电气测量 (3).ppt

电气测量技术,课程介绍,电气测量技术、电工测量、电磁测量、电工仪表及测量、电工仪表电气测量技术是研究各种电磁量（电量+磁量）的测量方法，相应仪表的原理、结构、使用操作技术以及测量误差与数据处理的技术。课程电工仪表技术+测量技术；与其它相关课程电子测量技术、传感器原理与检测技术、非电量电测技术、检测与转换、机械量电测量、现代测试技术等。,研究对象：,应用领域,电气测量技术对从事电气技术工作的人员来说是十分必要的；不论是电气设备的安装、调试、实验、运行、维修；还是对电气产品进行检验、测试、鉴定都会涉及电磁测量方面的技术问题。应用于工农业生产、生活、国防、科研等各领域。如，变电所、配电室、发电厂、电力监控网、火箭发射中心、家用电能计量表等。,学习电气测量技术这门课的目的：,掌握电气测量的基本原理和方法，认识新型电气测量仪器的基本原理和应用技术。,1.能够根据被测对象的特点制定合理的测量方案,2.能够准确选择和使用测量仪器,3.严格正确地处理测量数据，获取最佳的测量结果,要求：,了解基本概念、掌握基本原理、熟悉基本方法,部分电工仪表图片,部分电工仪表图片,电气测量仪器的发展的阶段,20世纪50年代以前，机械式的模拟指示仪器（如指针式万用表、晶体管电压表等）；20世纪50年代左右，电子式的模拟指示仪器（如数字式电压表、数字频率计等）；20世纪70年代初，智能仪器；20世纪80年代以后，虚拟仪器（检测技术与计算机技术有机结合）；,发展趋势,数字化网络化智能化小型化,电气测量技术实验教程东南大学出版社主编：胡福年,目录第1章测量的基本知识第2章测量误差第3章电参数的测量第4章非电参数的测量第5章数字化测量技术第6章智能仪器与虚拟仪器,目录第1章电工仪表与测量的基本知识第2章电流与电压的测量第3章功率与电能的测量第4章频率与相位的测量第5章电路参数的的测量第6章磁的测量第7章电子电压表第8章电子示波器第9章智能仪器与虚拟仪器,第一章测量的基本知识,1.1测量的基本概念1.2测量方法的分类1.3测量单位1.4电学量具,测量的概念,日常生活中处处离不开测量科学的进步和发展离不开测量，离开测量就不会有真正的科学。,一、测量的意义,没有望远镜就没有天文学，没有显微镜就没有细胞学，没有指南针就没有航海事业,生产发展离不开测量农业社会中，需要丈量土地、衡量谷物，就产生了长度、面积、容积和重量的测量；掌握季节和节候，出现了原始的时间测量器具，并有了天文测量。现代化的工业生产中，处处离不开测量。例如，一个大型钢铁厂需要约2万个测量点。在高新技术和国防现代化建设中则更是离不开测量例如，每种新设计的飞机，需要测试飞机高速飞行中受气流冲击作用下的性能，通过风洞试验测定机身、机翼的受力和振动分布情况，以验证和改进设计。,二、测量的基本概念,测量：所谓测量，是指用实验的方法，将被测（未知量）与已知的标准量（比如1厘米、1克）进行比较，以得到被测量大小的过程；是对被测量定量认识的过程。构成测量的基本要素：被测对象、测量仪器、测量技术、测量人员和测量环境。测量的任务：通过实验的方法，将被测量（未知量）与标准量（已知量）进行比较，以求得被测量的值。度量器：标准单位量的实体。可分为：基准器、标准器和工作量具。,1.狭义测量的定义,测量结果测量数值.测量单位，即：,测量的内涵测量对象：被测客体中的相应的量值信息；测量目的：从被测对象取得一个定量的认识；测量过程:通过实验去认识对象的过程测量方法：比较；A.直接比较B.间接比较；C.需要测量仪器；测量标准：同类已知单位。测量结果：最终能表示给测量主体（人）,被测物体的重量等于标准砝码的重量,被测物体的重量从度盘上读数，因为，弹簧秤度盘上的刻度是事先与标准量进行比较的结果。,2.广义测量的定义广义地讲，测量不仅对被测的物理量进行定量的测量，而且还包括对更广泛的被测对象进行定性、定位的测量。例如故障诊断、无损探伤、遥感遥测、矿藏勘探、地震源测定、卫星定位等。而测量结果也不仅仅是由量值和单位来表征的一维信息，还可以用二维或多维的图形、图像来显示被测对象的属性特征、空间分布、拓朴结构等。广义测量原理可以从信息获取过程来说明，包括信息的感知和信息识别两个环节。,1.测量的基本要素,三、测量的基本要素,被测对象、测量仪器、测量技术、测量人员和测量环境,2.被测对象信息广义的测量是信息的获取，信息反映了事物的运动的状态及其变化方式。信息又可分为自然信息和社会信息两大类。3.测量仪器系统量具和仪器测量仪器系统包括量具、测试仪器、测试系统及附件等4.测量的主体测量人员手动：由测量主体（测量人员）直接参与完成自动：测量主体交给智能设备（计算机等）完成，但测量策略、软件算法、程序编写需由测量人员事先设计好。,5.测试技术测量中所采用的原理、方法和技术措施，总称为测试技术。,1.2测量方法的分类,1.2.1按测量结果的获得方式分类,测量方式,直接测量,间接测量,组合测量,指被测量与中间量的函数式中还有其他未知数，须通过改变测量条件，得出不同条件下的关系方程组，然后解联立方程组求出被测量的数值。,指要利用某种中间量与被测量之间的函数关系，先测出中间量，再算出被测量。例如用伏安法测电阻。,指仪表读出值就是被测的电磁量，例如用电流表测量电流，用电压表测量电压。,1.2.2按测量数据的读取方式分类,直读法,比较法,利用仪表直接读取测量数据。,零值法,较差法,替代法,将已知量与被测量先后置于同一测量装置中，若两次测量装置都处于相同状态，可认为被测量等于已知量，再从已知量读出被测量值。,从比较仪求得差值，根据度量器数值和比较差值，求得被测量的数值。,比较仪表指零时，从度量器读出被测量的数值,将被测量与度量器放在比较仪器上进行比较，从而求得被测量的数值。,根据定义而令系数为1的量称为单位。单位是表征测量结果的重要组成部分，又是对两个同类量值进行比较的基础。,1.3单位和单位制,国际单位制（SI）InternationalSystemofUnits,1980年由国际计量大会（CGPM）采纳和推荐的一种一贯单位制。注：SI是国际单位制的国际通用符号。目前，国际单位制下7个基本单位：长度米M质量千克（公斤）Kg时间秒S电流安培A热力学温度开尔文K物质的量摩尔Mol发光强度坎德拉cd,SI基本单位的定义,米：光在真空中（1/299792458s）时间间隔内所经过路径的长度。第17届国际计量大会（1983）千克：国际千克原器的质量。第1届国际计量大会（1889）和第3届国际计量大会（1901）秒：铯-133原子基态的两个超精细能级之间跃迁所对应的辐射的9192631770个周期的持续时间。第13届国际计量大会（1967），决议1安培：在真空中，截面积可忽略的两根相距1m的无限长平行圆直导线内通以等量恒定电流时，若导线间相互作用力在每米长度上为210-7N，则每根导线中的电流为1A。国际计量委员会（1946）决议2。第9届国际计量大会（1948）批准,SI基本单位的定义,开尔文：水三相点热力学温度的1/273.16。第13届国际计量大会（1967），决议4摩尔：是一系统的物质的量，该系统中所包含的基本单元（原子、分子、离子、电子及其他粒子，或这些粒子的特定组合）数与0.012kg碳-12的原子数目相等。第14届国际计量大会（1971），决议3坎德拉：是一光源在给定方向上的发光强度，该光源发出频率为5401012Hz的单色辐射，且在此方向上的辐射强度为（1/683）W/sr。第16届国际计量大会（1979），决议3,表1.2国际单位制（SI）的导出单位,国际单位制中具有专门名称的导出单位量平面角弧度rad立体角球面度sr频率赫兹Hz力（重力、压力）牛顿N压强（应力）帕斯卡Pa能量（功、热）焦耳J功率（辐射通量）瓦特W,表1.2国际单位制（SI）的导出单位,电荷量库仑0C电位（电压、电动势）伏特V电容法拉F电阻欧姆电导西门子S磁通量韦伯Wb磁通量密度磁感应强度特斯拉TH电感亨利H,表1.2国际单位制（SI）的导出单位,摄氏温度摄氏度0C光通量流明lm光照度勒克斯lx放射性活度贝可勒尔Bq吸收剂量戈瑞Gy剂量当量希沃特Sv,第二节电工仪表的分类,模拟指示仪表是将被测电磁量转换为可动部分的角位移，然后根据可动部分指针在标尺上的位置直接读出被测量的数值。,一、模拟指示仪表,二、数字仪表,数字仪表是将被测电磁量转换为电压，再转换为数字量，并以数字方式直接显示。,（1）根据测量机构的工作原理分类可以把仪表分为电磁系、磁电系、电动系、感应系、静电系和整流系等。磁电式C、整流式L、热偶式E、电磁式T、电动式、铁磁电动式D、感应式G、静电式Q（2）根据测量对象分类可以分为电流表（包括安培表、毫安表、微安表）、电压表（包括伏特表、毫伏表、微伏表、千伏表）、功率表（又叫瓦特表）、电度表、欧姆表、相位表等。（3）根据仪表工作电流的性质分类可以分为直流仪表、交流仪表和交直流两用仪表。,模拟指示仪表的分类,（4）按仪表的使用方式分类可以分为安装式仪表（或称板式仪表）和可携式仪表等。（5）按仪表使用条件分类分为A、A1、B、B1和C五组。（A组：工作环境为0+40，相对湿度在85%以下。B组：工作环境为-20+50，相对湿度在85%以下。C组：工作环境为-40+60，相对湿度在98%以下）有关各组仪表使用条件的规定可查阅国家标准GB/T776-1976电气测量指示仪表通用技术条件。（6）按仪表的准确度等级分类分为0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5和5.0共7个准确度等级。除以上分类以外，还可以按外壳的防护性能及耐受机械力作用的性能分类，读者可查阅GB/T776-1976中的有关规定。,电工仪表的型号,1安装式仪表的型号组成,用途代号,派生号,系列代号,形状第一位代号,形状第二位代号,改进代号,形状第一位代号：按仪表面板形状最大尺寸编制形状第二位代号：按仪表外壳形状尺寸编制系列代号：按仪表的工作原理编制C:表示磁电系T:表示电磁系D:表示电动系G:表示感应系L:表示整流式Q:表示静电系用途号：按被测量编制如：V:电压表A:电流表W:功率表,举例：42C3-A,设计序号为3的磁电系电流表，形状代号42可在产品目录查得其外形尺寸和安装开孔尺寸。,便携式仪表的型号组成举例：T62-V设计序号为62的电磁系电压表另有：系列代号前加一个汉语拼音字母表示类别如：Q表示电桥P表示数字式Z表示电阻D表示电能表,设计序号,系列代号,安装式仪表型号的编制规则,4,2,C,10,A,形状第二位代号,形状第一位代号,系列代号,设计序号,用途号,表示一块设计序号为10的安装式磁电系电流表,便携式仪表型号的编制规则,表示一块设计序号为19的便携式电磁系电流表,T,19,A,注意：便携式仪表和安装式仪表的区别在于其系列代号前面是否有数字！,电能表型号的编制规则,系列代号,设计序号,表示一块设计序号为282的单相电能表,DD,282,系列代号中DD单相电能表DS三相电能表DX无功电能表,指使用电桥、补偿等方法，将标准度量器与被测量置于比较仪器中进行比较，从而求得被测量。这类仪器除需要仪表本体外（如电桥、电位差计等）还需要检流设备、度量器等参与。,三、比较仪器,电工仪表标志的识别,不同的电工仪表具有不同的技术特性，为了便于选择和正确使用仪表，通常还用各种不同的图形符号来表示这些技术特性，并标注在仪表面板的显著位置上，这些图形符号叫做仪表的标志。,2.仪表工作原理的图形符号,3准确度等级的符号,4端钮及调零器的符号,6电流种类的符号,5工作位置的符号,7绝缘强度的符号,第三节电工仪表的组成和基本原理,一、模拟指示仪表的组成,电工指示仪表主要由测量机构和测量线路两部分组成。测量机构是仪表的核心，由固定部分和可动部分组成。,电工指示仪表的测量机构,测量机构,转动力矩装置反作用力矩装置阻尼力矩装置读数装置支撑装置,指示仪表的测量机构,模拟指示仪表中的三大部件：1.产生转动力矩M的装置：使指针偏转利用电磁力的有磁电式、电磁式、电动式、感应式、振动式等。利用电荷作用力的有静电式等。2.产生反作用力矩Ma的装置：平衡转动力矩。主要有游丝、悬丝等。,3.产生阻尼力矩的装置：尽快指示出被测量的数值可以利用电磁阻尼、空气阻尼、油阻尼等。,4读数装置,读数装置由指示器和刻度盘组成。指示器分指针式和光标式两种。指针又分矛形和刀形。大、中型安装式仪表多采用矛形指针，以便远距离读数。小型安装式仪表及便携式仪表多采用刀形指针，以利于精确读数。光标式指示器适用于一些高灵敏度和高准确度的仪表。,矛形指针刀形指针光标指示器,刻度盘是一个画有标度尺和仪表标志符号的面板，为了消除视觉误差，有些便携式精密仪表在标度尺下面还安装一块反射镜，如图所示。当看到指针和指针在镜中的影像重合时才能读数。这样做的目的是为了消除视觉误差。,刻度盘（表盘）,安装反射镜的表盘,5支撑装置,测量机构中的可动部分要随被测量大小而偏转，就必须有支撑装置。常见的支撑方式有两种。一种是轴尖轴承支撑方式，一种是张丝弹片支撑方式。许多检流计都采用了张丝弹片支撑方式。,a）轴尖轴承支撑装置b）张丝弹片支撑方式支撑装置示意图,二、数字仪表的组成,通过A/D转换将电压转换为数字脉冲,由于A/D转换的对象必须是电压,所以需要测量线路将被测量转换为电压,数字脉冲经译码加到显示器,小结,1、电气测量的研究对象。2、常用电工仪表测量方法。3、常用电工仪表的分类、型