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第 14章 电工测量
14.4 电压的测量
14.1 电工测量仪表的分类
14.2 电工测量仪表的型式
14.3 电流的测量
14.6 功率的测量
14.7 兆欧表
14.5 万用表
14.8 用电桥测量电阻、电容与电感
14.9 非电量的电测法
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本章要求：
1,了解常用电工测量仪表的结构和工作原理。
2,掌握常用电工测量仪表的使用方法。
3,了解电桥测量电阻、电容和电感的方法。
4,了解常用非电量的电测法。
第 14章 电工测量
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电路中的各个物理量（如电压、电流、功率、
电能及电路参数等）的大小，除用分析与计算的方
法外，常用电工测量仪表去测量。
电工测量技术的应用主要有以下优点：
第 14章 电工测量
1.电工测量仪表的结构简单，使用方便，并有
足够的精确度。
2.电工测量仪表可以灵活地安装在需要进行测
量的地方，并可实现自动记录。
3.电工测量仪表可实现远距离的测量问题。
4.能利用电工测量的方法对非电量进行测量。
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14.1 电工测量仪表的分类
1.按照被测量的种类分类
次 序 被测量的种类 仪表名称 符 号
电流表
毫安表
电压表
千伏表
功率表
千瓦表
电度表
相位表
频率表
欧姆表
兆欧表
1 电 流
2 电 压
3 电功率
4 电 能
5 相位差
6 频 率
7 电 阻
A
mA
V
kV
W
kW
f
?
?
M?
kWh
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2.按照工作原理分类
型 式 符 号 被测量的种类
磁电式
整流式
电磁式
电动式
电流的种类与频率
电流、电压、
电阻
电流、电压
电流、电压
电流、电压、电
功率、功率因数、
电能量
直 流
工频和较高频率的交
流
直流和工频交流
直流及工频与较高频
率的交流
3,按照电流的种类分类（见上表）
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4.按照准确度分类
100%
m
???
A
A?
最大基本误差
仪表的最大量程（ 满标值 ）
目前我国直读式电工测量仪表 按照准确度 分为
0.1,0.2,0.5,1.0,1.5,2.5,5.0七级 。
准确度是电工测量仪表的主要特性之一。
准确度较高 （ 0.1,0.2,0.5） 的仪表常用来进行
精密测量或校正其他仪表。
相对额定误差
准确度是电工测量仪表的主要特性之一。 仪表的
准确度是根据仪表的相对额定误差来分级的。
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例：一准确度为 2.5级的电压表，其最大量程为 50V，
1, 2 5 V502, 5 % ???????? mUγU
正常情况下,可认为最大基本误差是不变的,所
以被测量值比满标值愈小，则相对测量误差就愈大。
如用上述电压表来测量实际值为 10V的电压时，
相对误差为
1 2,5 %100%101,2 510 ?????γ
测量实际值为 40V的电压时，相对误差为
3,1 %1 0 0 %401,2 540 ?????γ
在选用仪表
的量程时，一
般应使被测量
的值超过仪表
满标值的一半
以上。
则 可能产生的最大基本误差为
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电工测量仪表上的几种符号
符 号 意 义
~
~
3 ~ 或 ~
2 kV
? 或 ?
?或 ?
~
直 流
交 流
交直流
三相交流
仪表绝缘试验电压 2000V
仪表直立放置
仪表水平放置
仪表倾斜 60° 度放置?60 °
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14.2 电工测量仪表的型式
直读式仪表测量各种电量的基本原理
利用仪表中通入电流后产生电磁作用，使可动部分
受到转矩而发生转动。转动转矩与通入的电流之间有
T = f ( I )
1）产生转动转矩 T 的部分
使仪表可动部分受到转矩而发生转动。
3）阻尼器
能产生制动力（阻尼力）的装置，使仪表可动部
分能迅速静止在平衡位置。
直读式仪表的基本组成部分
2）产生阻转矩 TC 的部分
当阻转矩 TC等于转动转矩 T 时，仪表可动部分
平衡在一定的位置。
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14.2 电工测量仪表的型式
14.2.1 磁电式仪表
1,结构
螺旋弹簧
I
I
N S指针
永久磁铁
圆柱形
铁心
O'
O
线圈
(1) 固定部分
马蹄形永久磁
铁、极掌 NS及圆
柱形铁心等。
(2) 可动部分
铝框及线圈，两
根半轴 O和 O?，螺
旋弹簧及指针。
极掌与铁心之间的空气隙的长度是均匀的，其中
产生均匀的辐射方向的磁场。
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2,工作原理
(1) 转动转矩 T 的产生
(2) 阻转矩 TC的产生
在线圈和指针转动时，螺旋
弹簧被扭紧而产生阻转矩 TC。
线圈通入电流 I ?电磁力 F
线圈受到的转矩 T = k1I
F
SN
F
F ?线圈受到转矩 T ?
线圈和指针转动，
弹簧的 TC与指针的偏转角 ?成正比，
即 TC= k2?
当弹簧的阻转矩 T与线圈受到的转矩 TC达到平
衡时，可动部分停止转动，此时有
T = TC
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当弹簧阻转矩与转动转矩达到平衡即 TC= T 时，
可转动部分便停止转动,T = k1I, TC= k2?。
kII
k
kα ??
2
1
仪表的标度尺上作均匀刻度。
3,阻尼作用的产生
当线圈通入电流而发生偏转时，铝框切割磁通，
在框内感应出电流，其电流再与磁场作用，产生与
转动方向相反的制动力，于是可转动部分受到阻尼
作用，快速停止在平衡位置。
即指针的偏转角
结论, 指针偏转的角度与流经线圈的电流成正比。
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4.用途
5.优点：
刻度均匀；灵敏度和准确度高；阻尼强；消耗
电能量小；受外界磁场影响小。
缺点：
只能测量直流；价格较高；不能承受较大过载。
测量直流电压、直流电流及电阻。
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14.2.2 电磁式仪表
1,结构
主要部分是固定的圆形线圈、线圈内部有固
定的铁片、固定在转轴上的可动铁片。
圆形线圈
小室
3
推斥式电磁式仪表
固定铁片
可动铁片
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2,工作原理
仪表的转动转矩 T = k I 2
弹簧的阻转矩 TC = k2?
弹簧的阻转矩 TC与指针的偏转角 ? 成正比，即
当 T = TC 时，可动部分停止转动，
即指针的偏转角
22
2
1 kII
k
k ???
结论, 指针偏转的角度与直流电流或交流电流
有效值的平方成正比。
线圈通入电流 I ?磁场 ?固定和可动铁片均被磁
化 (同一端的极性是相同的 )?可动片因受斥力而带
动指针转动，
交流为
有效值
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因指针的偏转角度与直流电流或交流有效值平方
成正比，所以 仪表标度尺上的刻度是不均匀的。
与轴相联的活塞在小室中移动产生阻尼力 ??
空气阻尼器。
3,用途
4,优点：
构造简单；价格低廉；可用于交直流；能测量
较大的电流；允许较大的过载。
缺点：
刻度不均匀；易受外界磁场及铁片中磁滞和涡
流（测量交流时）的影响，因此准确度不高 。
测量交流电压、交流电流。
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14.2.3 电动式仪表
1,结构
有两个线圈：固定线圈和可动线圈。可动线圈
与指针及空气阻尼器的活塞都固定在轴上。
螺旋弹簧
固定线圈
可动线圈
空气阻尼器
产生阻尼力
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2,工作原理
F
F
可动线圈
固定线圈
固定线圈中的电流 I1 ( i1 ) ? 磁场
可动线圈中的电流 I2 ( i2 )与磁场相互作用 ?电磁
力 F 线圈受到转矩 T ?线圈和指针转动，
仪表的转动转矩
通入直流时,T=k1I1I2
通入交流时，
T=k1I1I2cos?
i1和 i2的
有效值
i1和 i2之间
的相位差
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弹簧的阻转矩 TC = k2?
弹簧的阻转矩 TC与指针的偏转角 ? 成正比，即
当 T = TC 时，可动部分停止转动，
即指针的偏转角
结论, 指针偏转的角度与两个电流
(对交流为有效值 )的乘积成正比。
仪表的转动转矩 通入直流时,T=k1I1I2
通入交流时,T=k1I1I2cos?
? = kI1I2 （ 直流 ）
? = kI1I2 cos?（ 交流 ）
i1和 i2之间
的相位差
4,优点,可用于交直流；准确度较高。
缺点,受外界磁场影响大； 不能承受较大过载。
3,用途 测量交直流电压、电流及功率。
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14.3 电流的测量
电流表的内阻要很小。
测量直流电流通常用磁电式电流表，
若要扩大电流表的量程，可在测量机构上并联一
个分流电阻 RA 。
电流表应串联在电路中，
I
负
载
A I
负
载RA
R0 I0
I
RR
RI
A0
0
0 ??
式中,R0 —— 测量机构的电阻
RA—— 分流器的电阻
，测量交流
电流通常用电磁式电流表。
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I
RR
RI
A0
A
0 ??
由
1
0
0
A
?
?
I
I
R
R可得,分流电阻
可知,需扩大的量程愈大，则分流电阻应愈小。
例, 有一磁电式电流表，当无分流器时，表头的满
标值电流为 5mA，表头电阻为 20 ?。今欲使其量程
（满标值）为 1A，问分流器的电阻应为多大？
1
,
0
0
A
?
?
I
I
R
R解 0,10 05 Ω
1
0,00 5
1
20
?
?
?
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14.4 电压的测量
表的内阻要很高。
测量直流电压通常用磁电式电压表，
若要扩大电压表的量程，可在测量机构上串联
一个倍压电阻 RV 。
电压表应并联在被测电路两端，
0
V0
0 R
RR
U
U ??
式中,R0 —— 测量机构的电阻
RV —— 倍压器的电阻
U 负载V
+
–
U 负载
+
–
R0
RV
+
–U0
，测量交流电
流通常用电磁式电压表。
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0
V0
0 R
RR
U
U ??由
1)(
0
0V ?? U
URR可得，串联电阻
可知,需扩大的量程愈大，则串联电阻应愈大。
例, 有一电压表，其量程为 50V，内阻为 2000 ?。
今欲使其量程扩大到 300V，问还需串联多大电阻
的倍压器？
1)(,
0
0V ?? U
URR解 1 0 k Ω1)
50
3 0 0(2 0 0 0 ????
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14.5.1 磁电式万用表
用来测量直流电流、直流电压、交流电压和电阻等
1.直流电流的测量
测量直流电流的原理电路
RA1
R
RA2 RA3 RA4 RA5
500mA
50mA 5mA 0.5mA
50?A
?A +-
+-
RA1~ RA5是分流器电
阻，改变转换开关的
位置，就改变了分流
器的电阻，从而改变
了电流的量程。量程
愈大，分流器电阻愈
小。
14.5 万用表
直流调整
电位器
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14.5 万用表
14.5.1磁电式万用表
用来测量直流电流、直流电压、交流电压和电阻等
2,直流电压的测量
RV1~ RV3构成倍压器
电阻，改变转换开关
的位置，就改变了倍
压器的电阻，从而改
变了电压的量程。量
程愈大，倍压器电阻
愈大。 测量直流电压的原理电路
RA
R
RV2RV1 RV3
25V5V
1V
?A+-
+-
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3.交流电压的测量
磁电式仪表只能测
量直流，如果要测量
交流，需加整流元件，
如图中 D1和 D2。
测量交流电压的原理电路
R
100V
?A+ -
+-
10V
D1 D2
R?V1 R?V2
600?
正半周时,电流流经
D1和部分电流流经微
安表流出。
负半周时,电流直接流经 D2从,+”端流出。
可见，通过微安表的是半波电流，读数应为该电流的
平均值。
可见，通过微安表的是半波电流，读数应为该电流的
为此，加一交流调整电位器（图中 600?），
用来改变表盘刻度； 指示读数被折换为正弦电压有效
值。
可见,通过微安表的是半波电流，读数应为该电流的
为此，加一交流调整电位器（图中
用来改变表盘刻度； 指示读数被折换为正弦电压有效
普通万用表只适合测量频率为 45~1000Hz的电压。
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4,电阻的测量
测量电阻时，需接
入电池，被测电阻愈
小，电流愈大，则指
针偏转的角度愈大。
测量电阻的原理电路
R ?A+ -
- +
1.7k?
- +1.5V
?10
?100
（调零）
注意,
(1) 测量前应先将,+”、
,-”两端短接，看指
针是否指在零，否则
应调节调零电位器
（图中 1.7k?电阻）
进行校正。
(2) 绝对不能在带电线路
上测量电阻。用毕应将转
换开关转到高电压档。
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MF-30型万用表的面板图
14.5 万用表
零欧姆
调整
机械零
位调整
4
15
A-V-Ω
– +500
10 100 500
25
5
1
× 10k× 1k
× 100× 10
× 1
50
5
50
500
500
100
V
Ω
μA
mA
V～
转换开关
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14.5.2数字式万用表
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今以 DT-830型数字万用表为例来说明它的测量
范围和使用方法。
1,测量范围
（ 1）直流电压分为五档,
200mV,2V,20V,200V,1000V。
（ 2）交流电压分为五档,
200mV,2V,20V,200V,750V。
（ 3）直流电流分为五档,
200?V,2 mA,20mA,200mA,10A。
（ 4）交流电流分为五档,
200?V,2 mA,20mA,200mA,10A。
（ 5）电阻分为六档,
200?,2k ?,20k ?,200k?,2M?,20M ?
14.5.2数字式万用表
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DT-830型万用表的面板图
POWER
OFF ON B
E
C
hFE 晶体管
插孔
显示器
电源开关
转换开关
输入
插座
hFE
D
C
A
V
A
C
A
CA
D
C
V
Ω
10A mA COM V·Ω
2.面板说明
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(2)电源开关,使用时将开关置于,ON”位置；使用完
毕置于,OFF”位置。
(3)转换开关,用以选择功能和量程。根据被测的电量
(电压、电流、电阻等 )选择相应的功能位；按被测量
程的大小性选择合适的量程。
(4)输入插座,将黑色测试笔插入,COM”的插座。红
色测试笔有如下三种插法，测量电压和电阻时插入
,V??”插座；测量小于 200mA的电流时插入,mA”
插座；测量大于 200mA的电流时插入,10A”插座。
(1) 显示器,显示四位数字，最高位只能显示 1或不显
示数字，算半位，故称三位半（ ）。最大指示为
1999或 -1999。当被测量超过最大指示值时，显示,1”
或,-1”。
2
13
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14.6 功率的测量
14.6.1 单相交流和直流功率的测量
通常用电动式仪表来测量功率
功率表的接线图
电压线圈
电流线圈
u i
2
i1=i
+
–
*
*
负
载
固定线圈：匝数少，导线粗，
与负载串联，作为电流线圈。
可动线圈：匝数多，导线细，
与负载并联，作为电压线圈。
工作原理：
I2正比 U，且可认为 i2与 u同相
?c o s21 IkIα ?所以,?U I c o sk ?? Pk??
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14.6 功率的测量
14.6.2 三相功率的测量
在三相三线制中，广泛采用两功率表来测量
三相功率。
AZ
iA
W1
W2*
*
*
*
BZCZ
iB
iC
A
B
C 两功率表测量三相功率
工作原理：
三相瞬时功率：
所以，
p = uA iA + uB iB + uC(–iA– iB) iC
= (uA – uC ) iA + ( uB – uC ) iB
= uAC iA + uBC iB
= p1+ p2
p = pA+ pB+ pC
= uA iA + uB iB + uC iC
因为,iA+ iB+ iC= 0
可见，三相功率可用两个功率表来测量。
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? ?? T αIUtiuTP 0 AACAAC1 c o sd1
式中 ?为 uAC和 iA之间的相位差。
AZ
iA
W1
W2*
*
*
*
BZCZ
iB
iC
A
B
C
W1 的读数 为
? ?? T βIUtiuTP 0 BBCBBC2 c o sd1
W2 的读数 为
式中 ?为 uBC和 iB之间的相位差。
两功率表读数之和 为
P = P1+ P2
= UAC IA cos? + UBC IB cos ?
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30o
?
?
当负载对称时，
AU?
CU?
BI?
AI?
CI?
?
?
BU?
ACU?
BCU?
P1 = UAC IA cos?
= Ul Il cos (30o–? )
P2 = UBC IB cos ?
= Ul Il cos (30o+ ? )
由相量图可知，两功率表的读数为
两功率表读数之和为
P = P1+ P2
= Ul Il cos (30o–? )+ Ul Il cos (30o+ ? )
?c o sIU ll3?
可见，采用两表法可测量三相功率。
当 ? < 60o时,P1和 P2 均为正值,P = P1+P2
当 ? > 60o时,P1为正值,P2为负值,P = P1– P2
三相功率应是两个功率
表读数的代数和，其中任
意一个功率表的读数是无
意义的。
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*** *
A
B
C
三相功率表的连接图
实用中，常用一个三相功率表（二元功率表）
代替两个单相功率表来测量功率，
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14.7 兆欧表
兆欧表：用于检查电机、电器及线路的绝缘情况
和测量高值电阻。
1,结构
兆欧表构造示意图
两个线圈固定
在同一轴上且相
互垂直。一个线
圈与电阻 R串联，
另一个线圈与被
测电阻 Rx串联，
两者并联接于直
流电源。
Ω
100
F2
N S U
I2 Rx RI1
+
-
M
F2
I
F1
F1
永
久
磁
铁
线圈
手摇直流
发电机
磁场是不
均匀的
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2,工作原理
在测量时，通过线圈的电流
RR
UI
?? 11 xRR
UI
?? 22
线圈电阻
线圈受到磁场的作用，
产生两个方向相反的转矩，
f1 (?)和 f2 (?)分别为两个线圈所在处的磁感应强
度与偏转角 ?之间的函数关系。
Ω
100
F2
N S U
I2 Rx RI1
+
-
M
F2
I
F1
F1
T1 = k1 I1 f1 (?) T2 = k2 I2 f2 (?)
仪表的可动部分在转矩的作用下发生偏转，直到
两个线圈产生的转矩平衡。
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2,工作原理
当两个线圈产生的转矩平衡时，有 T1 = T2
)(
2
1
I
Ifα ?或
即 k1 I1 f1 (?) = k2 I2 f2 (?)
)()( )( 3
11
22
2
1 αf
αfk
αfk
I
I ??
上式表明，偏转角 ? 与两线圈中电流之比有关，
故称为流比计。
RR
RR
I
I x
?
??
1
2
2
1因 )()()(
1
2
2
1
x
x Rf
RR
RRf
I
Ifα ??
?
???所以
结论,1,偏转角 ?与被测电阻 Rx有一定的函数关
系，所以 ?角可以反映出被测电阻的大小。
2,仪表的 偏转角 ?与电源电压 U无关，所以手摇
发电机转动的快慢不影响读数。
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14.8 用电桥测量电阻, 电容和电感
14.8.1直流电桥
2,工作原理1,电路
E –+
G
IG
最常用的单臂直流电桥 ( 惠斯登电桥）用来测量
约 1?到 0.1M?电阻。
当检流计 G中无电流流过时，
电桥达到平衡。
电桥平衡的条件为 R1 R4 =R2 R3
设 R1= Rx 为被测电阻，则
3
4
2 R
R
RR
x ?
式中
4
2
R
R 称为电桥的比臂，
3R 称为较臂。
测量时，先将比臂调到一定比值，然后再调节较
臂直到电桥平衡为止。
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14.8.2 交流电桥
1,电路
交流电桥用来测量电容和电感。
交流电桥平衡的条件为
G
IG
~
2,工作原理
Z1 Z4 =Z2 Z3
即 |Z1| | Z4 | = |Z2 | | Z3 |
?1+ ?4= ?2+ ?3
为使平衡容易调节，常将两个桥臂设计为纯电阻。
（ 1）当选 Z2和 Z4为纯电阻时，则 Z1和 Z3必须同为
电感性或电容性。
（ 2）当选 Z2和 Z3为纯电阻时，则 Z1和 Z4必须一
个为电感性，而另一个为电容性。
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14.8.2 交流电桥
(1) 电容的测量
G
IG
~
测量电容的电桥电路电桥平衡时，有
2
0
04 )
1j()
1j( R
C
RR
C
R
x
x ?? ???
可得
0
4
2 R
R
RR
x ? 0
2
4 C
C
CC
x ?
被测电容器
无损耗的标
准电容器和
标准电阻
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14.8.2 交流电桥
(2) 电感的测量
电桥平衡时，有
可得
被测电感元件 无损耗的标
准电容器和
标准电阻
测量电感的电桥电路
G
IG
~
)
C
1)( (
0
032 ?? jRLjRRR xx ???
2
00
2
0032
)(1
)(
CRω
CRRRR
x ??
?
2
00
032
)(1 CRω
CRRL
x ??
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14.9 非电量的电测法
非电量的电测法就是将各种非电量（如温度、
压力、速度、位移、应变、流量、液位等）变换
为电量，而后进行测量的方法。
非电量的电测仪器，主要由下列几个主要部分组成
传感器 测量电路 测录装置
(1) 传感器,将被测非电量变换为与其成一定比例
关系的电量。
(2) 测量电路,将传感器输出的电信号进行处理，
使之适合于显示、记录及和微型计算机的联接。
(3) 测录装置,各种电工测量仪表、示波器、自动
记录仪、数据处理器及控制电机等。
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14.9.1 应变电阻传感器 电阻丝
特殊胶水 薄纸片
被测试件
1,金属电阻丝应变片
电阻丝由直径为
0.02~0.04mm 的康铜
或镍铬合金绕成。
2,工作原理
试件发生的应变通过胶层和纸片传给电阻丝，将
电阻丝拉长或缩短，从而改变了它的电阻。就将机
械应变变换为电阻的变化。
电阻丝电阻的相对变化
R
R? 和试件的轴向应变
l
l?
成正比。
l
l
R
Rk ??? 即 k为电阻丝应片的灵敏系数，其值约为 2。
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交流电桥测量电路
– +
0U?–
+
U?
输出电压
URRRR RRRRU ?? ??? ?? ))((
4321
3241
0
设测量前电桥平衡，即
R1 R4 =R2 R3
应变电阻
测量时应变电阻变化了 ?R1，则
URRRRR RRRRRRU ?? ????? ???? ))((
43211
324141
0
如选 R1= R2,R3= R4，并忽略分母中的 ?R1，则有
URRU ?? 10 41 ???
常用电桥电路（大多采用不平衡电桥），把电阻
的相对变化转换为电压或电流变化。
00 ?U?
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14.9.2 电感传感器
电感传感器能将非电量的变化变换为线圈电感
的变化，再由测量电路转换为电压或电流信号。
线圈
铁心 衔铁
L2
L1
r
r
1,差动电感传感器
两只线圈完全相同，
且上下对称排列。
当衔铁在中间位置时，
两线圈的电感相同，
当衔铁在中间位置时，
两线圈的电感相同，当
衔铁受非电量的作用上
下移动时，两个线圈的
电感一增一减，发生变
化，此即为差动。
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衔铁处于中间位置，
电桥平衡，输出电压
0?0U?
电感传感器常用来测
量压力、位移、液位、
表面光洁度等。
2,工作原理
当衔铁偏离中间位置上
下移动时，电桥不平衡，
输出电压的大小与衔铁位
移的大小成正比，其相位
与衔铁移动的方向有关。
交流电桥测量电路
– +
0U?–
+
U?
线圈 标准
电
阻
线圈
铁心 衔铁
L2
L1
r
r
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14.9.3 电容传感器
电容传感器能将非电量的变化变换为电容器电
容的变化。
平板电容传感器
d
d
SC ??
可见，只要改变 ?,S,d
三者之一，都可使电容改变。
将上极板固定，下极板与被测物体相接触，当运
动物体上、下位移（改变 d）或左、右位移（改变 S）
时，将引起电容的改变。
1,平板电容传感器
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初始时 C1= C2，电桥平衡，
输出电压
0?0U?
交流电桥测量电路
当 C1变化时，电桥不平衡，
输出电压的大小与电容的变
化成正比。
ε
δ
ε
δ-d
S
C
0
?
?可得
带条厚度为 ?，其介电常数为 ?
滚轮
带条极板
电容传感器测量
绝缘带条的厚度
例：
2,工作原理
0U?–
+
– +U?
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14.9.4 热电传感器
热电传感器能将温度的变化变换为电动势或电阻
的变化。
1,热电偶
)()( 21 tftfE t ??
t1
t2
设热电偶冷端的温度 t2保持恒定，则热电动势只
与热端的温度 t1有关。
热电偶由两根不同的金属丝或合金
丝组成。
热电偶温度计常用来测量 500 ~1500° C的温度。
如果在两根金属丝相联的一端加热，
则产生热电动势 Et，有
热电偶将温度的变化转换为电动势的变化。
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例：热电偶应用于炉温控制系统
～ 220V
电炉炉温控制系统
Uf
+
-
+
-U
SM
+
-
+
+
+
-
--
△ U
U1U
2
E 直流伺服
电动机 减速器
放大器
热电偶
加热电阻丝
调压器
t
热电偶
输出电压
参考电压
差值电压
励磁电压
电枢电压
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热电偶用来测量炉温，输出电压 U2正比于炉温。
工作原理
炉温为给定值 时，电路平衡 U1= U2，差值电压
?U= 0，电动机不动。
炉温高于给定值时,U2 >U1，差值电压 ?U?0。
测量电路是电位计电路，基准电压 U1与炉温的
给定值相对应。
?U经放大后其输出的电压 U 加在直流伺服电动
机的电枢两端。
电动机通过减速器带动调压器手柄，改变调压
器的输出电压，使加热电流减小，炉温下降。使
电路重新平衡 （ ?U=0）,即炉温保持给定值。
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2,热电阻
金属电阻丝的电阻随温度变化的关系为
A 和 B为金属丝电阻
在工作温度范围内的电
阻温度系数的平均值。
热电阻传感器将温度的变化转换为电阻的变化。
电阻温度计中的热电阻传感器是绕在云母、石
英或塑料骨架上的金属电阻丝。
toC 时的
电阻值
Rt =R0 ( 1 + At + Bt2 )
0oC 时的
电阻值
对铜丝,A= 4?10-3(1/oC),B= 0；
铂丝,A=3.98?10-3(1/oC),B= –5.84 ?10-3(1/oC)2。
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3,热敏电阻
热敏电阻将温度的变化转换为电阻的变化。
80 160 240 320
10
20
30
40
R/k?
T/oC
热敏电阻的电阻 -温度
特性
热敏电阻测温范围约为 -50~+300° C。
测温度时采用的也是电桥测量电路。
热敏电阻与补偿电阻
并联的电桥测量电路
–+
–
+
U
U
热敏电阻是半导体元件，其 电阻具有负温度系数 。
t ?? R?
第 14章 电工测量
14.4 电压的测量
14.1 电工测量仪表的分类
14.2 电工测量仪表的型式
14.3 电流的测量
14.6 功率的测量
14.7 兆欧表
14.5 万用表
14.8 用电桥测量电阻、电容与电感
14.9 非电量的电测法
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本章要求：
1,了解常用电工测量仪表的结构和工作原理。
2,掌握常用电工测量仪表的使用方法。
3,了解电桥测量电阻、电容和电感的方法。
4,了解常用非电量的电测法。
第 14章 电工测量
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电路中的各个物理量（如电压、电流、功率、
电能及电路参数等）的大小，除用分析与计算的方
法外，常用电工测量仪表去测量。
电工测量技术的应用主要有以下优点：
第 14章 电工测量
1.电工测量仪表的结构简单，使用方便，并有
足够的精确度。
2.电工测量仪表可以灵活地安装在需要进行测
量的地方，并可实现自动记录。
3.电工测量仪表可实现远距离的测量问题。
4.能利用电工测量的方法对非电量进行测量。
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14.1 电工测量仪表的分类
1.按照被测量的种类分类
次 序 被测量的种类 仪表名称 符 号
电流表
毫安表
电压表
千伏表
功率表
千瓦表
电度表
相位表
频率表
欧姆表
兆欧表
1 电 流
2 电 压
3 电功率
4 电 能
5 相位差
6 频 率
7 电 阻
A
mA
V
kV
W
kW
f
?
?
M?
kWh
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2.按照工作原理分类
型 式 符 号 被测量的种类
磁电式
整流式
电磁式
电动式
电流的种类与频率
电流、电压、
电阻
电流、电压
电流、电压
电流、电压、电
功率、功率因数、
电能量
直 流
工频和较高频率的交
流
直流和工频交流
直流及工频与较高频
率的交流
3,按照电流的种类分类（见上表）
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4.按照准确度分类
100%
m
???
A
A?
最大基本误差
仪表的最大量程（ 满标值 ）
目前我国直读式电工测量仪表 按照准确度 分为
0.1,0.2,0.5,1.0,1.5,2.5,5.0七级 。
准确度是电工测量仪表的主要特性之一。
准确度较高 （ 0.1,0.2,0.5） 的仪表常用来进行
精密测量或校正其他仪表。
相对额定误差
准确度是电工测量仪表的主要特性之一。 仪表的
准确度是根据仪表的相对额定误差来分级的。
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例：一准确度为 2.5级的电压表，其最大量程为 50V，
1, 2 5 V502, 5 % ???????? mUγU
正常情况下,可认为最大基本误差是不变的,所
以被测量值比满标值愈小，则相对测量误差就愈大。
如用上述电压表来测量实际值为 10V的电压时，
相对误差为
1 2,5 %100%101,2 510 ?????γ
测量实际值为 40V的电压时，相对误差为
3,1 %1 0 0 %401,2 540 ?????γ
在选用仪表
的量程时，一
般应使被测量
的值超过仪表
满标值的一半
以上。
则 可能产生的最大基本误差为
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电工测量仪表上的几种符号
符 号 意 义
~
~
3 ~ 或 ~
2 kV
? 或 ?
?或 ?
~
直 流
交 流
交直流
三相交流
仪表绝缘试验电压 2000V
仪表直立放置
仪表水平放置
仪表倾斜 60° 度放置?60 °
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14.2 电工测量仪表的型式
直读式仪表测量各种电量的基本原理
利用仪表中通入电流后产生电磁作用，使可动部分
受到转矩而发生转动。转动转矩与通入的电流之间有
T = f ( I )
1）产生转动转矩 T 的部分
使仪表可动部分受到转矩而发生转动。
3）阻尼器
能产生制动力（阻尼力）的装置，使仪表可动部
分能迅速静止在平衡位置。
直读式仪表的基本组成部分
2）产生阻转矩 TC 的部分
当阻转矩 TC等于转动转矩 T 时，仪表可动部分
平衡在一定的位置。
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14.2 电工测量仪表的型式
14.2.1 磁电式仪表
1,结构
螺旋弹簧
I
I
N S指针
永久磁铁
圆柱形
铁心
O'
O
线圈
(1) 固定部分
马蹄形永久磁
铁、极掌 NS及圆
柱形铁心等。
(2) 可动部分
铝框及线圈，两
根半轴 O和 O?，螺
旋弹簧及指针。
极掌与铁心之间的空气隙的长度是均匀的，其中
产生均匀的辐射方向的磁场。
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2,工作原理
(1) 转动转矩 T 的产生
(2) 阻转矩 TC的产生
在线圈和指针转动时，螺旋
弹簧被扭紧而产生阻转矩 TC。
线圈通入电流 I ?电磁力 F
线圈受到的转矩 T = k1I
F
SN
F
F ?线圈受到转矩 T ?
线圈和指针转动，
弹簧的 TC与指针的偏转角 ?成正比，
即 TC= k2?
当弹簧的阻转矩 T与线圈受到的转矩 TC达到平
衡时，可动部分停止转动，此时有
T = TC
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当弹簧阻转矩与转动转矩达到平衡即 TC= T 时，
可转动部分便停止转动,T = k1I, TC= k2?。
kII
k
kα ??
2
1
仪表的标度尺上作均匀刻度。
3,阻尼作用的产生
当线圈通入电流而发生偏转时，铝框切割磁通，
在框内感应出电流，其电流再与磁场作用，产生与
转动方向相反的制动力，于是可转动部分受到阻尼
作用，快速停止在平衡位置。
即指针的偏转角
结论, 指针偏转的角度与流经线圈的电流成正比。
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4.用途
5.优点：
刻度均匀；灵敏度和准确度高；阻尼强；消耗
电能量小；受外界磁场影响小。
缺点：
只能测量直流；价格较高；不能承受较大过载。
测量直流电压、直流电流及电阻。
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14.2.2 电磁式仪表
1,结构
主要部分是固定的圆形线圈、线圈内部有固
定的铁片、固定在转轴上的可动铁片。
圆形线圈
小室
3
推斥式电磁式仪表
固定铁片
可动铁片
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2,工作原理
仪表的转动转矩 T = k I 2
弹簧的阻转矩 TC = k2?
弹簧的阻转矩 TC与指针的偏转角 ? 成正比，即
当 T = TC 时，可动部分停止转动，
即指针的偏转角
22
2
1 kII
k
k ???
结论, 指针偏转的角度与直流电流或交流电流
有效值的平方成正比。
线圈通入电流 I ?磁场 ?固定和可动铁片均被磁
化 (同一端的极性是相同的 )?可动片因受斥力而带
动指针转动，
交流为
有效值
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因指针的偏转角度与直流电流或交流有效值平方
成正比，所以 仪表标度尺上的刻度是不均匀的。
与轴相联的活塞在小室中移动产生阻尼力 ??
空气阻尼器。
3,用途
4,优点：
构造简单；价格低廉；可用于交直流；能测量
较大的电流；允许较大的过载。
缺点：
刻度不均匀；易受外界磁场及铁片中磁滞和涡
流（测量交流时）的影响，因此准确度不高 。
测量交流电压、交流电流。
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14.2.3 电动式仪表
1,结构
有两个线圈：固定线圈和可动线圈。可动线圈
与指针及空气阻尼器的活塞都固定在轴上。
螺旋弹簧
固定线圈
可动线圈
空气阻尼器
产生阻尼力
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2,工作原理
F
F
可动线圈
固定线圈
固定线圈中的电流 I1 ( i1 ) ? 磁场
可动线圈中的电流 I2 ( i2 )与磁场相互作用 ?电磁
力 F 线圈受到转矩 T ?线圈和指针转动，
仪表的转动转矩
通入直流时,T=k1I1I2
通入交流时，
T=k1I1I2cos?
i1和 i2的
有效值
i1和 i2之间
的相位差
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弹簧的阻转矩 TC = k2?
弹簧的阻转矩 TC与指针的偏转角 ? 成正比，即
当 T = TC 时，可动部分停止转动，
即指针的偏转角
结论, 指针偏转的角度与两个电流
(对交流为有效值 )的乘积成正比。
仪表的转动转矩 通入直流时,T=k1I1I2
通入交流时,T=k1I1I2cos?
? = kI1I2 （ 直流 ）
? = kI1I2 cos?（ 交流 ）
i1和 i2之间
的相位差
4,优点,可用于交直流；准确度较高。
缺点,受外界磁场影响大； 不能承受较大过载。
3,用途 测量交直流电压、电流及功率。
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14.3 电流的测量
电流表的内阻要很小。
测量直流电流通常用磁电式电流表，
若要扩大电流表的量程，可在测量机构上并联一
个分流电阻 RA 。
电流表应串联在电路中，
I
负
载
A I
负
载RA
R0 I0
I
RR
RI
A0
0
0 ??
式中,R0 —— 测量机构的电阻
RA—— 分流器的电阻
，测量交流
电流通常用电磁式电流表。
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I
RR
RI
A0
A
0 ??
由
1
0
0
A
?
?
I
I
R
R可得,分流电阻
可知,需扩大的量程愈大，则分流电阻应愈小。
例, 有一磁电式电流表，当无分流器时，表头的满
标值电流为 5mA，表头电阻为 20 ?。今欲使其量程
（满标值）为 1A，问分流器的电阻应为多大？
1
,
0
0
A
?
?
I
I
R
R解 0,10 05 Ω
1
0,00 5
1
20
?
?
?
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14.4 电压的测量
表的内阻要很高。
测量直流电压通常用磁电式电压表，
若要扩大电压表的量程，可在测量机构上串联
一个倍压电阻 RV 。
电压表应并联在被测电路两端，
0
V0
0 R
RR
U
U ??
式中,R0 —— 测量机构的电阻
RV —— 倍压器的电阻
U 负载V
+
–
U 负载
+
–
R0
RV
+
–U0
，测量交流电
流通常用电磁式电压表。
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0
V0
0 R
RR
U
U ??由
1)(
0
0V ?? U
URR可得，串联电阻
可知,需扩大的量程愈大，则串联电阻应愈大。
例, 有一电压表，其量程为 50V，内阻为 2000 ?。
今欲使其量程扩大到 300V，问还需串联多大电阻
的倍压器？
1)(,
0
0V ?? U
URR解 1 0 k Ω1)
50
3 0 0(2 0 0 0 ????
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14.5.1 磁电式万用表
用来测量直流电流、直流电压、交流电压和电阻等
1.直流电流的测量
测量直流电流的原理电路
RA1
R
RA2 RA3 RA4 RA5
500mA
50mA 5mA 0.5mA
50?A
?A +-
+-
RA1~ RA5是分流器电
阻，改变转换开关的
位置，就改变了分流
器的电阻，从而改变
了电流的量程。量程
愈大，分流器电阻愈
小。
14.5 万用表
直流调整
电位器
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14.5 万用表
14.5.1磁电式万用表
用来测量直流电流、直流电压、交流电压和电阻等
2,直流电压的测量
RV1~ RV3构成倍压器
电阻，改变转换开关
的位置，就改变了倍
压器的电阻，从而改
变了电压的量程。量
程愈大，倍压器电阻
愈大。 测量直流电压的原理电路
RA
R
RV2RV1 RV3
25V5V
1V
?A+-
+-
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3.交流电压的测量
磁电式仪表只能测
量直流，如果要测量
交流，需加整流元件，
如图中 D1和 D2。
测量交流电压的原理电路
R
100V
?A+ -
+-
10V
D1 D2
R?V1 R?V2
600?
正半周时,电流流经
D1和部分电流流经微
安表流出。
负半周时,电流直接流经 D2从,+”端流出。
可见，通过微安表的是半波电流，读数应为该电流的
平均值。
可见，通过微安表的是半波电流，读数应为该电流的
为此，加一交流调整电位器（图中 600?），
用来改变表盘刻度； 指示读数被折换为正弦电压有效
值。
可见,通过微安表的是半波电流，读数应为该电流的
为此，加一交流调整电位器（图中
用来改变表盘刻度； 指示读数被折换为正弦电压有效
普通万用表只适合测量频率为 45~1000Hz的电压。
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4,电阻的测量
测量电阻时，需接
入电池，被测电阻愈
小，电流愈大，则指
针偏转的角度愈大。
测量电阻的原理电路
R ?A+ -
- +
1.7k?
- +1.5V
?10
?100
（调零）
注意,
(1) 测量前应先将,+”、
,-”两端短接，看指
针是否指在零，否则
应调节调零电位器
（图中 1.7k?电阻）
进行校正。
(2) 绝对不能在带电线路
上测量电阻。用毕应将转
换开关转到高电压档。
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MF-30型万用表的面板图
14.5 万用表
零欧姆
调整
机械零
位调整
4
15
A-V-Ω
– +500
10 100 500
25
5
1
× 10k× 1k
× 100× 10
× 1
50
5
50
500
500
100
V
Ω
μA
mA
V～
转换开关
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14.5.2数字式万用表
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今以 DT-830型数字万用表为例来说明它的测量
范围和使用方法。
1,测量范围
（ 1）直流电压分为五档,
200mV,2V,20V,200V,1000V。
（ 2）交流电压分为五档,
200mV,2V,20V,200V,750V。
（ 3）直流电流分为五档,
200?V,2 mA,20mA,200mA,10A。
（ 4）交流电流分为五档,
200?V,2 mA,20mA,200mA,10A。
（ 5）电阻分为六档,
200?,2k ?,20k ?,200k?,2M?,20M ?
14.5.2数字式万用表
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DT-830型万用表的面板图
POWER
OFF ON B
E
C
hFE 晶体管
插孔
显示器
电源开关
转换开关
输入
插座
hFE
D
C
A
V
A
C
A
CA
D
C
V
Ω
10A mA COM V·Ω
2.面板说明
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(2)电源开关,使用时将开关置于,ON”位置；使用完
毕置于,OFF”位置。
(3)转换开关,用以选择功能和量程。根据被测的电量
(电压、电流、电阻等 )选择相应的功能位；按被测量
程的大小性选择合适的量程。
(4)输入插座,将黑色测试笔插入,COM”的插座。红
色测试笔有如下三种插法，测量电压和电阻时插入
,V??”插座；测量小于 200mA的电流时插入,mA”
插座；测量大于 200mA的电流时插入,10A”插座。
(1) 显示器,显示四位数字，最高位只能显示 1或不显
示数字，算半位，故称三位半（ ）。最大指示为
1999或 -1999。当被测量超过最大指示值时，显示,1”
或,-1”。
2
13
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14.6 功率的测量
14.6.1 单相交流和直流功率的测量
通常用电动式仪表来测量功率
功率表的接线图
电压线圈
电流线圈
u i
2
i1=i
+
–
*
*
负
载
固定线圈：匝数少，导线粗，
与负载串联，作为电流线圈。
可动线圈：匝数多，导线细，
与负载并联，作为电压线圈。
工作原理：
I2正比 U，且可认为 i2与 u同相
?c o s21 IkIα ?所以,?U I c o sk ?? Pk??
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14.6 功率的测量
14.6.2 三相功率的测量
在三相三线制中，广泛采用两功率表来测量
三相功率。
AZ
iA
W1
W2*
*
*
*
BZCZ
iB
iC
A
B
C 两功率表测量三相功率
工作原理：
三相瞬时功率：
所以，
p = uA iA + uB iB + uC(–iA– iB) iC
= (uA – uC ) iA + ( uB – uC ) iB
= uAC iA + uBC iB
= p1+ p2
p = pA+ pB+ pC
= uA iA + uB iB + uC iC
因为,iA+ iB+ iC= 0
可见，三相功率可用两个功率表来测量。
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? ?? T αIUtiuTP 0 AACAAC1 c o sd1
式中 ?为 uAC和 iA之间的相位差。
AZ
iA
W1
W2*
*
*
*
BZCZ
iB
iC
A
B
C
W1 的读数 为
? ?? T βIUtiuTP 0 BBCBBC2 c o sd1
W2 的读数 为
式中 ?为 uBC和 iB之间的相位差。
两功率表读数之和 为
P = P1+ P2
= UAC IA cos? + UBC IB cos ?
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30o
?
?
当负载对称时，
AU?
CU?
BI?
AI?
CI?
?
?
BU?
ACU?
BCU?
P1 = UAC IA cos?
= Ul Il cos (30o–? )
P2 = UBC IB cos ?
= Ul Il cos (30o+ ? )
由相量图可知，两功率表的读数为
两功率表读数之和为
P = P1+ P2
= Ul Il cos (30o–? )+ Ul Il cos (30o+ ? )
?c o sIU ll3?
可见，采用两表法可测量三相功率。
当 ? < 60o时,P1和 P2 均为正值,P = P1+P2
当 ? > 60o时,P1为正值,P2为负值,P = P1– P2
三相功率应是两个功率
表读数的代数和，其中任
意一个功率表的读数是无
意义的。
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*** *
A
B
C
三相功率表的连接图
实用中，常用一个三相功率表（二元功率表）
代替两个单相功率表来测量功率，
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14.7 兆欧表
兆欧表：用于检查电机、电器及线路的绝缘情况
和测量高值电阻。
1,结构
兆欧表构造示意图
两个线圈固定
在同一轴上且相
互垂直。一个线
圈与电阻 R串联，
另一个线圈与被
测电阻 Rx串联，
两者并联接于直
流电源。
Ω
100
F2
N S U
I2 Rx RI1
+
-
M
F2
I
F1
F1
永
久
磁
铁
线圈
手摇直流
发电机
磁场是不
均匀的
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2,工作原理
在测量时，通过线圈的电流
RR
UI
?? 11 xRR
UI
?? 22
线圈电阻
线圈受到磁场的作用，
产生两个方向相反的转矩，
f1 (?)和 f2 (?)分别为两个线圈所在处的磁感应强
度与偏转角 ?之间的函数关系。
Ω
100
F2
N S U
I2 Rx RI1
+
-
M
F2
I
F1
F1
T1 = k1 I1 f1 (?) T2 = k2 I2 f2 (?)
仪表的可动部分在转矩的作用下发生偏转，直到
两个线圈产生的转矩平衡。
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2,工作原理
当两个线圈产生的转矩平衡时，有 T1 = T2
)(
2
1
I
Ifα ?或
即 k1 I1 f1 (?) = k2 I2 f2 (?)
)()( )( 3
11
22
2
1 αf
αfk
αfk
I
I ??
上式表明，偏转角 ? 与两线圈中电流之比有关，
故称为流比计。
RR
RR
I
I x
?
??
1
2
2
1因 )()()(
1
2
2
1
x
x Rf
RR
RRf
I
Ifα ??
?
???所以
结论,1,偏转角 ?与被测电阻 Rx有一定的函数关
系，所以 ?角可以反映出被测电阻的大小。
2,仪表的 偏转角 ?与电源电压 U无关，所以手摇
发电机转动的快慢不影响读数。
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14.8 用电桥测量电阻, 电容和电感
14.8.1直流电桥
2,工作原理1,电路
E –+
G
IG
最常用的单臂直流电桥 ( 惠斯登电桥）用来测量
约 1?到 0.1M?电阻。
当检流计 G中无电流流过时，
电桥达到平衡。
电桥平衡的条件为 R1 R4 =R2 R3
设 R1= Rx 为被测电阻，则
3
4
2 R
R
RR
x ?
式中
4
2
R
R 称为电桥的比臂，
3R 称为较臂。
测量时，先将比臂调到一定比值，然后再调节较
臂直到电桥平衡为止。
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14.8.2 交流电桥
1,电路
交流电桥用来测量电容和电感。
交流电桥平衡的条件为
G
IG
~
2,工作原理
Z1 Z4 =Z2 Z3
即 |Z1| | Z4 | = |Z2 | | Z3 |
?1+ ?4= ?2+ ?3
为使平衡容易调节，常将两个桥臂设计为纯电阻。
（ 1）当选 Z2和 Z4为纯电阻时，则 Z1和 Z3必须同为
电感性或电容性。
（ 2）当选 Z2和 Z3为纯电阻时，则 Z1和 Z4必须一
个为电感性，而另一个为电容性。
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14.8.2 交流电桥
(1) 电容的测量
G
IG
~
测量电容的电桥电路电桥平衡时，有
2
0
04 )
1j()
1j( R
C
RR
C
R
x
x ?? ???
可得
0
4
2 R
R
RR
x ? 0
2
4 C
C
CC
x ?
被测电容器
无损耗的标
准电容器和
标准电阻
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14.8.2 交流电桥
(2) 电感的测量
电桥平衡时，有
可得
被测电感元件 无损耗的标
准电容器和
标准电阻
测量电感的电桥电路
G
IG
~
)
C
1)( (
0
032 ?? jRLjRRR xx ???
2
00
2
0032
)(1
)(
CRω
CRRRR
x ??
?
2
00
032
)(1 CRω
CRRL
x ??
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14.9 非电量的电测法
非电量的电测法就是将各种非电量（如温度、
压力、速度、位移、应变、流量、液位等）变换
为电量，而后进行测量的方法。
非电量的电测仪器，主要由下列几个主要部分组成
传感器 测量电路 测录装置
(1) 传感器,将被测非电量变换为与其成一定比例
关系的电量。
(2) 测量电路,将传感器输出的电信号进行处理，
使之适合于显示、记录及和微型计算机的联接。
(3) 测录装置,各种电工测量仪表、示波器、自动
记录仪、数据处理器及控制电机等。
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14.9.1 应变电阻传感器 电阻丝
特殊胶水 薄纸片
被测试件
1,金属电阻丝应变片
电阻丝由直径为
0.02~0.04mm 的康铜
或镍铬合金绕成。
2,工作原理
试件发生的应变通过胶层和纸片传给电阻丝，将
电阻丝拉长或缩短，从而改变了它的电阻。就将机
械应变变换为电阻的变化。
电阻丝电阻的相对变化
R
R? 和试件的轴向应变
l
l?
成正比。
l
l
R
Rk ??? 即 k为电阻丝应片的灵敏系数，其值约为 2。
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交流电桥测量电路
– +
0U?–
+
U?
输出电压
URRRR RRRRU ?? ??? ?? ))((
4321
3241
0
设测量前电桥平衡，即
R1 R4 =R2 R3
应变电阻
测量时应变电阻变化了 ?R1，则
URRRRR RRRRRRU ?? ????? ???? ))((
43211
324141
0
如选 R1= R2,R3= R4，并忽略分母中的 ?R1，则有
URRU ?? 10 41 ???
常用电桥电路（大多采用不平衡电桥），把电阻
的相对变化转换为电压或电流变化。
00 ?U?
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14.9.2 电感传感器
电感传感器能将非电量的变化变换为线圈电感
的变化，再由测量电路转换为电压或电流信号。
线圈
铁心 衔铁
L2
L1
r
r
1,差动电感传感器
两只线圈完全相同，
且上下对称排列。
当衔铁在中间位置时，
两线圈的电感相同，
当衔铁在中间位置时，
两线圈的电感相同，当
衔铁受非电量的作用上
下移动时，两个线圈的
电感一增一减，发生变
化，此即为差动。
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衔铁处于中间位置，
电桥平衡，输出电压
0?0U?
电感传感器常用来测
量压力、位移、液位、
表面光洁度等。
2,工作原理
当衔铁偏离中间位置上
下移动时，电桥不平衡，
输出电压的大小与衔铁位
移的大小成正比，其相位
与衔铁移动的方向有关。
交流电桥测量电路
– +
0U?–
+
U?
线圈 标准
电
阻
线圈
铁心 衔铁
L2
L1
r
r
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14.9.3 电容传感器
电容传感器能将非电量的变化变换为电容器电
容的变化。
平板电容传感器
d
d
SC ??
可见，只要改变 ?,S,d
三者之一，都可使电容改变。
将上极板固定，下极板与被测物体相接触，当运
动物体上、下位移（改变 d）或左、右位移（改变 S）
时，将引起电容的改变。
1,平板电容传感器
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初始时 C1= C2，电桥平衡，
输出电压
0?0U?
交流电桥测量电路
当 C1变化时，电桥不平衡，
输出电压的大小与电容的变
化成正比。
ε
δ
ε
δ-d
S
C
0
?
?可得
带条厚度为 ?，其介电常数为 ?
滚轮
带条极板
电容传感器测量
绝缘带条的厚度
例：
2,工作原理
0U?–
+
– +U?
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14.9.4 热电传感器
热电传感器能将温度的变化变换为电动势或电阻
的变化。
1,热电偶
)()( 21 tftfE t ??
t1
t2
设热电偶冷端的温度 t2保持恒定，则热电动势只
与热端的温度 t1有关。
热电偶由两根不同的金属丝或合金
丝组成。
热电偶温度计常用来测量 500 ~1500° C的温度。
如果在两根金属丝相联的一端加热，
则产生热电动势 Et，有
热电偶将温度的变化转换为电动势的变化。
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例：热电偶应用于炉温控制系统
～ 220V
电炉炉温控制系统
Uf
+
-
+
-U
SM
+
-
+
+
+
-
--
△ U
U1U
2
E 直流伺服
电动机 减速器
放大器
热电偶
加热电阻丝
调压器
t
热电偶
输出电压
参考电压
差值电压
励磁电压
电枢电压
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热电偶用来测量炉温，输出电压 U2正比于炉温。
工作原理
炉温为给定值 时，电路平衡 U1= U2，差值电压
?U= 0，电动机不动。
炉温高于给定值时,U2 >U1，差值电压 ?U?0。
测量电路是电位计电路，基准电压 U1与炉温的
给定值相对应。
?U经放大后其输出的电压 U 加在直流伺服电动
机的电枢两端。
电动机通过减速器带动调压器手柄，改变调压
器的输出电压，使加热电流减小，炉温下降。使
电路重新平衡 （ ?U=0）,即炉温保持给定值。
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2,热电阻
金属电阻丝的电阻随温度变化的关系为
A 和 B为金属丝电阻
在工作温度范围内的电
阻温度系数的平均值。
热电阻传感器将温度的变化转换为电阻的变化。
电阻温度计中的热电阻传感器是绕在云母、石
英或塑料骨架上的金属电阻丝。
toC 时的
电阻值
Rt =R0 ( 1 + At + Bt2 )
0oC 时的
电阻值
对铜丝,A= 4?10-3(1/oC),B= 0；
铂丝,A=3.98?10-3(1/oC),B= –5.84 ?10-3(1/oC)2。
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3,热敏电阻
热敏电阻将温度的变化转换为电阻的变化。
80 160 240 320
10
20
30
40
R/k?
T/oC
热敏电阻的电阻 -温度
特性
热敏电阻测温范围约为 -50~+300° C。
测温度时采用的也是电桥测量电路。
热敏电阻与补偿电阻
并联的电桥测量电路
–+
–
+
U
U
热敏电阻是半导体元件，其 电阻具有负温度系数 。
t ?? R?
