电磁ppt第一章.ppt

第一篇电磁测量技术概论,电磁测量技术是人们掌握电磁知识、发展电磁理论和电磁技术的重要手段。电磁测量具有优点:测量方便、易于实现自动化和遥测等;直接对电磁参量进行测量;“非电量”都可以通过传感器转换成电量进行测量。本篇主要内容:基本概念、基本方法和电学量具。,第1章电磁测量基本知识,1、电磁测量概述；2、电磁测量的方法和分类；3、电磁测量仪器仪表的分类；4、测量误差及其消除方法；5、电磁测量课程的学习方法及教学安排。重点、难点:电磁测量方法及其使用的仪器仪表,1.1电磁测量概述,1.1.1测量的概念测量是人类对自然界的客观事物取得数量概念的一种认识过程。测量可分为绝对测量与相对测量。测量中，当被测量是通过对一个或数个基本量的直接测量或利用物理常数值进行测量时，则称为绝对测量。绝对测量主要用来决定各个测量单位，用于基准的建立。通过物理实验方法，将被测量与作为单位的量进行比较的过程，称为相对测量。,1.1电磁测量概述,相对测量:通过测量得到的结果，通常是用数字标出的，这个数字就表明了被测量为测量单位的多少倍。设被测量为A0，测量单位为X0，则测量结果为所以测量结果是一个无单位的数字量。,测量过程一般包括三个阶段：,1准备阶段：首先要明确“被测量”的性质及测量所要达到的目的，然后选定测量方式，选择合适的测量方法及相应的测量仪器。2测量阶段：建立测量仪器所必须的测量条件，慎重地进行操作，认真记录测量数据。3数据处理阶段：根据记录的数据，考虑测量条件的实际情况，进行数据处理，以求得测量结果和测量误差。,一个完整的测量过程,1测量对象；2测量方式和方法；3测量设备，其中包括度量器与测量仪器仪表。,常用的名词术语：,1准确度是指测量结果与被测量真实值间相接近的程度，它是测量结果准确程度的量度。2精密度是指在测量中所测数值重复一致的程度。它表明在同一条件下进行重复测量时，所得到的一组测量结果彼此之间相符合的程度，它是测量重复性的量度。3灵敏度是仪器仪表读数的变化量(响应)与相应的被测量的变化的比值。4分辨率是指仪器仪表所能反映的被测量的最小变化值。分辨率是灵敏度的倒数。,常用的名词术语：,5误差是指测量结果对被测量真实值的偏离程度。6量限(量程)是指仪器仪表在规定的准确度下对应于某一测量范围内所能测量的最大值。准确度与误差测量结果的准确度高，它的误差就小。准确度与精密度精密度高，准确度不一定高；然而，准确度高，精密度一定高。,1.1.2电磁测量的发展和地位,早在远古时代，“摩擦生电”的现象。在我国，也很早就发现了天然磁铁，并制造了指南针。直到18世纪，库仑定律；18世纪末到19世纪初，伏打(Volta)制成了“伏打电池”，从此得到了电流；欧姆(Ohm)通过实验得出了有名的“欧姆定律”；1831年法拉弟发现了“电磁感应定律”；这些定律奠定了电路理论和电工技术的基础。1873年，麦克斯韦(Maxwell)提出“麦克斯韦方程”，则奠定了电磁场理论的基础。,1.1.3电磁测量的任务,电磁测量的任务就是，利用一定的电磁测量器具和电磁测量技术，测量各种电磁参量。电磁参量：电参量可以分为电量(电压、电流、电功率、电能、相位、)和电路参数(电阻、电感、电容、互感)。磁参量也可以分为磁量(磁通、磁感应强度、磁场强度、)和磁路参数(磁阻、磁性材料的磁导率、)。电容或电容箱；标准电感或电感箱；标准互感器等。,1.1.3电磁测量的任务,电磁测量器具：电磁测量仪器(仪表)和电磁量具。电磁测量仪器(仪表)可将被测电磁参量转换成示值或其等效信息。它包括各系列、各类直读指示仪表(磁电系、电磁系、电动系、感应系、整流系、电子式、数字式等，电压表、电流表、功率表、频率表、相位表、电阻表等)；各类仪器(交、直流电桥，交、直流电位差计，示波器等)；及其它辅助设备(分流器、分压箱、仪用互感器等)。电磁量具是以固定形式复现某个量的一个或多个已知量值。主要包括：标准电池；标准电阻或电阻箱；标准电容或电容箱；标准电感或电感箱；标准互感器等。,1.2电磁测量的方法和分类,1.2.1根据获得测量结果的过程分类1直接测量将被测量与作为标准的量具直接比较，或用事先刻度好的测量仪表进行测量。2间接测量测量中，通过对与被测量有一定函数关系的几个量进行直接测量，然后通过计算而获得被测量数值。3组合测量如果被测量有多个，而且能以某些可测量的不同组合形式(函数关系)表示时，可先通过直接或间接地测量这些组合的数值，再通过解联立方程组求得未知的被测量数值，这种测量方式称为组合测量。,例：导体电阻Rt与温度t的函数关系：,R20导体在温度为20C时的阻值；Rt导体在温度为t时的阻值；，导体的电阻温度系数。在组合测量中，所能列出的方程式数目应等于被测量的数目。(先求解R20，的值),1.2.2根据所用器具分类,1.直读测量法：用直接指示被测量的数值的指示仪表进行测量；能够直接在仪表上读取读数的测量方法。特点是度量器具不直接参与作用。2.比较测量法：将被测量与度量器具通过较量仪器进行比较，从而测得被测量数值的方法。特点是要有量具直接参与作用。,比较测量法分为以下四种：,根据被测量与标准量进行比较时的特点不同(1)平衡法(零值法)；(2)微差法；(3)替代法；(4)重合法,(1)平衡法(零值法)将被测量x与已知的标准量A相比较。在测量过程中，连续改变标准量，使它产生的效应与被测量产生的效应相互抵消或平衡。电桥和电位差计都是采用平衡法原理。平衡法的准确度主要取决于标准量的准确度和指零仪器的灵敏度。(2)微差法如果在上述(平衡法)平衡过程中，被测量x与标准量A不能平衡或标准量不便于调节，则可以通过测量仪器测量二者的差值a=x-A或正比于差值a的量，进而根据标准量的数值A和差值a确定被测量x的大小（x=A+a）。微差法的测量误差取决于标准量的误差及测量差值的误差。,(3)替代法将被测量x与标准量A分别接入同一测量装置，在标准量替代被测量的情况下，调节标准量使测量装置的工作状态保持不变，从而可以用标准量的数值来确定被测量的大小(x=A)，这种方法称为替代法。减小了所有外界因素对测量结果的影响，因此，替代法在高精度的测量技术中得到比较广泛的应用。测量准确度主要取决于标准量的准确度和测量装置的灵敏度。(4)重合法重合法是将被测量的一系列均匀交替的信号与某个已知参考量相比较，当两者的信号出现重合的状态或现象时，就可以确定被测量的大小。,在直接测量和间接测量中包括直读测量和比较测量；同时，在直读测量和比较测量中也都包括直接测量和间接测量。功率表测功率；（直接、直读）电流表、电压表测电阻；（间接、直读）直流电桥测电阻；（直接、比较）电位差计测量电流。（间接、比较）,用功率表测功率；用电流表、电压表测电阻；用电桥测电阻；用电位差计测量电流。,直接测量,间接测量,比较测量,直读测量,1.3电磁测量仪器仪表的分类,根据它们的原理、用途等方面的特性，可以将它们分为以下几大类：一、指示仪表二、积算仪表三、较量仪器四、记录仪表和示波器五、数字仪表六、测磁仪器七、扩大量限装置八、校验装置,1.4测量误差及其消除方法,1.4.1测量误差的分类和来源根据误差的性质：系统误差、偶然误差和疏失误差。1系统误差系统误差是一种在测量过程中或者遵循一定的规律变化，或者保持不变的误差。造成系统误差的原因主要有以下几方面：(1)测量器具误差；(2)环境误差；(3)方法误差；(4)人员误差2随机误差3疏失误差,1.4.2测量误差的消除方法,1系统误差的消除；(1)引入校正值(2)消除产生环境误差(附加误差)的根源(3)采用特殊测量方法a.正负误差补偿法当系统误差为恒值误差时，可以对被测量在不同的试验条件下进行两次测量，其中一次所包含的误差为正，另一次所包含的误差为负，取这两次测量数据的平均值作为测量结果，就可以消除这种恒值误差。b.替代法在保持整个测量装置的工作状态不变的条件下，用可变的等值标准量去替代被测量，并使仪表读数不变。这样的测量结果就和测量仪表的误差及外界条件的影响无关，从而消除了系统误差。c.等时距对称观测法这种方法能够有效地用来消除随时间线性变化的系统误差。,c.等时距对称观测法,由于电源不稳定，电流随时间线性减小，那么由于Ux与Un不是在同一时刻测得的，,c.等时距对称观测法,测Rx测Rn测Rx,1.4.2测量误差的消除方法,2随机误差的消除；增加重复测量次数，求算术平均值。3疏失误差，由于它是显然的错误，应该抛弃。,1