《电能计量技术》实验指导书
郭壮志 李惜玉编
广东工业大学自动化学院
二０一二年十月印刷
学生实验守则
1、学生必须熟悉和遵守《电能计量技术》的实验安全规则。
2、实验必须按照实验指导书进行预习，实验后按照实验指导书的要求撰写实验报告，并在一周内交给相关指导教师。
3、必须经实验指导教师检查和同意后学生方可开始实验。严禁擅自接通电源。
4、实验过程中要集中思想，禁止谈笑和玩弄仪器设备。
5、实验完毕后必须经指导教师检查认可后，方可离开实验室。
6、对于违反规定的学生，指导教师有权根据情况提出批评、警告或停止进行中的实验。
《电能计量技术》实验安全规则
一、实验过程中要严肃认真，不做与实验内容无关的事情。
二、对实验仪器、仪表等设备，在未掌握使用方法前不能使用。
三、实验过程中要确定小组负责人，明确各组成员分工。
四、实验过程中若出现异常现象，要立即停止实验、切断电源。查明原因并采取相应措施后再继续进行实验。
实验一 交流感应式电能表的拆装
实验项目性质：普通实验
所属课程名称：电能计量技术
实验计划学时：2
一、实验目的
1、了解感应式电能表的结构。
2、了解感应式电能表各部分组成部分的主要作用，掌握驱动力矩、制动力矩等的产生方法和工作原理。
3、掌握感应式电能表的拆装方法。
4、掌握感应式电能表铭牌的物理意义，如电能表常数、准确度等级、基本电流等。
二、实验主要内容
1、感应式单相电能表、三相电能表的拆卸。
2、感应式单相电能表、三相电能表的组装。
三、实验主要设备
1、感应式单相电能表、三相电能表各一块。
2、不同规格螺丝刀各一把；小活扳子、钳子各一把；专用工具盒一个；相应的配套检修工具等。
四、实验原理
根据黄伟主编《电能计量技术》第二章感应式电能表基本知识可知，无论何种类型的感应式电能表主要由测量机构和辅助元件（基架、底座、外壳、端钮盒和铭牌等组成），本实验就是按照上述现实情况进行设计的。
五、感应式电能表实物和结构简图
图1 感应式电能表实物（单相/三相）与原理接线图
1电压铁芯2电压线圈3电流铁芯4电流线圈5转盘6转轴7制动元件
8下轴承9上轴承10涡轮11蜗杆12回磁极
图2 感应式电能表测量机构简图
采用广州仪表厂生产的电能表，基架采用优质铝合金压铸，电磁系统的电压铁芯采用插片式结构，电流铁芯加过载补偿，制动元件采用双复极磁钢，且选用高矫顽力的 LNG37 永磁合金，磁性能稳定，下轴承采用双宝石结构及磁力轴承两种形式。
六、实验内容及其步骤
1、 电能表拆卸
（1）将电能表的表盖和表底全部脱开。
（2）拆下计度器。
（3）拆下永久磁铁。
（4）拆下上下轴承和转盘，注意不要使转盘变形。
（5）拆下电压线圈和电流线圈。
（6）拆下基架。
2、 电能表组装
（1）安装基架。
（2）安装电压线圈和电流线圈。
（3）安装上下轴承和转盘，注意不要使转盘变形。
（4）安装永久磁铁。
（5）安装计度器。
（6）安装电能表的表盖。
七、实验注意事项
实验过程中要注意拆装顺序，做好记录。要注意轻拿轻放，爱护设备。具体注意事项有：
（1）将电流线圈和电压线圈安装在基架上。
（2）基架要安装端正，螺丝要拧紧。
（3）装转盘和轴承时，要使转盘转动灵活，上下轴承压片不要拧偏。
（4）装永久磁铁时要用手按住磁铁，使其位置端正后再拧螺丝，要求磁铁的板面要平行于转盘平面。
（5）安装计度器时，要求齿轮与涡轮齿合适当，深度一般为齿高的1/2~1/3。
（6）检查防潜钩在防潜位置时，转盘上的颜色标志应在窗口正中间。
（7）电流线圈和电压线圈与端钮盒连接导线要拧紧，接线要正确，尤其是三相表的极性要特别注意接线正确。
（8）组装好的的电能表要内部清洁，接线正确，螺丝拧紧，检查转盘的位置、计度器齿轮与蜗轮的齿合程度。经老师检查合格后安装表盖。
八、实验报告要求
1、记录感应式电能表拆卸和安装的详细步骤。
2、详细分析感应式电能表驱动转矩和制动转矩的产生原理。
3、在电能表基本原理基础上，分析电能表存在潜动的原因及解决方法。
九、思考题
1、交流感应式电能表为什么需要有电压驱动元件和电流驱动元件，如果仅有电压驱动元件或电流驱动元件正常工作，电能表能否正常工作，为什么？
2、当负载为感性负载时，交流感应式电能表要实现有功电能的准确计量需要满足怎样的条件？如何采用相量分析法进行分析？
实验二互感器的极性检查
实验项目性质：普通实验
所属课程名称：电能计量技术
实验计划学时：2学时
一、实验目的
1、 了解互感器绕组极性的含义和极性检查的必要性。
2、 掌握互感器使用注意事项。
3、 掌握互感器极性检查的方法。
二、实验主要内容
1、 互感器极性检查直流法的应用。
2、 互感器极性检查比较法的应用。
三、实验主要设备
1、 直流法：电流（电压）互感器、开关、干电池、直流电流（电压）表。
2、 比较法：电流（电压）互感器、开关、干电池、直流电流（电压）表、极性已知互感器。
四、实验基本原理
1、 互感器接线
互感器接线需要采用减极性接线，其接线的方式若出现错误，将不能准确实现用户电能的准确计量，对电网和用户都将产生不良影响。其电压互感器、电流互感器的正确接线方法和错误接线方法分别如图1（减极性）、图2（加极性）、图3（减极性）、图4（加极性）所示。
图1 电流互感器减极性 图2 电流互感器加极性
图3 电压互感器减极性 图4 电压互感器加极性
2、 电流互感器极性检查原理
（1）电流互感器极性检查直流法原理
图5为直流法检查电流互感器极性接线原理图。当一次绕组通一直流电流，在二次绕组接直流电流表，当开关S合上的瞬间，观察电流表的指针，若正向偏转时，则绕组为减极性，否则为加极性。
图5 直流法检查电流互感器极性接线原理图
（2）电流互感器极性检查比较法原理
图6为比较法检查电流互感器极性接线原理图。标准互感器TA0的极性已知，TAX为被检查互感器，当两者极性相同时，流过差流支路的电流
，不能启动指示器M，说明被测互感器的极性标志正确。当两者极性相反时，
，极性指示灯亮。
图6 比较法检查电流互感器极性接线原理图
3、 电压互感器极性检查原理
（1）电压互感器极性检查直流法原理
图7为直流法检查电压互感器极性接线原理图。当一次绕组通一直流电流，在二次绕组接直流电压表，当开关S合上的瞬间，观察直流电压表的指针，若正向偏转时，则绕组为减极性，否则为加极性。
图7 直流法检查电压互感器极性接线原理图
（2）电压互感器极性检查比较法原理
图8为比较法检查电压互感器极性接线原理图。标准互感器TA0的极性已知，TAX为被检查互感器，当两者极性相同时，
，流过差流支路的电流
，可启动指示器M，说明被测互感器的极性标志正确。当两者极性相反时，
，极性指示灯不亮。
图8 比较法检查电压互感器极性接线原理图
五、实验步骤
（1）按照图5~图8接线。
（2）按照上述所描述的方法判别电流互感器和电压互感器的极性。
六、实验注意事项
实验过程中要注意拆装顺序，做好记录。要注意轻拿轻放，爱护设备。具体注意事项有：
1、直流法检查电流互感器极性时，加1.5V~12V的直流电压。
2、为防止万用表受过高电压冲击而受损害，应在电流互感器的小电流侧（如2.5/5A的一次侧或100/5A的二次测）接干电池。
3、万用表和电池的正、负极必须对应电流互感器的极性符号。
4、对于二次多绕组的电流互感器，未实验的二次绕组均应短路。
5、为了安全，万用表应接在电压互感器的低压二次端子上，一次高压绕组接开关和电池1.2~1.5V。接线时正、负极与端子相对应。
6、万用表的直流毫伏量程应自高向低选用，以免冲击损伤表针。
7、对于多绕组的电压互感器，未实验的二次绕组均应开路。
七、实验报告要求
1、详细阐述实验判定互感器极性的步骤和原理。
2、分析电流互感器和电压互感器使用时的注意事项。
3、分析互感器工作时产生误差的根本原因和消除误差方法。
八、思考题
1、基尔霍夫电流定律和电压定律在实验中是如何得到应用的？
2、电流互感器和电压互感器在电能计量中的主要作用是什么？
3、检验互感器极性的方法有哪些？
第二篇：自动检测技术实验指导书
自动检测技术
实验指导书
河北理工大学计控学院
实验中心
目录
实验一 热电偶焊接与校验... 2
实验二 压力表调整及校验... 4
实验三 电容液位测量... 6
实验四 电磁流量计的认识和校验... 7
实验一 热电偶焊接与校验
一、实验目的
1. 了解热电偶的构造，掌握热电偶的焊接方法；
2. 掌握热电偶的校验方法；
3. 观察热电偶冷端温度变化对热电势的影响；
二、热电偶的焊接方法及操作
1. 盐水浴焊接方法
利用饱和食盐水的强导电性，在交流200V的电压作用下与欲焊接电偶间产生尽2500℃的高温电弧，因此可将热电偶丝的欲焊接端熔合，形成热电偶。
操作步骤：截取直径为0.5毫米镍铬、镍硅热电偶材料的金属丝各一根，长度为10厘米左右，欲焊接端用砂纸擦净，拧绞2~3圈，将电源的零线夹子夹在欲焊接热电偶的另一端，当欲焊接端于220V的相电压的食盐水液面相接触时随即产生高温电弧。如图1-1所示。
图1-1
利用其电弧将两根偶丝局部熔化焊在一起。要求焊点牢固光华，焊接点直径为2倍偶丝线径。
2. 
用自偶变压器将电压调整在60~100V之间，将此电压的电流线一端接石墨粉，一端接欲焊热电偶，当欲焊端与石墨粉相接触即产生更强烈的高温电弧，（操作时必须戴好防强光的镜子）装置线路如图1-2所示
图1-2
此方法适合焊接较粗直径的热电偶
热电偶焊接完成后要将热电偶的盐份和石墨粉清洗掉。
三、热电偶的校验
步骤：
1.将焊接完成的热电偶与测量线路的转换开关相连，热电偶的测量端插入管式炉中（与标准热电偶放在一起）如图1-3所示
S为标准热电偶
K为被校热电偶
图1-3
2.将调压器调整为10V左右，尽量使升温速度控制在小于10℃/分钟以便精确记录（标准热电偶S做为标准温度的测量）以标准热电偶S产生的热电势做基准温度，对被校验热电偶实施校验，每间隔10℃记录一点，将50℃～500℃各点记录下来，与标准热电势分度表对照视其误差值。
3.将补偿导线从冰瓶中取出观察冷端温度变化对热电偶测量值的影响。
四、实验报告
1. 简述热电偶测问温原理
2. 简述热电偶焊接工艺过程
3. 描点画出被校验热电偶的曲线
4. 指出冷端温度变化对测量的影响值（热端为500℃时）
实验二 压力表调整及校验
一、 实验目的
1. 掌握用标准压力表校验被校表的方法。
2. 掌握用砝码校验被校表的方法。
3. 观察压力表的变差。
4. 掌握压力表的调整方法，了解弹簧管压力表结构。
二、 实验设备
1. 活塞压力计一台
2. 被校压力表1.5级 0～6kgf/cm2
3. 改锥
4. 起针器
三、实验方法
利用活塞压力计产生标准压力对压力实施校验压力表，校验有两种方法：一种是利用砝码；另一种是利用标准表进行比较。实验装置如图2-1所示
四、实验步骤
1.活塞压力计的水平调整（调整活塞压力计底角螺栓的高度使水平仪指示为水平）。
2.打开油杯阀门，逆时针旋转手柄使油杯中的油吸到油缸里。当关闭油杯阀门并将手柄顺时针旋进即在管道内部产生压力，利用此压力及砝码即可对被校压力表进行校验，产生压力的大小与砝码重量和砝码顶起的高度有关。因此在杆的下部有一标线。当标线与定标线平齐时为准（及砝码重量等于压强）。
3.压力表零点校准（打开油杯阀门，使管道内部的压力与外界大气压相同。观察压力表指针是否指示在0压力的刻度，如有误差则把指针拔下，然后对正0刻度重新安上即可）。
4.压力表满量程校准，根据压力表量程大小将相应重量的砝码加在砝码托盘上（砝码托盘自重0.4KG）。当顺时针旋进活塞时管道内部便产生压力，当内部压力与砝码重量相等时，砝码就被托起并与标线平齐，如果此时指针的指示有误差则需调整量程调整螺钉。
5.压力表示值误差的测定
零点满量程刻度校准后加减相应刻度标称重量的砝码，对其刻度按上下行方式进行校验，将指示值记录下来，找出最大误差，计算其精度等级。
五、实验报告
叙述弹簧管压力表测量原理
根据上下行所测各点数据计算其精度是否符合原出厂精度
实验三 电容液位测量
一、实验目的
1.了解电容液位测量的基本原理
2.掌握电容液位计标定方法
三、实验设备
1. 数字式电容表，测量范围0.01～999.9μf
2. 导电液测量装置，深280 mm、250ml
3. 烧杯400 ml
四、测量原理
在平行板电容中两平行板的面积与距离决定于电容量的大小，因此导电液无疑是充当了电容的另一极板，因此当液位发生变化时，电容量会相应变化。当把一根绝缘导线直插入水中时，水与没入的导线就形成了一典型的圆简型电容，因此其电容容量的表达式为
L——两极板互相遮盖部分的长度
d、D——圆筒形内电极外径
ε——中间介质的介电系数
五、利用如图3－1所示的实验装置逐步定量加入被测液体，记录电容表的电容值变化情况，并描点作图（注水面高度每次10mm）记录数据不得少于20点
六、实验报告
1.将实验中所测数据填写在实验报告中，描点作图
2.试说明此方法能否测量非导电液体的液位，为什么，应该怎样实现.
实验四 电磁流量计的认识和校验
一、实验目的
1、通过拆装，熟悉流量计的结构组成，了解其工作过程，认识其结构形式。
2、通过对流量计的测试和校验，掌握流量计校验方法，理解其相关特性及性能指标含义。
3、了解电磁流量计的基本工作原理。
二、实验装置
1、电磁流量传感器 2、电磁流量转换计
3、调节阀 4、水泵
5、电流表 6、管道配件
三、工作原理
1、传感器是根据法拉第电磁感应原理工作的，当导电液体沿流量管在交变磁场中作与磁力线成垂直方向运动时，导电液体切割磁力线产生感应电势。在与测量管轴线和磁场磁力线相互垂直的管壁上安装了一对检测电极，将这个感应电势检出。
若感应电势为E，则有：
E=BVD …………………..（1）
式中： B——磁感应强度；
D——电极间的距离，与测量管内径相等；
V——测量管内被测流体在截面上的平均流速。
式（1）中磁场B是恒定不变值，D是一个常数，则感应电动势E与被测流体流速V成正比。通过测量管恒截面上的体积流量Q与流速V之间的关系为：
Q=πD2V/4………………………………..（2）
将（1）式带入（2）式得：
Q=πDVE/4B=KE………………………..（3）
式中： K——仪表常数。
由式（3）可知，当仪表常数K确定后，感应电动势E与流量Q成正比。
E通常为流量信号，将流量信号输入转换计，经过处理，输出与流量成正比的4～20mADC信号，可与单元组合仪表配套，对流量进行显示、记录、计算、调节等。
四、注意事项
1、仪表安装、接线后，正式投入运行之前，应严格检查安装、接线是否正确。
2、将传感器前后阀门打开，让传感器测量管内冲满被测介质。
五、实验步骤
1、将传感器和转换计导线连接正确。
2、让传感器中充满介质。
3、通电预热15分钟。
4、打开水泵，改变调节阀的开度，分别记录流量转换计显示数据，记录其输出电流。完成表格2-7，画出输出流量-电流曲线图。
表2-7流量计线性测试
5、观察曲线可看出流量计的线性情况。