第3章 常用电工仪表

导读

电工仪表在电气线路、用电设备的安装、使用与维修中起着重要的作用。应用仪表对电流、电压、功率和电阻等各种电量和电路参数进行测量，各种电工、电子产品的生产、调试、鉴定和各种电气设备的使用、检测、维修都离不开电工电子仪表。本章介绍电工仪表的基本知识、常用电工仪表结构、工作原理及使用方法，章后安排了4个技能训练项目供读者训练选用。

理论知识点

（1）电工仪表基本知识。

（2）常用电工仪表结构及工作原理。

（3）常用电工仪表使用方法。

技能点

（1）电流表、电压表的安装与测量。

（2）交流电压、直流电压、直流电流的测量。

（3）钳形电流表、兆欧表的使用。

（4）电能表的接线。

3.1 常用电工仪表知识

用来测量电流、电压、功率等电量的指示仪表称为电工测量仪表。熟悉和了解电工仪表的基本知识是正确使用和维护电工仪表的基础。

3.1.1 电工仪表的基本组成和工作原理

电工指示仪表的基本工作原理是将被测电量或非电量变换成指示仪表活动部分的偏转角位移量。一般来说，被测量不能直接加到测量机构上。通常是将被测量转换成测量机构可以测量的过渡量，这个将被测量转换为过渡量的组成部分就是“测量线路”。将过渡量按某一关系转换成偏转角的机构叫“测量机构”。测量机构由活动部分和固定部分组成，它是仪表的核心，其主要作用是产生使仪表的指示器偏转的转动力矩以及使指示器保持平衡和迅速稳定的反作用力矩和阻尼力矩。图3-1所示为电工指示仪表的基本组成框图。

电工指示仪表的基本工作原理是：测量线路将被测电量或非电量转换成测量机构能直接测量的电量时，测量机构活动部分在偏转力矩的作用下偏转。同时，测量机构产生反作用力矩的部件所产生的反作用力矩也作用在活动部件上，当转动力矩与反作用力矩相等时，可动部分便停止下来。由于可动部分具有惯性，以至于它在达到平衡时不能迅速停止，仍在平衡位置附近来回摆动。因此，在测量机构中设置阻尼装置，依靠其产生的阴尼力矩使指针迅速停止在平衡位置上，指出被测量的大小。

3.1.2 常用电工仪表的分类

电工仪表种类繁多，分类方法也很多。按仪表的工作原理不同，可分为磁电式、电磁式、电动式、感应式等；按测量对象不同，可分为电流表（安培表）、电压表（伏特表）、功率表（瓦特表）、电度表（千瓦时表）、欧姆表以及多用途的万用表等；按测量电流种类的不同，可分为单相交流表、直流表、交直流两用表、三相交流表等；按使用性质和装置方法的不同，可分为固定式（开关板式）、携带式；按测量准确度不同，可分为0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5，5.0共7个等级。

3.1.3 电工仪表的精确度

电工仪表的精确度等级是指在规定条件下使用时，可能产生的基本误差占满刻度的百分数。它表示了该仪表基本误差的大小。在前述的测量准确度的7个等级中，数字越小者，仪表精确度越高，基本误差越小。0.1级到0.5级的仪表，精确度较高，常用于实验室做校检仪表；1.5级以下的仪表，精确度较低，通常用做工程上的检测与计量。

3.2 电流表与电压表

电流表又称为安培表，用于测量电路中的电流。电压表又称为伏特表，用于测量电路中的电压。按其工作原理的不同，分为磁电式、电磁式、电动式三种类型，其原理与结构分别如图3-2（a）、（b）、（c）所示。

3.2.1 结构与工作原理

1.磁电式仪表的结构与工作原理

磁电式仪表主要由永久磁铁、极靴、铁芯、活动线圈、游丝、指针等组成。铁芯是圆柱形的，它可使极靴与铁芯之间产生一个均匀磁场。活动线圈绕在铝框上，两端各连接一个半轴，可以自由转动，指针固定在半轴上。游丝装在活动线圈上，有两个作用：一是产生反作用力矩，二是作为线圈电流的引线。铝框的作用是产生阻力矩，这个力矩的方向总是与线圈转动的方向相反，能够阻止线圈来回摆动，使与其相连的指针迅速静止。当被测电流流过线圈时，线圈受到磁场力的作用产生电磁转矩绕中心轴转动，带动指针偏转，游丝也发生弹性形变。当线圈偏转的电磁力矩与游丝形变的反作用力矩相平衡时，指针便停在相应位置，在面板刻度标尺上指示出被测数据。

与其他仪表比较，磁电式仪表具有测量准确度和灵敏度高、消耗功率小、刻度均匀等优点，应用非常广泛。如直流电流表、直流电压表、直流检流计等都属于此类仪表。

2.电磁式仪表的结构与工作原理

电磁式仪表的测量机构有吸引型和排斥型，主要由固定部分和可动部分组成。以排斥型结构为例，固定部分包括圆形的固定线圈和固定于线圈内壁的铁片，可动部分包括固定在转轴上的可动铁片、游丝、指针、阻尼片和零位调整装置。当固定线圈中有被测电流通过时，线圈电流的磁场使定铁片和动铁片同时被磁化，且极性相同而互相排斥，产生转动力矩。定铁片推动动铁片运动，动铁片通过传动轴带动指针偏转。被测电流越大，指针偏转角也越大。当电磁偏转力矩与游丝形变的反作用力矩相等时，指针停转，面板上指示值即为所测数值。

由于电磁式仪表的被测电流流入固定线圈，不通过游丝，且固定线圈磁场的极性与其中被磁化的可动铁片的极性能够随着电流方向的改变而同时变化，指针的偏转方向与电流方向无关。因此，电磁式仪表具有过载能力强、交直流两用的优点，但其准确度较低、工作频率范围不大、易受外界影响，附加误差较大。

3.电动式仪表的结构与工作原理

电动式仪表由固定线圈、可动线圈、指针、游丝和空气阻尼器等组成。固定线圈做成两个，且平行排列，目的是使固定线圈产生的磁场均匀。可动线圈与转轴固定连接，一起放置在固定线圈的两个部分之间。游丝产生反作用力矩，空气阻尼器产生阻尼力矩。

当被测电流流过固定线圈时，该电流变化的磁通在可动线圈中产生电磁感应，从而产生感应电流。可动线圈受固定线圈磁场力的作用产生电磁转矩而发生转动，通过转轴带动指针偏转，在刻度板上指出被测数值。被测电流越大，两线圈间电磁感应越强，可动线圈所受电磁转矩越大，指针偏转角也越大。

与电磁式仪表相比，由于电动式仪表中没有铁磁物质，不存在磁滞和涡流影响，测量准确度很高，且可交直流两用，测量参数范围广。可以构成多种线路、测量多种参数，如电流、电压和功率等。但由于它的固定线圈较弱，测量易受外磁场影响，且可动线圈的电流由游丝导入，过载能力小。

4.数字电流表与数字电压表

在电工测量中，数字式仪表在很多领域正逐步取代指针式仪表。数字式仪表除了保持指针式仪表的优点外，还具有读数清晰、无视差、性能稳定可靠、耐震性好、准确度高等优点。国产数字电流表与电压表性能优良、品种齐全，在各个领域得到广泛使用。如CD194I-9X4数显三相电流表，采用互感器隔离式输入、单片机设计、LED数码管正四位显示、数字式采集、高速AD转换，抗干扰能力强（特别是空间磁场干扰及地线干扰），扩展能力强（可以扩展可编程模块及报警模块）。软件设计组合功能强。具有精度高、隔离性强、性能稳定、抗震好等优点，可直接替代原有指针式仪表。

3.2.2 电流的测量

测量线路电流时，电流表必须与被测电路串联。为减小电流表接入对电路工作状态的影响，电流表的内阻越小越好。

1.交流电流的测量

测量交流电流通常采用电磁式电流表。由于交流电流表的接线端没有极性之分，测量时，只要在测量量程范围内将电流表串入被测电路即可，如图3-3所示。当需要测量较大电流时，必须扩大电流表的量程。除了在表头上并联分流电阻，还可加接电流互感器，此法对磁电式、电磁式、电动式电流表均适用，其接法如图3-4所示。电气工程上配电流互感器用的交流电流表，量程通常为5A，不需换算，表盘读数即为被测电流值。

测量直流电流通常采用磁电式电流表。由于直流电流表有正、负极性，测量时，必须将电流表的正端钮接被测电路的高电位端，负端钮接被测电路的低电位端，如图3-5所示。如果被测电流超过电流表允许量程，则要采取措施扩大量程。对磁电式电流表，表头线圈和游丝不可能加粗，不能通过较大电流，只能在表头上并联低阻值电阻制成的分流器，如图3-6所示。对电磁式电流表，可通过加大固定线圈线径来扩大量程。还可以将固定线圈接成串、并联形式做成多量程表，如图3-7所示。对电动式电流表，也可采用将固定线圈与活动线圈串、并联的方法扩大量程。

3.2.3 电压的测量

测量线路电压时，电压表必须与被测电路并联。为了尽量减小电压表接入时对被测电路工作状态的影响，电压表的内阻要大。

1.交流电压的测量

测量交流电压通常采用电磁式电压表。由于交流电压表的接线端没有极性之分，测量时，只要在测量量程范围内将电压表直接并入被测电路即可，如图3-8所示。当需要测量较高电压时，必须扩大交流电压表的量程。电气工程上常用电压互感器来扩大交流电压表的量程，如图3-9所示，不论磁电式、电磁式、电动式仪表均适用。按测量电压等级不同，互感器有不同的标准电压比率，如3000/100V，6000/100V等，配用互感器的电压表量程一般为100V。使用时，根据被测电路电压等级和电压表量程进行选择。

2.直流电压的测量

测量直流电压通常采用磁电式电压表。由于直流电压表有正、负极性，测量时，必须将电压表的正端钮接被测电路的高电位端，负端钮接被测电路的低电位端，如图3-10所示。如果被测电压高于电压表允许范围，则要采取措施扩大量程，常用的方法是在电压表外串联分压电阻，如图3-11所示。此法对磁电式、电磁式、电动式仪表均适用。被测电压越高，所串联的分压电阻越大。

3.3 万用表

万用表又称三用表、复用表，是一种多功能、多量程的测量仪表，可以测量直流电压、直流电流、交流电压、电阻、音频电平等电量，有的还可测量交流电流、电容量、电感量、晶体管共射极直流电流放大系数等电参数。数字式万用表已经大量使用，甚至还出现了微处理器控制的万用表。

在电工电子实验中，我们已对万用表的结构和原理有了深入了解。在电工电子技能训练中，万用表是使用最多的电工仪表之一，由于其功能多，操作起来容易出错，本节以MF30型指针式万用表和DT840型数字式万用表为例，介绍其结构和性能，以及使用万用表正确测量电压、电流、电阻等基本电量的方法。

3.3.1 指针式万用表

1.指针式万用表的结构

指针式万用表主要由表头、测量线路、转换开关三部分组成。表头用于指示被测量的数值，测量线路用于将各种被测量转换到适合表头测量的直流微小电流，转换开关实现对不同测量线路的选择，以适应各种测量要求。指针式万用表的刻度盘、转换开关、调零旋钮、接线柱（或表笔插孔）通常集中安装在面板上，外形做成便携式或袖珍式，使用起来十分方便。MF30型万用表的外形结构如图3-12所示。

万用表使用十分频繁，往往因使用不当或疏忽大意造成测量错误或损坏事故。因此，必须学会使用万用表，养成正确操作的良好习惯。使用指针式万用表，通常应注意下面几点：

（1）使用前，应认真阅读说明书，充分了解万用表的性能，各部件作用和用法，正确理解表盘上各种符号和字母的含义以及各标度尺的读法。

（2）使用前，应观察表头指针是否处于零位。若不在零位，应调整表头下方的机械零位调节器（又称机械调零旋钮），使其指零。否则，测量结果不准确。

（3）测量前，应根据被测电量的种类和大小，将转换开关拨到合适的位置。选择量程时，应尽量使表头指针偏转到满刻度的2/3左右。如事先无法估计被测量的大小，可在测量中从最大量程挡逐渐减小到合适的挡位。

（4）测量时，必须认真核对测量项目与量程。根据选好的测量项目与量程，明确应在哪一条标度尺上读数。读数时，眼睛应位于指针正上方。对有弧形反射镜的表盘，其指针与镜中像重合时读数最准确。

（5）测量完毕，应将转换开关拨到最高交流电压挡，以免下次测量时不慎损坏表头。有的万用表（如500型）应将转换开关拨到标有“.”的空挡位置。

（6）万用表不用时，应保存在干燥、无震动、无强磁场、温度适宜的环境中。长期不用的万用表，应将表内电池取出，以防电池的电解糊泄漏腐蚀表内零部件。

2.交流电压的测量

交流电压的测量需注意以下几点。

（1）测量前，将转换开关拨到对应的交流电压量程挡。如果事先不知道被测电压大小，量程宜放在最高挡，以免损坏表头。如果误用直流电压挡，表头指针会不动或略微抖动；如果误用直流电流挡或电阻挡，轻则打弯指针，重则烧坏表头。

（2）测量时，将表笔并联在被测电路或被测元器件两端。换量程时，应将表笔与被测电路断开，严禁在测量中拨动转换开关选择量程。

（3）测电压时，要养成单手操作习惯，且注意力要高度集中。即预先将一支表笔固定在被测电路公共接地端，单手拿另一支表笔进行测量，可减少触电的危险。

（4）由于表盘上交流电压刻度是按正弦交流电标定的，如果被测电量不是正弦量，误差会较大。

（5）可测交流电压的频率范围一般为45～1000Hz，如果被测电量频率超过了这个范围，误差会增大。

3.直流电压的测量

直流电压的测量方法与交流电压基本相同，但要注意下面两点：

（1）与测量交流电压一样，测量前要将转换开关拨到直流电压的挡位上，在事先不清楚被测电压高低的情况下，量程宜大不宜小；测量时，表笔要与被测电路并联，测量中不允许拨动转换开关。

（2）测量时，必须注意表笔的正、负极性，红表笔接被测电路的高电位端，黑表笔接低电位端。若表笔接反了，表头指针会反打，容易打弯指针。如果不知道被测点电位高低，可将表笔轻轻地试触一下被测点。若指针反偏，说明表笔极性反了，交换表笔即可。

4.直流电流的测量

直流电流的测量需注意以下几点。

（1）测量时，万用表必须串入被测电路，不能并联。否则，由于其内阻很小，会造成短路，烧坏电路和仪表。

（2）必须注意表笔的正、负极性。测量时，红表笔接电路高电位端，黑表笔接低电位端。如果事先不能判断测试点电位高低，可参照直流电压测量第（2）项办法处理。

（3）在不清楚被测电流大小情况下，量程宜大不宜小。严禁在测量中拨动转换开关选择量程。

5.电阻的测量

电阻的测量需注意以下几点。

（1）正确选择电阻倍率挡，使指针尽可能接近标度尺的几何中心，可提高测量数据的准确性。测量前或每次更换倍率挡时，都应重新调整欧姆零点。如果表头指针不能调到欧姆零点，说明表内电池的电压太低，应该更换。

（2）严禁在被测电路带电的情况下测量电阻。因为如果被测电阻两端电压进入电表，一方面会引起测量误差，另一方面，如果引入电压、电流过大，还会损坏表头。如被测电路中有大容量电解电容器，测量前应将该电容器短接放电，避免电容器通过万用表放电，损坏表头。

（3）测量时，直接将表笔跨接在被测电阻或电路的两端，注意不能用手同时触及电阻两端，以避免人体电阻对读数的影响。被测电阻如果与其他电路存在直流通路，也会影响测量数值。

（4）测量热敏电阻时，应注意电流热效应会改变热敏电阻的阻值。

3.3.2 数字式万用表

1.数字式万用表的结构

数字式万用表显示直观、速度快、功能全、测量精度高、可靠性好、小巧轻便、耗电省、便于操作，受到人们的普遍欢迎，已成为电工、电子测量以及电子设备维修等部门的必备仪表。DT840型数字式万用表就是一种用电池驱动的三位半数字万用表，可以进行交、直流电压、电流、电阻、二极管、晶体管hFE、带声响的通断等测试，并具有极性选择、过量程显示及全量程过载保护等特点。

DT840型数字式万用表的面板结构如图3-13所示。

使用数字万用表测试前，应注意如下事项：

（1）先将ON-OFF开关置ON位置，检查9V电池电压值。如果电池电压不足，显示器左边将显示“LOBAT”或“BAT”字符。此时，应打开后盖，更换F22型9V层叠电池。如无上述字符显示，则可继续操作。

（2）测试笔插孔旁边的正三角中有感叹号的，表示输入电压或电流不应超过指示值。

（3）测试前应将功能开关置于所需的量程上。

2.直流电压、交流电压的测量

先将黑表笔插入COM插孔，红表笔插入V/Ω插孔，然后将功能开关置于DCV（直流）或ACV（交流）量程，并将测试表笔连接到被测源两端，显示屏将显示被测电压值。在显示直流电压值的同时，将显示红表笔端的极性。如果显示屏只显示“1”，表示超量程，应将功能开关置于更高的量程（下同）。

3.直流电流、交流电流的测量

先将黑表笔插入COM插孔，红表笔位置需视被测电流的大小而定。如果被测电流最大为2A，应将红表笔插入A孔；如果被测电流最大为20A，应将红表笔插入20A插孔。再将功能开关置于DCA或ACA量程，将测试表笔串联接入被测电路，显示屏即显示被测电流值。在测量直流电流时，显示屏会显示红表笔端的极性。

4.电阻的测量

先将黑表笔插入COM插孔，红表笔插入V/Ω插孔（注意：红表笔极性此时为“+”，与指针式万用表相反），然后将功能开关置于OHM量程，将两表笔连接到被测电路上，显示器将显示出被测电阻值。

5.二极管的测试

先将黑表笔插入COM插孔，红表笔插入V/Ω插孔，然后将功能开关置于二极管挡，将两表笔连接到被测二极管两端，显示器将显示二极管正向压降的mV值。当二极管反向时则过载。

根据万用表的显示，可检查二极管的质量及鉴别所测量的管子是硅管还是锗管（注意：数字万用表的红表笔是表内电池的正极，黑表笔是电池的负极）。

（1）测量结果若在1V以下，红表笔所接为二极管正极，黑表笔为负极；若显示“1”（超量程），则黑表笔所接为正极，红表笔为负极。

（2）测量显示若为550～700mV（即0.550～0.70V）者为硅管；150～300mV（即0.15～0.30V）者为锗管。

（3）如果两个方向均显示超量程，则二极管开路；若两个方向均显示“0”V，则二极管击穿、短路。

6.晶体管放大系数hFE的测试

先将功能开关置于hFE挡，然后确定晶体管是NPN型还是PNP型，并将发射极、基极、集电极分别插入相应的插孔。此时，显示器将显示出晶体管的放大系数hFE值（测试条件为基极电流10mA，集电极与发射极间电压2.8V）。

用数字万用表可判别晶体管是硅管还是锗管以及管子的管脚（用表上的二极管挡或hFE挡）。

（1）基极判别。将红表笔接某极，黑表笔分别接其他两极，若都出现超量程或电压都小，则红表笔所接为基极；若一个超量程，一个电压小，则红表笔所接不是基极，应换脚重测。

（2）管型判别。在上面测量中，若显示都超量程，为PNP管；若电压都小（0.5～0.7V），则为NPN管。

（3）集电极、发射极判别。用hFE挡判别。在已知晶体管类型的情况下（此处设为NPN管），将基极插入B孔，其他两极分别插入C，E孔。若结果为hFE=l～10（或十几），则三极管接反了；若hFE=10～100（或更大），则接法正确。

7.带声响的通断测试

先将黑表笔插入COM插孔，红表笔插入V/Ω插孔，然后将功能开关置于通断测试挡（与二极管测试量程相同），将测试表笔连接到被测导体两端。如果表笔之间的阻值低于30Ω，蜂鸣器会发出声音。

3.4 钳形电流表

用普通电流表测量电流，必须将被测电路断开，把电流表串入被测电路，操作很不方便。采用钳形电流表，不需断开电路，就可直接测量交流电路的电流，使用非常方便。

3.4.1 结构与工作原理

钳形电流表简称钳形表，其外形结构如图3-14所示。测量部分主要由一只电磁式电流表和穿心式电流互感器组成。穿心式电流互感器铁芯做成活动开口，且成钳形，故名钳形电流表。穿心式电流互感器的原边绕组为穿过互感器中心的被测导线，副边绕组则缠绕在铁芯上与整流电流表相连。旋钮实际上是一个量程选择开关，扳手用于控制穿心式互感器铁芯的开合，以便使其钳入被测导线。

测量时，按动扳手，钳口打开，将被测载流导线置于穿心式电流互感器的中间，当被测载流导线中有交变电流通过时，交流电流的磁通在互感器副绕组中感应出电流，使电磁式电流表的指针发生偏转，在表盘上可读出被测电流值。

3.4.2 使用方法

为保证仪表安全和测量准确，必须掌握钳形电流表的正确使用方法。

（1）测量前，应检查电流表指针是否在零位，否则，应进行机械调零。还应检查钳口的开合情况，要求可动部分开合自如，钳口结合面接触紧密。钳口上如有油污、杂物、锈斑，均会降低测量精度。

（2）测量时，量程选择旋钮应置于适当位置，以便测量时指针处于刻度盘中间区域，可减小测量误差。如果不能估计出被测电路电流的大小，可先将量程选择旋钮置于高挡位，再根据指针偏转情况将量程调到合适位置。

（3）如果被测电路电流太小，即使放到最低量程挡，指针的偏转都不大，可将被测载流导线在钳口部分的铁芯上缠绕几圈再进行测量，然后将读数除以穿入钳口内导线的根数即为实际电流值。

（4）测量时，应将被测导线置于钳口内中心位置，这样可以减小测量误差。

（5）钳形表用完后，应将量程选择旋钮放至最高挡，防止下次使用时操作不慎损坏仪表。

3.4.3 数字式钳形电流表

数字钳形电流表具有体积小、重量轻、读数直观、无视差、性价比高、经济实用等优点，在电工电子维修人员中的使用率较高。

图3-15是266C型数字钳形电流表外观图。该表可以测量交流电压、交流电流、直流电压、温度（摄氏和华氏）、电阻、绝缘电阻（需要增加DT261）等。

3.5 兆欧表

兆欧表又称摇表、高阻计、绝缘电阻测定仪等，是一种测量电气设备及电路绝缘电阻的仪表。

3.5.1 结构与工作原理

兆欧表的外形如图3-16（a）所示。它主要由三个部分组成：手摇直流发电机（或交流发电机加整流器）、磁电式流比计、接线桩（L，E，G）。其工作原理可用图3-16（b）来说明。它的磁电式流比计有两个互成一定角度的可动线圈，安装在一个有缺口的圆柱铁芯外面，并与指针一起固定在同一转轴上，构成流比计的可动部分，被置于永久磁铁的磁场中。其中磁铁的磁极与圆柱铁芯之间的气隙是不均匀的。由于流比计的指针没有阻尼弹簧，在仪表不用时，指针可以停留在任何位置。

摇动手柄，直流发电机输出电流。其中一路电流I1流入线圈1和被测电阻RX的回路，另一路电流I2流入线圈2与附加电阻RY的回路，设线圈1的电阻为R1，线圈2的电阻为R2，根据欧姆定律，有

两式相比得

式中，R1，R2，RY为定值，只有RX为变量，RX的改变必然引起电流比值I1/I2的改变。

当I1和I2分别流过线圈1和线圈2时，受到永久磁铁磁场的作用，分别产生转动力矩M1和 M2。由于两个线圈的绕向相反，两个力矩作用方向相反，其合力矩使指针发生偏转。当M1=M2时，指针静止不动，所指示值就是被测设备的绝缘电阻值。

由图3-15可见，兆欧表未接入电路时，相当于Rx=∞，线圈1回路电流I1=0，转矩M1=0，指针在I2和M2作用下，向反时钟方向偏转至Rx=∞，如将输出端短接，即Rx=0，则I1最大，在M1与M2的综合作用下，指针顺时针方向偏转至刻度盘的Rx=0处。

3.5.2 使用方法

1.测量前的检查

测量前的检查应注意以下几点。

（1）检查兆欧表是否正常。将兆欧表水平放置，摇动手柄，正常时，指针应指到∞处，再慢慢摇动手柄，将输出端两接线柱瞬时短接，指针应迅速指零。必须注意，输出端短接时间不能过长，否则会损坏兆欧表。

（2）检查被测电气设备和电路，看是否已切断电源。绝对不允许带电测量！

（3）由于被测设备或线路中可能存在的电容放电危及人身安全和兆欧表，测量前应对设备和线路进行放电，这样也可减小测量误差。

2.使用方法

使用中应注意以下几点。

（1）将兆欧表水平放置在平稳牢固的地方，避免因抖动和倾斜所产生的测量误差。

（2）正确连接线路。兆欧表有三个接线桩；L——线路、E——接地、G——保护环或称屏蔽端子。保护环的作用是消除表壳表面“L”与“E”接线桩间的漏电和被测绝缘物表面漏电的影响。如测量电气设备的对地绝缘电阻时，“L”用单根导线接设备的待测部位，“E”用单根导线接设备外壳；如测电气设备内两绕组间绝缘电阻时，“L”和“E”分别接两绕组的接线端；如测量电缆绝缘电阻时，“L”接线芯，“E”接外壳，“G”接线芯与外壳之间的绝缘层，以消除表面漏电产生的误差。

注意：测量连接线必须用单根线，且绝缘良好，不得绞合，表面不得与被测物体接触。

（3）摇动手柄，转速控制在120r/min左右，允许有±20%的变化，但不得超过25%。通常在摇动lmin后，待指针稳定下来再读数。如被测电路中有电容，摇动时间要长一些，待电容充电完成，指针稳定下来再读数。测完后先拆接线，再停止摇动。测量中，若发现指针归零，应立即停止摇动手柄。

（4）兆欧表未停止转动前，切勿用手触及设备的测量部分或摇表接线桩。测量完毕，应对设备充分放电，避免触电事故。

（5）禁止在雷电时或附近有高压导体的设备上测量绝缘电阻。

（6）兆欧表应定期校验，检查其测量误差是否在允许范围以内。

3.5.3 数字式兆欧表

相对指针式兆欧表，数字兆欧表具有体积小、重量轻、便于携带、操作方便、读数清晰、无视差等优点，在电工测量中应用广泛。

图3-17是VC60E数字兆欧表的外观图。VC60E采用大规模集成电路芯片，超大屏幕LCD显示；有三种测试电压可供选择，可代替三台“摇表”；采用9V叠层电池供电，特殊高压省电设计；具有高压提示、单位符号和自动关机功能；测量范围宽（从2GΩ～200GΩ），绝缘电阻测试简单方便，一触即显。

3.6 功率表

3.6.1 指针式功率表

功率表又叫瓦特表、电力表，用于测量直流电路和交流电路的功率。在交流电路中，根据测量电流的相数不同，又有单相功率表和三相功率表之分。

因为功率测量与所测量段的电流、电压有关。因此，功率表主要由固定的电流线圈和可动的电压线圈组成，电流线圈与负载串联，电压线圈与负载并联。在它的指示机构中，除表盘外，还有阻尼器、螺旋弹簧、转轴和指针等。功率表常采用电动式仪表的测量机构，其测量原理如图3-18所示。

1.直流电路功率的测量

用功率表测量直流电路的功率时，负载电流I等于电流线圈中流过的电流I1，负载电压U正比于流过电压线圈的电流I2。由电工学知识可知，电动式仪表用于直流电路测量时，指针偏转角α正比于负载电压和电流的乘积，即

可见，功率表指针偏转角与直流电路负载的功率成正比，说明它可以量度直流功率。

2.交流电路功率的测量

由于电压支路的附加电阻Rd在一定条件下比电压线圈的感抗大得多，因此，可以近似地认为流过电压线圈的电流I˙2与负载电压U˙同相。与直流电路类似，负载电流I˙等于电流线圈中流过的电流I˙1，负载电压U˙正比于流过电压线圈的电流I˙2。由电工学知识可知，在交流电路中，电动式功率表指针的偏转角α与所测量的电压、电流以及该电压、电流之间的相位差Φ的余弦成正比，即

可见，所测量的交流电路的功率为所测量电路的有功功率。

3.测量单相交流电路功率的接法

功率表的电流线圈、电压线圈各有一个端子标有“·”，称为同名端。测量时，电流线圈标有“*”的端子应接电源，另一端接负载；电压线圈标有“·”的端子一定要接在电流线圈所接的那条电线上，但有前接和后接之分，见图3-19。如果不慎将两个线圈中的任何一个反接，指针就会反转。

功率表一般是多量程的，电动式功率表的多量程是通过电流和电压的多量程来实现的。功率表一般具有两个电流量程、两个或三个电压量程。如果被测电路功率大于功率表量程，则必须加接电流互感器与电压互感器扩大其量程，其电路如图3-20所示。电路实际功率为

式中，P为实际功率；P1为功率表读数；k1为电流互感器比率；k2为电压互感器比率。

4.三相电路功率的测量

三相电路功率的测量方法如下。

（1）用两只单相功率表测三相三线制电路功率的接线如图3-21所示。电路总功率为两只单相功率表读数之和，即

此电路也可用于测量完全对称的三相四线制电路的功率。

测量时，如果有一只功率表指针反偏（读数为负），将显示负数的功率表的电流线圈接头反接即可，但万万不可将电压线圈反接。出现这种现象的原因是被测电路功率因数过低（在0.5以下），在这种情况下测得的功率为两只功率表读数之差。

（2）用三相功率表测三相电路的功率。这种三相功率表相当于两只单相功率表的组合，它有两只电流线圈和电压线圈，其内部接线与两只单相功率表测三相三线制电路的功率相同，可直接用于测量三相三线制和对称三相四线制电路。测量时的接线如图3-22所示。

5.使用注意事项

功率表的使用要注意如下事项。

（1）选用功率表时，应使功率表的电流量程大于被测电路的最大工作电流，电压量程大于被测电路的最高工作电压。如果达不到要求，应加电流互感器和电压互感器扩大量程。

（2）功率表在测量接线时，应注意电流线圈和电压线圈标有“*”的同名端的连接是否正确，测量前要仔细检查核对。

（3）功率表的表盘刻度一般不标明瓦特数，只标明分格数。不同电压量程和电流量程的功率表，每个分格所代表瓦数不一样。读数时，应将指针所示分格数乘上分格常数，才是被测电路的实际功率值。

3.6.2 数字式功率表

数字式功率表的种类很多，由于其显而易见的优势，正在逐步替代传统的指针式功率表。以WT230系列为例，其外观如图3-23所示。

WT230系列数字功率表具有单相两线、单相三线、三相三线（2电压、2电流）、三相三线（3电压、3电流）、三相四线测量功能，基本精度为0.1%。具有线路滤波功能，数据更新速度快（每秒种10个读数）。具有谐波测量功能和用户校准功能，利用外接传感器输入可测量大电流。

主要技术参数：

额定电压：15/30/60/150/300/600V

额定电流：直接输入0.5/1/2/5/10/20A（WT210/WT230）；外接输入（选用）2.5/5/10V或50/100/200mV

频率范围：DC，0.5～100kHz。

3.7 电能表

电能表又称火表、电度表，以kW/h计量，是用于计量电能的仪表，用它能测量某一段时间内所消耗的电能。电度表种类很多，常用的有交流感应式电度表，IC卡电度表等，按结构分，有单相表、三相三线表和三相四线表三种；按用途分，有有功电度表和无功电度表两种。用电量较大而又需要进行功率因数补偿的用户，必须安装无功电度表测量无功功率的应用情况。一般用户只安装有功电度表，常用的规格有3A，5A，10A，25A，50A，75A和100A等多种。随着人民生活水平的提高，用电量不断增大，安培数小的电度表已很少使用。

3.7.1 机械式电能表

在机械表中，以交流感应式使用较多，它主要由励磁、阻尼、走字和基座等部分组成。其中励磁部分又分为电流和电压两部分，它的构造和基本工作原理如图3-24（a）所示。电压线圈是常通电流的，产生磁势ФU，ФU的大小与电压成正比；电流线圈在有负载时才通过电流产生磁势Φ，Φ与通过的电流大小成正比。在构造上，置Φ于两点，而方向相反；同时，置ФU于Φ的两点中间，如图3-24（b）所示；又置走字系统的铝盘于上述磁场中，因此，铝盘割切上述三点交变磁场产生力矩而转动，转动速度取决于三点合力的大小。阻尼部分由永磁组成，避免因惯性作用而使铝盘越转越快，以及在负荷消除后阻止铝盘继续旋转。走字系统除铝盘外，尚有轴、齿轮和计数器等部分。基座部分由底座、罩盖和接线桩等组成。

三相三线表、三相四线表的构造及工作原理与单相表基本相同。三相三线表由两组如同单相表的励磁系统集合而成，而由一组走字系统构成复合计数；三相四线表则由三组如同单相表的励磁系统集合而成，也由一组走字系统构成复合计数。

3.7.2 电子式电能表

电子式电能表，又叫静止式电能表。与机械感应式电能表相比，具有准确度高、负载范围宽、功能扩展性强、能自动抄表、易于实现网络通信、防窃电等特点，便于大批量生产，已逐步成为发展的主流，各种新型电子式电能表在工业、农业、住宅建筑等领域获得广泛应用。以下以DDSF54型电子式单相多费率电能表为例进行介绍。

DDSF54型电子式单相多费率电能表的外形如图3-25所示。它采用先进的电能计量芯片和可靠的MCU电路设计而成，应用数字化处理技术和先进的SMT生产工艺制造，能够根据设定的复费率参数实现分时段记录用户消耗的电能。通过红外编程器或RS-485接口在本地或异地对电表进行参数设置和数据读写，通过RS-485数据网络建立长距离的电量参数采集，用户能通过LCD液晶屏显示电表中的相关参数。

1.工作原理

如图3-26所示，DDSF54主要由CPU、电能计量专用芯片、电流取样、电压取样、电能脉冲输出、数据保护电路、LCD显示、通信接口等部分组成。其工作原理如下：电能表工作时，用户消耗的电能转换为电压、电流信号，经取样电路分别取样后，由电能计量专用集成电路处理成为与消耗功率成正比的脉冲信号，MCU记录电量脉冲并存储。根据时钟和时段的内容分别处理和记录对应时间段内的电量，LCD循环显示用户选择的参数，存储信息数据可通过红外抄表机或RS-485通信接口进行信息数据传输。

2.主要功能

（1）电能计量

[1] 计量正、反向有功电能（反向电能按正向电能累计）；停电数据保持大于10年。

[2] 存储包含本月在内的13个月的各费率电能数据；数据转存分界时间为设置的自动抄表日期。

（2）费率与时段

[1] 可编程设置峰、平、谷三种费率12个时段。默认设置为2个时段，时段最小间隔30分钟，时段设置可跨越零点。

[2] 采用内置晶体的硬件时钟电路，并具有温度补偿电路。在2099年的有效时间内自动调整时间、日期和闰年自动切换功能。

（3）显示与监控

[1] 6位LCD显示，电能表显示为5位整数加1位小数（也可设置为先显示5位整数，再显示2位小数），数据循环显示。

[2] 能显示当前日期、时间、当前和上月及上上月电量、局编号等参数。

（4）电表显示

电表自动循环包括日期、时间、当前总、峰、谷电量5项。电表默认的循环显示间隔为10秒。

3.规格及主要技术指标

（1）额定电压：220V

（2）额定频率：50Hz

（3）基本电流：5（20）A、10（40）A、10（60）A

（4）电表常数：见相应铭牌标注

（5）精度等级：1级、2级

（6）启动电流：0.4%Ib（1.0级）、0.5%Ib（2.0级）

（7）潜动：具有防潜动逻辑设计，电压回路加额定电压115%，电流线路无电流时，电表不产生多于一个脉冲的输出

（8）时钟参数：时钟准确度（日误差）≤0.5s（23℃）

（9）电压范围：正常工作电压为0.7UN～1.2UN

（10）功耗（LCD）：电压线路功耗≤1.0W和6VA；电流线路功耗≤1VA（额定电流条件下）

3.7.3 电能表的接线

1.单相电能表的接线

在低压小电流线路中，电能表可直接接在线路上，如图3-27（a）所示。电能表的接线端子盖上一般都给出了接线图。

在低压大电流线路中测量电能，必须用电流互感器将电流变小，其接线方法如图3-27（b）所示。

2.三相电能表的接线

在低压三相四线制线路中，通常采用三元件的三相电能表。若线路上负载电流未超过电能表的量程，可直接接在线路上，其接线如图3-28（a）所示。

如果负载电流超过电能表的量程，须经电流互感器将电流变小。其接线如图3-28（b）所示。

思考练习题

3.1 根据仪表测量的准确度，电工仪表有哪几个等级？

3.2 简述磁电式、电磁式仪表的工作原理。

3.3 测量电流时，如果将电流表与被测电路并联，会出现什么结果？为什么？

3.4 测量电压时，如果将电压表与被测电路串联，会出现什么结果？为什么？

3.5 万用表由哪几个部分组成？各部分作用是什么？

3.6 用万用表测量电阻，应注意哪些问题？

3.7 用万用表测量交、直流电压，应注意哪些问题？

3.8 简述钳形电流表的工作原理。

3.9 兆欧表由哪几部分组成？各部分的作用是什么？

3.10 简述兆欧表测量电阻的工作原理。

3.11 简述功率表测量功率的原理。

3.12 简述机械式电能表的工作原理。

3.13 简述电子式电能表的工作原理。

3.14 如果负载电流超过电能表量程，可采取什么办法进行测量？

技能训练3-1 电流表、电压表的安装与测量

一、训练目的

1.学会在配电盘上安装带互感器的交流电流表和带电压切换开关的直读式电压表；

2.学会用配电盘上的交流电流表和电压表测量三相电路的电流及线电压。

二、工具器材

钢丝钳、尖嘴钳、电工刀、扳手、螺丝刀、测电笔、钢锯、榔头等常用电工工具1套，量程为5A的配电板式电流表3只，比率为30/5的电流互感器3只，RC1-60A熔断器3只，400V直读式电压表1只，电压转换开关1只，三极胶盖闸刀开关1只，已制作好的铁质或木质配电板（能安装上述所有元器件）1块，螺钉、导线若干。

三、训练步骤及内容

1.将电流表、电流互感器、电压表、电压转换开关、熔断器、闸刀开关等器件固定在配电板上，并将有关资料填入表3-1和表3-2中。

2.按图3-29所示，在配电板上连接电流、电压测量电路，经检查无误后，用鼠笼式电动机作为负载，通电运行，将有关数据记入表3-3中。

技能训练3-2 交流电压、直流电压、直流电流的测量

一、训练目的

1.学会用万用表熟练地测量交流电压、直流电压和直流电流；

2.掌握万用表的常规使用方法。

二、工具器材

万用表1块，调压器1个，交流电压表1块，直流稳压电源1台，一字形和十字形螺丝刀各1把，电烙铁1把，印制电路板1块，如图3-30所示电路中的电阻5只。

三、训练步骤及内容

1.切断实习室电源总闸刀开关，将调压器输入端接220V市电，输出端接实习室电源，在实习桌配置的插座上进行交流电压测量训练（如果实习桌上安装了调压器，则不需另接，可直接使用）。用交流电压表监视调压器输出电压，用万用表进行测量，将数据填入表3-4中。

2.按图3-30所示在印制电路板上焊接好测试电路，将直流稳压电源的输出接到测试电路的输入端（如果实习桌上配置有稳压电源，则可直接从实习桌引入直流电压）。调节稳压电源，选择1至3种输出电压，测量后，将数据填入表3-5中。

技能训练3-3 常用电工仪表（钳形电流表、兆欧表）的使用

一、训练目的

1.学会用钳形电流表直接测量线路电流。

2.学会用兆欧表测量设备绝缘电阻。

二、工具器材

钢丝钳、尖嘴钳、螺丝刀、榔头等电工工具，电动机1台、接地线若干、钳形电流表1只、兆欧表1只、铜芯绝缘软线若干。

三、训练步骤及内容

1.将一台三相鼠笼式异步电动机接线盒拆开，取下所有接线桩之间的连接片，使三相绕组各自独立。用兆欧表测量三相绕组之间，各相绕组与机座之间的绝缘电阻，将测量结果记入表3-6中。

2.恢复有关接线桩之间的连接片，使三相绕组按出厂要求连接，将其接入三相交流电路，通电运行。用钳形电流表测量其启动电流和转速达额定值后的空载电流，测量结果记入表3-7中。

3.人为断开一相电源（如取下某相熔断器），用钳形电流表测量缺相运行电流。测量时间要尽量短，测量完立即关断电源，测量结果记入表3-7中。

技能训练3-4 电能表的接线及运行观察

一、训练目的

1.掌握交流感应式电度表的工作原理；

2.了解家用配电板的结构及元件布局；

3.学会用电度表计量电能。

二、工具器材

钢丝钳、尖嘴钳、电工刀、扳手、螺丝刀、测电笔、钢锯、榔头等常用电工工具1套，装有5A有功电度表的家用配电板1块，100W灯泡1只。

三、训练步骤及内容

1.检查配电板上各元器件的型号规格和安装位置，将有关资料填入表3-8和表3-9中。

2.检查电能表进线与出线端的接线情况，画出配电板的电路图。

3.用100W灯泡作为负载，连接在电能表出线端，通电运行，观察电能表运行情况。