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，會使電路的工作狀態發生變化，故直接測量法的準確度較低。

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值的測量方法叫做比較測量法。比較測量法的準確度和靈敏度都比較高，適用于精密測量。根據被測量與標準量的比較方式又可分為：

1）零值法

在測量過程中，通過改變標準量使它和被測量相等，當兩者差值為零時，確定出被測量數值的測量方法叫做零值法。例如用電橋測電阻、用電位差計測電動勢。

2）差值法

在測量過程中，通過測出被測量與標準量的差值，從而確定出被測量數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準量分別接入同一測量裝置，若維持儀表讀數不變，這時被測量即等于已知標準量，這種測量方法叫做代替法。

3、間接測量法

根據被測量和其他量的函數關系，先測得其他量，然后按函數關系計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，在準確度要求不高的場合或直接測量有困難時采用。

二、電氣測量誤差

測量誤差是指測量結果與實際值之間的差異。測量誤差產生的原因，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驗不足以及人的感官差異等因素造成。

1、誤差分類及其產生原因

根據誤差的性質，測量誤差一般分為系統誤差、偶然誤差和疏失誤差三類。

1）系統誤差

是一種遵循一定規律，在測量過程中保持不變的誤差。造成系統誤差的原因有：

（1）測量設備的誤差

標準度量器、儀表本身具有的誤差。如刻度不準確等造成的系統誤差。

（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，外界環境變化以及測量人員操作技能和經驗不足造成的系統誤差。如引用近似公式、接觸電阻等造成的誤差。

2）偶然誤差

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

3）疏失誤差

是一種嚴重歪曲測量結果的誤差。它是因測量時的粗心或疏忽造成，如讀數錯誤、記錄錯誤等。

2、測量誤差的消除

1）系統誤差的消除

（1）對度量器、測量儀器、儀表進行校正；采用合理的測量方法或配置適當的測量儀器；改善儀表安裝質量和配線方式。

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

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

2）偶然誤差的消除

對于偶然誤差，不能用試驗的方法加以消除，只能根據多次測量，從偶然誤差的總和中用統計的方法加以處理，因此，通常采用增加重復測量次數的方法來消除偶然誤差對測量結果的影響，測量次數越多，其算術平均值就越接近于實際值。

3）疏失誤差的消除

疏失誤差嚴重歪曲了測量結果，因此包含有疏失誤差的測量結果應拋棄不用。

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，其特點是直接將被測電量轉換為可動部分的偏轉角位移，并通過指示器在標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）結構簡圖

2）作用原理

可動線圈置于永久磁鐵的氣隙磁場中，電流通過時產生扭轉力矩，當與游絲的反向轉矩平衡時，指針的偏轉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）結構簡圖

2）作用原理

被測電流通過固定線圈時，固定鐵片與可動鐵片同時被磁化，呈現同一極性，同性相斥，產生正比于兩種鐵片磁性強弱的轉動力矩。磁性強弱正比于通入固定線圈的被測電流，指針偏轉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、電動系儀表

1）結構簡圖

2）作用原理

固定線圈和可動線圈分別通入電流，由于載流導體磁場間的相互作用產生力矩。指針的偏轉角度與兩個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、鐵磁電動系儀表

1）結構簡圖

2）作用原理

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

3）用途

用于功率表、功率因數表、頻率表。

5、感應系儀表

1）結構簡圖

2）作用原理

當電壓線圈和電流線圈通過被測電路的交變電流時，兩線圈分別產生交變磁通。鋁盤在交變磁通的作用下，感應產生渦流。此渦流與交變磁通相互作用產生電磁力，引起活動部分轉動。

3）用途

主要用于電度表。

6、磁電系比率表

1）結構簡圖

2）作用原理

磁電系比率表由兩個繞向相反，且在空間互成角度的可動線圈及可動線圈內帶缺口的環形鐵芯、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，故平時指針可停留在標度尺的任何位置。

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，電流表應串聯在被測電路中。接線時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）根據被測電流的大小選擇電流表的量程。如果事先估計不出被測電流的大小范圍，則應先使用量程較大的電流表，然后再換一個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，不能通過較大的電流。如下圖所示，在表頭兩端并聯分流電阻擴大其量程。

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

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。并聯分流電阻R~F~后電流量程擴大了K倍，被測電流實際值等于表頭讀數乘以電流量程擴大倍數K。已知表頭內阻R?，需要擴大量程K倍測量較大電流時，并聯的分流電阻

R F =R?/(K-1)。

4）在實際測量中，分流電阻常被做成單獨的裝置，稱為外附分流器，如下圖所示，它有兩對接線端鈕，粗的一對叫電流接頭，串接在被測大電流電路中；細的一對叫電位接頭，和磁電系測量機構并聯。

2、交流電流的測量

1）使用電磁系或電動系電流表測量交流電流時，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不必考慮極性問題。

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

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

五、電壓的測量

1、直流電壓的測量

1）測量直流電壓時，電壓表應與被測電路并聯。磁電系電壓表在使用時應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）需要擴大電壓表量程時，如下圖所示，在表頭上串聯一個分壓電阻。

已知表頭內阻和分壓電阻時，被測電壓與電壓表顯示值的關系為：

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，測量的實際電壓值等于電壓表的讀數乘以互感器的變比。

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備安裝、大修和預防性試驗中不可缺少的測試項目之一。電氣設備在制造、運輸、安裝或運行中發生振動和受到機械應力，可能造成導線斷裂、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備導線連接的質量，以便及時發現和消除隱患，保證電氣設備安全可靠地運行。試驗過程中需要測量直流電阻的有斷路器導電回路、母線連接處、感性負載繞組等。

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，只能測出一個大概的電阻數值。

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。實際測量中，這兩種方法由于儀表本身總有一定的內阻，測得的電壓U和電流I經過歐姆定律計算后的直流電阻值R，并不是真實的被測電阻值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。接線時要求電流測試線（粗線）接外側，電壓測試線（細線）接內測。下圖為斷路器導電回路電阻測量圖。

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R1上的電壓降等于R3上的電壓降時，A、B兩點間沒有電位差，I1流經R1和R 2 ，I2流經R3和R 4 ，此時檢流計中沒有電流，電橋處于平衡狀態。由Uca=Ucb可推導出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電阻，R3為平滑的可調電阻，調節R3可使電橋達到平衡。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，當檢流計中沒有電流通過時，C、D兩點間的電位相等。可推導出Rx=RNR 3 /R 4 。實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、長度相等的相同導線，否則會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，首先調節電橋檢流計機械零位旋鈕，使檢流計指針處于零位。

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

c、測量前首先估計被測電阻的數值，并按估計的電阻值選擇電橋的標準電阻RN和適當的倍率進行測量，充分利用比較臂可調電阻各檔位。測量時先按下電源按鈕B接通電流回路，待電流達到穩定值時再按下檢流計按鈕G接通檢流計。調節讀數臂阻值使檢流計處于零位，被測電阻等于讀數臂指示乘以倍率。

d、測量結束時，先斷開檢流計按鈕G，再斷開電源按鈕B，以免測量具有電感的直流電阻時產生的自感電動勢損壞檢流計。

3、測試結果的溫度換算

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，應準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時的直流電阻；

Ra為ta時所測得的直流電阻；

T為溫度換算系數，銅235，鋁225；

tx為需換算Rx的溫度；

ta為測量Ra時的溫度。

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，需要獨立的交流電源以及裝設輔助接地體用作電流極等。接地電阻測量儀自身能產生交變的接地電流，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三個接線端鈕，測量時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或拆開接地干線上所有接地支線的連接點。

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遠電壓極接地棒；

（3）用最長的連線連接C端和40m遠電流極接地棒。

4）根據被測接地體的電阻要求，先調節好粗調旋鈕；

5）以大約120r/min的轉速均勻搖動手柄，當表針偏離中心時，邊搖動手柄邊調節細調撥盤，直至表針居中并穩定為止；

6）以細調撥盤的讀數乘以粗調定位的倍數，結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

1）測量接地電阻應停電進行。

2）測量接地電阻應在土壤導電率最低時進行。

3）用接地電阻測量儀測量時，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，若標度盤的讀數小于1，可將倍率標度置于較小的倍數，再調整標度盤以得到正確讀數。若檢流計靈敏度過高，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）測量時必須將被測接地體同其它接地體分開，同時應盡可能把測量回路同電網分開，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體上而引起事故。

6）測量時被測接地體應與接地線斷開。

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

8）應避免在雨后立即測量接地電阻。

9）測量時在電流極周圍會有較大的跨步電壓，故在其30～50m范圍內要禁止人畜進入。