（一） 電流、電壓、電功率及電能的測量方法

按測量方法可分為比較式和直讀式兩類。比較式儀表需将被測量與标準量進行比較後才能得出被測量的數量，常用的比較式儀表有電橋、電位差計等。直讀式儀表将被測量的數量由儀表指針在刻度盤上直接指示出來，常用的電流表、電壓表等均屬直讀式儀表。直讀式儀表測量過程簡單，操作容易，但準确度不可能太高；比較式儀表的結構較複雜，造價較昂貴，測量過程也不如直讀法簡單，但測量的結果較直讀式儀表準确。

按被測量的種類可分為電流表、電壓表、功率表、頻率表、相位表等。

按電流的種類可分為直流、交流和交直流兩用儀表。

按工作原理可分為磁電式、電磁式、電動式儀表等。

按顯示方法可分為指針式（模拟式）和數字式。指針式儀表用指針和刻度盤指示被測量的數值；數字式儀表先将被測量的模拟量轉化為數字量，然後用數字顯示被測量的數值。

按準确度可分為0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5和5.0共7個等級。

電工儀表的準确度是指測量結果（簡稱示值）與被測量真實值（簡稱真值）間相接近的程度，是測量結果準确程度的量度。誤差是指示值與真值的偏離程度。準确度與誤差本身的含義是相反的，但兩者又是緊密聯系的，測量結果的準确度高，其誤差就小，因此，在實際測量中往往采用誤差的大小來表示準确度的高低。

由于制造工藝的限制及測量時外界環境因素和操作人員的因素，誤差是不可避免的。根據引起誤差的原因不同，儀表誤差可分為基本誤差和附加誤差。基本誤差是在規定的溫度、濕度、頻率、波形、放置方式以及無外界電磁場幹擾等正常工作條件下，由于儀表本身的缺點所産生的誤差。附加誤差是由于外界因素的影響和儀表放置不符合規定等原因所産生的誤差。附加誤差有些可以消除或限制在一定範圍内，而基本誤差卻不可避免。

例如：用一量程為150V的電壓表在正常條件下測某電路的兩點間電壓U，示值為100V，絕對誤差為1V。這時U的真值為100－1=99V，相對誤差r=1%。如果示值為10V，絕對誤差為－0.8V。則其真值為10.8V，相對誤差8%。如果已知該電壓表可能發生的最大絕對誤差為1.5V，則儀表的最大引用誤差為：

所以該儀表的準确度等級為1.0級。

注意：被測量比儀表量程小得越多，測量結果可能出現的最大相對誤差值也越大。例如用1.0級量程為150V的電壓表測量30V的電壓，可能出現的最大相對誤差為5％，而改用1.0級量程為50V的電壓表測量30V的電壓，可能出現的最大相對誤差為1.67％。所以選用儀表的量程時應使讀數在2／3量程以上。

（二） 指針式儀表的結構及工作原理

電工測量中常用的指針式儀表有磁電式、電動式、電磁式3種。這些儀表的結構雖然不同，但工作原理卻是相同的，都是利用電磁現象使儀表的可動部分受到電磁轉矩的作用而轉動，從而帶動指針偏轉來指示被測量的大小。

1、 磁電式儀表

直流電流I通過可動線圈時，線圈與磁場相互作用使線圈産生轉動力矩，帶動指針偏轉。指針偏轉後扭緊彈簧遊絲，使遊絲産生反抗力矩。當反抗力矩和轉動力矩相平衡時，線圈和指針便停止偏轉。由于在線圈轉動的範圍内磁場均勻分布，因此線圈的轉動力矩與電流的大小成正比。又由于遊絲的反抗力矩與線圈的偏轉角度成正比，所以儀表指針的偏轉角度與流過線圈的電流的大小成正比，即：α=KI。可見磁電式儀表标尺上的刻度是均勻的。

磁電式儀表的優點：刻度均勻、靈敏度高、準确度高、消耗功率小、受外界磁場影響小等。

磁電式儀表的缺點：結構複雜、造價較高、過載能力小，而且隻能測量直流，不能測量交流。

使用注意事項：電表接入電路時要注意極性，否則指針反打會損壞電表。通常磁電式儀表的接線柱旁均标有 、－記号，以防接錯。

2、電磁式儀表

線圈通入電流時産生磁場，使其内部的固定鐵片和可動鐵片同時被磁化。由于兩鐵片同一端的極性相同，因此兩者相斥，緻使可動鐵片受到轉動力矩的作用，從而通過轉軸帶動指針偏轉。當轉動力矩與遊絲的反抗力矩相平衡時，指針便停止偏轉。

由于作用在鐵心上的電磁力與空氣隙中磁感應強度的平方成正比，磁感應強度又與線圈電流成正比，因此儀表的轉動力矩與電流的平方成正比。又由于遊絲的反抗力矩與線圈的偏轉角度成正比，所以儀表指針的偏轉角度與線圈電流的平方成正比，即：α=KI2。可見電磁式儀表标尺上的刻度是不均勻的。

推斥型電磁式儀表也可以測量交流，當線圈中電流方向改變時，它所産生磁場的方向随之改變，因此動、靜鐵片磁化的極性也發生變化，兩鐵片仍然相互排斥，轉動力矩方向不變，其平均轉矩與交流電流有效值的平方成正比。

3 、電動式儀表

固定線圈中通入直流電流I1時産生磁場，磁感應強度B1正比于I1。如果可動線圈通入直流電流I2，則可動線圈在此磁場中就要受到電磁力的作用而帶動指針偏轉，電磁力F的大小與磁感應強度B1和電流I2成正比。直到轉動力矩與遊絲的反抗力矩相平衡時，才停止偏轉。儀表指針的偏轉角度與兩線圈電流的乘積成正比，即：α=KI1I2。

對于線圈通入交流電的情況，由于兩線圈中電流的方向均改變，因此産生的電磁力方向不變，這樣可動線圈所受到轉動力矩的方向就不會改變。設兩線圈的電流分别為i1和i2，則轉動力矩的瞬時值與兩個電流瞬時值的乘積成正比。而儀表可動部分的偏轉程度取決于轉動力矩的平均值，由于轉動力矩的平均值不僅與i1及i2的有效值成正比，而且還與i1和i2相位差的餘弦成正比，因此電動式儀表用于交流時，指針的偏轉角與兩個電流的有效值及兩電流相位差的餘弦成正比。即：

α=KI1I2cosφ

（三）電流、電壓、功率及電能的測量

1、電流的測量

測量直流電流通常采用磁電式電流表，測量交流電流主要采用電磁式電流表。電流表必須與被測電路串聯，否則将會燒毀電表。此外，測量直流電流時還要注意儀表的極性。

擴大量程的方法是在表頭上并聯一個稱為分流器的低值電阻RA，分流器的阻值為：RA=Ro/(n－1)。式中Ro為表頭内阻，n=I/Io為分流系數，其中Io為表頭的量程，I為擴大後的量程。

2 電壓的測量

測量直流電壓通常采用磁電式電壓表，測量交流電壓主要采用電磁式電壓表。電壓表必須與被測電路并聯，否則将會燒毀電表。此外，測量直流電壓時還要注意儀表的極性。

擴大量程的方法是在表頭上串聯一個稱為倍壓器的高值電阻RV，倍壓器的阻值為：RV=(m－1) Ro 。式中Ro為表頭内阻，m=U/Uo為倍壓系數，其中Uo為表頭的量程，U為擴大後的量程。

3、功率的測量

測量功率時采用電動式儀表。測量時将儀表的固定線圈與負載串聯，反映負載中的電流，因而固定線圈又叫電流線圈；将可動線圈與負載并聯，反映負載兩端電壓，所以可動線圈又叫電壓線圈。

1．直流和單相交流功率的測量

分格常數：

被測功率：

2．三相功率的測量

一表法：用一個單相功率表測得一相功率，然後乘以3即得三相負載的總功率。

二表法：用兩隻單相功率表來測量三相功率，三相總功率為兩個功率表的讀數之和。若負載功率因數小于0.5，則其中一個功率表的讀數為負，會使這個功率表的指針反轉。為了避免指針反轉，需将其電壓線圈或電流線圈反接，這時三相總功率為兩個功率表的讀數之差。

三表法：用3隻單相功率表來測量三相功率，三相總功率為3個功率表的讀數之和。

用二元功率表和三元功率表測量三相總功率，三相總功率均可直接從表上讀出。

4 、電能的測量

驅動機構用來産生轉動力矩，包括電壓線圈、電流線圈和鋁制轉盤。當電壓線圈和電流線圈通過交流電流時，就有交變的磁通穿過轉盤，在轉盤上感應出渦流，渦流與交變磁通相互作用産生轉動力矩，從而使轉盤轉動。

制動機構用來産生制動力矩，由永久磁鐵和轉盤組成。轉盤轉動後，渦流與永久磁鐵的磁場相互作用，使轉盤受到一個反方向的磁場力，從而産生制動力矩，緻使轉盤以某一轉速旋轉，其轉速與負載功率的大小成正比。

積算機構用來計算電度表轉盤的轉數，以實現電能的測量和計算。轉盤轉動時，通過蝸杆及齒輪等傳動機構帶動字輪轉動，從而直接顯示出電能的度數。

單相電度表接線時，電流線圈與負載串聯，電壓線圈與負載并聯。單相電度表共有四根連接導線，兩根輸入，兩根輸出。電流線圈及電壓線圈的電源端應接在相（火）線上，并靠電源側。

5、數字式萬用表

數字式萬用表由功能變換器、轉換開關和直流數字電壓表3部分組成，其原理框圖如圖所示。直流數字電壓表是數字式萬用表的核心部分，各種電量或參數的測量，都是首先經過相應的變換器，将其轉化為直流數字電壓表可以接受的直流電壓，然後送入直流數字電壓表，經模／數轉換器變換為數字量，再經計數器計數并以十進制數字将被測量顯示出來。

6、兆歐表

兆歐表俗稱搖表，是測量絕緣體電阻的專用儀表，主要由磁電式流比計與手搖直流發電機組成。

流比計是用電磁力代替遊絲産生反作用力矩的儀表。它與一般磁電式儀表不同，除了不用遊絲産生反作用力矩外，還有兩個區别：一是空氣隙中的磁感應強度不均勻；二是可動部分有兩個繞向相反且互成一定角度的線圈，線圈1用于産生轉動力矩，線圈2用于産生反作用力力矩。

被測電阻接在L（線）和E（地）兩個端子上，形成了兩個回路，一個是電流回路，一個是電壓回路。電流回路從電源正端經被測電阻Rx、限流電阻RA、可動線圈1回到電源負端。電壓回路從電源正端經限流電阻RV、可動線圈2回到電源負端。由于空氣隙中的磁感應強度不均勻，因此兩個線圈産生的轉矩T1和T2不僅與流過線圈的電流I1、I2有關，還與可動部分的偏轉角α有關。當T1=T2 ，可動部分處于平衡狀态，其偏轉角α是兩個線圈電流I1、I2比值的函數（故稱為流比計），即：

因為限流電阻RA、RV為固定值，在發電機電壓不變時，電壓回路的電流I2為常數，電流回路電流I1的大小與被測電阻Rx的大小成反比，所以流比計指針的偏轉角α能直接反映被測電阻Rx的大小。

流比計指針的偏轉角與電源電壓的變化無關，電源電壓U的波動對轉動力矩和反作用力矩的幹擾是相同的，因此流比計的準确度與電壓無關。但測量絕緣電阻時，絕緣電阻值與所承受的電壓有關。搖手搖發電機時，搖的速度須按規定，而且要搖夠一定的時間。常用的兆歐表的手搖發電機的電壓在規定轉速下有500V和1000V兩種，可根據需要選用。因電壓很高，測量時應注意安全。

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