电子技术(电工学一)王建华主编第十章.ppt

第10章 电气测量,10.1 测量的基本概念,测量用专门的仪器或设备，通过实验和计算求得被 测量的值,一测量仪表的基本性能,1精确度 仪表的精确度（简称仪表的精度）是指仪表的精密度及准确度。它与仪表的测量误差密切相关，仪表的测量误差越大则仪表的精确度越低；反之，仪表的测量误差越小则仪表的精确度越高,a. 稳定度（时漂） 在测量条件不变的情况下，一段时间中，由仪表内部随机性变动，周期性变动，漂移等因素引起的示值变化，用稳定度来表示。一般以仪表精密度数值和时间长短一起表示。例如：某仪表电压指示值在24小时内变化了1.3mV，则稳定度可表示为1.3mV/24h。,2 稳定性,b. 影响量 由温度、湿度、气压、振动、磁场、电源电压等外界环 境变化引起仪表指示值的变化，统称为影响量。,第10章 电气测量,又如：一个电压表由于环境温度每变化一度，其示值变 化0.1mV，可表示为0.1mV /。,例如：某仪表由于电源电压变化10而引起指示值变化 0.02mA，则此影响量应表示为0.02mA /u10；,3. 仪表的线性度,线性度是仪器的输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离直线的程度，又称为非线性误差。,第10章 电气测量,4. 仪表的灵敏度,仪表的灵敏度是其在稳态下输出增量y与输入增量x的比值,或,在被测量变化相同的情况下，灵敏度高则输出大，所以灵敏度高的仪表可以分辨出更小的输入变化,5. 动态特性,许多被测量随时间的变化非常快。这就要求测量仪表的输出对被测量的变化有足够快的响应。,通常用时域的单位阶跃响应 （上升时间、响应时间、过冲量等），或频域的频率特性（幅频特性、相频特性）来描述仪表的动态响应特性。,第10章 电气测量,二测量误差,在科学实验和工程实践中，任何测量结果都含有误差，而误差的大小又直接影响到测量的精确程度。人们不可能完全消除误差，但可以通过掌握误差规律，采取各种方式控制和减小误差，从而得到更精确的测量结果。,1. 误差定义,绝对误差：测量值 x 与被测量的真值 A 之差称为绝对误差,相对误差：相对误差是绝对误差x与被测量真值A之比的百 分数,第10章 电气测量,引用误差：绝对误差x与测量仪表的满刻度值xm之比的百 分数,我国的电工仪表就是按最大引用误差来划分其准确等级的，分为0.1, 0.2, 0.5, 1.0, 1.5, 2.5 及 5.0 共 7 级 ，,如果仪表为 S 级，则说明该仪表的引用误差不超过 S%,2. 误差的分类及减小误差的方法,根据误差的性质及其产生的原因，测量误差可分为系统 误差和随机误差。,第10章 电气测量,系统误差产生的原因：仪表工作原理的不完善；仪表本身的材料、零部件、工艺及加工精度等方面有缺陷；测试时仪表的安装或摆放的方法不正确及仪表用法的不正确；环境因素的影响；测量人员的不良习惯等。在了解了系统误差产生的原因及其特点的基础上，可以从以下几个方面考虑来减小系统误差。,1）方法误差或理论误差的消弱,2）仪器装置误差的消弱,3）人员误差的消弱,系统误差：在相同条件下，多次测量同一量时，误差的绝对值和符号保持恒定，或测试条件改变时，按一定规律随条件变化的误差，称为系统误差，简称系差。,第10章 电气测量,随机误差: 在相同条件下，多次测量同一个量时，每一次测量误差的大小和符号均是随机的，不可预知的，这一类误差称为随机误差，简称随差。,随机误差服从统计规律，大多数随机误差是正态分布的,随机误差的分布具有如下特点：,1）单峰性 2）有界性 3）对称性,第10章 电气测量,除了选用精密度较高的仪表外，进行多次测量，用多次测量的算术平均值作为最终测量值，是减小随机误差提高测量精密度的一个有效的方法。,10.2 模拟式基本电工仪表,模拟式电工仪表为直读仪表，它把各种被测电量转化为仪表指针的偏转角，因而可根据指针在刻度盘上的位置直接读出被测量的大小。,第10章 电气测量,当被测电量接入测量机构时，电磁力产生使可动部分转动的力矩（电磁力矩 TD）。电磁力矩与被测电量具有一定函数关系,为了把电磁力矩转化为一个偏转角度，常采用弹性元件游丝（螺旋弹簧）或张丝来产生一个反作用力矩，弹性力矩 T 满足胡克定律。,为了使可动部分尽快停到平衡位置以便读数，加入阻尼环节（电磁阻尼、空气阻尼或油阻尼等）。阻尼力矩TP，它总是与运动的方向相反，大小与运动速度成正比 。,第10章 电气测量,根据转动定理,当仪表可动部分静止时,第10章 电气测量,一磁电式仪表,1 永久磁铁 2 极掌 3 圆柱铁心 4 可动线圈 5 游丝 6 指针 7 平衡器 8 调零器 9 转轴,磁电式仪表的特点是：刻度均匀，灵敏度和准确度高，消耗电能少，受外界磁场的影响小，承受过载能力弱，价格较高。,磁电式仪表为直流表， 为电流的平均值,第10章 电气测量,二电磁式仪表,1 线圈 2 固定铁芯 3 转轴 4 可动铁芯 5 游丝 6 指针 7 阻尼片 8 平衡锤 9 磁屏蔽,电磁式仪表是交直流两用表,电磁式仪表的主要优点是结构简单，价格便宜，过载能力强。缺点是准确度和灵敏度不高，非线性刻度，消耗功率较大，频率范围不宽（主要用于工频50Hz）。,第10章 电气测量,三电动式仪表,电动式电压表、电流表：,电动式仪表的优点是既可测量直流也可测量交流，测量精度高；缺点是受外界磁场的影响较大，承受过载的能力较弱 。,电动势仪表为交直流两用表,第10章 电气测量,1、固定线圈 2、可动线圈 3、指针 4、阻尼器叶片 5、螺旋弹簧 6、阻尼器,电动式 功率表：,第10章 电气测量,10.3 电压、电流、功率和阻抗的测量,一电流的测量,电流表的构成,第10章 电气测量,二电压的测量,电压表的构成,三功率的测量,用伏安法测功率：,第10章 电气测量,用功率表测功率,三相功率测量,三相四线制,三相三线制,第10章 电气测量,四电阻的测量,1用万用表或多用表的欧姆档测量电阻,2用电压表和电流表测量电阻,3用直流单电桥（惠斯登电桥）测量电阻,第10章 电气测量,小电阻测量,直流双电桥,（开尔文电桥）,第10章 电气测量,大电阻测量,兆欧表（摇表）,第10章 电气测量,5阻抗的测量,交流电桥的平衡条件,测量电容,测量电感,交流电桥,第10章 电气测量,10.4 万用表,一模拟式万用表,第10章 电气测量,测量直流电流的等效电路,第10章 电气测量,测量直流电压的等效电路,第10章 电气测量,交流电压的测量电路,第10章 电气测量,电阻的测量电路,第10章 电气测量,被测电阻为零时电流最大（满偏转）,被测电阻无穷大时电流为零（指针不动）,被测电阻等于内阻时，电流为最大值的一半（半偏）,此时精度最高,第10章 电气测量,二数字式万用表,数字万用表采用了模数转换器（ A/D）和数字显示屏来代替了模拟式万用表中的磁电式表头。 A/D转换器和数字显示屏一起就构成了一个数字式电压表，所以数字式万用表是由数字式电压表、测量电路、转换开关及表壳所组成。测量电路用来把各种被测量转换为直流电压，再由电压表将其转换为测量数值。数字万用表的测量电路中包含有集成运算放大器等电子元器件，它的灵敏度、准确度都高于模拟万用表，功能也更多。,第10章 电气测量,10.5 非电量电测技术,电气量：电压、电流、电阻 等,非电量：位移、速度、加速度、力、应变、温度、湿度、 压力、流量等。,采用电测的方法对非电量测量据有更高的准确度、灵敏度以及更宽的测量范围；具有较高的反应速度，具有比较宽的频率范围；从被测对象取用功率小，甚至完全不取用功率，减小了测量装置对测量对象的影响，提高了测量精度；便于与调节装置配合构成自动调节和自动控制系统；能连续地进行测量，便于自动记录以及进行遥测和遥控；能方便的与微型计算机一起构成智能化仪器或计算机测量系统等。,第10章 电气测量,一电位器式位移传感器,在测量仪表的电阻值远大于电位器式位移传感器的电阻值时,第10章 电气测量,二电阻应变式传感器,金属导体的电阻,当应变片发生变形时，l、A 及 都将发生变化，在变形不大时,如果,为固定电阻,第10章 电气测量,三热电偶传感器,把