2015电气测量技术(6-电气参数测量与常用测量仪器的使用)课件

1、电气参数测量与 常用测量仪器的使用2电气工程学院 电 气 参 数 测 量1.1.电压的测量电压的测量2 2. .电流的测量电流的测量3.3.磁参数的测量磁参数的测量4 4. .变压器参数的测量变压器参数的测量3电气工程学院1 . 电 压 的 测 量UUUKFUUKPP 电压大小电压大小 （1 1）表征电压的特征量）表征电压的特征量波形系数波形系数波峰系数波峰系数 电压波形电压波形 电压频率电压频率峰值峰值UP、有效值、有效值U、平均值、平均值4电气工程学院（2 2）电压测量的常用仪器）电压测量的常用仪器 常用仪表常用仪表a. 电磁式（或磁电式）电压表、整流式电压表；b. 万用表（交、直两用）；

2、c. 示波器（交、直两用）；d. 感应式电压表；e. 静电式电压表（交、直两用，用于测量高压）；f . 热电式电压表（交、直两用，主要用于电量有效值测量）. 常用器具常用器具a. 分压器; b. 电压互感器;c. 电压传感器; d. 基准电压源. 仪器选用仪器选用a. 常用测量电压仪表的频率适用范围 b. 常用测量电压仪器的测量范围与误差 1 . 电 压 的 测 量5电气工程学院 10 50 100 500 1k 10k 100k 1M 10MHZ（工频）（工频）（音频）（音频）（高频）（高频）电磁式仪表电磁式仪表感应式仪表感应式仪表电动式仪表电动式仪表整流式仪表整流式仪表热电式仪表热电式仪表

3、电子式仪表电子式仪表示波器示波器表表1 1 交流仪表的频率适应范围交流仪表的频率适应范围1 . 电 压 的 测 量6电气工程学院仪器、仪表仪器、仪表或扩大量限器具或扩大量限器具测量范围测量范围（V）误差范围误差范围（%）指示式仪表直流10-3 105交流10-3 1052.50.12.50.1电位差计直流10-5 2交流10-5 20.10.0010.50.1数字电压表直流10-4 103交流10-4 1030.10.0020.10.05检流计直流10- 9 10-7分压器直流10 104交流10 1040.50.0010.50.001电压互感器交流102 1050.50.005表表2 2 测

4、量电压仪器的测量范围与误差测量电压仪器的测量范围与误差1 . 电 压 的 测 量7电气工程学院（3 3）测量举例）测量举例 微小电压的测量微小电压的测量 采用检流计采用检流计电位差计电位差计放大电路放大电路 + 仪表仪表 高电压的测量高电压的测量 高压表高压表 分压器分压器 + 低压仪表低压仪表 电压互感器电压互感器 + 低压仪表低压仪表1 . 电 压 的 测 量8电气工程学院 脉冲电压的测量脉冲电压的测量 脉冲电压表脉冲电压表 脉冲分压器脉冲分压器 示波器示波器 控制电路中的电压检测控制电路中的电压检测（4 4）注意事项）注意事项 测量范围、精度测量范围、精度 频率、波形频率、波形 仪表的负

5、载效应等仪表的负载效应等. 1 . 电 压 的 测 量9电气工程学院（1 1）电流测量常用仪器的测量范围与误差）电流测量常用仪器的测量范围与误差 仪器、仪表或扩大量限器具测量范围（V）误差范围（%）指示式仪表直流10-7102交流10-41022.50.12.50.1电位差计直流10-710-20.10.005霍尔效应大电流仪直流10-210520.2检流计直流10-1110-60.50.005分流器直流101040.50.02电流互感器交流10-11040.50.0052 . 电 流 的 测 量10电气工程学院（2 2）电流测量方法）电流测量方法 互感器法互感器法 分流器法分流器法 磁位计法

6、磁位计法 霍尔效应法霍尔效应法电流互感器电流互感器分分流流器器2 . 电 流 的 测 量11电气工程学院磁感应强度的测量磁感应强度的测量“电磁感应法电磁感应法” 冲击检流计、磁通冲击检流计、磁通计计“霍尔效应法霍尔效应法” 高斯计高斯计 用磁通计测量磁感应强用磁通计测量磁感应强NS软铁芯软铁芯可动线圈可动线圈B探测线圈探测线圈银银线线B = / S基本的磁学量基本的磁学量磁通磁通、磁感应强度、磁感应强度B B、磁场强度、磁场强度H H、磁化强度、磁化强度M M 等等. .3. 磁参数的测量12电气工程学院12 用高斯计测量磁感应强用高斯计测量磁感应强放大放大整流整流被测磁场被测磁场霍尔元件霍尔

7、元件交流定流电源（交流定流电源（1kHz）3. 磁参数的测量13电气工程学院电路符号电路符号（1 1）变压器的主要参数）变压器的主要参数直流电阻；交流阻抗；电感；漏感；品质因素；直流电阻；交流阻抗；电感；漏感；品质因素；阻抗角；变比；同名端；绝缘电阻阻抗角；变比；同名端；绝缘电阻.4. 变压器参数的测量14电气工程学院变压器参数测试仪变压器参数测试仪（2 2）所用仪器）所用仪器 专用仪器专用仪器 数字电桥数字电桥 搭建测量电路搭建测量电路LCR数字电桥数字电桥4. 变压器参数的测量15电气工程学院变压器参数测量电路变压器参数测量电路 变比变比 K=U2/U1 初级阻抗初级阻抗 Z1=U1/I1

8、 , 次级阻抗次级阻抗 Z2=U2/I2 功率因素功率因素 cos=P1/U1I14. 变压器参数的测量16电气工程学院1. 数字示波器2. 万用表3. LCR数字电桥4. 信号发生器5. 兆欧表 常 用 测 量 仪 器 使 用17电气工程学院1.2 1.2 示波器探头示波器探头 1.3 1.3 示波器系统对被测量的影响示波器系统对被测量的影响 1.4 1.4 示波器主要性能指标示波器主要性能指标 1.1 1.1 示波器系统的组成示波器系统的组成 1.5 1.5 示波器的使用及操作示波器的使用及操作 1 . 数 字 示 波 器18电气工程学院1.1 1.1 示波器系统的组成示波器系统的组成 示

9、波器本体示波器本体 + + 探头探头 + + 附件附件1 . 数 字 示 波 器19电气工程学院1.2 1.2 示波器探头示波器探头 探头的功能探头的功能 从被测电路（信号）中吸取最小的能量从被测电路（信号）中吸取最小的能量, ,并最大的逼真并最大的逼真度传送到测量仪器度传送到测量仪器. . 探头的结构和种类探头的结构和种类 结结 构构 探针探针 绝缘手柄绝缘手柄( (或其它腔体或其它腔体) )电路（衰减或其它）电路（衰减或其它）同轴电缆同轴电缆接头接头1 . 数 字 示 波 器20电气工程学院1.2 1.2 示波器探头示波器探头 种种 类类 按工作方式按工作方式a. a. 无源探头无源探头

10、按测量信号的种类按测量信号的种类 按探头地与示波器地的关系按探头地与示波器地的关系b. b. 有源探头有源探头电压、电流、逻辑、其它（传感器、变送器、特殊探头）电压、电流、逻辑、其它（传感器、变送器、特殊探头） a. a. 单端探头单端探头 b. b. 差分探头差分探头1 . 数 字 示 波 器21电气工程学院1.2 1.2 示波器探头示波器探头 1 . 数 字 示 波 器22电气工程学院1.2 1.2 示波器探头示波器探头 带宽带宽( (上升时间上升时间) ) 探头系统理想的探头系统理想的-3dB-3dB衰减最高频率衰减最高频率BWT上升上升 0.35负载效应负载效应 探头的负载效应主要是由

11、其输入电阻和电容的反映探头的负载效应主要是由其输入电阻和电容的反映. .在低频在低频 （1MHZ）时，探头的负载主要是阻抗作用；）时，探头的负载主要是阻抗作用；在高频（在高频（1010MHZ）时，探头的负载主要是容抗作用）时，探头的负载主要是容抗作用. .衰减比衰减比 探头的主要性能指标探头的主要性能指标 测量范围测量范围探头的长度探头的长度1 . 数 字 示 波 器23电气工程学院1.2 1.2 示波器探头示波器探头 探头的输入阻抗探头的输入阻抗1 . 数 字 示 波 器24电气工程学院1.2 1.2 示波器探头示波器探头 探头的选用探头的选用 在测试中尽量选用标准探头和带屏蔽的测试线在测试

12、中尽量选用标准探头和带屏蔽的测试线 合理选择探头的带宽合理选择探头的带宽 注意探头的负载效应注意探头的负载效应 探头的补偿问题探头的补偿问题 注意接地引线的电感注意接地引线的电感 安全接地问题安全接地问题1 . 数 字 示 波 器25电气工程学院1.2 1.2 示波器探头示波器探头 探头的补偿探头的补偿1 . 数 字 示 波 器26电气工程学院1.3 1.3 示波器系统对被测量的影响示波器系统对被测量的影响 探头和示波器的负载效应导致被测信号电压减小探头和示波器的负载效应导致被测信号电压减小在低频时在低频时 该损耗取决于该损耗取决于RS和和Ri的电阻比值；的电阻比值；在高频时在高频时 信号源电

13、阻和信号源电阻和CS与与Ci的容抗成为决定损耗的主要因素的容抗成为决定损耗的主要因素. . 导致被测信号的上升时间增加导致被测信号的上升时间增加1 . 数 字 示 波 器27电气工程学院1.3 1.3 示波器系统对被测量的影响示波器系统对被测量的影响 重要公式：重要公式：示波器探头系统带宽22/1/11BWBW探头示波器系统222ttt常数上升时间带宽222123tttt t1 1: :示波器系统上升时间示波器系统上升时间t t2 2: :被测信号的实际上升时间被测信号的实际上升时间t t3 3: :测得的信号上升时间测得的信号上升时间示波器系统的带宽与上升时间示波器系统的带宽与上升时间1 .

14、 数 字 示 波 器28电气工程学院1.3 1.3 示波器系统对被测量的影响示波器系统对被测量的影响 高斯型频率响应高斯型频率响应 模拟示波器模拟示波器平坦型频率响应平坦型频率响应 数字示波器数字示波器 示波器的频率响应示波器的频率响应1 . 数 字 示 波 器29电气工程学院1.3 1.3 示波器系统对被测量的影响示波器系统对被测量的影响 示波器系统的带宽和测量精度示波器系统的带宽和测量精度 1 . 数 字 示 波 器30电气工程学院1.3 1.3 示波器系统对被测量的影响示波器系统对被测量的影响 用平坦响应示波器以用平坦响应示波器以10%10%的精度测量上升时间为的精度测量上升时间为100

15、ps 100ps (20%(20%80%80% ) )的信号的信号, , 需要带宽和最小采样率各为多少？需要带宽和最小采样率各为多少？若测量精度要求为若测量精度要求为3%3%需要的带宽为：需要的带宽为： （0.4/100ps0.4/100ps）1.4= 5.6GHZ1.4= 5.6GHZ需要的最小采样率为：需要的最小采样率为： 2.52.55.6GHZ = 14GSa/s5.6GHZ = 14GSa/s需要的带宽为：需要的带宽为： （0.4/100ps0.4/100ps）1.2 = 4.8GHZ ,1.2 = 4.8GHZ ,需要的最小采样率为：需要的最小采样率为： 2.52.54.8GHZ

16、= 12GSa/s .4.8GHZ = 12GSa/s .解答：解答：1 . 数 字 示 波 器31电气工程学院1.4 1.4 示波器的主要性能指标示波器的主要性能指标 带宽带宽 采样率采样率 存储深度存储深度 取取 样样（放大（放大/ /衰减）衰减）采采 样样 （A-DA-D等）等） 重重 建建（D-AD-A等）等）存储深度存储深度= =采样率采样率记录长度（时间）记录长度（时间）1 . 数 字 示 波 器32电气工程学院1.5 1.5 示波器的使用及操作示波器的使用及操作 供电部分加供电部分加隔离变压器隔离变压器（220V/220V）；）； 在规定在规定量限内量限内测量；测量； 探头应与示

17、波器本体相探头应与示波器本体相匹配匹配； 正确操作正确操作“时基（时基（t/div）”、“灵敏度（灵敏度（V/div）”、 “采样率（采样率（MS/s）”、“触发电平（触发电平（LEVEL）” 等旋钮等旋钮; 适时对示波器进行适时对示波器进行校准校准.1 . 数 字 示 波 器33电气工程学院取样速率取样速率250K/S1 . 数 字 示 波 器34电气工程学院25M/S2.5M/S1 . 数 字 示 波 器35电气工程学院2 . 万 用 表36电气工程学院2 . 万 用 表2.3 2.3 使用方法使用方法2.1 2.1 基本用途基本用途2.2 2.2 操作面板操作面板 电压测量电压测量 电阻

18、测量电阻测量 电流测量电流测量 电容测量电容测量 三极管测量三极管测量 二极管挡的使用二极管挡的使用37电气工程学院2.4 2.4 注意事项注意事项 测量电流、电压时，一般不能带电换量程；测量电流、电压时，一般不能带电换量程； 选择量程（测电流、电压）时，先大的，后选小的，尽选择量程（测电流、电压）时，先大的，后选小的，尽 量使被测值接近于量程；量使被测值接近于量程； 测量电阻时，不能带电测量；测量电阻时，不能带电测量； 用毕，应关闭电源用毕，应关闭电源. . 测量电压时，应与被测电路并联，测量电流时，应与被测量电压时，应与被测电路并联，测量电流时，应与被 测电路串联；测电路串联；2 . 万

19、用 表38电气工程学院3 . L C R 数 字 电 桥【PLUKE-PM63A3A-LCR数字电桥数字电桥】 品质因数品质因数Q Q 损耗因数损耗因数D D 并联电阻并联电阻R RP P 串联电阻串联电阻R RS S 阻抗阻抗Z Z 并联电容并联电容C CP P或并联电感或并联电感L LP P 串联电容串联电容C CS S或串联电感或串联电感L LS S 相位相位3.1 3.1 测量元件的主要参数测量元件的主要参数39电气工程学院3 . L C R 数 字 电 桥损耗因数损耗因数D:D: 被测元件的有功功率被测元件的有功功率P PR R( (电阻耗能电阻耗能) )与无功功率与无功功率P PC

20、 C( (电容储能电容储能) )或或P PL L( (电感储能电感储能) )的比值的比值. .D=RS/XSD=XP/RP品质因数品质因数Q Q：表示电抗的纯净程度表示电抗的纯净程度Q=1/D40电气工程学院3 . L C R 数 字 电 桥3.2 3.2 元件测量及注意事项元件测量及注意事项41电气工程学院3 . L C R 数 字 电 桥为避免损害仪器，当电容上残余的电荷大于为避免损害仪器，当电容上残余的电荷大于5V5V时，应事先时，应事先 泄放；泄放；测量电解电容时应加上偏差电压（按测量电解电容时应加上偏差电压（按“DC BIAS ONDC BIAS ON”）. . 串、并联等效电路的选

21、择：串、并联等效电路的选择： 一般，对于低值阻抗元件（如高值电容和低值电感）一般，对于低值阻抗元件（如高值电容和低值电感）使用串联等效电路；对于高值阻抗元件（如低值电容和高使用串联等效电路；对于高值阻抗元件（如低值电容和高值电感）使用并联等效电路；值电感）使用并联等效电路； 同时，也须根据元件的实际使用情况而定，如，对同时，也须根据元件的实际使用情况而定，如，对电容器，用于电源滤波时使用串联等效电路，而用于电容器，用于电源滤波时使用串联等效电路，而用于LCLC振荡电路时使用并联等效电路。振荡电路时使用并联等效电路。3.2 3.2 元件测量及注意事项元件测量及注意事项42电气工程学院3 . L

22、C R 数 字 电 桥 仪器测定频率固定在仪器测定频率固定在 1kHz1kHz，Q Q、D D值与频率有关；值与频率有关； 在一些情况下（如测量低阻电容和电感或高阻时），在一些情况下（如测量低阻电容和电感或高阻时）， 显示的主参数与频率有关；显示的主参数与频率有关；必须考虑必须考虑1000H1000H频率的情况频率的情况- -当测量低阻电容和电感或高阻当测量低阻电容和电感或高阻时时。如如, ,高阻电阻：高阻电阻：因为这时电阻上并联电容已起主导作用因为这时电阻上并联电容已起主导作用。与寄生电容并联的大电感：与寄生电容并联的大电感：元件的谐振频率可能小于测量元件的谐振频率可能小于测量频率频率1000H1000H。在。在1000H1000H元件表现为容性，因此把寄生电容作元件表现为容性，因此把寄生电容作为主参数显示出来。为主参数显示出来。在在kHkH范围内的大电感：范围内的大电感：测量结果会受到相关的小并联电容测量结果会受到相关的小并联电容影响。使用影响。使用ZERO TRIMZERO TRIM，消除装置的杂散电容影响。，消除装置的杂散电容影响。43电气工程学院4 . 信 号 发 生 器4.1 4.1