电工测量基础与电路试验指导.pdf

内容提要 本书共分三篇。上篇介绍了电工测量的基础知识、常用的测量仪器和仪 表以及电工测量的基本测量方法。 中篇介绍了测量的数据采集与数据处理方 法和典型的电路实验，突出了电工测量方法的应用。下篇介绍了 PSPICE 软 件和用它进行电路分析、实验仿真和电路设计的计算机辅助方法。各章附有 小结、思考题和习题。如用作教材，参考学时为 32 学时。 本书叙述准确精练，例子生动贴切，实验部分内容丰富、目的性和可操 作性强，对 PSPICE 软件及其应用部分的介绍突出了软件的使用、结合实例 特别是结合现代电路理论的应用实例介绍了软件的操作方法并给出相应的 实验。本书既可以作为工科院校“电路”类课程的配套实验教材，也可以作 为与“电路”类课程并行、但独立设课的“电工测量与电路实验”类课程的 教学参考书。 本书基础性、通用性和实用性较强，可作为大学本科、专科以及职业技 术教育的教学用书， 对于从事电气电工教学的教师和从事电气电工技术方面 工作的工程技术人员也有一定的参考价值。 前前 言言 为了适应国家对高等学校人才培养的需求， 高等教育必须改革， 改革的重点是教学内容。 为此，我们在本科开设“电路”课的同时，另外并行地单独开设了一门课程“电工测量 与电路实验” 。 “电工测量与电路实验”是一门以电工测量的基础知识和基本技能为核心，以 理论与实践相结合为方法，以实验为重点的课程。 本书共分为三篇。上篇介绍了电工测量的基础知识，包括基本测量方法、误差和误差分 析以及系统误差的消除和计算方法。常用的测量仪器和仪表（包括机电式直读仪表、比较式 仪器、常用的数字仪表和电子仪器）的基本工作原理、主要技术指标以及使用方法。中篇介 绍了电工测量的方案设计、一般步骤、常见故障的分析与排除、测量数据的采集与处理，并 安排了许多典型的电路实验（包括基础实验、现代应用实验和设计性实验） ，供教学选用。下 篇介绍了用 PSPICE 软件进行电路分析、实验仿真和电路设计，以使学生初步了解计算机辅 助分析和设计的方法。 在这一部分， 安排了许多典型的上机实验， 其中包括了一些在一般 电 路中没有的内容，以扩大学生的知识面。各章附有小结、思考题和习题。 本书的参考学时为 32 学时。 教学过程可以这样安排 理论授课 4∼6 学时， 电路实验 18∼20 学时，PSPICE 上机实验 8 学时。因为实验和上机的内容较多，本书的一种使用方式是教师 选用其中的部分内容。若实验室对学生开放，可以采用另一种使用方式，即将实验和上机内 容划分为“必做”和“选做”两类，让学生有兴趣和有创意地进行“选做”实验。 本书的第 1、2、4、5 章主要由程桂芬编写，第 6、7、8、10 章主要由贺洪斌编写，第 3、 9 章主要由胡岩编写。张延安和高君参加了第 6 章部分电路实验的设计、调试和编写工作。 本书的初稿在沈阳工业大学使用了 4 年，徐安德、闫秀恪、綦艳丽、翟惠萍、朱冬梅、邵岳 等教师提出了许多宝贵的修改意见和建议，学校有关部门对本书的出版给予很大的支持，此 外，书中所列的参考书目也对我们的编写工作有许多启发和帮助，在此一并深表谢意。 由于我们的水平有限，书中难免有不足之处，恳请读者、特别是使用本书的师生们及时 给予指正。 联系电话024-25691470 E-mailguifen_cheng 编 者 2004 年 4 月 目 录 上篇上篇 电工测量基础电工测量基础 第 1 章 电工测量的基本知识.......................................................................................................1 1.1 电工测量概述 ..................................................................................................................1 1.1.1 测量与测量单位的概念.......................................................................................1 1.1.2 电工测量的量具...................................................................................................4 1.2 基本测量方法 ..................................................................................................................4 1.2.1 直接测量法...........................................................................................................4 1.2.2 间接测量法...........................................................................................................5 1.2.3 比较测量法...........................................................................................................5 1.2.4 偏转法 ..................................................................................................................6 1.3 误差和误差分析 ..............................................................................................................6 1.3.1 测量误差按性质和特点的分类...........................................................................6 1.3.2 测量值的误差表示方法.......................................................................................8 1.3.3 仪表和仪器的误差及其准确度...........................................................................9 1.4 系统误差的消除和计算.................................................................................................11 1.4.1 系统误差的消除.................................................................................................11 1.4.2 系统误差的计算.................................................................................................12 1.5 电工测量仪器仪表的基础知识.....................................................................................15 1.5.1 电工测量仪器仪表的分类.................................................................................15 1.5.2 关于测量仪表和仪器的几项技术指标.............................................................15 1.5.3 对电工仪器仪表的要求与正确使用方法.........................................................15 1.5.4 常用电工仪表的符号和标记.............................................................................16 本章小结本章小结 习习 题题 1 部分参考答案部分参考答案 第 2 章 机电式直读仪表 ............................................................................................................19 2.1 机电式直读仪表的基本工作原理.................................................................................19 2.1.1 机电式直读仪表的分类.....................................................................................19 2.1.2 机电式直读仪表的基本结构.............................................................................19 2.1.3 机电式直读仪表的测量机构.............................................................................20 2.1.4 机电式直读仪表的测量线路.............................................................................22 2.2 机电式直读仪表的表盘标记.........................................................................................22 2.3 机电式直读仪表的正确使用方法.................................................................................23 I 2.3.1 合理选择仪表.....................................................................................................23 2.3.2 保证仪表的正常工作条件.................................................................................25 2.4 磁电系仪表 ....................................................................................................................25 2.4.1 磁电系仪表的测量机构和工作原理.................................................................26 2.4.2 磁电系电流表.....................................................................................................27 2.4.3 磁电系电压表.....................................................................................................28 2.4.4 欧姆表 ................................................................................................................29 2.5 电磁系仪表 ....................................................................................................................31 2.5.1 电磁系仪表的测量机构和工作原理.................................................................31 2.5.2 电磁式电流表与电压表.....................................................................................32 2.6 电动系仪表 ....................................................................................................................32 2.6.1 电动系仪表的测量机构和工作原理.................................................................32 2.6.2 电动系功率表.....................................................................................................34 2.6.3 低功率因数功率表.............................................................................................36 本章小结本章小结 习习 题题 2 部分参考答案部分参考答案 第 3 章 比较式仪器 ....................................................................................................................40 3.1 直流电位差计 ................................................................................................................40 3.1.1 直流电位差计的工作原理.................................................................................40 3.1.2 直流电位差计的测量步骤.................................................................................40 3.1.3 直流电位差计的应用.........................................................................................41 3.2 直流电桥 ........................................................................................................................41 3.2.1 直流单电桥.........................................................................................................42 3.2.2 直流双电桥.........................................................................................................42 3.3 交流电桥 ........................................................................................................................43 3.3.1 交流电桥的平衡条件.........................................................................................43 3.3.2 交流电桥桥臂的搭配规律.................................................................................44 3.3.3 消除因频率变化引起的误差.............................................................................44 3.3.4 可调节参数的选取.............................................................................................45 3.3.5 几种常用的交流电桥.........................................................................................46 本章小结本章小结 习习 题题 3 部分参考答案部分参考答案 第 4 章 常用的数字仪表和电子仪器.........................................................................................51 4.1 数字万用表 ....................................................................................................................51 4.1.1 数字万用表的基本工作原理.............................................................................51 4.1.2 VC9801 数字万用表的主要技术指标..............................................................52 4.1.3 VC9801 数字万用表的测量量程、分辨力和准确度 ......................................52 II 4.1.4 VC98 系列数字万用表的操作面板说明..........................................................54 4.1.5 VC98 系列数字万用表的使用方法和注意事项 ..............................................54 4.2 数字频率计 ....................................................................................................................56 4.2.1 数字频率计的基本工作原理.............................................................................56 4.2.2 数字频率计的主要技术指标.............................................................................57 4.3 数字功率（瓦特）表.....................................................................................................57 4.3.1 数字功率（瓦特）表的基本工作原理.............................................................57 4.3.2 数字功率（瓦特）表的主要技术指标.............................................................58 4.3.3 数字功率（瓦特）表的的使用方法和注意事项.............................................58 4.4 直流稳压电源 ................................................................................................................58 4.4.1 直流稳压电源的基本工作原理.........................................................................58 4.4.2 HH1713 型双路直流稳压电源的主要技术指标..............................................59 4.4.3 HHl713 型双路直流稳压电源的使用方法.......................................................59 4.4.4 使用HHl713 型双路直流稳压电源时的注意事项...........................................60 4.5 信号发生器 ....................................................................................................................60 4.5.1 DF1631L功率函数发生器的基本工作原理.....................................................60 4.5.2 DF1631L功率函数发生器的主要技术指标.....................................................61 4.5.3 DF1631L功率函数发生器的使用方法.............................................................62 4.6 示波器 ............................................................................................................................63 4.6.1 示波器显示波形的原理.....................................................................................63 4.6.2 示波器的分类.....................................................................................................68 4.6.3 Protek-6502 双通道四迹示波器的操作控制说明............................................68 4.6.4 Protek-6502 双通道四迹示波器的主要技术指标............................................71 4.6.5 Protek-6502 双通道四迹示波器的使用方法....................................................71 本章小结本章小结 习习 题题 4 部分参考答案部分参考答案 中篇中篇 电路实验电路实验 第 5 章 基本电工测量技术的应用电路实验.....................................................................76 5.1 电工测量的方案设计和仪器仪表选择的基本方法.....................................................76 5.1.1 电工测量的方案设计原则.................................................................................76 5.1.2 选择测量方法和测量仪器要注意的几个问题.................................................76 5.1.3 仪器仪表选择的基本原则和方法.....................................................................77 5.2 电路实验的操作步骤.....................................................................................................78 5.2.1 明确实验对象、实验目的与要求.....................................................................78 5.2.2 预习 ....................................................................................................................79 5.2.3 实验电路的连接.................................................................................................80 III 5.2.4 实验预操作.........................................................................................................80 5.2.5 实验操作与读取数据操作.................................................................................80 5.2.6 拆除实验线路、整理实验现场.........................................................................81 5.3 常见故障的分析与排除.................................................................................................81 5.3.1 及时发现故障.....................................................................................................81 5.3.2 故障原因 ............................................................................................................81 5.3.3 故障检测的基本方法.........................................................................................82 5.3.4 故障检测的顺序.................................................................................................82 5.4 实验数据的正确读取和处理.........................................................................................83 5.4.1 测量时应注意正确读数.....................................................................................83 5.4.2 数据处理与曲线绘制原则.................................................................................83 5.5 有效数字的计算规则和方法.........................................................................................83 5.5.1 有效数字的概念.................................................................................................83 5.5.2 有效数字的正确表示.........................................................................................84 5.5.3 有效数字的修约规则.........................................................................................84 5.5.4 有效数字的运算规则.........................................................................................85 5.6 实验数据曲线的绘制方法.............................................................................................86 5.6.1 作图的一般方法.................................................................................................86 5.6.2 作图时应注意的几个问题。.............................................................................87 5.7 实验报告的内容与要求.................................................................................................89 5.7.1 实验报告的内容.................................................................................................89 5.7.2 实验报告的要求.................................................................................................89 本章小结本章小结 习习 题题 5 部分参考答案部分参考答案 第 6 章 实 验 ............................................................................................................................92 6.1 元件伏安特性的测量（仪表内阻的影响）.................................................................92 6.2 叠加定理（系统误差的分析和计算）.........................................................................96 6.3 受控源特性的测定（间接测量误差分析）.................................................................99 6.4 交流电路参数的测量（交流数字仪表的使用）.......................................................103 6.5 功率因数提高（数据采集和处理）...........................................................................106 6.6 互感的测量（实验线路的选择和误差分析）...........................................................109 6.7 三相电路中的电压和电流的测量（实验线路设计）...............................................112 6.8 三相电路功率的测量（实验线路设计）...................................................................116 6.9 示波器和信号发生器的使用.................................