《常用仪器仪表使用》电子教案
学习情境 其他常用仪表 授课章节 任务1 钳形电流表 方式 时间 新 课导 入 用电设备在长时间大电流的工作状态下，过热会引起火灾，钳形电流表可以随时方便的监测设备的工作电流，防止电器过热。 演示 提问 5’ 新课讲 授
1．工作原理
万用表测量电流时，需要停机切断电路，将电流表串入电路再开机进行测量，操作很不方便。使用钳形电流表可以在不切断电路的情况下测量交流电流，使用方便多了。
钳形电流表是电流表的一种，用来测量电路中的交流电流，简称电流钳。它是由电流互感器和电流表组合而成。电流互感器就是一个变压器，由相互绝缘的一次绕组、二次绕组、铁以及构架、壳体、接线端子等组成，如图4-1所示。变压器的工作原理，一次绕组的匝数较少，串联在被测线路中，二次绕组的匝数较多，与电流表串联形成闭合回路，当被测的交变电流通过一次绕组时，在铁上产生交变磁场，交变的磁场在二次绕组上产生电流。一次、二次绕组的电流与匝数的关系为：
或
其中I1为一次绕组电流，I2为二次绕组电流，N1为一次绕组匝数，N2为二次绕组匝数。由于二次绕组匝数比一次绕组匝数多几十倍，即N2>>N1，所以二次绕组上的电流小，测量比较安全。
钳形电流表内没有一次绕组，被测导线穿过硅钢片铁起一次绕组作用二次绕组均匀地缠绕在圆形铁上，与电流表串联形成闭合回路，如图4-2所示。被测导线通过的电流在二次绕组上感应出电流与其相连的电流表显示出相应的数字，指示出被测线路的电流。
图4-1 电流互感器
图4-2 钳形电流表
2．使用方法
现在常用的钳形电流表为数字，检测的电流示数直接显示在屏幕上如图4-3所示。
测量交流电流时，先估计被测电流大小，选择适当量程。按下扳手，使钳口张开，如图4-4所示，将被测导线放入钳口中央，松开扳手并使钳口闭合紧密，如图4-5所示。穿过铁的被测电路导线就成为电流互感器的一次线圈，导线上通过的电流在二次线圈中产生电流与二次线圈相连接的电流表便指示出被测线路的电流。
图4-3 数字式钳形电流表
图4-4 张开钳口
图4-5 放入导线并闭合钳口
现在的钳形数字电流表大部分为多功能表，它的面板上还有两个表笔插座，插上表笔后可以测量交流电压、直流电压、电阻、电容、二极管、温度等参数具有蜂鸣功能具有全量程高压保护，防止使用者误操作毁坏万用表或电路具有自动量程功能，电压、电阻、电容等位没有量程开关，转换开关拨到相应位，仪器能自动给出测量值具有自动关机功能，较长时间不使用仪器，仪器自动关机。
3．注意事项
1）被测线路电压不超过500V。
2）钳口应清洁、无锈，闭合后无明显的缝隙。
3）测量时只能钳住一根线，不可同时钳住两根导线如图4-6所示。
图4-6 错误的测量方法
4）钳形表有不同的量程，可以通过拨动转换开关进行转换。但测量电流时不允许转换开关，以免损坏仪表。
5）测量较小电流时，可将导线多绕几圈，放进钳口测量，其实际电流值应为仪表读数除以放进钳口内的导线根数。’ 分组讨 论 一、分组讨论
分组讨论，为什么不能用钳形电流表同时钳住两根导线测量电流？如果同时钳住两根导线，测量结果是多少？
二、学生实践
分组讨论
20’ 实训任务 实训任务：钳形电流表
使用钳形电流表测量计算机的工作电流，计算计算机的功率。组装40台这样的计算机机房，应至少使用多大的空气开关？
分组实训 40’ 课 堂
小 结 本章主要介绍钳形电流表的工作原理和使用方法，
归纳
总结 5’ 总计 180’
拓 展提 升
3．如何使用钳形电流表测量电烙铁的工作电流？ 教学
后记 本次课教学情况总结
学习情境 其他常用仪表 授课章节 任务3 电桥电桥电桥电桥电桥电桥 方式 时间 新 课导 入 有的用电设备与标准值即使差零点几欧，也有可能产生较大的危险，使用电桥可以精确测量设备的电阻。 演示 提问 5’ 新课讲 授
1．电桥的工作原理
万用表测量电阻使用伏安法，测量电阻的公式为R=U/I，由于万用表内部电池电动势和内阻的变化，不可避免存在测量误差。电桥是用比较法测量电阻的仪器，它的灵敏度高，测量准确，使用方便，广泛应用于各类维修中。
图4-10是电桥的原理图。它由个电阻R1、R2Rx和R0连成一个四边形，每条边称作桥的一个臂，四边形的A、B对角线接有电源，C和D之间连接检流计G，所谓桥是指CD这条对角线仿佛是一座桥。与检流计串联的电阻R为保护电阻，在电桥不平衡时R取较大值，以保护检流计；当电桥接近平衡时R取最小值以提高检流计的灵敏度。E为供电电源。
图4-10 电桥的工作原理
电源接通时，电桥线路的各支路均有电流通过。当C、D两点之间的电位不相等时，桥路中的电流Ig≠0，检流计的指针发生偏转；当C、D两点之间的电位相等时，桥路中的电流Ig=0，检流计指针指零，电桥处于平衡状态此时有：
若已知其中三个臂的电阻，就可以计算出另一个桥臂电阻因此，电桥测电阻的计算式为
电阻R1、R2为电桥的比率臂，Rx为待测臂，R0为比较臂，由计算公式可以看出，待测电阻Rx由比率值K和标准电阻R0决定，比值K可以作成10n。检流计起判断桥路有无电流的作用，由于检流计有足够的灵敏度，标准电阻可以制作得比较精密，所以利用电桥测量电阻的准确度很高。
2．直流单臂电桥
以QJ23为例讲解直流电桥的使用方法QJ23电桥面板如图4-11所示它由检流计、测量盘、倍率开关、各种按钮及接线端子等组合而成
图4-11 QJ23电桥面板
1面板介绍
检流计：如果电桥平衡，检流计中没有电流，指针指向中间的0位置如果电桥不平衡，检流计有电流，向左或向右偏转。
测量盘：由组可调电阻器组成，使测结果有4位有效数1000～9999）。
倍率开关：有10-3、10-2、10-1、1、10、102、103等位，电阻的阻值=测量盘的数值×倍率开关。
外接检流计接线端子：如果认为内部检流计灵敏度不够高，可以在此端子外接检流计。
外接电源接线端子：通过此端子接外部电源。
内外检流计开关：拨到外接一侧时，使用外部检流计；拨到内接一侧时，使用内部检流计。
内外电源开关：拨到外接一侧时，使用外部电源；拨到内接一侧时，使用内部电源。
检流计按钮：按下此按钮，接通检流计。
电源按钮：按下此按钮，接通电源。
被测电阻接线端子：被测电阻接在这两个端子上。
2使用方法
将内外检流计开关拨到内接，内外电源开关拨到内接。用万用表粗测电阻的阻值。将被测电阻接到被测电阻接线端子X1和X2接线柱上，根据粗测电阻的阻值，选择合适的测量盘和倍率开关。
按下电源按钮，按下检流计按钮，观察检流计指针的偏转情况如果指针向右偏转，增加数值；如果指针向左偏转，减小数值直到指针不偏转，读出电阻的阻值：
R=测量盘的数值×倍率开关
讲授
25’
二、学生实践
使用电桥测量电阻
分组讨论
20’ 实训任务 实训任务：钳形电流表
使用电桥测量电阻 分组实训 40’ 课 堂
小 结 使用电桥测量电阻的原理和步骤 归纳
总结 5’ 总计 180’
拓 展提 升
为了保证有效位数，在使用电桥测量电阻时，测量盘中×1000的拨盘不能拨到0
学习情境 其他常用仪表 授课章节 任务4 电源隔离变压器交流稳压电源直流稳压电源直流稳压电源直流稳压电源 方式 时间 新 课导 入 使用隔离变压器，防止漏电伤人。市电的电压高，危险性大，生产、生活中常用稳压电源将市电的高电压转换为低电压。 演示 提问 5’ 新课讲 授
1．隔离变压器
隔离变压器的原理和普通变压器的原理一样，是1:1变压器。它的次级与大地不相连，次级任意两根线与大地没有电位差，因此使用安全，常用作维修电源。
我们常用的市电电压一根线称为零线，与大地相连；另一根线称为火线，与大地之间有220V的电位差。当人的身体一部分接触到火线，另一部分接触地面，在火线和地面之间构成回路，电流通过人体，对人体造成伤害如图4-12所示。
图4-12 触电示意图
而隔离变压器的次级对地浮空，不与大地相连，它的任意两线与大地之间没有电位差。人接触任意一条线都不会发生触电现象，如图4-13所示。
图4-13 隔离变压器应用示意图
隔离变压器的铁芯对高频信号的损耗较大，因此可以有效地抑制高频杂波传入次级回路。如图4-14所示为隔离变压器的正面，图4-15为变压器的背面。隔离变压器的插头接市电插座，用电器接隔离变压器背面的插座即可。
图4-14 隔离变压器的正面 图4-15 隔离变压器的背面
2．交流稳压电源
1组成部分
随着电子技术的发展，各种电子设备都要求稳定的交流电源供电，电网电压的波动会影响电子设备的正常工作交流稳压电源可以提供基本稳定的交流电源，其方框图如图4-16所示。
图4-16 交流稳压电源方框图
输入开关：一般都采用有限流保护的断路开关，当由于某些原因使电流突然增大时如短路，断路开关能自动断开，对稳压器和用电设备起到保护作用。
电压调节装置：升高或降低输出电压，是稳压器最主要的部件。
取样电路：对稳压器输出电压进行检测，将输出电压的变化传送给控制电路。
控制电路：将取样电路送来的检测信号进行分析，当输出电压偏高时，向驱动装置发送将电压降低的控制信号当输出电压偏低时，向驱动装置发送将电压升高的控制信号，达到稳定输出电压的目的。
驱动装置：对控制电路送来的控制信号进行功率放大，控制电压调节装置进行相应的动作。
输出保护装置：当检测到输出电压或电流超出稳压器的控制范围时，控制电路发出指令，使输出保护装置断开输出。
如图4-17所示为交流稳压电源的内部结构，中间体积最大的为电压调节装置可调自耦变压器，电路控制部分在线路板上，前面板上是空气开关和电压指示表。
图4-17 交流稳压电源内部结构
2可调自耦变压器
电压调节装置常用可调自耦变压器它是输出和输入共用一组线圈的特殊变压器，其原理和普通变压器一样。当市电电压较高时，自耦变压器作为降压变压器使用，输入端匝数多，输出端匝数少，如图4-18所示；当市电电压较低时，它作为升压变压器使用，输入端匝数少，输出端匝数多，如图4-19所示。为了使滑动接触可靠，可调自耦变压器的铁做成圆环形，其上均匀分布绕组，如图4-20所示。滑动触点为碳刷，如图4-21所示。碳刷又称电刷，纯碳加凝固剂制成，外一般是方块。它的导电、导热以及润滑性能良好，并具有一定的机械强度。
图4-18 自耦变压器降压
图4-19 自耦变压器升压
图4-20 自耦变压器铁芯
图4-21 滑动触点（碳刷）
自耦变压器与普通变压器相比，尺寸小效率高容量大、损耗小、造价低，得到广泛应用。
交流稳压电源的稳压电路驱动电机，电机带动刷在自耦变压器的绕组滑动面上移动，实现输出电压的调整和稳定。
3交流稳压电源的使用
图4-22为某个交流稳压电源的面板。
图4-22 交流稳压电源面板
面板左边的电压表指示输入电压值，右边的电压表指示稳压后的输出电压值。
面板的中间有4个发光管分别是电源、工作、延时、超压。接通电源开关，稳压电源的电源发光管点亮；稳压电源开始工作，输出稳定交流电压时，工作指示灯点亮；稳压电源启动后并不立即输出电压，而是要延时一段时间，在延时时间，延时指示灯点亮；如果输入电压超过稳压电源的最高输入电压，超压指示灯点亮。
电路断电后如果在短时间内又恢复供电，一些电子仪器会被损坏。为了防止这些损坏，交流稳压器具有延时功能。面板的左下角为延时时间选择按钮，按下此按钮，延时45秒；弹起此，延时45分钟。
面板右下角为稳压器开关，向上为开，向下为关。
交流稳压电源的输入和输出接线在仪器的后面，拧开后面板的螺，有7个接线端子，如图4-23所示左边两个为输入端，输入电压范围为160250V；向右一个端子为接地端；再向右两个端子为110V稳压输出端；最右边的两个端子为220V稳压输出端。
图4-23 接线端子
3．直流稳压电源
由于电子技术的特性，所有的电子设备都要求有一个能提供持续、稳定电压的直流电源。直流稳压电源的输入端一般是交流市电电压，经过降压、整流、滤波、稳压等电路，输出稳定的直流电压。常见的直流电源分为固定电压式和可调电压式两种。
1）固定电压式直流稳压电源
固定电压式直流稳压电源用于特定的设备，常称为该设备的充电器。由于输出电压不变，电路比较简单，价格也较低。例如手机、MP3、小音箱等充电器的输出电压为5V左右；一些DVD等充电器的输出电压为12V左右；电动车充电器的输出电压有36V和48V两种。在5V电压的数码设备中，充电器一端基本统一为USB接口，由一根USB数据线和一个带有USB母座的充电插头组成，如图4-24所示。数据线可以接到计算机上，既可以充电，也可以传输数据，方便了人们的生活。
图4-24 数码设备充电器
USB接口有4根针脚，如图4-25所示，各引脚功能
引脚1：VCC，+5V电压。
引脚2：D-，数据线负极。
引脚3：D+ 数据线正极。
引脚4：接地。
图4-25 USB接口
2）可调电压式直流稳压电源
实验室或维修中，面的电子仪器需要供电的电压广泛，输出电压应能够调整，这类直流稳压电源一般有多路输出，每一路均有过流保护。有的稳压电源的多路输出还可以串联，输出更高电压；或并联多路输出，输出更大电流。可调电压式直流稳压电源功能多，价格也较高。
图4-26所示为一个电压可调的直流稳压电源的面板。它有两路输出，一路为固定电压输出，可以输出3.3V和5V电压；另一路输出电压可以通过相应的旋钮进行调整。稳压电源输出的电流如果低于设定的电流值，则为稳压输出，即输出电压不变输出的电流如果高于设定的电流值，则为恒流输出，即输出电流不变。例如稳压电源给一个电子仪器供电，当仪器负载比较轻，需要的电流比较小时，输出电压不变；如果仪器负载变得较重，需要的电流大于稳压电源允许的电流时，稳压电源将降低输出电压，保持输出电流不变。直流稳压电源面板上各指示和按键的功能如下
图4-26 直流稳压电源面板
电压表：指示当前的输出电压。三位数字，精度为0.1V，数字的右边有V”标志。
电流表：指示当前的输出电流。三位数字，精度为0.01A，数字的右边有A”标志。
恒压指示灯：C.VConstant Voltage）。此灯点亮，表示为稳压输出，即输出电压不变。
恒流指示灯：C.CConstant Current）。此灯点亮，表示为恒流输出。
电源开关：按下按键，接通电源；弹起按键，断开电源。
电压粗调、电压细调：两个旋钮配合使用，调节输出电压的数值。
电流粗调、电流细调：两个旋钮配合使用，调节输出电的数值。
固定电压选择：按下此键，固定电压输出端输出3.3V电压；弹起此键，输出5V电压。
固定电压输出：根据选择的固定电压，输出3.3V或5V电压。
可调电压输出：根据电压和电流旋钮的设置，输出相应的电压’ 分组讨 论 一、分组讨论
分组讨论，某地市电电压不稳定，应使用什么设备？’ 实训任务 实训任务：电源
练习使用各类电源 分组实训 40’ 课 堂
小 结 本章主要介绍各类电源的工作原理和使用方法，
归纳
总结 5’ 总计 180’
拓 展提 升
交流稳压电源替代隔离变压器
学习情境 其他常用仪表 授课章节 任务5 综 合 实 训 方式 时间 新课讲 授
1．检测交流电动机、电饭锅、电烙铁和电热水壶的绝缘性
（1）检查兆欧表。匀速摇动兆欧表手柄，短接两个表笔，指针应指在0”位置断开表笔，指针应指在∞”位置。
2）一个表笔接电动机的一个引出线，另一个表笔接电动机的外壳，均匀摇动手柄，如果指针靠近∞”，表示被测设备绝缘良好，否则可能漏电。
2．检测交流电动机的绕组电阻和电饭锅加热前后的电阻变化
1）万用表接电动机的引出线，测量电动机绕组的电阻值，并作记录。
2）选择电桥，将内外检流计开关拨到内接，内外电源开关拨到内接。电动机的引出线接到电桥的接线端，根据万用表测量电阻的数值，选择合适的测量盘和倍率开关。按下电源按钮，按下检流计按钮，观察检流计指针的偏转情况如果指针向右偏转，增加数值；如果指针向左偏转，减小数值直到指针不偏转，读出电阻的阻值。
3）与同型号的电动机绕组的阻值进行比较，判断电机绕组是否匝间短路。
表4-1
常温
40度
70度
电饭锅电阻值
3．交流电动机的启动电压
电源电压低，电动机产生的电磁转矩小，电动机不容易启动。电动机的最低启动电压一般为额定电压的75%。使用自耦变压器测试电动机的启动电压。
电动机通过一个开关接自耦变压器的输出端，如图4-27所示。调整自耦变压器的输出电压为正常值，闭合开关，此时电动机应能正常启动。断开开关，调低自耦变压器的输出电压，闭合开关，观察电动机的启动情况，由于电压降低，电动机的启动时间变长。逐步降低电压，直至电动机不能启动，并记录此时的电压。
图4-27 电动机测量电路
由于电动机未能启动，虽然电压比较低，但电流依然较大，通电时间较长可能烧毁电动机，因此如果电动机不能启动，要迅速切断电源。
4．交流电动机的启动和工作电流
电动机接隔离变压器的输出端，打开钳形电流表，使钳形电流表钳住电动机的一根电源引线，闭合隔离变压器的开关，电动机启动并逐渐正常运行电动机启动时电流较大，正常运行后电流将回落，观察钳形电流表的数值变化，并记录最大电流和正常运行电流。
5．电热器件的工作电流
表4-1
名称
电阻值
电流值
功率
电烙铁
白炽灯泡
电热水壶
电饭锅
讲授
25’ 课 堂
小 结 本章主要介绍自耦变压器、隔离变压器、兆欧表、钳形电流表、电桥使用方法，
归纳
总结 5’ 总计 180’
拓 展提 升
如果偶尔一次测量结果与预期结果相差较大，舍弃此次测量。 教学
后记 本次课教学情况总结
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