第二节 电压表和电流表

　　电压表和电流表都是最常用的电工仪表。这两种仪表可以用上面介绍过的任何一种原理的电表来制成。一般来说，开关板表由于对准确度要求不高，故多采用电磁式结构，而携带式仪表多采用磁电式或电动式结构。

　　一、 电压表

　　电压表是用来测量交流电压或直流电压的仪表。一般的电压表是以伏特为单位。测量高压系统的电压，要用千伏表，而测量1伏以下的电压，要用毫伏表。
测量电压的基本法则是把电压表的两端并联在被测电压的两端，从表盘上即可读出被测电压的数值。

　　使用电压表测电压，要注意下面几件事：

图2-4

　　（一） 要注意被测电压是直流还是交流，并据此选择相应的电压表

　　测量直流电压，要注意电压表的极性。电压表的“+”端要与被测电压的高电位端相联，电压表的“-”端要与低电位端相联。见图2-4。如果事先不知道极性，则应采用点试法，即先接好表的一端，另一端迅速碰一下被测点后立即断开，观察表针的偏转方向，以确定极性。采用点试法时，{zh0}选用大的量程。

　　（二） 正确选择仪表量程

　　电压表的量程一定要与被测电压相适应。仪表量程太小，会造成仪表过载，指针偏转过头，甚至打弯指针；量程太大，指针偏转太小，使得计量不准确。一般应使被测值尽可能接近表的量程。当然，也要考虑被测值可能的变化。例如测量380V交流电压，应选择量程为450V或500V的交流电压表；测量220V交流电压，应选用250V的交流电压表。

　　（三） 高电压的测量

　　当被测电压高于仪表量程时，无法直接用仪表测量，必须采取其它措施。

　　对于测量交流电压，电力系统中通常采用通过电压互感器把电压表接入电力系统的办法。见图2-5。电压互感器类似一台变压器。它能把一个交流高电压变成一个交流低电压。用于10KV电力系统中的电压互感器能把10KV变为100V 。配用这种互感器的电压表的线圈电压为120V，而刻度盘的满量程电压为12KV。这样，通过测量100V的低电压，就可以直接反映出10KV的高压值。

　　　　　　
图2-5 　　　　　　　　　　　　　图2-6

　　对于直流电压，一般采用串联电阻的办法来扩大量程。以磁电式仪表为例，一个电压表的原理可以如图2-6的方式 表示。表头为一磁电式微安表，r_o是表头的内电阻，R是作为电压表使用时的串联电阻。它们共同组成了一块直流电压表。假定表头的满刻度电流是I_o，电压表的量程是U_m，也就是说，当被测电压为U_m时，微安表的电流应为I_o，表针指在满刻度上，这时，刻度盘的刻度值为U_m。由此，我们得到一个方程式：

　　如果现在要扩大该仪表的量程，把量程由原先的U_m变成nU_m，即增加了n-1倍。在上式中，I₀和r₀都是不能改变的，这时，只要改变R到R_n，就会满足上面的方程式，即：

　　也就是说，只要把R变成Rn，电压表的量程就会变成原先的n倍。

　　如果选择不同的串联电阻，并通过转换开关来转换，就可以得到一个多量程的电压表。见图2-7。

图2-7

　　二、 电流表

　　电流表用来测量电路中的电流。测量电流的基本法则是把电流表串联在被测电路中。在测量电流时，有以下一些事项需注意。

　　（一） 要确定被测电流是交流还是直流，并据此选择相应的电流表。

　　直流电流表有极性之分，电流自“+”极流入自“-”极流出，其接线方法见图2-8。交流电流表的接线方法与直流电流表相同，只是没有极性区别。

图2-8

　　（二） 正确选择仪表量程

　　电流表的量程一定要与被测电流相适应。这里既要考虑电路的正常工作电流，又要考虑电路中可能出现的短时冲击电流。一般来说，电流表的量程应为工作电流的1.5倍左右。

　　（三） 大电流的测量

　　测大电流的电流表，一般不采用简单地加粗仪表线圈导线直径的作法，而是从仪表的外部去解决。对直流而言，通常在电流表外部两端再并联一个小阻值电阻，称为分流电阻或分流器，见图2-9。这样，大部分电流从分流器中流过，流过电流表的只是总电流的一小部，而电流表的刻度为使于直读按照总电流的大小来标示。这样，从刻度盘上的读数便是流过负载的总电流。

　　一块直流微安表，量程为I₀，内阻为r₀。现在需要将它的量程扩大到n倍，即流过的总电流为nl。它的分流器应这样来选择：

　　根据图2-10，可得：

I₀r₀=(n-1)I₀R

　　
图2-9 　　　　　　　　　　　　　图2-10

　　并求出分流电阻

　　同样的道理，选择不同的R值，配用适当的转换开头，即能组成一个多量程的电流表。其内部接线如图2-11。

图2-11

　　测量大的交流电流，为了节省能量，不采用并联分流器的办法，而是通过电流互感器进行测量，电流互感器作为一种辅助测量元件，在电磁测量及继电保护领域内有着极其广泛的应用。因此，有必要对电流互感器较详细地加以介绍。

　　电流互感器，简称 CT( 英文 CARRENT TRENSFORMER) ，它的结构类似一个变压器，有一个一次绕组和一个二次绕组。使用时，一次绕组串在被测回路中，流过被测电流，它是电流互感器的一次电流；二次绕组接到交流电流表两端。电流互感器的主要参数之一是它的变流比，即一次绕组的额定电流与二次绕组的额定电流之比。一台工作中的电流互感器，当它的原端流过额定的一次电流时，次端就流过额定的二次电流。如果一次电流改变，二次电流也按相同的比例改变。这样，使用了电流互感器，一个大的交流电流就按定比例变成了一个小的交流电流。电流互感器的一次额定电流有多种规格，如 600A 、 400A 、 200A 、 100A 等，而二次额定电流则统一规定为 5A 。接于电流互感器的电工仪表都按 5A 来设计制造，使仪表的制造规格大为简化。当一个电流表配合电流互感器来测量大电流时，假定电流互感器的变流比为 600/5 ，当一次电流为 600A 时，电流表流过的实际电流为 5A ，这时，电流表的指针指在满刻度，而满刻度电流即标为 600A ，也就是说，从电流表上得到的读数，正是一次电流的数值。由此可见，为了读数正确，必须保证电流表的满刻度值与其指针在满刻度时的实际电流的比值等于电流互感器的变流比。这条原则叫做电流表与电流互感器的匹配，这是选择电流表与电流互感器的基本原则。电流互感器的符号及在电路中的接法见图 3-12 。

a．电流互感器的符号　　　b．电流互感器的接法
图2-12

　　电流互感器在使用中是一台串联接法的变压器。它的一次绕组始终流过被测电流，该电流会在互感器的铁芯中产生一个磁通，这个磁通又会在二次绕组中感应出一个电流。二次电流也会在铁芯中产生一个磁通，这两个磁通在磁路中方向相反，因此，铁芯中磁通的总数值并不高，因而在设计时就减少了铁芯的截面。假如工作中的电流互感器二次开路，此时二次电流为零，铁芯中的磁通xx由一次电流产生，当一次电流足够大时，由于没有二次磁通的去磁作用，其数值会大大增加，以致造成铁芯的磁饱和，并会使铁芯发热，严重时会烧毁电流互感器。另外，由于二次绕组开路，过高的磁通变化率会在二次绕组两端产生高压电，可能破坏二次绕组的绝缘，也会危及人身及设备安全。因此，对运行中的电流互感器有一些安全上的规定：

　　1． 电流互感器的二次接线应选用2.5平方毫米的单股绝缘铜导线，中间不能有接头，更不能装开关、保险等等。二次线上的各接点必须拧紧。

　　2． 电流互感器二次侧的一端应做良好接地。

　　3． 工作中的电流互感器如果暂时停用，必须把二次绕组短接。

　　

电流表经互感器测三相电流的线路

　　三、 钳形电流表

　　测量电流必须把电流表串入被测回路，因此，一定要先断开电路，再接入仪表，测量完毕后，再把仪表拆除。这给测量工作带来许多不便。钳形电流表的突出优点是不必断开被测电路，就可以测量交流电流，这就给电流的测量带来极大的方便。因此，钳形电流表成了电工最常使用的仪表之一。钳形电流表的基本结构是由一个测量交流的电流表与一个能自由开闭的铁芯，与有多个二次抽头的电流互感器组成。电流表与互感器的二次端接在一起。使用时，只要先把做成钳形的互感器的铁芯打开，将被测导线含入钳口后再闭合钳口，电流表就会指示出被测电流的数值。钳形电流表还配有一个转换开关，通过它可以改变互感器二次绕组的匝数，从而改变了电流表的量程。