电气测量是指对各种电气量(如电压、电流、电阻、功率、电能等)以及与电相关的非电量(如温度、压力通过电传感器转换后测量)进行的测量。它在电力系统、电子技术、工业自动化等众多领域发挥着关键作用。以下为你详细介绍:

主要测量内容


  1. 基本电气参数测量

    • 电压测量:用于确定电路中两点之间的电势差。常见类型有直流电压和交流电压测量。直流电压测量可使用直流电压表、万用表直流电压档等;交流电压测量除万用表交流电压档外,还常用示波器测量交流电压的波形、幅值、有效值等参数。

    • 电流测量:用于检测电路中电流大小。测量直流电流常用直流电流表、万用表直流电流档;测量交流电流可使用交流电流表、电流互感器配合电流表,或借助示波器测量电流波形和有效值。

    • 电阻测量:目的是确定导体对电流阻碍作用大小。常用方法有欧姆表法(如万用表欧姆档)、伏安法(通过测量电阻两端电压和通过电阻电流,利用欧姆定律计算电阻)、电桥法(如惠斯通电桥,适用于测量中等阻值电阻)。

  2. 功率与电能测量

    • 功率测量:测量电路中消耗或传输的功率。对于直流电路,功率 为电压,为电流),通过测量电压和电流可计算功率;对于交流电路,有功功率测量较为复杂,常用功率表测量,其原理基于电磁感应,通过电压线圈和电流线圈产生的磁场相互作用,使仪表指针偏转指示功率值。

    • 电能测量:用于统计一段时间内电路消耗的电能,常见于电力计量领域。电能表(电度表)是主要测量工具,通过对功率的积分计算电能,可分为机械式电能表和电子式电能表。机械式电能表利用电磁力驱动铝盘转动,铝盘转数与电能成正比;电子式电能表则通过对电压、电流采样,经数字信号处理计算电能。

  3. 相位与频率测量

    • 相位测量:用于确定两个同频率正弦信号之间的相位差。在电力系统中,相位差测量对保证电力设备同步运行至关重要;在电子电路中,常用于分析电路的频率特性。示波器是常用相位测量工具,通过观察两个信号波形在屏幕上的相对位置计算相位差。

    • 频率测量:用于测量周期性信号的频率。常用测量仪器有电子计数器,通过对一定时间间隔内输入信号的脉冲个数进行计数来测量频率;此外,示波器也可通过测量信号周期,取倒数得到频率。

测量方法


  1. 直接测量法:使用直接指示的测量仪器,直接读取被测量数值。如用电压表直接测量电压,用电流表直接测量电流。这种方法操作简便、读数迅速,但测量相对较低。

  2. 间接测量法:通过测量与被测量有函数关系的其他量,再根据函数关系计算出被测量。例如伏安法测电阻,先测量电阻两端电压和通过电阻电流,再根据  计算电阻值。间接测量法适用于无法直接测量或直接测量不高的情况。

  3. 比较测量法:将被测量与已知标准量进行比较,从而确定被测量大小。如电桥法测电阻,通过调节电桥平衡,使电桥四个臂电阻满足一定比例关系,从而测量电阻。比较测量法测量高,常用于高测量场合。

测量仪器


  1. 万用表:可测量多种电气参数,如电压、电流、电阻等,部分万用表还能测量电容、电感、二极管、三极管等参数。分为指针式万用表和数字式万用表。指针式万用表通过表头指针偏转指示测量值,价格较低,适合初学者熟悉电路原理;数字式万用表以数字形式显示测量结果,读数直观、高,使用更广泛。

  2. 示波器:能直观显示电信号随时间变化的波形,通过波形可测量信号的电压幅值、周期、频率、相位等参数。按显示方式分为模拟示波器和数字示波器。模拟示波器通过电子枪发射电子束在荧光屏上显示波形;数字示波器先对模拟信号进行采样、量化和编码,转化为数字信号存储处理后显示波形,具有存储、分析功能强等优点。

  3. 功率表:专门用于测量电功率,分为电动系功率表和数字功率表。电动系功率表基于电动系测量机构,通过电压线圈和电流线圈相互作用测量功率;数字功率表则利用数字信号处理技术,对电压、电流采样计算功率,具有高、功能多等特点。

  4. 电能表:用于计量电能消耗,如上文所述分为机械式和电子式。电子式电能表凭借高、功能多样、便于数据传输等优势,逐渐取代机械式电能表成为主流。此外,还有智能电能表,可实现双向计量、分时计费、远程抄表等功能,广泛应用于智能电网。

  5. 电桥:用于测量电阻、电容、电感等参数,如惠斯通电桥测电阻、西林电桥测电容。电桥通过调节桥臂参数使电桥平衡,根据平衡条件计算被测量值,测量高,常用于科研、计量等领域。

应用场景


  1. 电力系统:在发电、输电、变电、配电和用电各个环节都离不开电气测量。发电厂通过测量发电机输出电压、电流、功率等参数,监控发电机运行状态;输电线路通过测量线路电流、电压、功率因数等,保障电力传输安全稳定;变电站通过测量各种电气量,实现对电力设备的监测和控制;用户端通过电能表计量用电量,进行电费结算。

  2. 电子电路设计与调试:在电子电路研发过程中,工程师需使用万用表、示波器等测量工具对电路参数进行测量和调试。通过测量电阻、电容、电感等元件参数,确保电路元件符合设计要求;利用示波器观察电路中信号波形,分析电路性能,排查故障。

  3. 工业自动化:在工业生产设备中,电气测量用于监测设备运行状态、控制生产过程。例如电机控制系统中,通过测量电机电流、电压、转速等参数,实现对电机的调速、保护和故障诊断;自动化生产线通过测量各种传感器输出的电信号(如温度传感器、压力传感器等),控制生产过程的温度、压力等参数,保证产品质量。

  4. 科研与教学:在科研领域,电气测量是研究电学现象、验证理论模型的重要手段。如在超导研究中,通过测量电阻随温度变化关系,确定超导临界温度;在教学中,电气测量实验帮助学生理解电学原理、掌握测量技能,培养学生实践能力和创新思维