光源电路的电气测量

1、光源电路的电气测 量电气测量的范围涉及内容十分广泛， 本书中只叙述光源电路中有关的电器基 本测量知识， 其中包括基础知识， 光源电路电气测量中应用的仪器仪表介绍， 光 源及有关的电源与附件的电参数测量等内容。第一节 电气测量的基础知识10-1-1 测量与误差1. 测量的基本概念 测量，是人们借助于专门的设备，通过实验的方法，对客观事物取得数量观 念的认识过程。 测量的结果可能是纯粹的数字， 也可能是一条曲线， 或者是某种 图形。不论是何种形式， 其结果总包含有一定的数值及单位。 由于种种因素的影 响，测量结果中不可避免地存在着误差， 所以在表示测量结果时， 一般要注明测 量误差数值或误差范围。

2、测量的过程实质上是一个比较过程，即把一个被测量与一个充当测量单位的 已知量进行比较， 确定它是该测量单位的若干倍或若干分之一。 体现测量单位的 器具称为量具，在使用量具测量时，一般都要配以相应的比较仪。然而，这种测 量方法使用时很麻烦， 并且有一些参量的测量又无相应的量具， 因此在实际工程 测量中，广泛使用直读式仪表或仪器。 比较仪、 直读式仪表或仪器都属于测量仪 器。在实际工作中， 为了完成某种测量任务， 需要把几台测量仪器以及辅助设备 组成一个整体， 这个整体就称为测量装置。 在实际测量中， 对各种参量进行综合 测量的有关测量仪器和测量装置的组合， 称为测试系统。 在近代测量中， 有些参

3、量的测量必须经过变换才能既方便又精确地进行。测量的过程既然是一个比较过程，就必然涉及到计量的有关知识，如测量的 基准或标准，量值的传递和鉴定，以及对比。其中经常要做的一项工作就是，由 上一级计量机构的基准或标准， 对本部门或本单位的量具、 仪表或仪器进行检定。2. 测量方法的分类(1) 直接测量：用已经由标准量定标好的测量仪器对某一未知量直接进行测 量，得知未知量的数值，这就是直接测量。如用电压表测量电压。(2) 间接测量： 对几个与被测量有确切函数关系的参量进行直接测量， 然后通 过函数关系求得被测量。这就是间接测量。如直接测量某电阻 R 的阻值 及其两端的电压 V 值，然后由公式 I=V/

4、R 求出被测量电流 I 的值。(3) 组合测量： 当各个未知量以一定的组合形式出现， 通过直接测量和间接测 量测得数据后， 再解一组联立方程， 最后求出未知量的数值， 这就是组合 测量。(4) 在测量中主要的、经常使用的方法是直接测量和间接测量。(5) 误差与修正值3. 测量误差与修正值 测量者通过使用一定的测量仪器对被测量进行测量，总希望获得被测量的真 值。但是实际的测量结果与被测量的真值之间总存在着误差。 真值是指在一定的 时间、空间条件下， 某参量所体现的真实数值， 这个真实数值是利用理想无误差 的测量仪器获得的。(1) 绝对误差令被测量的真值为Ao,测量仪器的示值为X,则绝对误差为：

5、x=x-A o由于真值Ao 一般无法求得，因此在实际中是用上一级标准仪器的示值 A代 替真值Ao,当然A不等于Ao,但A总比x更接近于Ao,所以通常以x与A之差 (仪器的示值误差 )表示绝对误差： x=x-A o修正值与 x 的绝对值对等,但符号相反,用 C 表示：C=- x=A-x通常由上一级标准通过检定给出受检测量仪器的修正值, 利用修正值便可求 出被测量的实际值：A=x+C.必须说明两点：i. 根据我国有关标准,绝对误差定义为： x=A-x。ii. 仪器的示值与读数是有区别的。 读数是指从测量仪器的刻度盘、 指针、显示器等直接读到的数字。而示值是该读数所代表的被测量的数值。如一只电流表线

6、性该度为0100,量程为500mA,当指针指到85分度时，读数为85, 而示值为：a) x=85/100 X 500=425(mA)。(2) 相对误差为了判断测量结果的精确度,经常采用相对误差的表示形式。i. 实际相对误差：绝对误差 x与被测量的实际值A之比以百分数形式表示， 就是实际相对误差，即V a = A x/A X 100%。ii. 示值相对误差：绝对误差 x与测量仪器的示值x之比以百分数形式表示， 就是示值相对误差,即：iii. v x= x/x X 100%iv. 如果v a和v x很小，贝U A与x很接近，二者的差别不大，当然，如果误 差本身很小,就需要注意区别了。一般在实际测量

7、中,为了计算方便,相对 误差就是示值相对误差。v. 满度相对误差 (引用误差 )：满度相对误差又称满度误差，就是指绝对误差 x与测量仪器的满度值xm之比以百分数形式表示，即V n= x/ xm X 100%oxm就是测量仪器某一量程的上限 常数，所以满度相对误差(引用误差)实际上给出的是绝对误差。电工仪表的精确度分级正是按 Vm之值来确定的。因 此在使用这类仪表进行测量时， 为了减少测量中的示值误差， 在选择量程时应使 指针尽可能接近于满度值，一般最好能工作在不小于满度值 2/3 以上的区域。(3) 允许误差允许误差是指根据一定的技术要求，规定某一类测量仪器不应超过的最大范 围。允许误差只表示

8、某一类测量仪器可能的最大误差范围，并不是某台具体测量 仪器的实际误差。 允许误差的表示方法可以是绝对误差形式， 也可以是相对误差 的形式。4. 测量误差的主要来源测量误是指用测量仪器进行测量时，所得到的数值与被测量的实际值之差， 有时简称为误差。根据产生误差的原因，测量误差的主要来源有：(1) 仪器误差：这是由于仪器本身性能不完善所引起的误差，如读数误差、内部 噪声引起的误差、稳定误差和动态误差等。(2) 使用误差：又称操作误差，是指在使用仪器的过程中，由于安装、调节等操 作不当所引起的误差。(3) 人身误差：这是指由于人的感觉器官和运动器官不完善所引起的误差。(4) 影响误差：又称环境误差，

9、是指受到外界环境影响，如温度、湿度、气压、 电磁场和机械震动等所引起的误差。(5) 方法误差：又称理论误差，是指使用的测量方法不完善，依据的理论不完备 等所引起的误差。5. 误差的性质和分类(1) 系统误差：是指在一定条件下误差的数值保持恒定或按某种已知的函数规律 变化的误差，又称系差。包括有恒定系差和变值系差。(2) 随机误差：又称偶然误差或随差，是一种具有随机变量特点的在一定条件下 服从统计规律的误差。(3) 粗大误差：是指在一定条件下测量结果显著地偏离其实际值所对应的误差， 又称粗差。其性质可能是系统误差，也可能是随机误差，但不论是哪一种，其 绝对值都特别大。产生的原因有：测量方法不当；

10、随机因素的影响；测 量人员的粗心；由于这些原因产生的误差又称疏失误差。6. 近似数与有效数字 在测量中得到的数，有准确数和近似数之分；在近似数中有一部分是不可靠数字。准确数和近似数两者总称为有效数字。在有效数字中，尤其是要注意“0”的使用，不可随意取舍。(1) 只与计量单位有关的“ 0”不计入有效数字；(2) 小数点以后的“ 0”不能随意省略；(3) 若数目很大，“0”也不能随意取舍，尤其要注意表示方法，不能因表示方法 不同而影响有效数字；(4) 只有在注明具体被表示数字误差的条件下， “0”的取舍才可以不十分严格。7. 仪表读数的化整规定 在不同准确度级别的仪表中，它们的标度尺分度不一样，读

11、数也就不是随意的，有着严格的检定规程，在具体测量中必须注意。表 10-1 就是检定规程中的 “化整规定”。举例说明：(1) 对于标度尺分度为 100 的 0.1 级仪表，在小数点以后可以读两位数，但最后 一位数必须是 2 的整数倍 (即偶数)，这样误差就取到 0.02%。(2) 对于标度尺分度为 100 的 0.2 级仪表，在小数点以后可以读两位数，但最后 一位数必须是 5 的整数倍，这样读数误差就取到 0.05%。(3) 对于标度尺分度为 100 的 0.5 级仪表，在小数点以后只能读一位数，这位数 可 以 是 09 的 任 何 数 ， 这 样 误 差 就 取 到 0.1% 。检验仪表时战验

12、结果的化整规定标度尺分数10so506G7510012 0150300450小数点后位数/黑位敘的址大益的数r3/23/52/15/12/ 12 /22/22/22/52/5G 20. 53l2n2/12/22/22/52/22/52 / 22 7 52/51 7 12/51/ 12/51 / 1】fl 121 /I1 /2表 10-110-1-2测量技术与测量仪器在光源电路的电气测量中，所应用的测量技术与测量仪器由被测量的电参量 决定，在被测量的电参量中，有直流和交流两类，交流又分为正弦交流、非正弦 交流和脉冲等几种。根据电参量的特点，还有电压、电流、功率、频率、阻抗、 波形等等，所用的测量

13、技术也各不相同。从目前实际测量的情况分析，主要的测 量技术有直流电测量技术（包括电压、电流、功率、功率因素、交流阻抗等 ），脉 冲测量技术等。测量仪器主要有两大类：电气测量指示仪表 （又称电工仪表）和电 子测量仪器。从发展看，电子测量仪器的应用将会愈来愈多， 因为电子测量仪器 具有很多特点：频率范围极宽、量程非常广、精确度很高，可以遥测、快测，甚 至测量过程可以自动化，测量内容也大大超过电气测量指示仪表的内容范围。目前在光源电路的测量中，仍以电气测量指示仪表为主，电子测量仪器正在逐步扩 大其应用范围。第二节常用电气测量指示仪表10-2-1分类电气测量指示仪表种类繁多，应用广泛，根据不同的原则可

14、以分成很多类别。 根据工作原理分类则有：磁电系、电磁系、电动系、感应系、静电系和热电系等。根据测量参数分类则有：电流表、电压表、功率表、欧姆表、电度表、相位 表、频率表和多用途仪表等。根据使用方式分类则有：开关板式和便携式。根据测量方法分类则有：直读式和比较式。根据工作电流分类则有：交流表、直流表和交直流两用表等。根据精确度分类，则有：.01、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5和5.0等七个级别。另外还可以根据对电磁场防御能力分类（分I、U、川和W四级）和根据使用 条件分类（分A、B、C三组），还有根据仪表尺寸等分类和有关附件分类的。 10-2-2电气测量指示仪表的组成和基本工作原理电气测

15、量指示仪表的主要作用是将被测电量变换成仪表活动部分的偏转角 位移。电气测量指示仪表组成如图10-1所示。电妄臺测量机枸图10-1电气测量指示仪表组成的方框图测量线路的作用是将被测之量变换成测量机构可以直接测量的电磁量。测量机构是仪表是主要工作部分，它的作用在于使电磁能变为使仪表可动部 分偏转的机械能，从而使被测参量能够显示出来。测量机构有固定和可动两部分， 其主要作用是：产生转动力矩、反作用力矩和阻尼力矩。其中，转动力矩和反作 用力矩是仪表指示的两个不可缺一的重要因素；由于它们的相互作用，最后决定 仪表指针的稳定偏转位置。这就是电气测量指示仪表的基本工作原理，不同种类 的仪表就是采用不同的方法和结构来产生上述几种力矩的。10-2-3常用仪表1.磁电系仪表原理磁电系仪表是利用永久磁铁的磁场与载流线圈相互作用的原理而制成的。测量机构中的固定部分就是永久磁铁，活动部分就是载流线圈 （又称载流载圈）。磁 电系仪表的原理性结构如图