一、電氣測量方法

常用的測量方法有直接測量法、比較測量法和間接測量法。

1、直接測量法

在測量過程中，采用直接指示的儀器、儀表，可以直接讀取被測量數(shù)值，無需度量器參與的測量叫做直接測量法。

用歐姆表測電阻、電流表測電流、電壓表測電壓都屬于直接測量法。由于儀表接入測量電路后，會(huì)使電路的工作狀態(tài)發(fā)生變化，故直接測量法的準(zhǔn)確度較低。

2、比較測量法

在測量過程中，需要度量器的直接參與，并通過比較儀器來確定被測量數(shù)值的測量方法叫做比較測量法。比較測量法的準(zhǔn)確度和靈敏度都比較高，適用于精密測量。根據(jù)被測量與標(biāo)準(zhǔn)量的比較方式又可分為：

1）零值法

在測量過程中，通過改變標(biāo)準(zhǔn)量使它和被測量相等，當(dāng)兩者差值為零時(shí)，確定出被測量數(shù)值的測量方法叫做零值法。例如用電橋測電阻、用電位差計(jì)測電動(dòng)勢。

2）差值法

在測量過程中，通過測出被測量與標(biāo)準(zhǔn)量的差值，從而確定出被測量數(shù)值的測量方法叫做差值法。例如用不平衡電橋測電阻。

3）代替法

在測量過程中，將被測量與已知的標(biāo)準(zhǔn)量分別接入同一測量裝置，若維持儀表讀數(shù)不變，這時(shí)被測量即等于已知標(biāo)準(zhǔn)量，這種測量方法叫做代替法。

3、間接測量法

根據(jù)被測量和其他量的函數(shù)關(guān)系，先測得其他量，然后按函數(shù)關(guān)系計(jì)算出來的一種方法叫做間接測量法。例如用伏安法測量電阻。間接測量法誤差較大，在準(zhǔn)確度要求不高的場合或直接測量有困難時(shí)采用。

二、電氣測量誤差

測量誤差是指測量結(jié)果與實(shí)際值之間的差異。測量誤差產(chǎn)生的原因，除了儀表的基本誤差和附加誤差的影響外，還由測量方法的不完善、測量人員操作技能和經(jīng)驗(yàn)不足以及人的感官差異等因素造成。

1、誤差分類及其產(chǎn)生原因

根據(jù)誤差的性質(zhì)，測量誤差一般分為系統(tǒng)誤差、偶然誤差和疏失誤差三類。

1）系統(tǒng)誤差

是一種遵循一定規(guī)律，在測量過程中保持不變的誤差。造成系統(tǒng)誤差的原因有：

（1）測量設(shè)備的誤差

標(biāo)準(zhǔn)度量器、儀表本身具有的誤差。如刻度不準(zhǔn)確等造成的系統(tǒng)誤差。

（2）測量方法的誤差

測量方法不夠完善，測量儀表安裝或配線不當(dāng)，外界環(huán)境變化以及測量人員操作技能和經(jīng)驗(yàn)不足造成的系統(tǒng)誤差。如引用近似公式、接觸電阻等造成的誤差。

2）偶然誤差

是一種大小和符號(hào)都不固定的誤差。這種誤差主要是由于外界環(huán)境（如溫度、濕度、電場、磁場等）的偶然變化引起的，在重復(fù)進(jìn)行同一個(gè)量的測量過程中，其結(jié)果往往不完全相同。

3）疏失誤差

是一種嚴(yán)重歪曲測量結(jié)果的誤差。它是因測量時(shí)的粗心或疏忽造成，如讀數(shù)錯(cuò)誤、記錄錯(cuò)誤等。

2、測量誤差的消除

1）系統(tǒng)誤差的消除

（1）對(duì)度量器、測量儀器、儀表進(jìn)行校正；采用合理的測量方法或配置適當(dāng)?shù)臏y量儀器；改善儀表安裝質(zhì)量和配線方式。

（2）正負(fù)消去法，就是對(duì)同一量反復(fù)測量兩次，如果其中一次誤差為正，另一次誤差為負(fù)，取其平均值后就可以消去這種系統(tǒng)誤差。例如為消除外電場對(duì)電流表讀數(shù)的影響，可把電流表放置的位置掉轉(zhuǎn)180^o^再測一次，兩種放置測量結(jié)果產(chǎn)生的誤差符號(hào)正好相反。

（3）代替法，即將被測量用已知量代替，代替時(shí)儀表的工作狀態(tài)不變。儀表本身的不完善和外界因素的影響對(duì)測量結(jié)果將不再發(fā)生作用，從而消除了系統(tǒng)誤差。

2）偶然誤差的消除

對(duì)于偶然誤差，不能用試驗(yàn)的方法加以消除，只能根據(jù)多次測量，從偶然誤差的總和中用統(tǒng)計(jì)的方法加以處理，因此，通常采用增加重復(fù)測量次數(shù)的方法來消除偶然誤差對(duì)測量結(jié)果的影響，測量次數(shù)越多，其算術(shù)平均值就越接近于實(shí)際值。

3）疏失誤差的消除

疏失誤差嚴(yán)重歪曲了測量結(jié)果，因此包含有疏失誤差的測量結(jié)果應(yīng)拋棄不用。

三、電氣測量儀表

電氣測量儀表可分為兩大類，即電測量指示儀表和比較儀器。電測量指示儀表又稱為直讀儀表，其特點(diǎn)是直接將被測電量轉(zhuǎn)換為可動(dòng)部分的偏轉(zhuǎn)角位移，并通過指示器在標(biāo)尺上顯示被測電量的大小。比較儀器用于比較法測量，它包括各類交、直流電橋等測量儀器。

1、磁電系儀表

1）結(jié)構(gòu)簡圖

2）作用原理

可動(dòng)線圈置于永久磁鐵的氣隙磁場中，電流通過時(shí)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)力矩，當(dāng)與游絲的反向轉(zhuǎn)矩平衡時(shí)，指針的偏轉(zhuǎn)角大小與被測電流的大小成正比。

3）用途

磁電系儀表只能用來測直流，儀表的靈敏度和精確度較高,多用來制作攜帶式電壓表和電流表、萬用表。

2、電磁系儀表

1）結(jié)構(gòu)簡圖

2）作用原理

被測電流通過固定線圈時(shí)，固定鐵片與可動(dòng)鐵片同時(shí)被磁化，呈現(xiàn)同一極性，同性相斥，產(chǎn)生正比于兩種鐵片磁性強(qiáng)弱的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩。磁性強(qiáng)弱正比于通入固定線圈的被測電流，指針偏轉(zhuǎn)角與被測電流的平方成正比。

3）用途

主要安裝在配電盤上，作變化不大的電流、電壓指示。既可以測直流，也可以測交流，但精度不高。

3、電動(dòng)系儀表

1）結(jié)構(gòu)簡圖

2）作用原理

固定線圈和可動(dòng)線圈分別通入電流，由于載流導(dǎo)體磁場間的相互作用產(chǎn)生力矩。指針的偏轉(zhuǎn)角度與兩個(gè)線圈中電流的乘積成正比。

3）用途

用于功率表、頻率表、相位表、交直流電壓、電流表。既可以測直流，也可以測交流，精度比電磁式儀表高。

4、鐵磁電動(dòng)系儀表

1）結(jié)構(gòu)簡圖

2）作用原理

固定線圈制成電磁鐵形式，可動(dòng)線圈增加一個(gè)鐵芯，從而增加了儀表的偏轉(zhuǎn)力矩。由于鐵芯的磁滯和渦流影響，降低了儀表的準(zhǔn)確度。

3）用途

用于功率表、功率因數(shù)表、頻率表。

5、感應(yīng)系儀表

1）結(jié)構(gòu)簡圖

2）作用原理

當(dāng)電壓線圈和電流線圈通過被測電路的交變電流時(shí)，兩線圈分別產(chǎn)生交變磁通。鋁盤在交變磁通的作用下，感應(yīng)產(chǎn)生渦流。此渦流與交變磁通相互作用產(chǎn)生電磁力，引起活動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)。

3）用途

主要用于電度表。

6、磁電系比率表

1）結(jié)構(gòu)簡圖

2）作用原理

磁電系比率表由兩個(gè)繞向相反，且在空間互成角度的可動(dòng)線圈及可動(dòng)線圈內(nèi)帶缺口的環(huán)形鐵芯、永久磁鐵和指針組成。磁電系比率表沒有反作用力矩的游絲，故平時(shí)指針可停留在標(biāo)度尺的任何位置。

3）用途

用于兆歐表、相位表、頻率表。

四、電流的測量

1、直流電流的測量

1）測量直流電流時(shí)，電流表應(yīng)串聯(lián)在被測電路中。接線時(shí)被測電流的流入端接電流表的“+”接線端鈕，流出端接“-”接線端鈕。

2）根據(jù)被測電流的大小選擇電流表的量程。如果事先估計(jì)不出被測電流的大小范圍，則應(yīng)先使用量程較大的電流表，然后再換一個(gè)合適量程的電流表測量。

3）磁電系表頭的線圈和游絲都很細(xì)，不能通過較大的電流。如下圖所示，在表頭兩端并聯(lián)分流電阻擴(kuò)大其量程。

圖中I是被測電流，I?是通過表頭的電流，R?是表頭的內(nèi)阻，IF是通過分流電阻RF的電流。根據(jù)

I?R?=IFR F =(I-I?)RF，整理后得

I=I?(1+R?/R F )，令K=1+R?/R~F~，則I=I?K。并聯(lián)分流電阻R~F~后電流量程擴(kuò)大了K倍，被測電流實(shí)際值等于表頭讀數(shù)乘以電流量程擴(kuò)大倍數(shù)K。已知表頭內(nèi)阻R?，需要擴(kuò)大量程K倍測量較大電流時(shí)，并聯(lián)的分流電阻

R F =R?/(K-1)。

4）在實(shí)際測量中，分流電阻常被做成單獨(dú)的裝置，稱為外附分流器，如下圖所示，它有兩對(duì)接線端鈕，粗的一對(duì)叫電流接頭，串接在被測大電流電路中；細(xì)的一對(duì)叫電位接頭，和磁電系測量機(jī)構(gòu)并聯(lián)。

2、交流電流的測量

1）使用電磁系或電動(dòng)系電流表測量交流電流時(shí)，接線方式和量程的選擇與直流電流測量基本相同，只是交流電流表與被測電路接線時(shí)不必考慮極性問題。

2）電磁系或電動(dòng)系電流表將固定線圈分段，通過連接片、轉(zhuǎn)換開關(guān)的不同連接方法來改變分段線圈的串、并聯(lián)方式，以獲得不同的量程。

3）當(dāng)測量較大的交流電流，需要擴(kuò)大電流表的量程時(shí)，一般采用加接電流互感器。測量的實(shí)際電流值等于電流表的讀數(shù)乘以互感器的變比。

五、電壓的測量

1、直流電壓的測量

1）測量直流電壓時(shí)，電壓表應(yīng)與被測電路并聯(lián)。磁電系電壓表在使用時(shí)應(yīng)將被測電壓的高電位端接電壓表“+”接線端鈕，低電位端接“-”接線端鈕。

2）需要擴(kuò)大電壓表量程時(shí)，如下圖所示，在表頭上串聯(lián)一個(gè)分壓電阻。

已知表頭內(nèi)阻和分壓電阻時(shí)，被測電壓與電壓表顯示值的關(guān)系為：

U=Uv(1+Rs/Rv)。

2、交流電壓的測量

1）交流電壓表的接線方式和量程選擇與直流電壓表基本相同，只是交流電壓表接線時(shí)不必考慮極性問題。

2）采用有電壓互感器的電壓表測量交流電壓時(shí)，測量的實(shí)際電壓值等于電壓表的讀數(shù)乘以互感器的變比。

六、直流電阻的測量

1、測量的目的和意義

直流電阻的測量是電氣設(shè)備安裝、大修和預(yù)防性試驗(yàn)中不可缺少的測試項(xiàng)目之一。電氣設(shè)備在制造、運(yùn)輸、安裝或運(yùn)行中發(fā)生振動(dòng)和受到機(jī)械應(yīng)力，可能造成導(dǎo)線斷裂、接頭開焊、接觸不良、匝間短路等缺陷。測量直流電阻的目的就是鑒定設(shè)備導(dǎo)線連接的質(zhì)量，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)和消除隱患，保證電氣設(shè)備安全可靠地運(yùn)行。試驗(yàn)過程中需要測量直流電阻的有斷路器導(dǎo)電回路、母線連接處、感性負(fù)載繞組等。

2、測量直流電阻的方法

1）電阻表法

用電阻表包括萬用表的歐姆檔，測量直流電阻最為方便，可以直接讀取被測電阻的數(shù)值，但這種測量方法受電阻表精度及量程的影響，只能測出一個(gè)大概的電阻數(shù)值。

2）電壓降法

（1)電壓降法是指在被測電阻上通以直流電流，測量其兩端的電壓和通過的電流，然后利用歐姆定律計(jì)算被測的直流電阻值。測試方法有下面兩種：

圖a適合測量阻值較大的電阻，圖b適合測量阻值較小的電阻。實(shí)際測量中，這兩種方法由于儀表本身總有一定的內(nèi)阻，測得的電壓U和電流I經(jīng)過歐姆定律計(jì)算后的直流電阻值R，并不是真實(shí)的被測電阻值Rx。

（2)智能型回路電阻測試儀可以理解為上圖b所示的接法。接線時(shí)要求電流測試線（粗線）接外側(cè)，電壓測試線（細(xì)線）接內(nèi)測。下圖為斷路器導(dǎo)電回路電阻測量圖。

3）電橋法

用電橋平衡的原理測量直流電阻的方法稱為電橋法。測量直流電阻常用的儀器有單臂電橋和雙臂電橋。

（1）單臂電橋

當(dāng)R1上的電壓降等于R3上的電壓降時(shí)，A、B兩點(diǎn)間沒有電位差，I1流經(jīng)R1和R 2 ，I2流經(jīng)R3和R 4 ，此時(shí)檢流計(jì)中沒有電流，電橋處于平衡狀態(tài)。由Uca=Ucb可推導(dǎo)出R1R 4 =R3R 2 。若將R1換成被測繞組電阻Rx，并將R2和R4做成一定比例的可調(diào)電阻，R3為平滑的可調(diào)電阻，調(diào)節(jié)R3可使電橋達(dá)到平衡。則Rx=R~2~R~3~/R~4~。Rx包括了連接引線上的電阻，被測的實(shí)際電阻等于Rx減去引線電阻。被測電阻越小，引線電阻造成的誤差越大。所以單臂電橋常用于測量1Ω以上的電阻。

（2）雙臂電橋

①如上圖，當(dāng)檢流計(jì)中沒有電流通過時(shí)，C、D兩點(diǎn)間的電位相等。可推導(dǎo)出Rx=RNR 3 /R 4 。實(shí)際上電阻中包含了引線電阻，要使等式成立，引線必須采用四根截面積相同、長度相等的相同導(dǎo)線，否則會(huì)引起一定的測量誤差。雙臂電橋能夠消除引線和接觸電阻帶來的測量誤差，適用于測量準(zhǔn)確度要求較高的小電阻。

②測量直流電阻的步驟

a、接通測量儀器電源，首先調(diào)節(jié)電橋檢流計(jì)機(jī)械零位旋鈕，使檢流計(jì)指針處于零位。

b、接入被測電阻時(shí)，雙臂電橋電壓端子P1、P2引出線應(yīng)比電流端子C1、C2引出線的接線更靠近被測電阻的兩端。

c、測量前首先估計(jì)被測電阻的數(shù)值，并按估計(jì)的電阻值選擇電橋的標(biāo)準(zhǔn)電阻RN和適當(dāng)?shù)谋堵蔬M(jìn)行測量，充分利用比較臂可調(diào)電阻各檔位。測量時(shí)先按下電源按鈕B接通電流回路，待電流達(dá)到穩(wěn)定值時(shí)再按下檢流計(jì)按鈕G接通檢流計(jì)。調(diào)節(jié)讀數(shù)臂阻值使檢流計(jì)處于零位，被測電阻等于讀數(shù)臂指示乘以倍率。

d、測量結(jié)束時(shí)，先斷開檢流計(jì)按鈕G，再斷開電源按鈕B，以免測量具有電感的直流電阻時(shí)產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢損壞檢流計(jì)。

3、測試結(jié)果的溫度換算

直流電阻的測試值受溫度影響比較明顯，在比較測得的直流電阻值時(shí)，應(yīng)準(zhǔn)確測量被測電阻的溫度，并將不同溫度下測得的直流電阻值換算到同一溫度下。換算公式為：

Rx=Ra（T+tx）/（T+ta）式中

Rx為換算至tx時(shí)的直流電阻；

Ra為ta時(shí)所測得的直流電阻；

T為溫度換算系數(shù)，銅235，鋁225；

tx為需換算Rx的溫度；

ta為測量Ra時(shí)的溫度。

七、接地電阻的測量

接地電阻的大小直接影響接觸電壓和跨步電壓的高低。接地裝置投入使用前和使用中都需要測量接地電阻的實(shí)際值，以判斷其是否符合要求。常用的測量方法有電流-電壓表法和接地電阻測量儀測量法兩種。

1、接地電阻測量儀

電流-電壓表法比較麻煩，需要獨(dú)立的交流電源以及裝設(shè)輔助接地體用作電流極等。接地電阻測量儀自身能產(chǎn)生交變的接地電流，無需外加電源，并且電流極和電壓極也是配套好的，因此使用簡易，攜帶方便，且抗干擾性較好。接地電阻測量儀一般有E、P、C三個(gè)接線端鈕，測量時(shí)分別接于被測接地體、電壓極和電流極。

2、測量接地電阻的步驟

1）拆開接地干線與接地體的連接點(diǎn)或拆開接地干線上所有接地支線的連接點(diǎn)。

2）將電壓極棒（電位探針）插入離接地體20m的地下，電流極棒（電流探針）插入離接地體40m的地下，且均應(yīng)垂直插入地面約400mm深處。

3）將接地電阻測量儀放在接地體附近平整的地方，然后再進(jìn)行接線：

（1）用最短的連線連接E端和被測接地體；

（2）用較長的連線連接P端和20m遠(yuǎn)電壓極接地棒；

（3）用最長的連線連接C端和40m遠(yuǎn)電流極接地棒。

4）根據(jù)被測接地體的電阻要求，先調(diào)節(jié)好粗調(diào)旋鈕；

5）以大約120r/min的轉(zhuǎn)速均勻搖動(dòng)手柄，當(dāng)表針偏離中心時(shí)，邊搖動(dòng)手柄邊調(diào)節(jié)細(xì)調(diào)撥盤，直至表針居中并穩(wěn)定為止；

6）以細(xì)調(diào)撥盤的讀數(shù)乘以粗調(diào)定位的倍數(shù)，結(jié)果便是被測接地體的接地電阻值。

3、測量接地電阻的注意事項(xiàng)

1）測量接地電阻應(yīng)停電進(jìn)行。

2）測量接地電阻應(yīng)在土壤導(dǎo)電率最低時(shí)進(jìn)行。

3）用接地電阻測量儀測量時(shí)，將電位探針插在離接地體20m的地下,電流探針插在離接地體40m的地下。

4）用接地電阻測量儀測量時(shí)，若標(biāo)度盤的讀數(shù)小于1，可將倍率標(biāo)度置于較小的倍數(shù)，再調(diào)整標(biāo)度盤以得到正確讀數(shù)。若檢流計(jì)靈敏度過高，可將電位探針（電壓極棒）插淺一些，反之，可沿電位探針和電流探針（電流極棒）注水，使土壤濕潤。

5）測量時(shí)必須將被測接地體同其它接地體分開，同時(shí)應(yīng)盡可能把測量回路同電網(wǎng)分開，以利于測量安全及消除雜散電流引起的誤差，防止測量電壓反饋到被測接地體相接的其他導(dǎo)體上而引起事故。

6）測量時(shí)被測接地體應(yīng)與接地線斷開。

7）兩極的位置要避開架空線路和地下金屬管道的走向，應(yīng)布置在與它們垂直的方向上。

8）應(yīng)避免在雨后立即測量接地電阻。

9）測量時(shí)在電流極周圍會(huì)有較大的跨步電壓，故在其30～50m范圍內(nèi)要禁止人畜進(jìn)入。