沈陽(yáng)昭

湖南省益陽(yáng)市沅江市魚(yú)類良種繁育場(chǎng)，湖南益陽(yáng)，413100

0 引言

電氣測(cè)量指示儀表是一種用于測(cè)量、記錄、計(jì)量各種電學(xué)量的儀器，具體又可分為多種類型，是保障電力系統(tǒng)安全、可靠運(yùn)行的重要工具。對(duì)于設(shè)備管理人員來(lái)說(shuō)，熟練使用電氣測(cè)量指示儀表，并且能夠做到規(guī)范、準(zhǔn)確讀數(shù)，可以為掌握電氣設(shè)備運(yùn)行情況，或者是開(kāi)展電氣設(shè)備的檢查、維修提供必要的參考。當(dāng)然，由于工業(yè)環(huán)境的復(fù)雜性，電氣測(cè)量指示儀表在使用期間也容易受到各種因素的干擾，例如阻尼時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、功率消耗過(guò)大、絕緣強(qiáng)度不夠等。這些問(wèn)題的存在除了直接影響測(cè)量讀數(shù)的準(zhǔn)確性外，還有可能對(duì)測(cè)量人員的安全構(gòu)成威脅。因此，了解電氣測(cè)量指示儀表的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和技術(shù)特性，才能使檢測(cè)工作安全、高效地開(kāi)展。

1 電氣測(cè)量指示儀表的功能分類和指標(biāo)要求

1.1 功能分類

電氣測(cè)量指示儀表可以將被測(cè)對(duì)象的電氣參數(shù)轉(zhuǎn)變成指針的機(jī)械位移，然后根據(jù)指針在標(biāo)度尺上指示的數(shù)值，快捷、準(zhǔn)確地讀出被測(cè)對(duì)象的電壓、電流、功率等指標(biāo)。電氣測(cè)量指示儀表具有操作簡(jiǎn)便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小巧、測(cè)量范圍較廣等一系列特點(diǎn)，在電力系統(tǒng)中有著重要的應(yīng)用。根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，可以將電氣測(cè)量指示儀表分為若干類型。例如，根據(jù)被測(cè)電流的種類不同，大體可以分為交流儀表、直流儀表2大類型；根據(jù)結(jié)構(gòu)特征的不同，則可以分為數(shù)字儀表、模擬指示儀表等類型；根據(jù)測(cè)量對(duì)象不同，又可以分為電流表、電壓表、功率因數(shù)表以及萬(wàn)用表等。除此之外，像一些試驗(yàn)用的儀器儀表（如接地電阻測(cè)量?jī)x、諧波分析儀等），也可以看作是電氣測(cè)量指示儀表。

1.2 指標(biāo)要求

為保證電氣測(cè)量結(jié)果精確，對(duì)于電氣測(cè)量指示儀表提出了以下要求。①準(zhǔn)確度方面，用于發(fā)電機(jī)、調(diào)相機(jī)等設(shè)備測(cè)量的交流儀表應(yīng)≥2.5級(jí)，用于其他常用工業(yè)設(shè)備或電氣線路上的交流儀表應(yīng)≥3.0級(jí)，直流儀表應(yīng)≥1.5級(jí)。②所有與儀表相連的分流器、附加電阻以及互感器等電氣設(shè)備，其準(zhǔn)確度等級(jí)均應(yīng)≥0.5級(jí)。個(gè)別僅需要測(cè)量電流和電壓的儀表，則需要準(zhǔn)確度等級(jí)≥2.5級(jí)[1]。對(duì)于主要回路，需要使用不低于3.0級(jí)的電流互感器，對(duì)于其他非主要回路，可使用不低于2.5級(jí)的電流互感器。③在互感器和電氣測(cè)量指示儀表的量程方面，需要保證電力設(shè)備（如發(fā)電機(jī)、變壓器等）在實(shí)際運(yùn)行期間，儀表指示在標(biāo)度尺工作部分最大量程的2/3以上，同時(shí)在出現(xiàn)超負(fù)荷運(yùn)行情況后，指針應(yīng)當(dāng)有所表示。④如果某些回路上安裝了變壓器、異步電動(dòng)機(jī)，考慮到回路通電以后可能會(huì)出現(xiàn)短時(shí)大額沖擊電流，為避免大電流對(duì)測(cè)量?jī)x表造成損害，應(yīng)當(dāng)在該回路中加裝有超負(fù)荷標(biāo)度的電流表。⑤如果存在有可能出現(xiàn)2個(gè)方向電流的直流回路，或者兩個(gè)方向功率的交流回路，都應(yīng)當(dāng)在該回路中安裝具有雙向標(biāo)度的電流表或功率表。⑥對(duì)于所有額定電壓在500V以下的直流回路，既可以直接接入電氣測(cè)量指示儀表，也可以先連接一個(gè)分路器，然后再接入電氣測(cè)量指示儀表。

2 電氣測(cè)量指示儀表的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

電氣測(cè)量指示儀表雖然類型多樣，但是其內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成較為類似，總體上來(lái)說(shuō)都包括測(cè)量機(jī)構(gòu)和測(cè)量路線兩部分。其中，測(cè)量路線的作用是將被測(cè)量對(duì)象的電流、電壓、功率等基本參數(shù)，轉(zhuǎn)換成測(cè)量機(jī)構(gòu)的參數(shù)，然后測(cè)量機(jī)構(gòu)再將電氣參數(shù)轉(zhuǎn)化成為機(jī)械參數(shù)，并以指針的機(jī)械位移進(jìn)行直觀表示。這樣一來(lái)，測(cè)量人員就可以根據(jù)指針的偏轉(zhuǎn)角以及最終的指示位置，讀出被測(cè)對(duì)象的電壓、電流或功率值。電氣測(cè)量指示儀表的測(cè)量結(jié)構(gòu)主要功能有3個(gè)，即產(chǎn)生阻尼力矩、產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩和產(chǎn)生反作用力矩。

2.1 阻尼力矩

阻尼力矩的作用是使電氣測(cè)量指示儀表的可動(dòng)部分（如指針）能夠快速靜止，方便進(jìn)行快速讀數(shù)。在電氣測(cè)量中，由于作用力矩和反作用力矩相互影響，使得儀表通電以后指針來(lái)回?cái)[動(dòng)，無(wú)法立刻、精確地指示在最終的位置。這種情況下需要在儀表中增加一個(gè)阻尼裝置，當(dāng)儀表指針向某個(gè)方向擺動(dòng)時(shí)，阻尼裝置可提供一個(gè)與擺動(dòng)方向正好相反的力矩，即阻尼力矩[2]。這樣指針只需要擺動(dòng)幾次就可靜止下來(lái)，指示到最終的位置，從而方便工作人員進(jìn)行快速、準(zhǔn)確讀數(shù)。需要注意的是，阻尼力矩本質(zhì)上屬于一種動(dòng)態(tài)力矩，當(dāng)儀表指針完全靜止后，阻尼力矩就消失了。由此可見(jiàn)，阻尼力矩并不會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)矩和反作用力矩所確定的偏轉(zhuǎn)角造成影響。

2.2 轉(zhuǎn)動(dòng)力矩

在電氣測(cè)量指示儀表使用中，要想使指針偏轉(zhuǎn)，必須要提供一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，將儀表提供的電能轉(zhuǎn)化成為機(jī)械能，然后推動(dòng)指針擺動(dòng)。不同材料對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的影響存在差異，例如電磁雷儀表的轉(zhuǎn)矩是由永久磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)與通電之后可動(dòng)線圈固定電磁施加電壓后形成電場(chǎng)力產(chǎn)生的。

2.3 反作用力矩

反作用力矩和轉(zhuǎn)動(dòng)力矩屬于一對(duì)相對(duì)作用力。電氣測(cè)量指示儀表通電以后，指針首先從左側(cè)起始位向右擺動(dòng)，達(dá)到最大擺動(dòng)幅度后再回?cái)[。如果電氣測(cè)量指示儀表的測(cè)量裝置只有轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，就會(huì)出現(xiàn)指針一直來(lái)回?cái)[動(dòng)的情況，要想停止只能依靠摩擦力，這種情況會(huì)導(dǎo)致讀數(shù)效率不高、讀數(shù)精度較差[3]。反作用力矩的作用是提供一個(gè)與指針擺動(dòng)方向相反的力矩，從而能夠讓擺動(dòng)的指針盡快停下來(lái)，以便于提高讀數(shù)效率和讀數(shù)精度。

3 電氣測(cè)量指示儀表的技術(shù)特性

電氣測(cè)量指示儀表的測(cè)量精度會(huì)受到多種因素的影響，技術(shù)人員只有了解儀表技術(shù)特性，才能在指示儀表出現(xiàn)測(cè)量誤差或者使用故障后，準(zhǔn)確判斷導(dǎo)致誤差或故障的具體因素，進(jìn)而為儀表修理提供依據(jù)。結(jié)合電氣測(cè)量指示儀表的結(jié)構(gòu)組成與測(cè)量原理，其核心技術(shù)指標(biāo)包括阻尼時(shí)間、功率消耗、絕緣強(qiáng)度、過(guò)載能力等。

3.1 阻尼時(shí)間

阻尼時(shí)間是指從儀表接入被測(cè)電路開(kāi)始，一直到指針?lè)€(wěn)定居中、左右擺動(dòng)幅度不超過(guò)標(biāo)度尺全長(zhǎng)1%所花費(fèi)的時(shí)間。阻尼時(shí)間直接決定了電氣測(cè)量指示儀表的讀數(shù)速度，兩者成正比關(guān)系，即阻尼時(shí)間越短，讀數(shù)越快。影響阻尼時(shí)間的因素有多種，例如儀器磨損情況、電氣測(cè)量環(huán)境等。其中，儀表指針長(zhǎng)度是影響阻尼時(shí)間的關(guān)鍵因素，指針越長(zhǎng)的情況下，擺動(dòng)時(shí)的慣性越大，這時(shí)阻尼元件的效果變差，因此阻尼時(shí)間也會(huì)隨之增加。通常來(lái)說(shuō)，普通電氣測(cè)量指示儀表的阻尼時(shí)間少于4s，精度較高的儀器阻尼時(shí)間應(yīng)不超過(guò)1.5s。

3.2 讀數(shù)裝置

電氣測(cè)量指示儀表的標(biāo)尺分度要盡可能均勻、一致，減小讀數(shù)誤差。如果有不均勻的標(biāo)尺，需要將讀數(shù)的起始點(diǎn)明確標(biāo)出，方便讀數(shù)。通常情況下，標(biāo)尺的讀數(shù)范圍不會(huì)超過(guò)標(biāo)尺全長(zhǎng)的90%。電氣測(cè)量指示儀表的指針以刀型結(jié)構(gòu)最為常見(jiàn)，同時(shí)標(biāo)尺上附有鏡面，其作用是在讀數(shù)時(shí)可以使讀數(shù)人員的眼睛、指針，以及其他在鏡面中的像，做到三點(diǎn)一線，從而提高讀數(shù)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3.3 功率消耗

電氣測(cè)量指示儀表在實(shí)際工作時(shí)需要消耗一定的電功率才能產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩。儀表通電之后，由于存在電流熱效應(yīng)，使得一部分電能轉(zhuǎn)化成了熱能，并使得電器元件和線路發(fā)熱。當(dāng)溫度升高較為明顯時(shí)，會(huì)引起測(cè)量誤差。特別是測(cè)量小功率電路時(shí)，如果電氣測(cè)量指示儀表的功率消耗較大，除了導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)，還會(huì)對(duì)電路工作狀態(tài)產(chǎn)生干擾[4]。當(dāng)然，儀表功率也不能太低，否則會(huì)出現(xiàn)測(cè)量中指針不擺動(dòng)，或者擺動(dòng)無(wú)力的情況，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果低于實(shí)際情況。隨著電氣測(cè)量指示儀表使用年限的增加，由于零件老化程度加劇，在使用期間也會(huì)出現(xiàn)一定程度的功率消耗增加情況。因此，在使用儀表進(jìn)行電氣測(cè)量時(shí)，理想狀態(tài)應(yīng)該是保證儀表具有較高靈敏度與準(zhǔn)確度的前提下，盡可能地降低其功率消耗，從而使其能夠適用于更多的電氣測(cè)量場(chǎng)景。

3.4 絕緣強(qiáng)度

絕緣強(qiáng)度是指電氣測(cè)量指示儀表的外殼與內(nèi)部電氣線路之間的絕緣水平。絕緣強(qiáng)度越高的情況下，不僅能削弱外部電磁場(chǎng)或機(jī)械振動(dòng)等因素產(chǎn)生的干擾，而且還能防止漏電，對(duì)保護(hù)測(cè)量人員的安全也有積極幫助。因此，電氣測(cè)量指示儀表在生產(chǎn)制造時(shí)必須要保證具有一定的電氣絕緣強(qiáng)度。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，電氣測(cè)量指示儀表的工作電壓≤650V的，在電壓為2kV、頻率為50Hz的正弦交流電下，至少正常工作1min；工作電壓＞650V的，需要在2.5kV、頻率為50Hz的正弦交流電下，至少正常工作1min。對(duì)于一些比較老舊的測(cè)量?jī)x表，技術(shù)人員應(yīng)定期進(jìn)行絕緣強(qiáng)度測(cè)量，如果該儀表絕緣強(qiáng)度明顯小于出廠標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)當(dāng)停止使用，以便于保障測(cè)量精度和個(gè)人安全。另外，在電氣測(cè)量指示儀表的面板上應(yīng)使用紅色或黑色標(biāo)記絕緣強(qiáng)度等級(jí)。

3.5 過(guò)載能力

電氣測(cè)量指示儀表在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，被測(cè)對(duì)象的電壓、電流等指標(biāo)存在不確定性，有時(shí)會(huì)實(shí)際電壓、電流會(huì)明顯超出儀表的最大指示范圍，這時(shí)儀表會(huì)因?yàn)檫^(guò)載而受到不同程度的損壞。其中，電氣測(cè)量指示儀表受到緩慢增大的負(fù)載，直到該負(fù)載超過(guò)額定值，并且維持一段時(shí)間的現(xiàn)象，稱之為延時(shí)過(guò)載。如果儀表質(zhì)量較差，或者是儀表使用年限過(guò)長(zhǎng)，在出現(xiàn)延時(shí)過(guò)載情況后都有可能導(dǎo)致其內(nèi)部元件被破壞。除了延時(shí)過(guò)載外，短時(shí)過(guò)載在電氣測(cè)量指示儀表實(shí)際應(yīng)用中更為常見(jiàn)[5]。儀表的兩個(gè)測(cè)量線夾在分別連接被測(cè)對(duì)象的正負(fù)極后，由于被測(cè)對(duì)象的電流、電壓過(guò)大，在電路接通的一瞬間大電流、大電壓沖擊導(dǎo)致儀表?yè)p壞。除了電器元件可能會(huì)出現(xiàn)短路、燒壞外，指針高速擺動(dòng)并碰撞擋板也有可能造成指針彎曲，出現(xiàn)機(jī)械故障。由于實(shí)際測(cè)量中過(guò)載情況比較常見(jiàn)，因此在電氣測(cè)量指示儀表的設(shè)計(jì)中需要具備一定的過(guò)載能力，確保在一定次數(shù)的過(guò)載測(cè)量中可以保證儀表不會(huì)損壞。

3.6 基本誤差

在電氣測(cè)量中，儀表測(cè)量結(jié)果均為被測(cè)量值的近似值。電氣測(cè)量指示儀表精度越高，則測(cè)量值與實(shí)際值之間的誤差越小，即測(cè)量精度越高。所謂基本誤差，就是電氣測(cè)量指示儀表固有的誤差，儀表本身沒(méi)有質(zhì)量缺陷，測(cè)量環(huán)境為正常環(huán)境，并且測(cè)量操作沒(méi)有違規(guī)，在這種情況下出現(xiàn)的誤差即為基本誤差?；菊`差以百分?jǐn)?shù)形式表示，其計(jì)算方法為：基本誤差=（儀表指示值-實(shí)際值）/測(cè)量上限值×100%。

實(shí)際測(cè)量中出現(xiàn)基本誤差的原因有多方面，例如測(cè)量技術(shù)路線不合理，或者被測(cè)對(duì)象結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定等。

3.7 附加誤差

附加誤差也是電氣測(cè)量指示儀表在應(yīng)用過(guò)程中常見(jiàn)的一類情況，它是由外界因素干擾而引起的，結(jié)合測(cè)量環(huán)境總結(jié)引起附加誤差的原因如下。①環(huán)境溫度，不同型號(hào)、不同質(zhì)量的電氣測(cè)量指示儀表，其工作溫度范圍存在一定差異，通常來(lái)說(shuō)在10～40℃環(huán)境下附加誤差較小，而低溫或高溫環(huán)境下，儀表附加誤差將會(huì)明顯增加[6]。②電磁場(chǎng)，外部磁場(chǎng)、電場(chǎng)都會(huì)對(duì)電氣測(cè)量指示儀表的測(cè)量精度產(chǎn)生影響，并且場(chǎng)強(qiáng)越強(qiáng)的情況下，附加誤差也會(huì)越大。③電壓的波動(dòng)變化，電路中電壓不穩(wěn)，也會(huì)因?yàn)殡妷翰▌?dòng)而產(chǎn)生附加誤差。相比于基本誤差，附加誤差在多數(shù)情況下都可以避免，這就需要技術(shù)人員要了解電氣測(cè)量指示儀表的技術(shù)特性，選擇合適條件或者采取控制措施，營(yíng)造良好的測(cè)量環(huán)境，從而降低附加誤差。

4 結(jié)語(yǔ)

電氣測(cè)量指示儀表作為電力系統(tǒng)日常維護(hù)與故障檢修中常用的工具之一，了解其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和技術(shù)特性，在此基礎(chǔ)上做到科學(xué)使用、規(guī)范操作，才能發(fā)揮儀表儀器的實(shí)用功能。通過(guò)分析來(lái)看，阻尼時(shí)間、功率消耗、絕緣強(qiáng)度等幾項(xiàng)技術(shù)特性是決定電氣測(cè)量指示儀表使用效果的主要技術(shù)指標(biāo)，需要引起測(cè)量人員的特別注意。如果在實(shí)際的電氣測(cè)量中發(fā)現(xiàn)有儀表指針擺動(dòng)幅度過(guò)大、擺動(dòng)次數(shù)過(guò)多、誤差較大等情況，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行修理或更換，從而保證電氣測(cè)量的精度。