电工仪表及测量.(误差)

1、电工仪表及测量.(误差)第1页，共51页，2022年，5月20日，4点44分，星期五误差的概念在一定条件下，被测量客观存在的确定值，称为真值。误差是测量值与真值相差的程度。误差公理：测量的过程必然存在着误差，误差自始至终存在于一切科学实验和测量的过程之中。因此研究误差规律，并尽量减小误差是测量的任务之一。第2页，共51页，2022年，5月20日，4点44分，星期五误差的产生原因仪器本身；因为任何仪器都有一定的灵敏域和精确度。环境的变更；如温度，纬度，湿度，电磁场的变化。实验方法所限；方法不同结果不一样。如抽样调查中的代表性误差（抽样平均误差）， 操作人员的素质。每个人生理条件的不同，受教育，训

2、练的程度不同。值得强调的是，误差不是错误，测量结果包含了误差范围恰恰是测量结果正确和科学的表达。测量结果数值要用有效数字来表示。第3页，共51页，2022年，5月20日，4点44分，星期五误差的表示方法1绝对误差相对误差引用误差n最大引用误差mn第4页，共51页，2022年，5月20日，4点44分，星期五误差的表示方法2绝对误差：测量值Ax与被测量真值A0之差= Ax- A0相对误差：绝对误差与真值A0之比，并用百分数表示。 =引用误差：仪表某一刻度点读数的绝对误差比上仪表量程上限Am ，并用百分数表示。 n=A0Amx100%x100%第5页，共51页，2022年，5月20日，4点44分，星

3、期五误差的表示方法3最大引用误差：仪表在整个量程范围内的最大示值的绝对误差m比仪表量程上限Am ，并用百分数表示。 mn=Ammx100%第6页，共51页，2022年，5月20日，4点44分，星期五关于真值实际上，真值是难于得到的，实际中，人们通常用两种方法来近似确定真值，并称之为约定真值。一种方法是采用相应的高一级精度的计量器具所复现的被测量值来代表真值，另一种方法是在相同条件下多次重复测量的算术平均值来代表真值。另外在产品检测中，某项被测量的设计指标，既标称值视作已知真值，而测量值与标称值之差，就是产品制作误差（注意：这里的测量值与其算术平均值之差才是测量误差）。理论值作为真值，如三角形内

4、角和为1800第7页，共51页，2022年，5月20日，4点44分，星期五例1-1 1-1 用以电压表测量某电压，其读数为201V，而标准表的读数（认为是真值）为200V，求绝对误差。=Ax-A0=201-200=1(V)1-2 用一 电压表测200V电压，绝对误差为+1V，用另一电压表测20V电压，绝对误差为+0.5V，求相对误差？第8页，共51页，2022年，5月20日，4点44分，星期五分析上例中前者的绝对误差大于后者，但误差对测量结果的影响，后者却大于前者。因此衡量对测量结果的影响，要用相对误差。第9页，共51页，2022年，5月20日，4点44分，星期五仪表的误差仪表的误差：仪表指示

5、值与被测量真值之间相差程度仪表误差的分类基本误差：在规定条件下，仪表本身所产生的误差；附加误差：在规定条件之外，所产生的误差；第10页，共51页，2022年，5月20日，4点44分，星期五仪表的准确度仪表的准确度：在规定使用条件下，仪表最大引用误差绝对值的百分数；它表示仪表指示值与被测量真值之间接近的程度；即 K%=GB776-76电测量指示仪表通用技术条件给仪表规定了7个等级准确度。Ammx100%仪表准确度等级0.10.20.51.01.52.55.0基本误差(%)0.10.20.51.01.52.55.0第11页，共51页，2022年，5月20日，4点44分，星期五分析通常仪表的绝对误差

6、在仪表标尺的全长上基本保持恒定，因而相对误差会随着被测量的减小逐渐增大，所以相对误差的数值并不能说明仪器的优劣，只能说明测量结果的准确程度。引用误差则由于式中的分子、分母都由仪表本身性能所决定，不随被测量变化，所以用其来表示仪表的准确程度。第12页，共51页，2022年，5月20日，4点44分，星期五小结误差的基本概念仪表的误差和准确度第13页，共51页，2022年，5月20日，4点44分，星期五二、内容提要误差的分类误差的消除方法精密度、准确度（正确度） 、精确度概念第14页，共51页，2022年，5月20日，4点44分，星期五误差从性质上分类、特点 误差从性质上可分为三大类，即：系统误差

7、随机(偶然)误差 疏失误差（粗大误差、过失误差） 第15页，共51页，2022年，5月20日，4点44分，星期五系统误差系统误差：系统误差是指按一定规律出现的误差；在同一条件下，多次重复测试同一量时，误差的数值和正负号有较明显的规律。系统误差通常在测试之前就已经存在，而且在试验过程中，始终偏离一个方向，在同一试验中其大小和符号相同。例如，电压表示值的偏差等。特征：有其对应的规律性，它不能依靠增加测量次数来加以消除，一般可通过试验分析方法掌握其变化规律，并按照相应规律采取补偿或修正的方法加以消减。第16页，共51页，2022年，5月20日，4点44分，星期五随机误差（偶然误差）1随机误差（偶然误

8、差）：在同一条件下，对某一量多次重复测量时，各次的大小和符号均以不可预定的规律变化的误差，谓之随机误差或偶然误差。是具有不确定性的一类误差。它的产生是由测量过程中出现的各种各样不显著而又难于控制的随机因素综合影响所造成。特征：个别出现的偶然性而多次重复测量总体呈现统计规律，服从高斯（GASS）分布，也称正态分布；无法消除。 其统计特征如下：有界性 对称性 单峰性 递减性由于随机误差具有以上这些特性，所以在工程上可以对被测量进行多次重复测量的算术平均值表示被测量的真值。第17页，共51页，2022年，5月20日，4点44分，星期五随机误差（偶然误差）268.3%95.5%99.7%第18页，共5

9、1页，2022年，5月20日，4点44分，星期五疏失误差（粗大误差、过失误差）过失误差：测量误差明显地超出正常值，由于人员的疏失，如测错、读错、记错或计算错误等；或测试条件突变所致。含有过失误差的测量数据是不能采用的，必须利用一定的准则从测得的数据中剔除。如比赛中采用的“去掉一个最大值和最小值的计分方法，以及数据处理中常采用的3原则等既是典型的例子。第19页，共51页，2022年，5月20日，4点44分，星期五三类误差的关系应当指出，上述三类误差之间在一定条件下是可以互相转化的。对于某一具体误差，在此条件下为系统误差，而在另一条件下可为随机误差，反之亦然。例如，按一定公称尺寸制造一批量块，其中

10、任一块的制造误差，对“一批”来说是随机误差；而对其中某一块而言，它的制造误差是固定值，在使用这个量块时，它的固定误差又属系统误差。掌握误差转化的特点，就可将系统误差转化为随机误差，用概率统计的方法来减小误差的影响；或将随机误差的某些成分分离出来，作为系统误差处理，用修正方法减小其影响，疏失误差有时亦难区别于随机误差，故常用随机误差来处理。引起各类误差的因素，往往是多方面的，错综复杂的。但可归结为几个主要方面列于下表中。第20页，共51页，2022年，5月20日，4点44分，星期五引起各种误差的主要因素方面系统误差随机误差测量方法依据近似的计算公式;采用近似的测量方法;设计、工艺测量基准不一致等

11、测量工具标准器具或量仪由于设计、制造、装配、调试和使用等造成的缺点仪器零件形状、尺寸、运动链的间隙、摩擦、磨损及元器件性能不稳定测量环境温度、湿度、气压、振动、电磁场等按一定规律变化的干扰多种环境因素同时变化的综合影响测量人员生理特点或不良习惯造成的观测偏差工作不细严,_致使在观测、操作等方面造成的随意性差错第21页，共51页，2022年，5月20日，4点44分，星期五测量误差及其消除方法用比较法消除系统误差正负误差补偿法利用校正值求出被测量的真值第22页，共51页，2022年，5月20日，4点44分，星期五消除系统误差-比较法电桥法测量电阻由于R1,R2,R3存在误差，使Rx测量出现误差用标

12、准电阻Rs代替Rx接入电桥，在R1,R2,R3保持不变时仍使电桥平衡此时有: Rs=Rx而与R1,R2,R3的误差无关；第23页，共51页，2022年，5月20日，4点44分，星期五消除系统误差-正负误差补偿法为了消除系统误差，还可以采用正负误差补偿法，即对同一被测量反复测量两次，并使其中一次误差为正，另一次误差为负，取其平均值，便可消除系统误差。例如为消除外磁场对电流表读数的影响，可在一次测量后，将电流表位置调转，重新测量一次，取前后两次测量结果的平均值，可以消除外磁场带来的系统误差。第24页，共51页，2022年，5月20日，4点44分，星期五消除系统误差-交换法以等臂天平称量为例，第一次

13、在右边称盘中放置被测物，左边称盘中放置砝码，使得天平平衡，如图，这时被测物的质量为X=PL1/L2，当两臂相等时，。如果两臂存在微小差异，就会使测量结果中含有系统误差。为了抵消这一系统误差，我们将被测物与砝码互换位置，则此时天平不会平衡，改变砝码质量为时，使天平平衡，则这时被测物的质量为X=PL2/L1， 所以 既正确值是交换前后两次测得值的几何平均值。这时测量结果中不再含有等臂天平不等臂引起的系统误差。（注意：这时还存在着其它因素产生的系统误差，如砝码本身的系统误差）。第25页，共51页，2022年，5月20日，4点44分，星期五不等臂天平系统误差的消除-交换法PXL1L2PXL1L2第26

14、页，共51页，2022年，5月20日，4点44分，星期五消除系统误差校正法所谓校正值就是被测量的真值0（即标准仪表的读数）与仪表读数Ax之差用表示。校正值在数值上等于绝对误差，但符号相反。如果在测量之前能预先求出测量仪表的校正值，或给出仪表校正后的校正曲线或校正表格，那么就可以从仪表读数与校正值求得被测量的真值 即： A0=Ax+ 第27页，共51页，2022年，5月20日，4点44分，星期五精密度、准确度（正确度） 、精确度精度与误差是反映测量结果真实性的两个相辅相成的概念。误差表示测量值偏离真值的程度；精度表示测量值接近真值的程度。习惯上所说的精度其含义是什么？为此需明确以下三个概念。精密

15、度：指多次重复测量中，测量读数重复一致的程度。表征测量结果中的随机误差大小的程度。准确度（正确度）：指测量结果与真值的偏离程度。表征测量结果中的系统误差大小的程度。精确度：是测量结果中系统误差与随机误差的综合。指测量结果与真值的一致程度。第28页，共51页，2022年，5月20日，4点44分，星期五精密度、准确度（正确度） 、精确度第29页，共51页，2022年，5月20日，4点44分，星期五精密度、准确度（正确度） 、精确度(a)图表明数据均值（近似真值）偏离真值远，且数据的离散性大；前者说明测量的系统误差大，准确度差；后者说明随机误差大，即精密度差（重复性差）。(b)图表明数据的算术平均值

16、偏离真值近，系统误差小，即准确度好，而随机误差与（a）差不多，既精密度差。(c)与(b)相反，数据均值偏离真值较远，系统误差大，正确度差而数据又相对密集，随机误差小，说明重复性好，既精密度好。 (d)表明数据相对真值密集，系统误差小，随机误差也小。即精确度好。第30页，共51页，2022年，5月20日，4点44分，星期五关于误差和准确度的概念进一步国标标准化组织（ISO）、国际电工委员会（IEC）、国际法制计量组织（OIML）、国际计量局（BIPM）、国际纯物理和应用物理联合会（IUPAP）、国际纯化学和应用化学联合会（IUPC）以及国际临床化学联合会（IFCC）7个国际组织于1993年修订了

17、国际通用计量学基本术语（International Vocabulary of Basic and General Terms in Metrology）(以下简称VIM)。我国国家质量技术监督局于1998年9月发布了JJF10011998通用计量术语及定义（以下简称JJF国家计量技术规范。在以上两个文本中，对测量准确度、流量仪器的准确度和准确度等级均有确切的定义和说明。提出使用这些概念时必须注意的问题。第31页，共51页，2022年，5月20日，4点44分，星期五准确度准确度： 对应的英文为accruacy(这个词既可用于说明测量结果，也可用于测量仪器在的示值。当用于测量结果时，表示测量结果

18、与被测量真值之间的一致程度。当用于测量仪器时，定义为测量仪器给出接近于真值的能力所有这些场合，准确度均为一种定性的概念而非定量的。因此，准确度不象测量误差、测量不确定度，他不是物理量，化没有一个定量的定度。测量误差定义为测量结果减被测量之真值，是两量之差，可以定量地给出。准确度则不能。所谓定量，就是用量值表达。 第32页，共51页，2022年，5月20日，4点44分，星期五准确度等级准确度等级： 在VIM及JJF中，准确度等级（accuracy class）指测量仪器符合一定的计量要求，使误差保持在规定极限以内的测量仪器的等别、级别。第33页，共51页，2022年，5月20日，4点44分，星期

19、五三、内容提要电工仪表的种类电测量指示仪表的组成及基本原理第34页，共51页，2022年，5月20日，4点44分，星期五电工仪表的种类1测量各种电磁量的仪表、仪器统称为电工仪表；电工仪表不仅可测量电磁量，通过相应的变换器可测量非电量；指示仪表、记录仪表按测量方法电测量指示仪表比较仪器按技术类型模拟仪表数字仪表智能仪表第35页，共51页，2022年，5月20日，4点44分，星期五电工仪表的种类2电测量指示仪表 ：电表量指示仪表又称直读仪表，各种交直流电流表、电压表、功率表、万用表、多系电测量指示仪表 。比较仪器 ：用比较法测量的仪表，如各类电桥测量仪表。第36页，共51页，2022年，5月20日

20、，4点44分，星期五电工仪表的种类3按准确度等级可分为：.1、.2、.5、.0、.5、.5、.0 七级。按使用环境条件按外壳防护性能按仪表防御外界磁场或电场影响的性能按读数装置：可分为指针式、光指示式按使用方式：可分为安装式、可携式等按工作原理：分为磁电系、电磁系、电动系、感应系、静电系、振簧系等。第37页，共51页，2022年，5月20日，4点44分，星期五电测量仪表的主要技术性能在国家标准中规定了各类仪表技术性能，主要指标有：仪表灵敏度仪表误差仪表的阻尼时间机表的功率损耗仪表的坚固性与可靠性第38页，共51页，2022年，5月20日，4点44分，星期五电工仪表的表面标记和型号定义电工仪表的

21、表面标记 型号定义开关板式仪表的型号组成携带式仪表的型号组成第39页，共51页，2022年，5月20日，4点44分，星期五电工仪表常见的表面标记符号第40页，共51页，2022年，5月20日，4点44分，星期五电工仪表标记符号电流表安培表 毫安表电压表 千伏表 功率表瓦特表 电能表电度表 第41页，共51页，2022年，5月20日，4点44分，星期五电工仪表标记符号第42页，共51页，2022年，5月20日，4点44分，星期五开关板式仪表的型号组成第43页，共51页，2022年，5月20日，4点44分，星期五电测量指示仪表的组成测量线路测量机构被测量测量线路的作用是把被测量x转换为测量机构可接

22、受的过渡量y（例如转换为电流）；然后，再通过测量机构把过渡量转换为指针的角位移。测量机构是电测量指示仪表的核心，没有测量机构就不成为电测量指示仪表，而测量线路则根据被测对象的不同而配置，如果被测对象可以直接为测量机构接受，也可以不配置测量线路。例如变换式仪表，就是用磁电系仪表作为测量机构，不论是功率表、频率表、相位表都用相同的测量机构做表芯，然后配上不同的变换器（即测量线路）以达到测量不同被测量的目的。为此在下面着重讨论一下测量机构的组成。过渡电量指针偏转角xY=f(x)=F(y)=(x)第44页，共51页，2022年，5月20日，4点44分，星期五测量机构的组成-驱动装置固定部分可动部分产生转动力矩的驱动装置 为了使电测量指示仪表的指针能够在被测量的作用下产生偏转，就必须有一个能产生转动力矩的驱动装置，不同类型的仪表，驱动原理也不一样对电磁系、电动系仪表M=F（X,)对磁电系仪表M=F（X)第45页，共51页，2022年，5月20日，4点44分，星期五测量机构的组成-控制装置产生反作力矩的控制装置 如果测量机构只有驱动装置，而没有控制装置，则不论被测量x是大还是小，可动部分在转动力矩作用下，总是偏转到尽头，好象一杆不挂秤砣的秤，不论被测重量多大，秤秆总是向上翘起。=DD-反作用力矩系数（弹性模量）；-可动部分偏