與維修中起著重要的作用。應用儀表對電流、電壓、功率和電阻等各種電量和電路參數進行測量，各種電工、電子產品的生產、調試、鑒定和各種電氣設備的使用、檢測、維修都離不開電工電子儀表。本章介紹電工儀表的基本知識、常用電工儀表結構、工作原理及使用方法，章后安排了4個技能訓練項目供讀者訓練選用。

理論知識點

（1）電工儀表基本知識。

（2）常用電工儀表結構及工作原理。

（3）常用電工儀表使用方法。

技能點

（1）電流表、電壓表的安裝與測量。

（2）交流電壓、直流電壓、直流電流的測量。

（3）鉗形電流表、兆歐表的使用。

（4）電能表的接線。

3.1 常用電工儀表知識

用來測量電流、電壓、功率等電量的指示儀表稱為電工測量儀表。熟悉和了解電工儀表的基本知識是正確使用和維護電工儀表的基礎。

3.1.1 電工儀表的基本組成和工作原理

電工指示儀表的基本工作原理是將被測電量或非電量變換成指示儀表活動部分的偏轉角位移量。一般來說，被測量不能直接加到測量機構上。通常是將被測量轉換成測量機構可以測量的過渡量，這個將被測量轉換為過渡量的組成部分就是“測量線路”。將過渡量按某一關系轉換成偏轉角的機構叫“測量機構”。測量機構由活動部分和固定部分組成，它是儀表的核心，其主要作用是產生使儀表的指示器偏轉的轉動力矩以及使指示器保持平衡和迅速穩定的反作用力矩和阻尼力矩。圖3-1所示為電工指示儀表的基本組成框圖。

電工指示儀表的基本工作原理是：測量線路將被測電量或非電量轉換成測量機構能直接測量的電量時，測量機構活動部分在偏轉力矩的作用下偏轉。同時，測量機構產生反作用力矩的部件所產生的反作用力矩也作用在活動部件上，當轉動力矩與反作用力矩相等時，可動部分便停止下來。由于可動部分具有慣性，以至于它在達到平衡時不能迅速停止，仍在平衡位置附近來回擺動。因此，在測量機構中設置阻尼裝置，依靠其產生的陰尼力矩使指針迅速停止在平衡位置上，指出被測量的大小。

3.1.2 常用電工儀表的分類

電工儀表種類繁多，分類方法也很多。按儀表的工作原理不同，可分為磁電式、電磁式、電動式、感應式等；按測量對象不同，可分為電流表（安培表）、電壓表（伏特表）、功率表（瓦特表）、電度表（千瓦時表）、歐姆表以及多用途的萬用表等；按測量電流種類的不同，可分為單相交流表、直流表、交直流兩用表、三相交流表等；按使用性質和裝置方法的不同，可分為固定式（開關板式）、攜帶式；按測量準確度不同，可分為0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5，5.0共7個等級。

3.1.3 電工儀表的精確度

電工儀表的精確度等級是指在規定條件下使用時，可能產生的基本誤差占滿刻度的百分數。它表示了該儀表基本誤差的大小。在前述的測量準確度的7個等級中，數字越小者，儀表精確度越高，基本誤差越小。0.1級到0.5級的儀表，精確度較高，常用于實驗室做校檢儀表；1.5級以下的儀表，精確度較低，通常用做工程上的檢測與計量。

3.2 電流表與電壓表

電流表又稱為安培表，用于測量電路中的電流。電壓表又稱為伏特表，用于測量電路中的電壓。按其工作原理的不同，分為磁電式、電磁式、電動式三種類型，其原理與結構分別如圖3-2（a）、（b）、（c）所示。

3.2.1 結構與工作原理

1.磁電式儀表的結構與工作原理

磁電式儀表主要由永久磁鐵、極靴、鐵芯、活動線圈、游絲、指針等組成。鐵芯是圓柱形的，它可使極靴與鐵芯之間產生一個均勻磁場。活動線圈繞在鋁框上，兩端各連接一個半軸，可以自由轉動，指針固定在半軸上。游絲裝在活動線圈上，有兩個作用：一是產生反作用力矩，二是作為線圈電流的引線。鋁框的作用是產生阻力矩，這個力矩的方向總是與線圈轉動的方向相反，能夠阻止線圈來回擺動，使與其相連的指針迅速靜止。當被測電流流過線圈時，線圈受到磁場力的作用產生電磁轉矩繞中心軸轉動，帶動指針偏轉，游絲也發生彈性形變。當線圈偏轉的電磁力矩與游絲形變的反作用力矩相平衡時，指針便停在相應位置，在面板刻度標尺上指示出被測數據。

與其他儀表比較，磁電式儀表具有測量準確度和靈敏度高、消耗功率小、刻度均勻等優點，應用非常廣泛。如直流電流表、直流電壓表、直流檢流計等都屬于此類儀表。

2.電磁式儀表的結構與工作原理

電磁式儀表的測量機構有吸引型和排斥型，主要由固定部分和可動部分組成。以排斥型結構為例，固定部分包括圓形的固定線圈和固定于線圈內壁的鐵片，可動部分包括固定在轉軸上的可動鐵片、游絲、指針、阻尼片和零位調整裝置。當固定線圈中有被測電流通過時，線圈電流的磁場使定鐵片和動鐵片同時被磁化，且極性相同而互相排斥，產生轉動力矩。定鐵片推動動鐵片運動，動鐵片通過傳動軸帶動指針偏轉。被測電流越大，指針偏轉角也越大。當電磁偏轉力矩與游絲形變的反作用力矩相等時，指針停轉，面板上指示值即為所測數值。

由于電磁式儀表的被測電流流入固定線圈，不通過游絲，且固定線圈磁場的極性與其中被磁化的可動鐵片的極性能夠隨著電流方向的改變而同時變化，指針的偏轉方向與電流方向無關。因此，電磁式儀表具有過載能力強、交直流兩用的優點，但其準確度較低、工作頻率范圍不大、易受外界影響，附加誤差較大。

3.電動式儀表的結構與工作原理

電動式儀表由固定線圈、可動線圈、指針、游絲和空氣阻尼器等組成。固定線圈做成兩個，且平行排列，目的是使固定線圈產生的磁場均勻。可動線圈與轉軸固定連接，一起放置在固定線圈的兩個部分之間。游絲產生反作用力矩，空氣阻尼器產生阻尼力矩。

當被測電流流過固定線圈時，該電流變化的磁通在可動線圈中產生電磁感應，從而產生感應電流。可動線圈受固定線圈磁場力的作用產生電磁轉矩而發生轉動，通過轉軸帶動指針偏轉，在刻度板上指出被測數值。被測電流越大，兩線圈間電磁感應越強，可動線圈所受電磁轉矩越大，指針偏轉角也越大。

與電磁式儀表相比，由于電動式儀表中沒有鐵磁物質，不存在磁滯和渦流影響，測量準確度很高，且可交直流兩用，測量參數范圍廣。可以構成多種線路、測量多種參數，如電流、電壓和功率等。但由于它的固定線圈較弱，測量易受外磁場影響，且可動線圈的電流由游絲導入，過載能力小。

4.數字電流表與數字電壓表

在電工測量中，數字式儀表在很多領域正逐步取代指針式儀表。數字式儀表除了保持指針式儀表的優點外，還具有讀數清晰、無視差、性能穩定可靠、耐震性好、準確度高等優點。國產數字電流表與電壓表性能優良、品種齊全，在各個領域得到廣泛使用。如CD194I-9X4數顯三相電流表，采用互感器隔離式輸入、單片機設計、LED數碼管正四位顯示、數字式采集、高速AD轉換，抗干擾能力強（特別是空間磁場干擾及地線干擾），擴展能力強（可以擴展可編程模塊及報警模塊）。軟件設計組合功能強。具有精度高、隔離性強、性能穩定、抗震好等優點，可直接替代原有指針式儀表。

3.2.2 電流的測量

測量線路電流時，電流表必須與被測電路串聯。為減小電流表接入對電路工作狀態的影響，電流表的內阻越小越好。

1.交流電流的測量

測量交流電流通常采用電磁式電流表。由于交流電流表的接線端沒有極性之分，測量時，只要在測量量程范圍內將電流表串入被測電路即可，如圖3-3所示。當需要測量較大電流時，必須擴大電流表的量程。除了在表頭上并聯分流電阻，還可加接電流互感器，此法對磁電式、電磁式、電動式電流表均適用，其接法如圖3-4所示。電氣工程上配電流互感器用的交流電流表，量程通常為5A，不需換算，表盤讀數即為被測電流值。

測量直流電流通常采用磁電式電流表。由于直流電流表有正、負極性，測量時，必須將電流表的正端鈕接被測電路的高電位端，負端鈕接被測電路的低電位端，如圖3-5所示。如果被測電流超過電流表允許量程，則要采取措施擴大量程。對磁電式電流表，表頭線圈和游絲不可能加粗，不能通過較大電流，只能在表頭上并聯低阻值電阻制成的分流器，如圖3-6所示。對電磁式電流表，可通過加大固定線圈線徑來擴大量程。還可以將固定線圈接成串、并聯形式做成多量程表，如圖3-7所示。對電動式電流表，也可采用將固定線圈與活動線圈串、并聯的方法擴大量程。

3.2.3 電壓的測量

測量線路電壓時，電壓表必須與被測電路并聯。為了盡量減小電壓表接入時對被測電路工作狀態的影響，電壓表的內阻要大。

1.交流電壓的測量

測量交流電壓通常采用電磁式電壓表。由于交流電壓表的接線端沒有極性之分，測量時，只要在測量量程范圍內將電壓表直接并入被測電路即可，如圖3-8所示。當需要測量較高電壓時，必須擴大交流電壓表的量程。電氣工程上常用電壓互感器來擴大交流電壓表的量程，如圖3-9所示，不論磁電式、電磁式、電動式儀表均適用。按測量電壓等級不同，互感器有不同的標準電壓比率，如3000/100V，6000/100V等，配用互感器的電壓表量程一般為100V。使用時，根據被測電路電壓等級和電壓表量程進行選擇。

2.直流電壓的測量

測量直流電壓通常采用磁電式電壓表。由于直流電壓表有正、負極性，測量時，必須將電壓表的正端鈕接被測電路的高電位端，負端鈕接被測電路的低電位端，如圖3-10所示。如果被測電壓高于電壓表允許范圍，則要采取措施擴大量程，常用的方法是在電壓表外串聯分壓電阻，如圖3-11所示。此法對磁電式、電磁式、電動式儀表均適用。被測電壓越高，所串聯的分壓電阻越大。

3.3 萬用表

萬用表又稱三用表、復用表，是一種多功能、多量程的測量儀表，可以測量直流電壓、直流電流、交流電壓、電阻、音頻電平等電量，有的還可測量交流電流、電容量、電感量、晶體管共射極直流電流放大系數等電參數。數字式萬用表已經大量使用，甚至還出現了微處理器控制的萬用表。

在電工電子實驗中，我們已對萬用表的結構和原理有了深入了解。在電工電子技能訓練中，萬用表是使用最多的電工儀表之一，由于其功能多，操作起來容易出錯，本節以MF30型指針式萬用表和DT840型數字式萬用表為例，介紹其結構和性能，以及使用萬用表正確測量電壓、電流、電阻等基本電量的方法。

3.3.1 指針式萬用表

1.指針式萬用表的結構

指針式萬用表主要由表頭、測量線路、轉換開關三部分組成。表頭用于指示被測量的數值，測量線路用于將各種被測量轉換到適合表頭測量的直流微小電流，轉換開關實現對不同測量線路的選擇，以適應各種測量要求。指針式萬用表的刻度盤、轉換開關、調零旋鈕、接線柱（或表筆插孔）通常集中安裝在面板上，外形做成便攜式或袖珍式，使用起來十分方便。MF30型萬用表的外形結構如圖3-12所示。

萬用表使用十分頻繁，往往因使用不當或疏忽大意造成測量錯誤或損壞事故。因此，必須學會使用萬用表，養成正確操作的良好習慣。使用指針式萬用表，通常應注意下面幾點：

（1）使用前，應認真閱讀說明書，充分了解萬用表的性能，各部件作用和用法，正確理解表盤上各種符號和字母的含義以及各標度尺的讀法。

（2）使用前，應觀察表頭指針是否處于零位。若不在零位，應調整表頭下方的機械零位調節器（又稱機械調零旋鈕），使其指零。否則，測量結果不準確。

（3）測量前，應根據被測電量的種類和大小，將轉換開關撥到合適的位置。選擇量程時，應盡量使表頭指針偏轉到滿刻度的2/3左右。如事先無法估計被測量的大小，可在測量中從最大量程擋逐漸減小到合適的擋位。

（4）測量時，必須認真核對測量項目與量程。根據選好的測量項目與量程，明確應在哪一條標度尺上讀數。讀數時，眼睛應位于指針正上方。對有弧形反射鏡的表盤，其指針與鏡中像重合時讀數最準確。

（5）測量完畢，應將轉換開關撥到最高交流電壓擋，以免下次測量時不慎損壞表頭。有的萬用表（如500型）應將轉換開關撥到標有“.”的空擋位置。

（6）萬用表不用時，應保存在干燥、無震動、無強磁場、溫度適宜的環境中。長期不用的萬用表，應將表內電池取出，以防電池的電解糊泄漏腐蝕表內零部件。

2.交流電壓的測量

交流電壓的測量需注意以下幾點。

（1）測量前，將轉換開關撥到對應的交流電壓量程擋。如果事先不知道被測電壓大小，量程宜放在最高擋，以免損壞表頭。如果誤用直流電壓擋，表頭指針會不動或略微抖動；如果誤用直流電流擋或電阻擋，輕則打彎指針，重則燒壞表頭。

（2）測量時，將表筆并聯在被測電路或被測元器件兩端。換量程時，應將表筆與被測電路斷開，嚴禁在測量中撥動轉換開關選擇量程。

（3）測電壓時，要養成單手操作習慣，且注意力要高度集中。即預先將一支表筆固定在被測電路公共接地端，單手拿另一支表筆進行測量，可減少觸電的危險。

（4）由于表盤上交流電壓刻度是按正弦交流電標定的，如果被測電量不是正弦量，誤差會較大。

（5）可測交流電壓的頻率范圍一般為45～1000Hz，如果被測電量頻率超過了這個范圍，誤差會增大。

3.直流電壓的測量

直流電壓的測量方法與交流電壓基本相同，但要注意下面兩點：

（1）與測量交流電壓一樣，測量前要將轉換開關撥到直流電壓的擋位上，在事先不清楚被測電壓高低的情況下，量程宜大不宜小；測量時，表筆要與被測電路并聯，測量中不允許撥動轉換開關。

（2）測量時，必須注意表筆的正、負極性，紅表筆接被測電路的高電位端，黑表筆接低電位端。若表筆接反了，表頭指針會反打，容易打彎指針。如果不知道被測點電位高低，可將表筆輕輕地試觸一下被測點。若指針反偏，說明表筆極性反了，交換表筆即可。

4.直流電流的測量

直流電流的測量需注意以下幾點。

（1）測量時，萬用表必須串入被測電路，不能并聯。否則，由于其內阻很小，會造成短路，燒壞電路和儀表。

（2）必須注意表筆的正、負極性。測量時，紅表筆接電路高電位端，黑表筆接低電位端。如果事先不能判斷測試點電位高低，可參照直流電壓測量第（2）項辦法處理。

（3）在不清楚被測電流大小情況下，量程宜大不宜小。嚴禁在測量中撥動轉換開關選擇量程。

5.電阻的測量

電阻的測量需注意以下幾點。

（1）正確選擇電阻倍率擋，使指針盡可能接近標度尺的幾何中心，可提高測量數據的準確性。測量前或每次更換倍率擋時，都應重新調整歐姆零點。如果表頭指針不能調到歐姆零點，說明表內電池的電壓太低，應該更換。

（2）嚴禁在被測電路帶電的情況下測量電阻。因為如果被測電阻兩端電壓進入電表，一方面會引起測量誤差，另一方面，如果引入電壓、電流過大，還會損壞表頭。如被測電路中有大容量電解電容器，測量前應將該電容器短接放電，避免電容器通過萬用表放電，損壞表頭。

（3）測量時，直接將表筆跨接在被測電阻或電路的兩端，注意不能用手同時觸及電阻兩端，以避免人體電阻對讀數的影響。被測電阻如果與其他電路存在直流通路，也會影響測量數值。

（4）測量熱敏電阻時，應注意電流熱效應會改變熱敏電阻的阻值。

3.3.2 數字式萬用表

1.數字式萬用表的結構

數字式萬用表顯示直觀、速度快、功能全、測量精度高、可靠性好、小巧輕便、耗電省、便于操作，受到人們的普遍歡迎，已成為電工、電子測量以及電子設備維修等部門的必備儀表。DT840型數字式萬用表就是一種用電池驅動的三位半數字萬用表，可以進行交、直流電壓、電流、電阻、二極管、晶體管hFE、帶聲響的通斷等測試，并具有極性選擇、過量程顯示及全量程過載保護等特點。

DT840型數字式萬用表的面板結構如圖3-13所示。

使用數字萬用表測試前，應注意如下事項：

（1）先將ON-OFF開關置ON位置，檢查9V電池電壓值。如果電池電壓不足，顯示器左邊將顯示“LOBAT”或“BAT”字符。此時，應打開后蓋，更換F22型9V層疊電池。如無上述字符顯示，則可繼續操作。

（2）測試筆插孔旁邊的正三角中有感嘆號的，表示輸入電壓或電流不應超過指示值。

（3）測試前應將功能開關置于所需的量程上。

2.直流電壓、交流電壓的測量

先將黑表筆插入COM插孔，紅表筆插入V/?插孔，然后將功能開關置于DCV（直流）或ACV（交流）量程，并將測試表筆連接到被測源兩端，顯示屏將顯示被測電壓值。在顯示直流電壓值的同時，將顯示紅表筆端的極性。如果顯示屏只顯示“1”，表示超量程，應將功能開關置于更高的量程（下同）。

3.直流電流、交流電流的測量

先將黑表筆插入COM插孔，紅表筆位置需視被測電流的大小而定。如果被測電流最大為2A，應將紅表筆插入A孔；如果被測電流最大為20A，應將紅表筆插入20A插孔。再將功能開關置于DCA或ACA量程，將測試表筆串聯接入被測電路，顯示屏即顯示被測電流值。在測量直流電流時，顯示屏會顯示紅表筆端的極性。

4.電阻的測量

先將黑表筆插入COM插孔，紅表筆插入V/?插孔（注意：紅表筆極性此時為“+”，與指針式萬用表相反），然后將功能開關置于OHM量程，將兩表筆連接到被測電路上，顯示器將顯示出被測電阻值。

5.二極管的測試

先將黑表筆插入COM插孔，紅表筆插入V/?插孔，然后將功能開關置于二極管擋，將兩表筆連接到被測二極管兩端，顯示器將顯示二極管正向壓降的mV值。當二極管反向時則過載。

根據萬用表的顯示，可檢查二極管的質量及鑒別所測量的管子是硅管還是鍺管（注意：數字萬用表的紅表筆是表內電池的正極，黑表筆是電池的負極）。

（1）測量結果若在1V以下，紅表筆所接為二極管正極，黑表筆為負極；若顯示“1”（超量程），則黑表筆所接為正極，紅表筆為負極。

（2）測量顯示若為550～700mV（即0.550～0.70V）者為硅管；150～300mV（即0.15～0.30V）者為鍺管。

（3）如果兩個方向均顯示超量程，則二極管開路；若兩個方向均顯示“0”V，則二極管擊穿、短路。

6.晶體管放大系數hFE的測試

先將功能開關置于hFE擋，然后確定晶體管是NPN型還是PNP型，并將發射極、基極、集電極分別插入相應的插孔。此時，顯示器將顯示出晶體管的放大系數hFE值（測試條件為基極電流10mA，集電極與發射極間電壓2.8V）。

用數字萬用表可判別晶體管是硅管還是鍺管以及管子的管腳（用表上的二極管擋或hFE擋）。

（1）基極判別。將紅表筆接某極，黑表筆分別接其他兩極，若都出現超量程或電壓都小，則紅表筆所接為基極；若一個超量程，一個電壓小，則紅表筆所接不是基極，應換腳重測。

（2）管型判別。在上面測量中，若顯示都超量程，為PNP管；若電壓都小（0.5～0.7V），則為NPN管。

（3）集電極、發射極判別。用hFE擋判別。在已知晶體管類型的情況下（此處設為NPN管），將基極插入B孔，其他兩極分別插入C，E孔。若結果為hFE=l～10（或十幾），則三極管接反了；若hFE=10～100（或更大），則接法正確。

7.帶聲響的通斷測試

先將黑表筆插入COM插孔，紅表筆插入V/?插孔，然后將功能開關置于通斷測試擋（與二極管測試量程相同），將測試表筆連接到被測導體兩端。如果表筆之間的阻值低于30?，蜂鳴器會發出聲音。

3.4 鉗形電流表

用普通電流表測量電流，必須將被測電路斷開，把電流表串入被測電路，操作很不方便。采用鉗形電流表，不需斷開電路，就可直接測量交流電路的電流，使用非常方便。

3.4.1 結構與工作原理

鉗形電流表簡稱鉗形表，其外形結構如圖3-14所示。測量部分主要由一只電磁式電流表和穿心式電流互感器組成。穿心式電流互感器鐵芯做成活動開口，且成鉗形，故名鉗形電流表。穿心式電流互感器的原邊繞組為穿過互感器中心的被測導線，副邊繞組則纏繞在鐵芯上與整流電流表相連。旋鈕實際上是一個量程選擇開關，扳手用于控制穿心式互感器鐵芯的開合，以便使其鉗入被測導線。

測量時，按動扳手，鉗口打開，將被測載流導線置于穿心式電流互感器的中間，當被測載流導線中有交變電流通過時，交流電流的磁通在互感器副繞組中感應出電流，使電磁式電流表的指針發生偏轉，在表盤上可讀出被測電流值。

3.4.2 使用方法

為保證儀表安全和測量準確，必須掌握鉗形電流表的正確使用方法。

（1）測量前，應檢查電流表指針是否在零位，否則，應進行機械調零。還應檢查鉗口的開合情況，要求可動部分開合自如，鉗口結合面接觸緊密。鉗口上如有油污、雜物、銹斑，均會降低測量精度。

（2）測量時，量程選擇旋鈕應置于適當位置，以便測量時指針處于刻度盤中間區域，可減小測量誤差。如果不能估計出被測電路電流的大小，可先將量程選擇旋鈕置于高擋位，再根據指針偏轉情況將量程調到合適位置。

（3）如果被測電路電流太小，即使放到最低量程擋，指針的偏轉都不大，可將被測載流導線在鉗口部分的鐵芯上纏繞幾圈再進行測量，然后將讀數除以穿入鉗口內導線的根數即為實際電流值。

（4）測量時，應將被測導線置于鉗口內中心位置，這樣可以減小測量誤差。

（5）鉗形表用完后，應將量程選擇旋鈕放至最高擋，防止下次使用時操作不慎損壞儀表。

3.4.3 數字式鉗形電流表

數字鉗形電流表具有體積小、重量輕、讀數直觀、無視差、性價比高、經濟實用等優點，在電工電子維修人員中的使用率較高。

圖3-15是266C型數字鉗形電流表外觀圖。該表可以測量交流電壓、交流電流、直流電壓、溫度（攝氏和華氏）、電阻、絕緣電阻（需要增加DT261）等。

3.5 兆歐表

兆歐表又稱搖表、高阻計、絕緣電阻測定儀等，是一種測量電氣設備及電路絕緣電阻的儀表。

3.5.1 結構與工作原理

兆歐表的外形如圖3-16（a）所示。它主要由三個部分組成：手搖直流發電機（或交流發電機加整流器）、磁電式流比計、接線樁（L，E，G）。其工作原理可用圖3-16（b）來說明。它的磁電式流比計有兩個互成一定角度的可動線圈，安裝在一個有缺口的圓柱鐵芯外面，并與指針一起固定在同一轉軸上，構成流比計的可動部分，被置于永久磁鐵的磁場中。其中磁鐵的磁極與圓柱鐵芯之間的氣隙是不均勻的。由于流比計的指針沒有阻尼彈簧，在儀表不用時，指針可以停留在任何位置。

搖動手柄，直流發電機輸出電流。其中一路電流I1流入線圈1和被測電阻RX的回路，另一路電流I2流入線圈2與附加電阻RY的回路，設線圈1的電阻為R1，線圈2的電阻為R2，根據歐姆定律，有

兩式相比得

式中，R1，R2，RY為定值，只有RX為變量，RX的改變必然引起電流比值I1/I2的改變。

當I1和I2分別流過線圈1和線圈2時，受到永久磁鐵磁場的作用，分別產生轉動力矩M1和 M2。由于兩個線圈的繞向相反，兩個力矩作用方向相反，其合力矩使指針發生偏轉。當M1=M2時，指針靜止不動，所指示值就是被測設備的絕緣電阻值。

由圖3-15可見，兆歐表未接入電路時，相當于Rx=∞，線圈1回路電流I1=0，轉矩M1=0，指針在I2和M2作用下，向反時鐘方向偏轉至Rx=∞，如將輸出端短接，即Rx=0，則I1最大，在M1與M2的綜合作用下，指針順時針方向偏轉至刻度盤的Rx=0處。

3.5.2 使用方法

1.測量前的檢查

測量前的檢查應注意以下幾點。

（1）檢查兆歐表是否正常。將兆歐表水平放置，搖動手柄，正常時，指針應指到∞處，再慢慢搖動手柄，將輸出端兩接線柱瞬時短接，指針應迅速指零。必須注意，輸出端短接時間不能過長，否則會損壞兆歐表。

（2）檢查被測電氣設備和電路，看是否已切斷電源。絕對不允許帶電測量！

（3）由于被測設備或線路中可能存在的電容放電危及人身安全和兆歐表，測量前應對設備和線路進行放電，這樣也可減小測量誤差。

2.使用方法

使用中應注意以下幾點。

（1）將兆歐表水平放置在平穩牢固的地方，避免因抖動和傾斜所產生的測量誤差。

（2）正確連接線路。兆歐表有三個接線樁；L——線路、E——接地、G——保護環或稱屏蔽端子。保護環的作用是消除表殼表面“L”與“E”接線樁間的漏電和被測絕緣物表面漏電的影響。如測量電氣設備的對地絕緣電阻時，“L”用單根導線接設備的待測部位，“E”用單根導線接設備外殼；如測電氣設備內兩繞組間絕緣電阻時，“L”和“E”分別接兩繞組的接線端；如測量電纜絕緣電阻時，“L”接線芯，“E”接外殼，“G”接線芯與外殼之間的絕緣層，以消除表面漏電產生的誤差。

注意：測量連接線必須用單根線，且絕緣良好，不得絞合，表面不得與被測物體接觸。

（3）搖動手柄，轉速控制在120r/min左右，允許有±20%的變化，但不得超過25%。通常在搖動lmin后，待指針穩定下來再讀數。如被測電路中有電容，搖動時間要長一些，待電容充電完成，指針穩定下來再讀數。測完后先拆接線，再停止搖動。測量中，若發現指針歸零，應立即停止搖動手柄。

（4）兆歐表未停止轉動前，切勿用手觸及設備的測量部分或搖表接線樁。測量完畢，應對設備充分放電，避免觸電事故。

（5）禁止在雷電時或附近有高壓導體的設備上測量絕緣電阻。

（6）兆歐表應定期校驗，檢查其測量誤差是否在允許范圍以內。

3.5.3 數字式兆歐表

相對指針式兆歐表，數字兆歐表具有體積小、重量輕、便于攜帶、操作方便、讀數清晰、無視差等優點，在電工測量中應用廣泛。

圖3-17是VC60E數字兆歐表的外觀圖。VC60E采用大規模集成電路芯片，超大屏幕LCD顯示；有三種測試電壓可供選擇，可代替三臺“搖表”；采用9V疊層電池供電，特殊高壓省電設計；具有高壓提示、單位符號和自動關機功能；測量范圍寬（從2G?～200G?），絕緣電阻測試簡單方便，一觸即顯。

3.6 功率表

3.6.1 指針式功率表

功率表又叫瓦特表、電力表，用于測量直流電路和交流電路的功率。在交流電路中，根據測量電流的相數不同，又有單相功率表和三相功率表之分。

因為功率測量與所測量段的電流、電壓有關。因此，功率表主要由固定的電流線圈和可動的電壓線圈組成，電流線圈與負載串聯，電壓線圈與負載并聯。在它的指示機構中，除表盤外，還有阻尼器、螺旋彈簧、轉軸和指針等。功率表常采用電動式儀表的測量機構，其測量原理如圖3-18所示。

1.直流電路功率的測量

用功率表測量直流電路的功率時，負載電流I等于電流線圈中流過的電流I1，負載電壓U正比于流過電壓線圈的電流I2。由電工學知識可知，電動式儀表用于直流電路測量時，指針偏轉角α正比于負載電壓和電流的乘積，即

可見，功率表指針偏轉角與直流電路負載的功率成正比，說明它可以量度直流功率。

2.交流電路功率的測量

由于電壓支路的附加電阻Rd在一定條件下比電壓線圈的感抗大得多，因此，可以近似地認為流過電壓線圈的電流I˙2與負載電壓U˙同相。與直流電路類似，負載電流I˙等于電流線圈中流過的電流I˙1，負載電壓U˙正比于流過電壓線圈的電流I˙2。由電工學知識可知，在交流電路中，電動式功率表指針的偏轉角α與所測量的電壓、電流以及該電壓、電流之間的相位差Φ的余弦成正比，即

可見，所測量的交流電路的功率為所測量電路的有功功率。

3.測量單相交流電路功率的接法

功率表的電流線圈、電壓線圈各有一個端子標有“·”，稱為同名端。測量時，電流線圈標有“*”的端子應接電源，另一端接負載；電壓線圈標有“·”的端子一定要接在電流線圈所接的那條電線上，但有前接和后接之分，見圖3-19。如果不慎將兩個線圈中的任何一個反接，指針就會反轉。

功率表一般是多量程的，電動式功率表的多量程是通過電流和電壓的多量程來實現的。功率表一般具有兩個電流量程、兩個或三個電壓量程。如果被測電路功率大于功率表量程，則必須加接電流互感器與電壓互感器擴大其量程，其電路如圖3-20所示。電路實際功率為

式中，P為實際功率；P1為功率表讀數；k1為電流互感器比率；k2為電壓互感器比率。

4.三相電路功率的測量

三相電路功率的測量方法如下。

（1）用兩只單相功率表測三相三線制電路功率的接線如圖3-21所示。電路總功率為兩只單相功率表讀數之和，即

此電路也可用于測量完全對稱的三相四線制電路的功率。

測量時，如果有一只功率表指針反偏（讀數為負），將顯示負數的功率表的電流線圈接頭反接即可，但萬萬不可將電壓線圈反接。出現這種現象的原因是被測電路功率因數過低（在0.5以下），在這種情況下測得的功率為兩只功率表讀數之差。

（2）用三相功率表測三相電路的功率。這種三相功率表相當于兩只單相功率表的組合，它有兩只電流線圈和電壓線圈，其內部接線與兩只單相功率表測三相三線制電路的功率相同，可直接用于測量三相三線制和對稱三相四線制電路。測量時的接線如圖3-22所示。

5.使用注意事項

功率表的使用要注意如下事項。

（1）選用功率表時，應使功率表的電流量程大于被測電路的最大工作電流，電壓量程大于被測電路的最高工作電壓。如果達不到要求，應加電流互感器和電壓互感器擴大量程。

（2）功率表在測量接線時，應注意電流線圈和電壓線圈標有“*”的同名端的連接是否正確，測量前要仔細檢查核對。

（3）功率表的表盤刻度一般不標明瓦特數，只標明分格數。不同電壓量程和電流量程的功率表，每個分格所代表瓦數不一樣。讀數時，應將指針所示分格數乘上分格常數，才是被測電路的實際功率值。

3.6.2 數字式功率表

數字式功率表的種類很多，由于其顯而易見的優勢，正在逐步替代傳統的指針式功率表。以WT230系列為例，其外觀如圖3-23所示。

WT230系列數字功率表具有單相兩線、單相三線、三相三線（2電壓、2電流）、三相三線（3電壓、3電流）、三相四線測量功能，基本精度為0.1%。具有線路濾波功能，數據更新速度快（每秒種10個讀數）。具有諧波測量功能和用戶校準功能，利用外接傳感器輸入可測量大電流。

主要技術參數：

額定電壓：15/30/60/150/300/600V

額定電流：直接輸入0.5/1/2/5/10/20A（WT210/WT230）；外接輸入（選用）2.5/5/10V或50/100/200mV

頻率范圍：DC，0.5～100kHz。

3.7 電能表

電能表又稱火表、電度表，以kW/h計量，是用于計量電能的儀表，用它能測量某一段時間內所消耗的電能。電度表種類很多，常用的有交流感應式電度表，IC卡電度表等，按結構分，有單相表、三相三線表和三相四線表三種；按用途分，有有功電度表和無功電度表兩種。用電量較大而又需要進行功率因數補償的用戶，必須安裝無功電度表測量無功功率的應用情況。一般用戶只安裝有功電度表，常用的規格有3A，5A，10A，25A，50A，75A和100A等多種。隨著人民生活水平的提高，用電量不斷增大，安培數小的電度表已很少使用。

3.7.1 機械式電能表

在機械表中，以交流感應式使用較多，它主要由勵磁、阻尼、走字和基座等部分組成。其中勵磁部分又分為電流和電壓兩部分，它的構造和基本工作原理如圖3-24（a）所示。電壓線圈是常通電流的，產生磁勢ФU，ФU的大小與電壓成正比；電流線圈在有負載時才通過電流產生磁勢Φ，Φ與通過的電流大小成正比。在構造上，置Φ于兩點，而方向相反；同時，置ФU于Φ的兩點中間，如圖3-24（b）所示；又置走字系統的鋁盤于上述磁場中，因此，鋁盤割切上述三點交變磁場產生力矩而轉動，轉動速度取決于三點合力的大小。阻尼部分由永磁組成，避免因慣性作用而使鋁盤越轉越快，以及在負荷消除后阻止鋁盤繼續旋轉。走字系統除鋁盤外，尚有軸、齒輪和計數器等部分。基座部分由底座、罩蓋和接線樁等組成。

三相三線表、三相四線表的構造及工作原理與單相表基本相同。三相三線表由兩組如同單相表的勵磁系統集合而成，而由一組走字系統構成復合計數；三相四線表則由三組如同單相表的勵磁系統集合而成，也由一組走字系統構成復合計數。

3.7.2 電子式電能表

電子式電能表，又叫靜止式電能表。與機械感應式電能表相比，具有準確度高、負載范圍寬、功能擴展性強、能自動抄表、易于實現網絡通信、防竊電等特點，便于大批量生產，已逐步成為發展的主流，各種新型電子式電能表在工業、農業、住宅建筑等領域獲得廣泛應用。以下以DDSF54型電子式單相多費率電能表為例進行介紹。

DDSF54型電子式單相多費率電能表的外形如圖3-25所示。它采用先進的電能計量芯片和可靠的MCU電路設計而成，應用數字化處理技術和先進的SMT生產工藝制造，能夠根據設定的復費率參數實現分時段記錄用戶消耗的電能。通過紅外編程器或RS-485接口在本地或異地對電表進行參數設置和數據讀寫，通過RS-485數據網絡建立長距離的電量參數采集，用戶能通過LCD液晶屏顯示電表中的相關參數。

1.工作原理

如圖3-26所示，DDSF54主要由CPU、電能計量專用芯片、電流取樣、電壓取樣、電能脈沖輸出、數據保護電路、LCD顯示、通信接口等部分組成。其工作原理如下：電能表工作時，用戶消耗的電能轉換為電壓、電流信號，經取樣電路分別取樣后，由電能計量專用集成電路處理成為與消耗功率成正比的脈沖信號，MCU記錄電量脈沖并存儲。根據時鐘和時段的內容分別處理和記錄對應時間段內的電量，LCD循環顯示用戶選擇的參數，存儲信息數據可通過紅外抄表機或RS-485通信接口進行信息數據傳輸。

2.主要功能

（1）電能計量

[1] 計量正、反向有功電能（反向電能按正向電能累計）；停電數據保持大于10年。

[2] 存儲包含本月在內的13個月的各費率電能數據；數據轉存分界時間為設置的自動抄表日期。

（2）費率與時段

[1] 可編程設置峰、平、谷三種費率12個時段。默認設置為2個時段，時段最小間隔30分鐘，時段設置可跨越零點。

[2] 采用內置晶體的硬件時鐘電路，并具有溫度補償電路。在2099年的有效時間內自動調整時間、日期和閏年自動切換功能。

（3）顯示與監控

[1] 6位LCD顯示，電能表顯示為5位整數加1位小數（也可設置為先顯示5位整數，再顯示2位小數），數據循環顯示。

[2] 能顯示當前日期、時間、當前和上月及上上月電量、局編號等參數。

（4）電表顯示

電表自動循環包括日期、時間、當前總、峰、谷電量5項。電表默認的循環顯示間隔為10秒。

3.規格及主要技術指標

（1）額定電壓：220V

（2）額定頻率：50Hz

（3）基本電流：5（20）A、10（40）A、10（60）A

（4）電表常數：見相應銘牌標注

（5）精度等級：1級、2級

（6）啟動電流：0.4%Ib（1.0級）、0.5%Ib（2.0級）

（7）潛動：具有防潛動邏輯設計，電壓回路加額定電壓115%，電流線路無電流時，電表不產生多于一個脈沖的輸出

（8）時鐘參數：時鐘準確度（日誤差）≤0.5s（23℃）

（9）電壓范圍：正常工作電壓為0.7UN～1.2UN

（10）功耗（LCD）：電壓線路功耗≤1.0W和6VA；電流線路功耗≤1VA（額定電流條件下）

3.7.3 電能表的接線

1.單相電能表的接線

在低壓小電流線路中，電能表可直接接在線路上，如圖3-27（a）所示。電能表的接線端子蓋上一般都給出了接線圖。

在低壓大電流線路中測量電能，必須用電流互感器將電流變小，其接線方法如圖3-27（b）所示。

2.三相電能表的接線

在低壓三相四線制線路中，通常采用三元件的三相電能表。若線路上負載電流未超過電能表的量程，可直接接在線路上，其接線如圖3-28（a）所示。

如果負載電流超過電能表的量程，須經電流互感器將電流變小。其接線如圖3-28（b）所示。

思考練習題

3.1 根據儀表測量的準確度，電工儀表有哪幾個等級？

3.2 簡述磁電式、電磁式儀表的工作原理。

3.3 測量電流時，如果將電流表與被測電路并聯，會出現什么結果？為什么？

3.4 測量電壓時，如果將電壓表與被測電路串聯，會出現什么結果？為什么？

3.5 萬用表由哪幾個部分組成？各部分作用是什么？

3.6 用萬用表測量電阻，應注意哪些問題？

3.7 用萬用表測量交、直流電壓，應注意哪些問題？

3.8 簡述鉗形電流表的工作原理。

3.9 兆歐表由哪幾部分組成？各部分的作用是什么？

3.10 簡述兆歐表測量電阻的工作原理。

3.11 簡述功率表測量功率的原理。

3.12 簡述機械式電能表的工作原理。

3.13 簡述電子式電能表的工作原理。

3.14 如果負載電流超過電能表量程，可采取什么辦法進行測量？

技能訓練3-1 電流表、電壓表的安裝與測量

一、訓練目的

1.學會在配電盤上安裝帶互感器的交流電流表和帶電壓切換開關的直讀式電壓表；

2.學會用配電盤上的交流電流表和電壓表測量三相電路的電流及線電壓。

二、工具器材

鋼絲鉗、尖嘴鉗、電工刀、扳手、螺絲刀、測電筆、鋼鋸、榔頭等常用電工工具1套，量程為5A的配電板式電流表3只，比率為30/5的電流互感器3只，RC1-60A熔斷器3只，400V直讀式電壓表1只，電壓轉換開關1只，三極膠蓋閘刀開關1只，已制作好的鐵質或木質配電板（能安裝上述所有元器件）1塊，螺釘、導線若干。

三、訓練步驟及內容

1.將電流表、電流互感器、電壓表、電壓轉換開關、熔斷器、閘刀開關等器件固定在配電板上，并將有關資料填入表3-1和表3-2中。

2.按圖3-29所示，在配電板上連接電流、電壓測量電路，經檢查無誤后，用鼠籠式電動機作為負載，通電運行，將有關數據記入表3-3中。

技能訓練3-2 交流電壓、直流電壓、直流電流的測量

一、訓練目的

1.學會用萬用表熟練地測量交流電壓、直流電壓和直流電流；

2.掌握萬用表的常規使用方法。

二、工具器材

萬用表1塊，調壓器1個，交流電壓表1塊，直流穩壓電源1臺，一字形和十字形螺絲刀各1把，電烙鐵1把，印制電路板1塊，如圖3-30所示電路中的電阻5只。

三、訓練步驟及內容

1.切斷實習室電源總閘刀開關，將調壓器輸入端接220V市電，輸出端接實習室電源，在實習桌配置的插座上進行交流電壓測量訓練（如果實習桌上安裝了調壓器，則不需另接，可直接使用）。用交流電壓表監視調壓器輸出電壓，用萬用表進行測量，將數據填入表3-4中。

2.按圖3-30所示在印制電路板上焊接好測試電路，將直流穩壓電源的輸出接到測試電路的輸入端（如果實習桌上配置有穩壓電源，則可直接從實習桌引入直流電壓）。調節穩壓電源，選擇1至3種輸出電壓，測量后，將數據填入表3-5中。

技能訓練3-3 常用電工儀表（鉗形電流表、兆歐表）的使用

一、訓練目的

1.學會用鉗形電流表直接測量線路電流。

2.學會用兆歐表測量設備絕緣電阻。

二、工具器材

鋼絲鉗、尖嘴鉗、螺絲刀、榔頭等電工工具，電動機1臺、接地線若干、鉗形電流表1只、兆歐表1只、銅芯絕緣軟線若干。

三、訓練步驟及內容

1.將一臺三相鼠籠式異步電動機接線盒拆開，取下所有接線樁之間的連接片，使三相繞組各自獨立。用兆歐表測量三相繞組之間，各相繞組與機座之間的絕緣電阻，將測量結果記入表3-6中。

2.恢復有關接線樁之間的連接片，使三相繞組按出廠要求連接，將其接入三相交流電路，通電運行。用鉗形電流表測量其啟動電流和轉速達額定值后的空載電流，測量結果記入表3-7中。

3.人為斷開一相電源（如取下某相熔斷器），用鉗形電流表測量缺相運行電流。測量時間要盡量短，測量完立即關斷電源，測量結果記入表3-7中。

技能訓練3-4 電能表的接線及運行觀察

一、訓練目的

1.掌握交流感應式電度表的工作原理；

2.了解家用配電板的結構及元件布局；

3.學會用電度表計量電能。

二、工具器材

鋼絲鉗、尖嘴鉗、電工刀、扳手、螺絲刀、測電筆、鋼鋸、榔頭等常用電工工具1套，裝有5A有功電度表的家用配電板1塊，100W燈泡1只。

三、訓練步驟及內容

1.檢查配電板上各元器件的型號規格和安裝位置，將有關資料填入表3-8和表3-9中。

2.檢查電能表進線與出線端的接線情況，畫出配電板的電路圖。

3.用100W燈泡作為負載，連接在電能表出線端，通電運行，觀察電能表運行情況。