- 維修電工入門與提高全程圖解
- 周斌興 過曉明主編
- 9字
- 2020-08-31 10:06:51
第一章 電工專業知識
第一節 常用電工工具及指示儀表
一、常用電工工具
1.絕緣安全用具
電工絕緣安全用具,按其功能可分為絕緣操作用具和絕緣防護用具兩大類。
(1)絕緣操作用具
絕緣操作用具,主要是在帶電操作、測量和其他需要直接接觸帶電設備的環境下使用的絕緣用具。絕緣操作桿由工作部分、絕緣部分和手握部分組成,見表1-1。
為了保證操作人員有足夠的安全距離,在不同工作電壓下所使用的操作桿規格亦不相同,不可任意取用。絕緣操作桿規格與工作電壓的對應關系如表1-1所示。
表1-1 絕緣操作桿規格 mm

使用時應注意以下事項:①使用前應仔細檢查絕緣桿各部分的連接是否牢固,有無損壞和裂紋,并用清潔干燥的毛巾擦拭干凈;②手握絕緣桿進行操作時,手不得超過護環;③雨天室外使用的絕緣桿,應加裝喇叭形防雨罩;防雨罩宜裝在絕緣部分的中部,罩的上口必須與絕緣部分緊密結合,以防止滲漏,罩的下口與桿身應保持20~30mm的距離;④操作時要戴干凈的線手套或絕緣手套,以防止因手出汗而降低絕緣桿的表面電阻,使泄漏電流增加,危及操作者的人身安全。
(2)絕緣防護用具
絕緣防護用具,主要指對可能發生的電氣傷害起防護作用的絕緣用具。絕緣手套、絕緣靴、絕緣墊和絕緣站臺統稱為絕緣防護用具,具體說明見表1-2。
表1-2 絕緣防護用具類型及說明

2.低壓驗電器
驗電器是檢驗導線和電氣設備是否帶電的一種常用工具。它分為低壓驗電器和高壓驗電器兩種。低壓驗電器又稱為測電筆,是電工最常用的一種檢測工具,用于檢查低壓電氣設備是否帶電,檢測電壓的范圍為60~500V。
低壓驗電器常用的有鋼筆式和螺釘旋具式兩種[如圖1-1(a)、(b)所示],前端是金屬探頭,內部依次裝接氖泡、安全電阻和彈簧,彈簧與后端外部的金屬部分相接觸。
低壓驗電器按其顯示元件不同分為氖管發光指示式和數字顯示式兩種。氖管發光指示式驗電器由氖泡、電阻、彈簧、筆身和筆尖等部分組成,數字顯示式驗電器如圖1-1(c)所示。

圖1-1 低壓驗電器
使用低壓驗電器,必須按圖1-2所示正確姿勢握筆,以食指觸及筆尾的金屬體,筆尖觸及被測物體,使氖管小窗背光朝向自己。當被測物體帶電時,電流經帶電體、電筆、人體到大地形成通電回路。只要帶電體與大地之間的電位差超過60V,電筆中的氖泡就發光,電壓高發光強,電壓低發光弱。用數字顯示式測電筆驗電,其握筆方法與氖管指示式測電筆相同,但帶電體與大地間的電位差在2~500V之間,電筆都能顯示出來。由此可見,使用數字式測電筆,除了能知道線路和電氣設備是否帶電以外,還能夠知道帶電體電壓的具體數據。

圖1-2 低壓驗電器的握法
測電筆使用前一定要在有電的電源上檢查電筆中的氖泡是否損壞;測電筆不可用于電壓高于規定范圍(500V)的電源,以免發生危險,使用時應注意以下事項:①一般用右手握住測電筆,左手背在背后或插在衣褲口袋中;②人體的任何部位切勿觸及與筆尖相連的金屬部分;③防止筆尖同時搭在兩根線上;④驗電前,先將測電筆在確實有電處試測,只有氖管發光才可使用;⑤在明亮光線下不易看清氖管是否發光,應注意避光。
3.高壓驗電器
高壓驗電器又稱高壓測電器,如圖1-3所示。10kV高壓驗電器由金屬鉤、氖管、氖管窗、緊固螺釘、護環和握柄組成,使用時用手握住護環,金屬鉤鉤住帶電體,有電時氖管發光。高壓驗電器在使用時應特別注意手握部件不得超過護環。

圖1-3 10kV高壓驗電器
使用高壓驗電器的注意事項:①在雨、雪、霧或濕度較大的天氣下,不允許在戶外使用,以免發生危險;②高壓驗電器在使用前,要檢查確認其性能是良好的;③人體與帶電體之間要有0.7m以上的距離,檢測時要小心防止發生相間短路或對地短路事故;④驗電時,必須戴符合要求的絕緣手套,要有人在旁邊監護,且不可單獨操作,如圖1-4所示。

圖1-4 10kV高壓驗電器使用方法
4.鋼絲鉗
電工常用的鋼絲鉗有150mm、175mm、200mm及250mm等多種規格,可根據內線或外線工種需要選購。鉗子的齒口可用來緊固或擰松螺母。鉗子的刀口可用來剖切軟電線的橡膠或塑料絕緣層。帶刃口的鋼絲鉗還可以用來切斷鋼絲。鋼絲鉗分為帶有橡膠絕緣套管和不帶橡膠絕緣套管兩種,帶有橡膠絕緣套管可適用于500V以下的帶電作業,如圖1-5所示。

圖1-5 鋼絲鉗的類型和用途
(1)鋼絲鉗的使用方法
①使用鉗子時用右手操作,將鉗口朝內側,便于控制鉗切部位,用小指伸在兩鉗柄中間來抵住鉗柄,張開鉗頭,這樣分開鉗柄靈活。
②鉗子的刀口可用來切剪電線、鐵絲。剪8號鍍鋅鐵絲時,應用刀刃繞表面來回割幾下,然后只需輕輕一扳,鐵絲即斷。
③鍘口也可以用來切斷電線、鋼絲等較硬的金屬線。
④鉗子的絕緣塑料管耐壓500V以上,有了它就可以帶電剪切電線。使用中切忌亂扔,以免損壞絕緣塑料管。
⑤用鉗子纏繞抱箍固定拉線時,鉗子齒口夾住鐵絲,以順時針方向纏繞。
(2)使用鋼絲鉗時的注意事項
①電工在使用鋼絲鉗之前,必須保證絕緣手柄的絕緣性能良好,以保證帶電作業時的人身安全。
②用鋼絲鉗剪切帶電導線時,嚴禁用刀口同時剪切相線和零線,或同時剪切兩根相線,以免發生短路事故。
5.螺釘旋具
螺釘旋具用于緊固或拆卸螺釘,其類型如圖1-6所示。木柄和塑柄螺釘旋具分普通式和穿心式兩種。穿心式能承受較大的轉矩,并可在尾部用手錘敲擊。方形旋桿螺釘旋具能用相應的扳手夾住旋桿扳動,以增大轉矩。一字形螺釘旋具常用的有50mm、100mm、150mm和200mm等規格,電工必備的是50mm、150mm兩種。

圖1-6 螺釘旋具類型
使用螺釘旋具時的注意事項:①電工不可使用金屬桿直通柄頂的螺釘旋具,以避免觸電事故的發生;②用螺釘旋具拆卸或緊固帶電螺栓時,手不得觸及螺釘旋具的金屬桿,以免發生觸電事項;③為避免螺釘旋具的金屬桿觸及帶電體時手指碰觸金屬桿,應在螺釘旋具的金屬桿上穿套絕緣管。
6.電工刀
電工刀分為普通式和三用式兩種,普通式電工刀如圖1-7所示,有大號和小號兩種,三用式電工刀增加了鋸片和錐子的功能。使用電工刀時,刀口應朝外部切削,切忌面向人體切削。剖削導線絕緣層時,應使刀面與導線成較小的銳角,以避免割傷線芯。電工刀刀柄無絕緣保護,不能接觸或剖削帶電導線及器件。新電工刀刀口較鈍,應先開刃然后再使用。電工刀使用后應隨即將刀身折進刀柄,注意避免傷手。

圖1-7 電工刀
7.電工用鑿
電工常用的鑿有圓榫鑿、小扁鑿、大扁鑿和長鑿等幾種。
①圓榫鑿。圓榫鑿[如圖1-8(a)所示]又稱麻線鑿或鼻沖,用于在混凝土結構的建筑物上鑿打木榫孔。
②小扁鑿。小扁鑿[如圖1-8(b)所示]用來在磚墻上鑿打方形榫孔。電工常用鑿口寬約12mm的小扁鑿。鑿孔時,也要經常拔出鑿身,以利排出灰沙、碎磚,同時觀察墻孔開鑿得是否平整,大小是否合適,孔壁是否垂直。
③大扁鑿。大扁鑿[如圖1-8(c)所示]用來鑿打角鋼支架和撐腳等的埋設孔穴。電工常用鑿口寬約16mm的大扁鑿,其使用方法與小扁鑿相同。
④長鑿。長鑿[如圖1-8(d)、(e)所示]用來鑿出通孔。如圖1-8(d)所示長鑿由中碳圓鋼制成,用來在混凝土墻上鑿出通孔;如圖1-8(e)所示長鑿由無縫鋼管制成,用來在磚墻上鑿出通孔。

圖1-8 電工用鑿
8.剝線鉗
剝線鉗用來剝削直徑3mm及以下絕緣導線的塑料或橡膠絕緣層,其外形如圖1-9所示。它由鉗口和手柄兩部分組成。剝線鉗鉗口分有0.5~3mm的多個直徑切口,用于不同規格線芯的剝削,切口過大難以剝離絕緣層,切口過小會切斷芯線。剝線鉗也裝有絕緣套。使用剝線鉗剝去絕緣層時,定好剝削的長度后,左手持導線,右手向內緊握鉗柄,導線絕緣層被剝斷后自由飛出。剝線鉗一般不在帶電的場合使用。

圖1-9 剝線鉗
9.斷線鉗
用于切斷較粗的、硬度不大于30HRC的金屬線材、刺絲及電線等,有雙連臂、單連臂、無連臂三種形式。鉗柄分有管柄式、可鍛鑄鐵柄式和絕緣柄式等(如圖1-10所示)。斷線鉗的規格見表1-3。

圖1-10 斷線鉗類型
表1-3 斷線鉗的規格 mm

10.尖嘴鉗
修口鉗(俗稱尖嘴鉗)也是電工(尤其是內線電工)常用的工具之一。尖嘴鉗的鉗頭用于夾持較小螺釘、墊圈、導線和把導線端頭彎曲成所需形狀,小刀口用于剪斷細小的導線、金屬絲等。尖嘴鉗的頭部尖細,適用于在狹小的空間操作,其外形如圖1-11所示。尖嘴鉗的規格通常按其全長分為130mm、160mm、180mm、200mm四種。尖嘴鉗手柄套有絕緣耐壓500V的絕緣套。尖嘴鉗的握法如圖1-12所示。

圖1-11 尖嘴鉗

圖1-12 尖嘴鉗的握法
11.電烙鐵
電烙鐵是釬焊(也稱錫焊)的熱源,其規格有15W、25W、45W、75W、100W、300W等多種。功率在45W以上的電烙鐵,通常用于強電元件的焊接;弱電元件的焊接一般使用15W、25W功率等級的電烙鐵。電烙鐵有外熱式和內熱式兩種,如圖1-13所示。

圖1-13 電烙鐵
使用電烙鐵應注意以下事項:①為了不影響電烙鐵頭的拆裝,使用過程中應輕拿輕放,不得敲擊電烙鐵,以免損壞內部發熱元件;②烙鐵頭應經常保持清潔,使用時可常在石棉氈上擦幾下以除去氧化層;③烙鐵使用日久,烙鐵頭上可能出現凹坑,影響正常焊接。此時可用銼刀對其整形,加工到符合要求的形狀再浸錫;④使用中的電烙鐵不可擱在木架上,而應放在特制的烙鐵架(如圖1-14所示)上,以免燙壞導線或其他物件引起火災;⑤使用烙鐵時不可隨意甩動,以免焊錫濺出傷人。

圖1-14 烙鐵架
12.手電鉆
手電鉆是一種頭部裝有鉆頭、內部裝有單相電動機、靠旋轉來鉆孔的手持電動工具。電鉆可分為3類。
①手電鉆。功率最小,使用范圍僅限于鉆木和作電動改錐用,不具有太大的實用價值,不建議購買。
②沖擊鉆。可以鉆木、鉆鐵和鉆磚,但不能鉆混凝土,有的沖擊鉆上說明了可鉆混凝土,其實并不可行,但對于鉆瓷磚和磚頭外層很薄的水泥是絕對沒有問題的。
③錘鉆(電錘)。可在任何材料上鉆洞,使用范圍最廣。
這三種電鉆價格由低到高排列,功能也隨之增多,具體如何選用,需要結合各自的適用范圍及要求。沖擊鉆的外形如圖1-15所示。

圖1-15 沖擊鉆的外形
手電鉆、沖擊鉆、電錘的使用注意事項:①金屬外殼要有接地或接零保護,塑料外殼應防止碰、磕、砸;不要與汽油及其他溶劑接觸;②鉆孔時不宜用力過大過猛,以防止工具過載;轉速明顯降低時,應立即把穩,減少施加的壓力;突然停止轉動時,必須立即切斷電源;③安裝鉆頭時,不許用錘子或其他金屬制品物件敲擊;手拿電動工具時,必須握持工具的手柄,不要一邊拉軟導線,一邊搬動工具,要防止軟導線擦破、割破和被軋壞等;④較小的工件在被鉆孔前必須先固定牢固,這樣才能保證鉆孔時使工件不隨鉆頭旋轉,保證作業者的安全。
13.斷條偵察器
斷條偵察器用于檢查電動機轉子,如圖1-16所示。它由一大一小兩個線圈和鐵芯組成。使用時,先將被測轉子放在大鐵芯1上,線圈接220V交流電,慢慢轉動被測轉子。如果轉子有斷條,則相當于變壓器的二次線圈開路,流過線圈的電流將下降。
使用斷條偵察器時應注意以下事項。①檢查時,電流表計數的變化不應超過5%,否則需逐槽檢查;②逐槽檢查時,再將小線圈放在被測轉子外圓,鐵芯口對準被測的籠條,組成另一只變壓器。

圖1-16 斷條偵察器結構
14.噴燈
噴燈是利用噴射火焰對工件進行局部加熱的工具,有汽油噴燈、煤油噴燈和酒精噴燈三種。噴燈的結構如圖1-17所示。

圖1-17 噴燈的結構
使用噴燈時應注意以下事項:①使用前應仔細檢查油桶是否漏油,噴嘴是否通暢,有無漏氣處。并按噴燈所要求的燃料油種類,禁止在煤油或酒精噴燈內注入汽油使用;②噴燈的加油、放油和修理應在熄火后進行;③噴燈點火時,噴嘴前嚴禁有人,工作場所無可燃物;④先在預熱燃燒盤內注入燃料油,作為點燃用,待噴嘴燒熱后再慢慢打開放油調節閥,打氣加壓前應先關閉放油調節閥。
15.導線弧垂測量尺
導線弧垂測量尺又稱弛度標尺,用來測量室外架空線路導線弧垂,使用時應根據表1-4所示值,先將兩把導線弧垂測量尺上的橫桿調節到同一位置上;接著將兩把標尺分別掛在所測檔距的同一根導線上(應掛在近瓷瓶處),然后兩個測量者分別從橫桿上進行觀察,并指揮緊線;當兩把測量尺上的橫桿與導線的最低點成水平直線時,即可判定導線的弛度已調整到預定值。
表1-4 架空導線弧垂參考值 m

16.緊線器
緊線器是在架空線路中用來拉緊電線的一種工具。緊線器有鉗形緊線器、附有拉力表的緊線器、普通緊線器等多種,其外形如圖1-18所示。

圖1-18 緊線器
使用時將?4mm的鍍鋅鋼絲繩繞于右端棘輪上,掛置于橫擔或其他固定部位,用另一端的夾頭夾住電線,用拉環轉動滑輪,使鋼絲繩逐漸卷入輪內,電線被拉緊而收縮至適當程度。
使用緊線器時應注意以下事項:①應根據導線的粗細選用相應規格的緊線器,使用時應將鋼絲繩理順,不能扭曲;②棘輪和棘爪應完好活絡,不能有脫扣現象,應用時應經常加入機油潤滑;③使用緊線器時,若發現有滑線現象,應立即停止使用,采取相應措施(如在導線上繞一層鐵絲)將導線確實夾牢后方可繼續使用。
二、常用電工指示儀表
(一)電壓表、電流表及電能表
1.電壓表
測量電路電壓的儀表叫做電壓表,也稱伏特表,表盤上標有符號“V”。因量程不同,電壓表又分為毫伏表、伏特表、千伏表等多種品種規格,在其表盤上分別標有mV、V、kV等字樣。電壓表分為直流電壓表和交流電壓表,二者的接線方法都是與被測電路并聯(如圖1-19所示)。

圖1-19 電壓表接線示意圖
(1)直流電壓表的接線方法
在直流電壓表的接線柱旁邊通常標有“+”和“-”兩個符號,接線柱的“+”(正端)與被測量電壓的高電位連接;接線柱的“-”(負端)與被測量電壓的低電位連接[如圖1-19(a)所示]。正負極不可接錯,否則,指針就會因反轉而打彎。
(2)交流電壓表的接線方法
在低壓線路中,電壓表可以直接并聯在被測電壓的電路上。在高壓線路中測量電壓,由于電壓高,不能用普通電壓表直接測量,而應通過電壓互感器將儀表接入電路[如圖1-19(b)所示]。為了測量方便,電壓互感器一般都采用標準的電壓比值,例如3000/100V、6000/100V、1000/100V等,其二次繞組電壓總是100V。因此,可用0~100V的電壓表來測量線路電壓。通過電壓互感器來測量時[如圖2-19(c)所示],一般都將電壓表裝在配電盤上,表盤上標出測算好了的刻度值,從表盤上可以直接讀取所測量的電壓值。
為了防止電壓表因過載而損壞,可采用二極管來保護。保護二極管的接線方法如圖1-20所示。

圖1-20 表頭的二極管保護示意圖
2.電流表
電流表的內阻很小,使用時應串接在電路中,如圖1-21所示。直流電流表使用時還須注意電流的正負極性,避免接錯。
(1)直流電流表的接線方法
接線前要搞清電流表極性。通常,直流電表流的接線柱旁邊標有“+”和“-”兩個符號,“+”接線柱接直流電路的正極,“-”接線柱接直流電路的負極。接線方法如圖1-21(a)所示。

圖1-21 電流表的接線方法
分流器在電路中與負載串聯,使通過電流表的電流只是負載電流的一部分,而大部分電流則從分流器中通過。這樣,就擴大了電流表的測量范圍(接線如圖1-22所示)。如果分流器與電流表之間的距離超過了所附定值導線的長度,則可用不同截面積和不同長度的導線代替,但導線電阻應在0.035Ω±0.002Ω以內。

圖1-22 附有分流器的直流電流表接線圖
(2)交流電流表的接線方法
交流電流表一般采用電磁式儀表,其測量機構與磁電式的直流電流表不同,它本身的量程比直流電流表大。在電力系統中常用的1T1-A型電磁式交流電流表,其量程最大為200A。在這一量程內,電流表可以直接串聯于負載電路中,接線方法如圖1-21(b)所示。
電磁式電流表采用電流互感器來擴大量程,其接線方法如圖1-23所示。多量程電磁式電流表通常將固定線圈繞組分段,再利用各段繞組串聯或并聯來改變電流的量程,如圖1-24所示。

圖1-23 交流電流表經電流互感器接線圖

圖1-24 雙量程電磁式電流表改變量程接線圖
3.電能表
(1)電能表原理接線圖
電能表是專門用來測量電能的,是一種能將電能累計起來的積算式儀表。根據工作原理,電能表可分為感應式電能表、磁電式電能表、電子式電能表等,其原理接線圖如圖1-25所示。感應式交流電能表廣泛應用于各種電能計量場所,是使用最多的電氣儀表。

圖1-25 電能表原理接線圖
(2)電能表的正確使用方法
①單相電能的測量。單相電能的測量應使用單相電能表,其接線如圖1-26所示。正確的接法是:電源的火線從電能表的1號端子進入電流線圈,從2號端子引出接負載;零線從3號端子進入,從4號端子引出。

圖1-26 DD型單相電能表測量電能的接線
②三相電能的測量。三相三線有功電能表的接線有直接接入和間接接入兩種,其接線如圖1-27所示。

圖1-27 三相三線有功電能表的接線
三相有功電能的測量,可根據負荷情況使用不同的電能表,當三相負荷平衡時,可使用三相三線表;當三相負荷不平衡時,應使用三相四線表。三相四線有功電能表的接線也有直接接入和間接接入兩種,如圖1-28所示。

圖1-28 三相四線有功電能表測量三相有功電能的接線
直接接入式三相電能表計量的電能,可直接從其計度器的窗口上兩次讀數然后相減算出。采用間接接入式三相電能表計量電能時,其實際計量的電能數,應是兩次查表讀數的差乘以電流互感器和電壓互感器的比率后所得的數值。
(二)感應式儀表和流比計
1.感應式儀表
(1)結構和工作原理
感應式儀表的測量機構主要由兩個部分組成:一個是固定的電磁鐵;另一個是活動的鋁質圓盤。當電磁鐵的線圈中有交流電流通過時,它所產生的交變磁場將穿過鋁盤并在鋁盤上產生感應電流(渦流),這個電流與交變磁場相互作用而產生轉動力矩,使鋁盤轉動。如圖1-29所示是一個感應式單相電能表的結構圖。通過計數裝置積累鋁盤的轉數可指示負載所消耗的電能。

圖1-29 感應式單相電能表結構
(2)使用特點
感應式儀表在使用上有如下特點:①只能用于頻率一定的交流電路;②準確度較低,最高為1.5級;③轉動力矩大;④過載能力強;⑤受外磁場影響小;⑥一般用作電能表,并應在額定電壓下使用,否則要產生附加誤差。
2.流比計
(1)結構和工作原理
流比計也叫比率計,它的結構如圖1-30所示。在同一根轉軸上裝有兩個交叉線圈,兩線圈分別通以電流I1及I2,置于不均勻分布的磁場中。磁場由永久磁鐵(磁電式)或固定線圈勵磁(電動式)產生,因鐵芯結構特殊,形成周向不均勻分布的磁場。兩線圈所受的作用力矩相反,平衡時指針偏轉角取決于兩個線圈中的電流比I1/I2。測量機構無反作用彈簧,指針無定位位置。

圖1-30 流比計結構
(2)使用特點
流比計在使用上有如下特點:①具有磁電式或電動式儀表的特點;②因采用I1/I2的比值測量,當電源電壓、頻率波動時,不會影響儀表測量結果;③刻度不均勻;④可以構成絕緣電阻表、相位表、頻率表等儀表;⑤過載能力差,不能承受振動。
(三)電動式儀表和磁電式儀表
1.電動式儀表
電動式儀表分為無鐵電動式和鐵磁電動式兩種。
(1)無鐵電動式
①結構和工作原理。無鐵電動式儀表的結構如圖1-31所示。圖1-31(a)所示的無鐵電動式儀表由一個固定線圈3和一個活動線圈4所組成。固定線圈一般用較粗的導線繞成兩組,它們可以按串聯也可以按并聯的方式連接;活動線圈的轉軸上裝有指針1、游絲2和空氣阻尼器5等。

圖1-31 無鐵電動式儀表結構
1—指針;2—游絲;3—固定線圈;4—活動線圈;5—空氣阻尼器;6—鏡子
無鐵電動式儀表的工作原理:當電流I1通過固定線圈時,線圈內部產生與電流I1成正比的磁場,這個磁場與通有電流I2的活動線圈相互作用而產生電磁力矩(即轉動力矩),如圖1-32所示。電磁力矩使活動線圈偏轉,游絲也隨轉軸而扭轉變形,因此產生反作用力矩。當轉動力矩與反作用力矩相平衡時,指針停止轉動。指針的偏轉角與I1和I2的乘積成正比。測量交流電時,偏轉角θ與I1I2cosφ成正比,φ是I1和I2的相位差。
如圖1-31(b)所示的無鐵電動式儀表的工作原理與圖1-31(a)所示的基本相同,所不同的是,這種儀表活動線圈的偏轉角度是通過鏡子6反射到標度尺上的。
②使用特點。無鐵電動式儀表在使用上有如下特點:交直流兩用;在交流電表中準確度最高;靈敏度最低,儀表消耗功率最大,對被測電路影響最大;刻度不均勻;過載能力差,不能承受振動;受外磁場影響大;可用來測量正弦及非正弦交流電量的有效值及交直流負載的功率。
(2)鐵磁電動式
①結構和工作原理。為了使電動式儀表的測量機構具有較強的磁場,在固定線圈和活動線圈中各增加一個鐵芯,即成為鐵磁電動式儀表,如圖1-33所示。由于磁場得到加強,它的轉動力矩增大很多,同時受外界磁場的干擾也相應減小。但由于鐵磁物質受磁滯和渦流的影響,儀表的誤差顯著增加,因此它的準確度低于無鐵電動式儀表。

圖1-32 無鐵電動式儀表原理

圖1-33 鐵磁電動式儀表結構
②使用特點。鐵磁電動式儀表在使用上有如下特點:交直流兩用;準確度較低,為1.0級及1.5級;刻度不均勻;轉動力矩較大,受外磁場影響小;較其他型式儀表耐振動;可做成廣角度儀表。
2.磁電式儀表
(1)結構
磁電式儀表也叫動圈式儀表,其結構如圖1-34所示。

圖1-34 磁電式儀表結構
1—指針;2—活動線圈;3—馬蹄形磁鐵;4,8—游絲;5—轉軸;6—極靴;7—圓柱形鐵芯;9—零位調節器
①固定部分。固定部分主要是一塊磁性很強的馬蹄形磁鐵3,它的極靴6是圓弧形的。在兩個磁極的中間裝著一個用軟磁材料制成的圓柱形鐵芯7。由于鐵芯的磁導率很高,鐵芯和極靴之間的空氣隙很小,所以永久磁鐵的磁力線幾乎全部通過鐵芯,而且很均勻地分布在空氣隙中。
②可動部分。可動部分是繞在鋁框上的活動線圈2,它和轉軸5連接在一起。轉軸支承在軸承上,使線圈能圍繞著鐵芯7在空氣隙中來回轉動。在轉軸上還裝著一對游絲(螺旋形彈簧)4和8。指針1、游絲8和零位調節器9相連。線圈兩端分別與兩個游絲連接。被測電流I從一個游絲進入活動線圈,再從另一個游絲出來。
(2)工作原理
當電流通過磁電式儀表的活動線圈時,載流的活動線圈在永久磁鐵的磁場中受到力矩的作用,圍繞轉軸轉動。力矩的方向可根據左手定則確定,如圖1-35所示。這個使線圈轉動的力矩叫做轉動力矩。當線圈轉動時,游絲被扭轉變形,因而產生了反作用力矩。反作用力矩與線圈偏轉角度的大小成正比。當轉動力矩等于反作用力矩時,線圈處于力矩平衡狀態而停止轉動,與線圈固定連接的指針就在刻度盤上指出一定的數值。

圖1-35 磁電式儀表原理
由此可見,游絲有兩個作用:第一,接通進入線圈的電流;第二,當線圈偏轉時產生反作用力矩,使線圈停留在平衡位置。
在磁電式測量儀表中,流入線圈的電流越大,線圈所受到的轉動力矩越大,線圈偏轉的角度(也就是指針偏轉的角度)也越大。指針的偏轉角大小與電流大小成正比,因此,磁鐵式儀表的標度尺刻度是均勻的。
當電流通過線圈時,可動部分(包括指針)就發生偏轉。但是由于可動部分的慣性和游絲彈性的作用,指針并不立刻停止在平衡位置,而要來回擺動,經過一段時間才能靜止下來。為了縮短讀數時間,可在儀表的可動部分裝阻尼器,以阻止指針的擺動。磁電式儀表利用繞制線圈的鋁框來產生阻尼作用,不需要另裝專門的阻尼器。當線圈偏轉時,鋁框切割永久磁鐵的磁力線,在鋁框中就會產生感應電動勢。由于鋁框本身是一個電阻很小的閉合電路,所以在鋁框中產生感應電流,并與磁場相作用而產生力矩。根據左手定則可以確定,這個力矩的方向與鋁框的轉動方向相反,因此能阻止線圈繼續偏轉,使它很快靜止下來。這種力矩稱為阻尼力矩。阻尼力矩只有在鋁框轉動時才存在,鋁框靜止后,阻尼力矩就不存在了。
當線圈中不通過電流時,指針應該指在零位上。如果指針不指零位,可以旋轉零位調節器的螺釘,調節游絲的松緊程度使指針指零位。調零螺釘可以在儀表的外殼上找到。
(3)使用特點
磁電式儀表在使用上有如下特點:①只能測量直流電;②靈敏度及準確度較高;③儀表消耗功率小,對被測電路影響小;④刻度均勻;⑤過載能力差,不能承受振動;⑥受外磁場影響小。
(四)數字式多用表和兆歐表
1.數字式多用表
數字式多用表與普通的指針式多用表相比,不但能測量電壓、電流、電阻,還能測量信號頻率、電容容量,并具有自動校零、自動顯示極性、過載指示、讀數保持等功能。下面以常用的DT-830型數字式多用表為例,介紹其基本結構、使用方法及注意事項。
(1)基本結構
DT-830型數字式多用表電路結構如圖1-36所示。DT-830型數字式多用表主要由3位半數字電壓表、測量電路、量程選擇開關等3大部分組成,面板功能如圖1-37所示。其中,數字電壓表采用大規模集成電路7106雙積分A/D轉換器,液晶顯示采用大字號LCD或(LED)顯示器;測量電路通過AC/DC轉換器、I/U轉換器、R/U轉換器,將各種被測量和電參量轉換為毫伏級的直流電壓,送至A/D轉換器,供數字電壓表處理和顯示用;量程選擇開關置于不同的位置,可組成具有不同測量功能的電路。

圖1-36 DT-830型數字式多用表電路結構

圖1-37 DT-830型數字式多用表面板功能示意
(2)使用方法
①測試表筆插孔位置選擇。將黑表筆插入“COM”口,紅表筆根據被測量的參數不同插入對應插口。“V·Ω”插口用于測量電壓、電阻;“mA”口用于測量200μA~200mA各擋電流;“10A”口用于測10A以內的電源。
②選擇合適的擋位開關。根據被測量不同將選擇開關置于不同位置:第一,測量直流電壓,將其旋至“DCV”擋;第二,測量交流電壓,將其旋至“ACV”擋;第三,測量直流電流,將其旋至“DCA”擋;第四,測量交流電流,將其旋至“ACA”擋;第五,測量電阻,將其旋至“Ω”擋;第六,測量線路通斷,將其旋至蜂鳴器擋;第七,測量二極管,將其旋至二極管擋;第八,測量晶體管hFE,選擇“PNP”或“NPN”擋位。
③接通電源開關,將電源開關置于“ON”位置,有屏顯表明接通電源。
(3)注意事項
①嚴禁在測量較高電壓或較高電流時轉動選擇開關。
②嚴禁帶電測量電阻。
③當電表出現欠電壓指示后,應及時更換電池。
④用高阻擋測量電阻時,應防止人體電阻并入待測電阻,使測量誤差增大。
2.絕緣電阻表
(1)絕緣電阻表也稱兆歐表。兆歐表的結構及其原理電路
在電機、電器和供用電線路中,絕緣材料的好壞對電氣設備的正常運行和安全用電有著重大影響,而絕緣電阻是絕緣材料性能的重要標志。絕緣電阻是用兆歐表來測量的,它是一種簡便的測量大電阻的指示儀表,其標度尺的單位是兆歐,用MΩ來表示,1MΩ=1000000Ω。兆歐表又稱“搖表”,其外形如圖1-38所示,其原理電路如圖1-39所示。

圖1-38 兆歐表外形

圖1-39 兆歐表的原理電路
RC,RU—附加電阻;1,2—動圈;RX—待測絕緣電阻
選用兆歐表的額定電壓應與被測線路或設備的工作電壓相對應,兆歐表電壓過低會造成測量結果不準確,過高則可能擊穿絕緣。兆歐表額定電壓的選擇見表1-5。另外,兆歐表的量程也不要超過被測絕緣電阻值太多,以免引起測量誤差。
表1-5 兆歐表額定電壓的選擇

(2)兆歐表的正確使用方法
①在測量前必須切斷被測設備的電源,并接地短路放電,確實證明設備上無人工作后方可進行。被測物表面應擦拭干凈,有可能感應出高電壓的設備,應做好安全措施。
②兆歐表在測量前的準備:兆歐表應放置在平穩的地方,接線端開路,搖發電機至額定轉速,指針應指在“∞”位置;然后將“線路”“接地”兩端短接,緩慢搖動發電機,指針應指在“0”位。
③做一般測量時只用“線路”和“接地”兩個接線端,在被試物表面泄漏嚴重時應使用“屏蔽”端,以排除漏電影響。接線不能用雙股絞線。
④兆歐表上有分別標有“接地(E)”“線路(L)”和“保護環(G)”的三個端鈕。測量線路對地的絕緣電阻時,將被測線路接于L端鈕上,E端鈕與地線相接[如圖1-40(a)所示]。
⑤測量完后,在兆歐表沒有停止轉動和被測設備沒有放電之前,不要用手去觸及被測設備的測量部分或拆除導線,以防電擊。對電容量較大的設備進行測量后,應先將被測設備對地短路后,再停搖發電機手柄,以防止電容放電而損壞兆歐表。

圖1-40 用兆歐表測量絕緣電阻的接線
測量電動機定子繞組與機殼間的絕緣電阻時,將定子繞組接在L端鈕上,機殼與E端鈕連接[如圖1-40(b)所示]。測量電纜芯線對電纜絕緣保護層的絕緣電阻時,將L端鈕與電纜芯線連接,E端鈕與電纜絕緣保護層外表面連接,將電纜內層絕緣層表面接于保護環端鈕G上[如圖1-40(c)所示]。
保護環G的作用如圖1-41所示。其中圖1-41(a)所示為未使用保護環,兩層絕緣表面的泄漏電流也流入線圈,使讀數產生誤差。圖1-41(b)所示為使用保護環后,絕緣表面的泄漏電流不經過線圈而直接回到發電機。

圖1-41 保護環的作用
(五)鉗形表和萬用電橋
1.鉗形表
(1)鉗形表的結構
鉗形表是由電流互感器和整流系電流表組成的,其外形和結構如圖1-42所示。電流互感器的鐵芯在捏緊扳手時即張開,如圖1-42(a)所示中的虛線位置,使被測電流通過的導線不必切斷就可進入鐵芯的窗口,然后放松扳手,使鐵芯閉合。這樣,通過電流的導線相當于互感器的初級繞組,而次級繞組中將出現感應電流,與次級相連接的整流系電流表便指示出被測電流的數值。

圖1-42 鉗形電流表
(2)鉗形表的使用
鉗形表使用方便,但準確度較低,通常只用在不便于拆線或不能切斷電路的情況下進行測量。
①先估計被測電流大小,將轉換開關置于適當量程;或先將開關置于最高擋,根據讀數大小逐次向低擋切換,使讀數超過刻度的1/2,得到較準確的讀數。
②測量低壓可熔保險器或低壓母線電流時,測量前應將鄰近各相用絕緣板隔離,以防鉗口張開時可能引起相間短路。
③有些型號的鉗形電流表附有交流電壓量限,測量電流、電壓時應分別進行,不能同時測量。
④測量5A以下電流時,為獲得較為準確的讀數,若條件許可,可將導線多繞幾圈放進鉗口測量,此時實際電流值為鉗形表的示值除以所繞導線圈數。
⑤測量時應戴絕緣手套,站在絕緣墊上。讀數時要注意安全,切勿觸及其他帶電部分。
⑥鉗形電流表應保存在干燥的室內,鉗口處應保持清潔,使用前應擦拭干凈。
(3)常用鉗形表主要技術數據
常用鉗形表主要技術數據見表1-6。
表1-6 常用鉗形表主要技術數據

2.萬用電橋
電橋分直流電橋和交流電橋兩大類。直流電橋主要用來測量電阻,交流電橋主要用來測量電容、電感等元件的參數。具備測量電阻、電感、電容功能的電橋,稱為萬用電橋。用電橋法在低頻(如千赫茲)情況下測元件的參數,測量的準確度將遠遠高于伏安法和萬用表法。下面以QS18A型萬有電橋為例,介紹其基本結構及使用方法。

圖1-43 QS18A型萬用電橋的基本結構
(1)基本結構
QS18A型萬用電橋的基本結構如圖1-43所示,主要由橋體、1kHz晶體管振蕩器和晶體管檢流計3部分組成。
電橋面板如圖1-44所示。面橋說明如下。

圖1-44 QS18A型萬用電橋面板
“外-內kHz”開關——用來選擇內部或外部電源。
外接插孔——用來外接音頻電源。
量程選擇開關——根據面板所指量程進行選擇。
被測接線柱——用來連接被測元件。
測量選擇開關——用來選擇元件測試內容及作電源開關用。
損耗微調——用來微調平衡時的損耗,通常放在“0”位。
損耗倍率開關——在測電容時旋至“D×1”或“D×0.1”擋,測電感時旋至“Q×1”擋。
損耗平衡——用來指示被測電容、電感的損耗讀數。
靈敏度——旋鈕用以控制電橋放大器的增益。
讀數——旋鈕可粗調/細調電橋的平衡狀態。
(2)使用方法
①測電阻操作步驟:第一步,估計被測電阻大小,將量程開關置于合適位置。如被測電阻在10Ω以內,應將量程開關置于“10Ω”位置;測量選擇開關置于“R≤10”位置。第二步,調節讀數旋鈕,使電橋平衡,則被測電阻值為:Rx=“量程”開關指示值ד讀數”指示值。
②測電容操作步驟:第一步,估計被測電容量大小,將量程開關置于合適位置。如被測電容為4.7μF,應將量程選擇開關置于“10μF”擋;測量選擇開關置于“C”位置;損耗倍率開關置于“D×0.1”擋。第二步,反復調節“讀數”和“損耗平衡”旋鈕,直到電表指零,可逐漸增大“靈敏度”使電橋平衡,則被測電容量及損耗因數分別為:
Cx=“量程”開關指示值ד讀數”指示值
Dx=損耗倍率指示值ד損耗平衡”指示值
③測電感操作步驟:第一步,估計被測電感量大小,將量程開關置于合適位置;將測量選擇開關置于“L”位置;損耗倍率開關置于“Q×1”擋。第二步,反復調節“讀數”和“損耗平衡”旋鈕,直到電表指零,電橋平衡,則被測電感量及品質因數分別為:
Lx=“量程”開關指示值ד讀數”指示值
Qx=損耗倍率指示值ד損耗平衡”指示值
(六)接地搖表
在施工現場,眾多接地體的電阻值是否符合安全規范要求,可使用接地電阻測試儀來測量。接地電阻測試儀(又稱接地搖表)除用于測量接地電阻值和低阻導體電阻值之外,還可以測量土壤電阻率。
(1)接地搖表的結構原理
目前國產常用的接地搖表為ZC-8型和ZC-29型,見表1-7。它們具有體積小、重量輕、便于攜帶、使用方便等特點。接地電阻測試儀的工作原理如圖1-45所示。
表1-7 常見接地電阻測試儀型號


圖1-45 接地電阻測試儀工作原理
接地搖表由手搖發電機、檢流計、電流互感器和滑線變阻器等構成。當手搖發電機轉動時,便產生交流電動勢,交流電流從發電機的一個極開始,經由電流互感器一次繞組、接地極、大地和探測針后回到發電機的另一個極構成回路。此時電流互感器便感應出電流,使檢流計指針偏轉并指示被測電阻值。
(2)接地搖表的正確使用方法
①測量前的準備。測量前,應將接地裝置的接地引下線與所有電氣設備斷開,同時按測量接地電阻或低阻導體電阻以及測量土壤電阻率不同的使用目的,對照有關儀表的使用說明正確接線。
②測量。測量時,應先將儀表放在水平位置,檢查檢流計指針是否對在中心線上(如不在中心線上,應調整到中心線上),然后將“倍率標度”放在最大倍數上,慢慢轉動發電機搖把,同時旋轉“測量標度盤”,使檢流計指針平衡。當指針接近中心線時,加大搖把轉速,達到120r/min后,再調整測量標度盤,使指針指于中心線上,此時用測量標度盤的讀數乘以倍率標度的倍數即得所測的接地電阻值。