电工仪表是实现电气测量所需仪表的总称。利用电工仪表通过一定的方法获得被求电量或矢量实际数值的过程,就是电工测量。
电工仪表的种类繁多,分类方法也各不相同。按照电工仪表的结构和用途等方面的特性,大体上可以分为4类: 指示仪表、数字式仪表、比较仪表及其他电工仪表。
1.指示仪表
指示仪表俗称直读式仪表,又称模拟类仪表,这类仪表直接读出被求电测量的数值,在实际工作中的应用最为广泛。比如: 电压表、电流表、万用表等都属于这一类。指示仪表的特点是,将被测的电量转换为驱动仪表可动部分偏转的转动力矩,以指针偏转角的大小反映被测电量的大小,使操作者可以通过标度尺直接读数。
指示仪表有如下几种分类方法:
(1) 根据测量对象分类,可以分为电流表、电压表、功率表、相位表、频率表、千瓦小时计、万用表等。
(2) 根据工作原理分类,可以分为磁电系、电磁系、电动系、静电系、感应系、整流系等。
(3) 根据仪表工作电流的性质分类,可以分为直流仪表、交流仪表和交直流两用仪表。
(4) 根据准确度等级分类,共分为0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0,共七个等级。
准确度是电工仪表主要特性之一,仪表的准确度与其误差有关,不管仪表制作的如何精确,仪表的读数和被测量的实际值之间总是有误差的。一种是由仪表本身制造的不精确所产生的基本误差,另一类是由外界因素 (如没有在正常工作条件下测量,测量方法不完善,读数不准确等) 对仪表读数的影响所产生的附加误差。仪表的准确度是根据仪表的误差进行分级的。0.1、0.2、0.5级准确度较高,常用来进行精密测量,或者用来校正其他仪表。
(5) 根据GB 776～76《电气测量指示仪表通用技术标准》 的规定,仪表按照其使用条件可以分为A、A1、B、B1、C共5组。5个组别的使用环境条件见表7-1。
表7-1 仪表的使用条件分类表
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分类组别 环境条件 | A组 | A1组 | B组 | B1组 | C组 | |
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工 作 条 件 | 温度/℃ | 0～+40 | -20～+50 | -40～+60 | ||
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相对湿度(%) (当时温度/℃) |
95 (+25) |
85 (+25) |
95 (+25) |
85 (+25) |
95 (+25) | |
| 霉菌、昆虫 | 有 | 没有 | 有 | 没有 | 有 | |
| 盐雾 | 没有 | 没有 | ① | 没有 | ① | |
| 凝露 | 有 | 没有 | 有 | 没有 | 有 | |
| 尘砂 | 有(轻微) | 有(轻微) | 有(轻微) | 有(轻微) | 有 | |
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最 恶 劣 条 件 | 温度/℃ | -40～+60 | -40～+60 | -50～+60 | ||
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相对湿度(%) (当时温度/℃) |
95 (+25) |
95 (+25) |
95 (+25) |
95 (+25) |
95 (+25) | |
| 霉菌、昆虫 | 有 | 没有 | 有 | 没有 | 有 | |
| 盐雾 | 有(在海运包装条件下) | 有 | ||||
| 凝露 | 有 | 没有 | 有 | 没有 | 有 | |
| 尘砂 | 有(在包装条件下) | 有 | ||||
注: ①订货方提出要求时应能耐受盐雾影响。
(6) 根据抗电磁场干扰的性能分类,可以分为:
Ⅰ级: ±0.5%;
Ⅱ级: ±1.0%;
Ⅲ级: ±2.5%;
Ⅳ级: ±5.0%。
(7) 根据使用方式分类,可以分为固定式仪表和便携式仪表。
2.数字式仪表
数字式仪表是最近几年发展起来的一种新型电工仪表。它种类繁多,包含了指示类仪表所能测量的各种电气参数。其特点是: 电路采用了大规模集成电路,将被测模拟信号转换成数字信号,通过液晶显示屏直接读数,省掉了永久磁铁和偏转机构。数字式仪表比相同功能的指示仪表有以下的优点:
(1) 读数方便,没有视差。这是由于测量结果直接用数字给出,所以不会有读数误差。
(2) 准确度高。数字仪表内没有机械转动部分,没有摩擦误差,故可达到很高的准确度。例如数字电压表的准确度,可达±0.001%。
(3) 测量速度快。如PZ-5型数字电压表,测量速度为50次/s。有的数字仪表测量速度可达繁秒几万次。
(4) 灵敏度高。例如数字电压表的分辨率可达1μV
(5) 输入阻抗高,仪表功耗小。如有的数字电压表的输入阻抗可达25 000MΩ,而消耗功率只有4×10-11W,这是一般指示仪表根本达不到的。
(6) 便于输送。数字仪表的测量结果可以远距离输送,数字信号在输送中不易受到干扰,准确度也不受损失。
(7) 测量准确度高。数字仪表比模拟仪表的准确度提高很多倍。有的甚至提高几个数量级,这是因为数字显示器件对测量准确度没有限制。一般直流数字电压表的准确度很容易达到±0.001%,甚至更高; 而指针式仪表只能读出两位,估读一位,即最高准确度为0.1%。
3. 比较仪表
比较仪表利用直接比较的方法进行测量,比较仪表根据测量对象的电流性质可分为直流比较仪表和交流比较仪表。直流比较仪表如直流电桥、电位差计、标准电阻箱等,交流比较仪表如交流电桥、标准电感箱、标准电容箱等。比较类仪表的优点是测量准确度较高,缺点是测量过程复杂,测量速度较慢。
4. 其他电工仪表
除了指示仪表、数字式仪表和比较仪表以外,其他比较常见的电工仪表还有积算式仪表、记录式仪表以及一些用于扩大仪表量程的装置,例如分流器、测量用的互感器等,这些都属于其他电工仪表。