3.4 常用电工仪表的使用
3.4.1 电压表与电流表
（1）电流表和电压表的选择
电流表和电压表的测量机构基本相同，但在测量线路中的连接有所不同，因此，在选择和使用电流表和电压表时应注意以下几点：
①类型的选择。当被测量是直流时，应选直流表，即磁电系测量机构的仪表。当被测量是交流时，应注意其波形与频率。若为正弦波，只需测出有效值即可换算为其他值（如最大值、平均值等），采用任意一种交流表即可。若为非正弦波，则应区分需测量的是什么值，有效值可选用电磁系或铁磁电动系测量机构的仪表；平均值则选用整流系测量机构的仪表。而电动系测量机构的仪表，常用于交流电流和电压的精密测量。
②准确度的选择。因仪表的准确度越高，价格越贵，维修也较困难；而且，若其他条件配合不当，再高准确度等级的仪表，也未必能得到准确的测量结果。因此，在选用准确度较低的仪表可满足测量要求的情况下，就不要选用高准确度的仪表。通常0.1级和0.2级仪表作为标准表选用；0.5级和1.0级仪表作为实验室测量使用；1.5级以下的仪表一般作为工程测量选用。
③量程的选择。要充分发挥仪表准确度的作用，还必须根据被测量的大小，合理选用仪表量限，如选择不当，其测量误差将会很大。一般使仪表对被测量的指示在仪表最大量程的1/2～2/3之间，而不能超过其最大量程。
④内阻的选择。选择仪表还应根据被测阻抗的大小来选择仪表的内阻，否则会给测量结果带来较大的测量误差。因内阻的大小反映仪表本身功率的消耗，所以，在测量电流时，应选用内阻尽可能小的电流表；测量电压时，应选用内阻尽可能大的电压表。
⑤正确接线。测量电流时，电流表应与被测电路串联；测量电压时，电压表应与被测电路并联。测量直流电流和电压时，必须注意仪表的极性，应使仪表的极性与被测量的极性一致。
⑥高电压、大电流的测量。测量高电压或大电流时，必须采用电压互感器或电流互感器。电压表和电流表的量程应与互感器二次的额定值相符，一般电压为100V，电流为5A。
⑦量程的扩大。当电路中的被测量超过仪表的量程时，可采用外附分流器或分压器，但应注意其准确度等级应与仪表的准确度等级相符。
另外，还应注意仪表的使用环境要符合要求，要远离外磁场，使用前应使指针处于零位，读数时应使视线与标度尺平面垂直等。
（2）直流电流的测量
测量直流电流时，电流表的接法如图3-35所示。
图3-35 直流电流的测量
（3）交流电流的测量
测量交流电流时，电流表的接法如图3-36所示。
图3-36 交流电流的测量
（4）直流电压的测量
测量直流电压时，电压表的接法如图3-37所示。
图3-37 直流电压的测量
（5）交流电压的测量
测量交流电压时，电压表的接法如图3-38所示。
图3-38 交流电压的测量
3.4.2 万用表
（1）指针式万用表的组成
万用表主要由表头（又称测量机构）、测量线路和转换开关三大部分组成。表头用来指示被测量的数值；测量线路用来把各种被测量转换为适合表头测量的直流微小电流；转换开关用来实现对不同测量线路的选择，以适应各种测量要求。转换开关有单转换开关和双转换开关两种。
在万用表的面板上有带有多条标度尺的刻度盘、转换开关的旋钮、在测量电阻时实现欧姆调零的电阻调零器、供接线用的接线柱（或插孔）等。各种型号的万用表外观和面板布置虽不相同，功能也有差异，但三个基本组成部分是构成各种型号万用表的基础。指针式万用表的面板如图3-39所示。
图3-39 500型万用表
（2）指针式万用表的选择
万用表的用途广泛，可测量的电量较多，量程也多，其结构形式各不相同，往往因使用不当或疏忽大意造成测量误差或仪表损坏事故，因此必须正确选用万用表，一般应注意以下几点：
①接线柱（插孔）的选择 在测量前，检查表笔应接插孔的位置，测量直流电流或直流电压时，红表笔的连接线应接在红色接线柱或标有“+”的插孔内，另一端接被测对象的正极；黑表笔的连接线应接在黑色接线柱或标有“*”的插孔内，另一端接被测对象的负极。测量电流时，应将万用表串联在被测电路中；测量电压时，应将万用表并联在被测电路中。
若不知道被测部分的正负极性，应先将转换开关置于直流电压最高挡，然后将一表笔接入被测电路任意一极上，再将另一端表笔在被测电路的另一极上轻轻一触，立即拿开，观察指针的偏转方向，若指针往正方向偏转，则红表笔接触的为正极，另一极为负极；若指针往反方向偏转，则红表笔接触的为负极，另一极为正极。
②种类的选择 根据被测的对象，将转换开关旋至需要的位置。例如：需要测量交流电压，则将转换开关旋至标有
的区间，其余类推。
有的万用表面板上有两个旋钮，一个是种类选择旋钮，一个是量限变换旋钮。使用时，应先将种类选择旋钮旋至对应被测量所需的种类，然后再将量限变换旋钮旋至相应的种类及适当的量限。
在进行种类选择时要认真，否则若误选择，就有可能带来严重后果。例如：若需测量电压，而误选了测量电流或测量电阻的种类，则在测量时，将会使万用表的表头受到严重损伤，甚至被烧毁。所以，在选择种类以后，要仔细核对确认无误后，再进行测量。
③量限的选择 根据被测量的大致范围，将转换开关旋至该种类区间适当量限上。例如：测量220V交流电压，应选用250V的量程挡。通常在测量电流、电压时，应使指针的偏转在量程的1/2或2/3附近，这时读数较为准确。若预先不知被测量的大小，为避免量程选得过小而损坏万用表，应选择该种类最大量程预测，然后再选择合适的量程（测量时，应使万用表的指针偏转到满量程的1/2～2/3处），以减小测量误差。
④灵敏度的选择 万用表的性能主要以测量灵敏度来衡量，灵敏度以测量电压时每伏若干欧来表示，一般为1000Ω/V、2000Ω/V、5000Ω/V、10000Ω/V等，数值越大灵敏度越高，测量结果越准确。
（3）指针式万用表的使用方法
万用表的型号很多，但其基本使用方法是相同的。现以MF30型万用表为例，介绍它的使用方法。
①使用万用表之前，必须熟悉量程选择开关的作用。明确要测什么，怎样去测，然后将量程选择开关拨在需要测试挡的位置，切不可弄错挡位。例如：测量电压时如果误将选择开关拨在电流或电阻挡，则容易把表头烧坏。
②测量前观察一下表针是否指在零位。如果不指零位，可用螺丝刀调节表头上机械调零螺丝，使表针回零（一般不必每次都调）。红表笔要插入正极插口，黑表笔要插入负极插口。
③电压的测量。将量程选择开关的尖头对准标有V的五挡范围内。若是测直流电压则应指向
处。依此类推，如果要改测电阻，开关应指向Ω挡范围。测电流应指向mA或μA。测量电压时，要把万用表表笔并接在被测电路上。根据被测电路的大约数值，选择一个合适的量程位置。
④在实际测量中，遇到不能确定被测电压的大约数值时，可以把开关先拨到最大量程挡，再逐挡减小量程到合适的位置。测量直流电压时应注意正、负极性，若表笔接反了，表针会反偏。如果不知道电路正负极性，可以把万用表量程放在最大挡，在被测电路上迅速试一下，看笔针怎么偏转，就可以判断出正、负极性。测量交流电压时，表笔没有正负之分。
⑤hFE是测量三极管的电流放大系数的，只要把三极管的三个引脚插入万用表面板上对应的孔中，就能测出hFE值。注意PNP、NPN是不同的。
（4）正确读数
万用表的标度盘上有多条标度尺，它们代表不同的测量种类。测量时，应根据转换开关所选择的种类及量程，在对应的标度尺上读数，并应注意所选择的量程与标度尺上的读数的倍率关系。 例如：标有“DC”或“—”的标度尺为测量直流时用的；标有“AC”或“～”的标度尺为测量交流时用的（有些万用表的交流标度尺用红色特别标出）；在有些万用表上还有交流低电压挡的专用标度尺，如6V或10V等专用标度尺；标有“Ω”的标度尺是测量电阻用的。
测220V交流电：把量程开关拨到交流500V挡。这时满刻度为500V，读数按照刻度1∶1来读。将两表笔插入供电插座内，表针所指刻度处即为测得的电压值。
测量干电池的电压时应注意，因为干电池每节最大值为1.5V，所以可将转换开关放在5V量程挡。这时在面板上表针满刻度读数的500应作5来读数，即缩小100倍。如果表针指在300刻度处，则读为3V。注意量程开关尖头所指数值即为表头上表针满刻度读数的对应值，读表时只要据此折算，即可读出实际值。除了电阻挡外，量程开关所有挡均按此方法读测量结果。
电阻挡有R×1Ω、R×10Ω、R×100Ω、R×1kΩ、R×10kΩ各挡，分别说明刻度的指示要再乘上倍数，才可得到实际的电阻值（单位为欧姆）。 例如用R×100Ω挡测一电阻，指针指示为“10”，那么它的电阻值为10×100=1000，即1kΩ。
需要注意的是电压挡、电流挡的指示原理不同于电阻挡，例如5V挡表示该挡只能测量5V以下的电压，500mA挡只能测量500mA以下的电流，若是超过量程，就会损坏万用表。
（5）欧姆挡的正确使用
在使用万用表欧姆挡测量电阻时还应注意以下几点：
①选择适当的倍率。在用万用表测量电阻时，应选择好适当的倍率挡，使指针指示在刻度较稀的部分。由于电阻挡的标度尺是反刻度方向，即最左边是“∞”（无穷大），最右边是“0”，并且刻度不均匀，越往左，刻度越密，读数准确度越低，因此，应使指针偏转在刻度较稀处，且以偏转在标度尺的中间附近为宜。例如：要测量一个阻值为100Ω左右的电阻，若选用R×1Ω挡来测量，万用表的指针将靠近高电阻的一端，读数较密，不易读取标度尺上的示值，因此，应选用R×10Ω的一挡来测量。
②调零。在测量电阻之前，首先应进行调零，将红、黑两表笔短接，同时转动欧姆调零旋钮，使指针指到电阻标度尺的“0”刻线上。每更换一次倍率挡，都应先调零，然后才能进行测量。若指针调不到零位，应更换新的电池。
③不能带电测量。测量电阻的欧姆挡是由干电池供电的，因此，在测量电阻时，决不能带电进行测量。
④被测对象不能有并联支路。当被测对象有并联支路存在时，应将被测电阻的一端焊下，然后再进行测量，以确保测量结果的准确性。
⑤在使用万用表欧姆挡的间歇中，不要让两支表笔短接，以免浪费干电池。若万用表长期不用，应将表内电池取出，以防电池腐蚀损坏其他元件。
（6）万用表使用注意事项
使用万用表测量时应注意以下事项：
①要有监护人，监护人的技术等级要高于测量人员。监护人的作用是，使测量人与带电体保持规定的安全距离，监护测量人正确使用万用表和测量，若测量人不懂测量技术，监护人有权停止其测量工作。
②万用表在使用时，必须水平放置，以免造成误差。同时， 还要注意避免外界磁场对万用表的影响。
③在使用万用表之前，应先进行“机械调零”，即在没有被测电量时 ，使万用表指针指在零电压或零电流的位置上。
④在测量元器件时，一定要将元器件各引脚的氧化层去掉，并保持表笔与各引脚的紧密接触。
⑤在使用万用表的过程中，不能用手去接触表笔的金属部分 ，这样一方面可以保证测量的准确性，另一方面也可以保证人身安全。
⑥测量时，要注意被测量的极性，避免指针反打而损坏万用表，测量直流时，红表笔接正极，黑表笔接负极。
⑦测量高电压或大电流时，不能在测量时旋转转换开关，避免转换开关的触点产生电弧而损坏开关。
⑧为了确保安全，使用交直流2500V量限测量时，应将测试棒一端固定接在电路地电位上，将测试棒的另一端去接触被测高压电源，测试过程中应严格执行高压操作规程，双手必须带高压绝缘橡胶手套，地板应铺置高压绝缘橡胶板，测试时应谨慎从事。
⑨当不知被测电压或电流有多大时，应先将量程挡置于最高挡，然后再向低量程逐渐转换。
⑩测量完毕后，应将转换开关旋至交流电压最高挡；这样一方面可防止转换开关放在欧姆挡时，表笔短接，长期消耗表内电池，更主要的是可以防止在下次测量时，忘记旋转转换开关而损坏万用表。
⑪如果长期不使用 ，还应将万用表内部的电池取出来，以免电池腐蚀表内其他器件。
3.4.3 钳形电流表
（1）钳形电流表的用途与特点
钳形电流表又称卡表，它是用来在不切断电路的条件下测量交流电流（有些钳形电流表也可测直流电流）的携带式仪表。
钳形电流表是由电流互感器和电流表组合而成的。电流互感器的铁芯在捏紧扳手时可以张开；被测电流所通过的导线可以不必切断就可穿过铁芯张开的缺口，当放开扳手后铁芯闭合，即可测量导线中的电流。为了使用方便，表内还有不同量程的转换开关，供测不同等级电流以及测量电压。
通常用普通电流表测量电流时，需要将电路切断停机后才能将电流表或电流互感器的一次绕组接入被测回路中进行测量，这是很麻烦的，有时正常运行的电动机不允许这样做。此时，使用钳形电流表就显得方便多了，无需切断被测电路即可测量电流。例如，用钳形电流表可以在不停电的情况下测量运行中的交流电动机的工作电流，从而很方便地了解负载的工作情况。正是由于这一独特的优点，钳形电流表在电气测量中得到了广泛的应用。
钳形电流表具有使用方便，不用拆线、切断电源及重新接线等特点，但它只限于在被测线路电压不超过500V的情况下使用，且准确度较低，一般只有2.5级和5.0级。
（2）钳形电流表的分类
①按工作原理分类 可分为整流系和电磁系两种
②按指示形式分类 可分为指针式和数字式两种。
③按测量功能分类 可分为钳形电流表和钳形多用表。钳形多用表兼有许多附加功能，不但可以测量不同等级的电流，还可以测量交流电压、直流电压、电阻等。
整流系钳形电流表是由一个电流互感器和带整流装置的整流系表头组成的。常用指针式钳形电流表的结构如图3-40所示。
图3-40 钳形电流表的结构
1—载流导线；2—铁芯；3—磁通；4—线圈；5—电流表；6—改变量程的旋钮；7—扳手
（3）钳形电流表的使用
①测量前，应检查钳形电流表的指针是否在零位，若不在零位，应调至零位。
②用钳形电流表检测电流时，一定要夹住一根被测导线（电线），若夹住两根（平行线）则不能检测电流。
③钳形电流表一般通过转换开关来改变量程，也有通过更换表头来改变量程的。测量时，应对被测电流进行粗略的估计，选好适当的量程。如被测电流无法估计时，应将转换开关置于最高挡，然后根据测量值的大小，变换到合适的量程。对于指针式电流表，应使指针偏转满刻度的2/3以上。
④应注意不要在测量过程中带电切换量程，应该先将钳口打开，将载流导线退出钳口，再切换量程，以保证设备及人身安全。
⑤进行测量时，被测载流导线应置于钳口的中心位置，以减少测量误差。
⑥为了使读数准确，钳口的结合面应保持良好的接触。当被测量的导线被卡入钳形电流表的钳口后，若发现有明显噪声或表针振动厉害时，可将钳口重新开合一次；若噪声依然存在，应检查钳口处是否有污物，若用污物，可用汽油擦净。
⑦在变、配电所或动力配电箱内要测量母排的电流时，为了防止钳形电流表钳口张开而引起相间短路，最好在母排之间用绝缘隔板隔开。
⑧测量5A以下的小电流时，为得到准确的读数，在条件允许时，可将被测导线多绕几圈放进钳口内测量，实际电流值应为仪表读数除以钳口内的导线根数。
⑨为了消除钳形电流表铁芯中剩磁对测量结果的影响，在测量较大的电流之后，若立即测量较小的电流，应将钳口开、合数次，以消除铁芯中的剩磁。
⑩禁止用钳形电流表测量高压电路中的电流及裸线电流，以免发生事故。
⑪钳形电流表不用时，应将其量程转换开关置于最高挡，以免下次误用而损坏仪表；并将其存放在干燥的室内，钳口铁芯相接处应保持清洁。
⑫在使用带有电压测量功能的钳形电流表时，电流、电压的测量须分别进行。
⑬在使用钳形电流表时，为了保证安全，一定要戴上绝缘手套，并要与带电设备保持足够的安全距离。
⑭在雷雨天气，禁止在户外使用钳形电流表进行测试工作。
（4）钳形电流表使用注意事项
当用整流系钳形电流表测量运行中的绕线转子异步电动机的转子电流时，不仅仪表上的指示值同被测量的实际值有很大出入，而且还会没有指示。这主要是因为整流系钳形电流表的表头电压是由二次线圈获得的，根据磁感应原理，互感电动势的大小和频率成正比；而转子上的频率很低，则表头上得到的电压要比测量同样电流值的工频电流小很多，以致不能使表头中整流元件工作，致使整流系钳形电流表无指示或指示值与实际值相差太大，失去了测量的意义。
如果选用电磁系钳形电流表，由于测量机构没有二次线圈和整流元件，表头是和磁回路直接相连的，又不存在频率关系，因此，能比较准确地测量绕线转子异步电动机的转子电流。
由此可见，在测量时，应根据被测对象的特点，正确选择相应的钳形电流表。
3.4.4 绝缘电阻表
（1）绝缘电阻表的特点、用途与分类
绝缘电阻表俗称摇表，又称兆欧表或绝缘电阻测量仪。它是用来检测电气设备、供电线路绝缘电阻的一种可携式仪表。绝缘电阻表标度尺上的单位是兆欧，单位符号为MΩ。它本身带有高压电源。
测量绝缘电阻必须在测量端施加一高压，直流高压的产生一般有三种方法。第一种是手摇发电机式（摇表名称来源）。第二种是通过市电变压器升压，整流得到直流高压。第三种是利用晶体管振荡式或专用脉宽调制电路来产生直流高压。
绝缘电阻表的种类很多，但基本结构相同，主要由一个磁电系的比率表和高压电源（常用手摇发电机或晶体管电路产生）组成。绝缘电阻表有许多类型，按照工作原理可分为采用手摇发电机的绝缘电阻表和采用晶体管电路的绝缘电阻表；按绝缘电阻的读数方式可分为指针式绝缘电阻表和数字式绝缘电阻表。
常用指针式绝缘电阻表的外形如图3-41所示。
图3-41 绝缘电阻表
（2）绝缘电阻表的选择
绝缘电阻表的选择主要是选择它的电压及测量范围。高压电气设备绝缘电阻要求高，须选用电压高的绝缘电阻表进行测试；低压电气设备内部绝缘材料所能承受的电压不高，为保证设备安全，应选择电压低的绝缘电阻表；如测量很频繁最好选带有报警设定功能的绝缘电阻表。
①电压等级的选择 选用绝缘电阻表电压时，应使其额定电压与被测电气设备或线路的工作电压相适应，不能用电压过高的绝缘电阻表测量低电压电气设备的绝缘电阻，以免损坏被测设备的绝缘。不同额定电压的绝缘电阻表的使用范围见表3-1。
表3-1 不同额定电压的绝缘电阻表使用范围
应按被测电气元件工作时的额定电压来选择仪表的电压等级。测量埋置在绕组内和其他发热元件中的热敏元件等的绝缘电阻时，一般应选用250V规格的绝缘电阻表。
②测量范围的选择 在选择绝缘电阻表测量范围时，应注意不能使绝缘电阻表的测量范围过多地超出所需测量的绝缘电阻值，以减少误差的产生。另外，还应注意绝缘电阻表的起始刻度，对于刻度不是从零开始的绝缘电阻表（例如从1MΩ或2MΩ开始的绝缘电阻表），一般不宜用来测量低电压电气设备的绝缘电阻。因为这种电气设备的绝缘电阻值较小，有可能小于1MΩ，在仪表上得不到读数，容易误认为绝缘电阻值为零，而得出错误的结论。
（3）使用前的准备与注意事项
绝缘电阻表在工作时，自身产生高电压，而测量对象又是电气设备，所以必须正确使用，否则就会造成人身或设备事故。使用前，首先要做好以下各种准备：
①测量前，必须将被测设备电源切断，并对地短路放电，决不允许设备带电进行测量，以保证人身和设备的安全。
②对可能感应出高压电的设备，必须消除这种可能性后，才能进行测量。
③被测物表面要清洁，减小接触电阻，确保测量结果的正确性。
④测量前要检查绝缘电阻表是否处于正常工作状态。
⑤绝缘电阻表使用时应放在平稳、牢固的地方，且远离大的外电流导体和外磁场。 做好上述准备工作后就可以进行测量了，在测量时，还要注意兆欧表的正确接线，否则将引起不必要的误差甚至错误。
⑥绝缘电阻表接线柱引出的测量软线的绝缘应良好，绝缘电阻表与被测设备间的连接线应用单根绝缘导线分开连接。两根连接线不可缠绞在一起，也不可与被测设备或地面接触，以避免导线绝缘不良而引起误差。
⑦测量设备的绝缘电阻时，还应记下测量时的温度、湿度、被试物的有关状况等，以便于对测量结果进行分析。当湿度较大时，应接屏蔽线。
⑧禁止在有雷电时或附近有高压设备时使用绝缘电阻表，以免发生危险。
⑨测量之后，用导体对被测元件（例如绕组）与机壳之间放电后拆下引接线。直接拆线有可能被储存的电荷电击。
⑩测量具有大电容设备的绝缘电阻，读数后不能立即断开兆欧表，否则已被充电的电容器将对兆欧表放电，有可能烧坏兆欧表。在读数后应首先断开测试线， 然后再停止测试，在绝缘电阻表和被测物充分放电以前，不能用手触及被试设备的导电部分。
（4）接线方法
绝缘电阻表的接线柱共有三个：一个为“L”（即线端），一个为“E”（即地端），一个为“G”（即屏蔽端，也叫保护环）。一般被测绝缘电阻都接在“L”和“E”端之间，但当被测绝缘体表面漏电严重时，必须将被测物的屏蔽层或外壳（即不须测量的部分）与“G”端相连接。
由此可见，要想准确地测量出电气设备等的绝缘电阻，必须对兆欧表进行正确的接线。用绝缘电阻表测量绝缘电阻的正确接法如图3-42所示。测量电气设备对地电阻时，L端与回路的裸露导体连接，E端连接接地线或金属外壳；测量回路的绝缘电阻时，回路的首端与尾端分别与L、E连接；测量电缆的绝缘电阻时，为防止电缆表面泄漏电流对测量精度产生影响，应将电缆的屏蔽层接至G端。否则，将失去了测量的准确性和可靠性。
图3-42 用绝缘电阻表测量绝缘电阻的正确接法
（5）手摇发电机供电的绝缘电阻表的使用方法与注意事项
①在使用绝缘电阻表测量前，先对其进行一次开路和短路试验，以检查绝缘电阻表是否良好。试验方法如图3-43所示。将绝缘电阻表平稳放置，先使“L”和“E”两个端钮开路，摇动手摇发电机的手柄，使发电机转速达到额定转速（转速约120r/min），这时指针应指向标尺的“ ∞”位置（有的绝缘电阻表上有“∞”调节器，可调节使指针指在“∞”位置）；然后再将“L”和“E”两个端钮短接，缓慢摇动手柄，指针应指在“0”位。
图3-43 绝缘电阻表的开路试验与短路试验
②测量接线如图3-42所示。测量时，应将兆欧表保持水平位置，一般左手按住表身，右手摇动绝缘电阻表摇柄。
③摇动绝缘电阻表时，不能用手接触兆欧表的接线柱和被测回路，以防触电。
④摇动绝缘电阻表后，各接线柱之间不能短接，以免损坏。
⑤测量时，摇动手柄的速度由慢逐渐加快，并保持在120r/min左右的转速，测量1min左右，摇动到指示值稳定后读数。这时读数才是准确的结果。如果被测设备短路，指针指零，应立即停止摇动手柄，以防表内线圈发热而损坏仪表。
⑥当绝缘电阻表没有停止转动和被测物没有放电前，不可用手触及被测物的测量部分，或进行拆除导线的工作。在测量大电容的电气设备绝缘电阻时，在测定绝缘电阻后，应先将“L”连接线断开，再松开手柄，以免被测设备向绝缘电阻表倒充电而损坏仪表。
[注]1in=0.0254m。