电气测量-电气测量作业

第一章1写出国际单位制的七个基本单位。长度米M；质量千克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；光强度坎德拉CD2测量方法分成哪几大类并分别描述其测量过程。1直接测量法1定义不需进行辅助计算即能直接得到被测量值的一种测量方法称为直接测量。2基本实现方法直接测量的基本实现方法之一是用已标定的仪器，直接地测量出某一待测未知量的量值。另一种实现方法是使要测量的未知量与作为标准的同种类量直接比较而获得该未知量的数值。2间接测量（法）1定义所谓间接测量法，就是对另一个或几个与被测量有确定的已知关系的中间量进行直接测量，再通过计算得到被测量量值的测量方法。2具体实现过程对于某个不可直接测量的未知量Y，设可以找到N个与Y有确切函数关系、并且可以直接测量的变量XII1N，其函数关系为YF（X1，X2，XN）首先对N个变量XII1N进行直接测量，然后再通过函数式计算出未知量Y。1有源量的测量方法对有源量进行测量的最基本方法，是将该量直接作为某个已知测量系统的输入激励信号，通过该测量系统的输出响应求得被测量。2无源量的测量方法对于无源量的测量，由于其自身不能提供驱动传感器和仪表的能量，需要利用已知的有源信号测量用信号源、激励源对被测系统进行激励，再以测量系统得到包含该无源被测量特性的响应。因此，无源量的测量实际上就是施加外界激励源，转换成有源测量的方法。1集中测量若被测量分布在比较小的范围之内，可以采用集中式测量方法。这种测量方法的特点是将所有被测量集中到单个测量系统之内，利用多路并行采集技术或采用多路复用技术的扫描采集方法集中进行处理。2分布式测量对于高度分散的大量被测对象，例如，大型厂矿、仓储、电力网、航天测控网等应用场合的被测量，如果采用集中测量方法，其连接成本和维护成本都是非常高昂的。为了经济而又有效地进行测量，可以采用分布式空间结构体系的测量方法。其最大特点是采用若干远程测量终端或设备，分别对附近现场的被测量进行测量，通过网络传送所获得的信息，以便对信息进行进一步的加工处理。1静态测量对静态量的测量过程称为静态测量。此时，被测量的值在测量期间被认为是恒定的。此时测量原理、方法、手段简单，测量过程不受时间限制，测量系统的输出与输入二者之间有着简单的一一对应的关系和理想的特性，而测量精度也很高。传统的测量大多是在最简单的静态或准静态下进行的。2稳态测量稳态测量是指被测量的值在测量期间被认为是稳定的或周期性变化的测量。3动态测量动态测量是指为确定不断变化的被测量的瞬时值，或被测量的值在测量期间随时间或其他影响量的变化规律而进行的测量。例如，测量某波形信号的周期、频率、幅值、衰减等特性参数。1时域测量时域测量亦称瞬时测量，主要是测量被测量随时间的变化规律。2频域测量频域测量也称为稳态测量，主要目的是获取待测量与频率之间的关系。3随机测量随机测量又叫做统计测量，主要是对各类噪声信号进行动态测量和统计分析。4数据域测量数据域测量也称逻辑量测量或数字测量，主要是对数字信号或电路的逻辑状态进行测量，如用逻辑分析仪等设备测量计数器的状态。3计量基准分成哪几大类并分别描述之。国家基准、副基准和工作基准1国家基准国家基准是用来复现和保存计量单位，具有现代科学技术所能达到的最高准确度，经国家鉴定并批准，作为统一全国计量单位量值的最高依据的计量器具。国家基准又称为主基准。2副基准通过直接或间接与国家基准比对来确定其量值，并经国家鉴定批准的计量器具称为副基准。3工作基准经与国家基准或副基准校准或比对，并经国家鉴定，实际用于检定计量标准的计量器具称为工作基准。4写出计量标准的定义及其分类。1定义计量标准是按国家规定的准确度等级，作为检定依据用的计量器具或物质。它的量值由工作基准传递而来，并将基准所复现的单位量值通过检定逐级传递到工作用计量器具。2分类计量标准包括标准量具和标准物质两类，标准物质是指在规定条件下，具有高稳定的物理、化学或计量学特性，并经正式批准作为标准使用的物质或材料。第二章概念1误差有哪几种主要表征方法分别写出其表达式。绝对误差和相对误差绝对误差指示值与真值的代数差称为绝对误差，又叫做绝对真误差。绝对误差X可表示为XXX0其中，X表示被测量的指示值，X0表示被测量的真值。相对误差1相对误差（相对真误差）、实际相对误差和示值相对误差相对误差又叫相对真误差，它是绝对误差X与真值X0的百分比值，用表示。即0X绝对误差X与实际值X的百分比值来表示相对误差，称之为实际相对误差，用AX在要求不太严格、误差较小的场合，也可以用指示值X代替实际值和真值计算相对误差，称为示值相对误差（或标称相对误差），用X表示X2基准误差满度误差、引用误差绝对误差X与该量程的满刻度值该量程的上限值与下限值之差XN之比称为基准误差又叫满度误差或引用误差。常用百分比表示。NXXN100测量仪器在一个量程范围内出现的最大绝对误差XM与该量程的满刻度值该量程的上限值与下限值之差XN之比称为最大基准误差,最大满度误差或最大引用误差。NMXMXN2根据误差的性质，测量误差可以分成哪几类各有何特点应如何消除（1）系统误差在相同条件下多次测量同一量时，误差的大小和符号保持恒定。条件变化时，误差按照一定规律变化。消除基本方法引入修正值（2）随机误差特点有界性、对称性、抵偿性消除基本方法利用数理统计理论处理（3）粗大误差超出在规定条件下的预期值、明显歪曲测量结果消除基本方法根据统计判别法准则剔除3消除系统误差有哪些常用试验方法替代法、正负误差补偿法、对称观测法、精确逆转换器法4分别写出测量值在各种情况下的数学期望和方差。各有什么含义测量值相关11NXPXMMIII当12122NXMXPXDMIIIII当测量值不相关11NXNPXXMINII当12122NXMXPXMDNIIIII当5测量误差（系统误差、随机误差）对测量结果有何影响A系统误差可以忽略，无粗大误差，只存在随机误差B系统误差随机误差同时存在C三种误差同时存在6描述测量正确度、精密度和准确度的含义。1正确度表示测量结果中系统误差大小的程度2精密度表示测量结果中随机误差大小的程度3准确度系统误差与随机误差的综合7如何用有限次测量结果估计被测量的数学期望和标准偏差MX的估计值考察N次测量值的平均值NIX11LIMLIXMXXNIN方差或标准偏差的估计值可以由贝塞尔公式给出2221121NNIINIIIXXXX8分别写出YFX1,X2,XN的绝对误差传递公式和相对误差传递公式。绝对误差传递公式MIIMXFY1020,相对误差传递公式MIIIYMXFFFXF121LN9测量误差分配原则主要有哪些等准确度分配、等作用分配、抓住主要误差项进行分配10如何对直接测量数据（测量列）进行处理在相同条件下对同一被测量进行多次重复测量后获得一个测量列，数据处理的程序如下1计算算术平均值NXI/2计算残差II3利用贝塞尔公式计算标准差1/2NI4检查残差中是否存在粗差，无粗差则至程序6；5如有粗差，剔除相应数据，返回程序，重新计算6计算算术平均值的标准差X/7用算术平均值的标准差表示不确定度。8根据程序7的结果确定算术平均值的位数。11如何利用拉依达准则剔除测量结果中的坏值拉依达准则对某被测量进行多次重复测量得测量数据为XII1N计算出算术平均值NIX1计算残差XIIN,2利用贝塞尔公式计算标准差如果其中某一残差VD大于三倍标准差，即VD3，则认为VD为粗大误差，与其对应的数据是坏值，应从数据中剔除。剔除后要重新计算算术平均值和重新根据贝塞尔公式计算标准差。第二章计算1某电压表，试算出在010V量程中的最大绝对误差。NMXMXN100XM1010005XM0052最大量限为20A，准确度等级为为级的安培表，在规定工作条件下测得某电流为15A，求测量时可能出现的最大相对误差。201/151001333某10级电压表，量程为300V，当测量值分别为U1300V，U2200V和U3100V时，求测量可能出现的最大绝对误差和示值相对误差。XM300103X13/3001001X23/20010015X33/10010034测量一个约8V的电压，现有两块电压表，一块量程30V，05级，另一块量程10V，10级。问选择哪一块更好XM13005015M1015/81001875XM210101M201/8100125所以可见第二块表更好。5一只01级的电流表，量程为1A，经检定最大绝对误差为11MA，问该表准确度是否合格S11103/110001101所以不合格6已知电阻上的电压和电流的误差分别为20和15，求其耗散功率的相对误差。（1002）（10015）1）/11003537对某电感进行10次等精密度测量，所得数据为256，252，259，253，257，255，256，254，268，255。判断其中是否包含粗大误差，并分别计算测量结果的数学期望和方差的估计值。有粗大误差268期望为25522方差为395104第三章1写出测量系统的主要类型，各类型基本结构，并简述其主要区别。模拟测量系统处理、传输、输出模拟信号模拟测量系统基本结构传感器感受被测量（电量或非电量），并将其转换为与被测量有一定函数关系的另一种物理量，通常为电量；信号调理电路对传感器输出进行加工、变换和处理，便于传输、显示、记录和输出；输出装置用来显示、记录被测量大小，输出与被测量有关的控制信号，以供用户或其它系统使用。数字测量系统输入输出接口采用数字信号数字测量系统基本结构传感器、信号调理电路与模拟测量系统相同输入接口将模拟信号转换为数字信号（采集卡）计算机自动进行信号采集、存储、运算、分析与处理，并可以输出和显示结果。输出接口将数字信号转换成外设所需的信号，供显示、记录或使用。主要区别处理的信号类型不同2写出测量系统静态特性定义及其一般数学描述。测量系统的静态特性就是指当被测量X不随时间变化或随时间的变化程度远远缓慢于系统固有的最低阶运动模式的变化程度时，测量系统的输出量Y与输入量X之间的函数关系。又称刻度特性、标准曲线或校准曲线。其一般数学描述是YFXAIXI3什么是测量系统静态标定写出其基本过程。概念在规定的标准工作条件下规定的温度范围、大气压力、湿度等，由高精度输入量发生器给出一系列数值巳知的、准确的、不随时间变化的输入量XJJ1，2，3，M，用高精度测量仪器测定被校测量系统对应输出量YJJL，2，3，M，从而可以获得由YJ，XJ数值列出的数表、绘制曲线或求得数学表达式表征的被校测量系统的输出与输入的关系,即静态特性。步骤1选择N个测量点XI,I1,2,N；2进行M个循环的测量，得到2MN个测量数据正行程的第J个循环，第I个测量点为XI,YUIJ反行程的第J个循环，第I个测量点为XI,YDIJ3数据处理对于第I个测量点，对应平均输出为NIYMYJDJUIJI,2121，即测量系统N个测量点所对应的输入输出关系I1,2,N，即为测量系统静态,IX特性。4用拟合曲线、表格、图等形式表示测量系统的静态特性。4分别写出测量系统静态特性指标的定义及其数学表达式。1、测量范围测量系统所能测量到的最小被测量XMIN与最大被测量XMAX之间的范围称为测量系统的测量范围，即（XMIN,XMAX）。2、量程测量系统测量范围的上限值XMAX和下限值XMIN的代数差XMAXXMIN称为量程。量程又称满度值，表征测量系统能够承受最大输入量的能力。当输入量在量程范围以内时，测量系统正常工作，并保证预定的性能。3、零位（零点）1当输入量为零（X0）时，测量系统的输出量不为零的数值，即系统中的A0。NIIXFY02零位值应从测量结果中设法消除。零位值也可以设置”或“迁移”为非零的数值。4、静态灵敏度灵敏度描述的是测量系统对输入量变化的反应能力。通常由测量系统的输出变化量Y与引起该输出量变化的输入变化量X之比值S来表征DXYSXLIM0当输出量与输入量采用相对变化量YY，XX形式时，灵敏度还可表示为S/5、分辨力和分辨率分辨力在全部工作范围内都能产生可观测的输出变化的最小输入量的最大值，其变化率即为分辨率。MIN,AXMINAX,R6、漂移当测量系统的输入和环境温度不变时，输出量随时间变化的现象称为漂移，又称时漂。它是测量系统内部各个环节性能不稳定或由于内部温度变化所引起的，反映了测量系统的稳定性指标。7、温漂由外界环境温度变化引起的输出量变化的现象称为温漂。零点温漂即测量系统零点处的温漂，反映了温度变化引起测量系统特性平移而斜率不变的漂移。灵敏度温漂引起测量系统特性斜率变化的温漂10102111022210TYTTTYTYTFSSFS出的平均值。时，测量系统满量程输在室温平均值；时，测量系统零点输出在室温平均值；保温一小时后零点输出在规定温度8、线性度线性度是表示测量系统静态特性对选定拟合直线YBKX的接近程度。或者说，测量系统实际静态特性的标定特性曲线与某一参考直线不吻合程度的最大值。ILILIFSLYNY,MAXAX2109、符合度对于静态特性具有明显的非线性的测量系统，需要利用非线性曲线来拟合测量系统的静态特性。则实际得到的测量点相对于某一非线性参考曲线的偏差程度就称为符合度。10、迟滞迟滞亦称滞后量、滞后或滞环，表征测量系统在全量程范围内，输入量由小到大正行程或由大到小反行程两者静态特性不一致的程度。迟滞误差为其中102MAXFSHYMAX,HIHYY11、非线性迟滞非线性迟滞是表征测量系统正行程和反行程标定曲线与参考直线不一致或不吻合的程度。其中10MAXFSLHLY,MAX,IDIULHIYYY12、重复性重复性是表征测量系统输入量按同一方向作全量程连续多次变动时，静态特性不一致的程度。10FSRYKS其中）（或者NISSSNSDUIIDIUINI,21,MAX212113）、精度（准确度）精度是反映测量系统测量误差的一个重要指标，是系统误差和随机误差的综合。反映了测量系统的实际输出在一定的置信率下对其参考特性的偏离程度都不超过一个范围5050,21,MAXMAX,1IN,MAX,IN,YYYFSETEXTETA5测量系统的动态特性可以哪几种数学模型来描述分别写出其数学表达式。微分方程MJJNIIDTXBDTYA00传递函数NIIJJSAXYSG0频率（响应）特性NIIMJJABYJH0状态方程NNNNSSSDXSG12106分别写出一阶测量系统的时域动态性能指标的定义及其含义。1时间常数输出YT由零上升到稳态值Y的632所需的时间2响应时间TS输出YT由零上升到并保持在与稳态值YSY的偏差的绝对值不超过某一量值的时间称为响应时间（过渡过程时间）。可以理解为测量系统可以允许的动态相对误差值，通常为5，2或10。响应时间分别记为T005，T002，T010。3延迟时间TD输出YT由零上升到稳态值YS一半所需要的时间TD称为延迟时间。4上升时间TR输出YT由01YS上升到09YS或095YS所需要的时间称为上升时间7如何由阶跃响应曲线获取一阶测量系统的传递函数写出基本计算步骤。通过静态标定得到静态增益K；对动态实验结果进行归一化YNTIYTI/K；计算各ZILN1YNTI；利用数值计算方法，通过各ZI与TI回归斜率A；1/A；静态增益。测量系统时间常数；KETYSKGT18计算如下一阶测量系统K1传递函数。实验点1234567时间T0010203040506输出YT0043406450820088809450978ZI0056910361715218929003817回归输出0044106870825090209450969偏差000700042000500140000000917201728571SGATZAII第四章1什么是动态测量基本的动态测量方法有哪几种对于高速运动的物理系统的动态性能而言，由于被测量快速变化，要实时地显示与记录动态变化过程，必须增加测量次数，才能提取能描述其动态特性的动态特征参数。亦即，对于随时间快速变化的物理系统，需要采用动态测量技术，从时域或频域来描述它的运动性质、运动状态和运动过程等。方法有周期扫描法、跟踪测量法及采样保持法等。2在数字测量、计算机系统中经常使用A/D和D/A两种器件，它们分别起什么作用在选择器件时应注意什么问题和指标把模拟量转化为数字量的部件或环节称为“模数转换器”，或“AD转换器”。把数字量转化为模拟量的部件或环节称为“数模转换器”，也称为“DA转换器”。转换准确度，分辨率，线性度，微分非线性，稳定时间，温度系数3根据输出与输入量的关系，ADC可分成哪两种类型各有何优缺点非积分式ADC的输出反映模拟输入量的瞬时值，如逐次逼近式ADC、斜波比较式ADC等；积分式ADC的输出反映模拟输入量在转换期间的平均值，如双积分式ADC、VF型ADC等。性能分析1非积分式在对输入信号的瞬时值进行变换时，周期性干扰信号也与输入信号一起被转换后输出，产生误差。2积分式如果AD转换器的转换时间为周期性干扰信号周期的整数倍，则干扰被平均消除，输出不受干扰。4分别画出测量频率和周期的电子计数器的结构框图，并分别解释其工作原理。电子计数器的方框图电子计数器各部分的功能1整形、放大部分把各种不同波形和幅值的被测信号转换成波形标准的信号。该信号的频率与被测信号相同，其幅值和前沿足以满足后续电路的要求。为了完成不同的测量任务，在一台电子计数器中可能有两套完全相同的整形、放大部分，通常称为A通道和B通道。2石英晶体振荡器输出标准频率。如12MHZ。3分频器对标准频率信号分频，得到周期已知的系列标准信号，用作计数器的标准计数脉冲，或用作标准时间时基信号，用于控制计数器的门电路。4控制门控制进入计数器中的被测脉冲的个数。5计数器在控制门打开期间，记录下被测量的脉冲数，并以数字形式显示出来。测周计数器基本结构及功能各部分功能I整形、放大部分把各种不同波形和幅值的被测信号转换成波形标准的信号。该信号的频率与被测信号相同，其幅值和前沿足以满足后续电路的要求。II石英晶体振荡器输出标准频率。如12MHZ。III分频器一个分频器对标准频率信号分频，得到周期已知的系列标准信号，用作计数器的标准计数脉冲；一个分频器对放大整形电路的输出信号进行分频，用作标准时间时基信号，控制计数器的门电路。IV控制门控制进入计数器中的计数脉冲的个数。V计数器在控制门打开期间，记录下计数脉冲个数，并以数字形式显示出来5分别写出交流电压的三种表征方法及其表达式。1、峰值VP交流信号波形最高点所对应电压。2、平均值在某段时间周期内信号幅值的平均值。3、有效值V在一个周期内，交流电压通过纯电阻负载所产生的热量与一个直流电压在同一个负载产生的热量相等时，该直流电压的幅值。6描述交流数字电压表基本原理。首先通过AC/DC转换器，将交流电压VXT转换成与其峰值、平均值或者有效值成一定关系的直流电压，再利用直流数字电压表测量该直流电压，间接测得交流电压参数。MAX0TVTTPTDTV021TD01第五章1什么是虚拟技术有什么主要优点将计算机、应用软件和仪表硬件结合起来，通过软件设计实现仪器的全部功能，且可以通过不同软件处理模块的不同组合来实现多功能测量的技术。2对高频信号，由于仪表内部电路的电容特性，会对高频信号产生较大的影响。请以电阻分压器为例，分析其对高频信号测量的影响，并分析如何进行补偿。分压比22412134OIRVZJWCJJ最佳补偿分压比1324RC21OIVR