电气测量第一章电工仪表与测量的基本知识.ppt

1、第一章 电工仪表与测量的基本知识,第一节 测量方法的分类 第二节 电工仪表的分类 第三节 电工仪表的组成和基本原理 第四节 测量误差及其表示方法 第五节 工程上最大测量误差的估计及 系统误差的消除 第六节 随机误差的估计,Electrical Measure,本章要点,本章第一、二、三节主要介绍有关仪表的基本概念与工作原理，掌握有关变换的概念，了解各类仪表在测量过程中，都是通过变换，把被测电磁量转换为可阅读的数字或机械偏移，以达到测量的目的。 本章第四、五、六节主要是介绍产生误差的原因、误差的估计、误差的表示方法，以及如何在测量中减少误差。 了解测量误差 了解测量数据处理的基本方法,第一节 测

2、量方法的分类,一、测量方式分类,测量方式,直接测量,间接测量,组合测量,指被测量与中间量的函数式中还有其他未知数，须通过改变测量条件，得出不同条件下的关系方程组，然后解联立方程组求出被测量的数值。,指要利用某种中间量与被测量之间的函数关系，先测出中间量，再算出被测量。例如用伏安法测电阻。,指仪表读出值就是被测的电磁量，例如用电流表测量电流，用电压表测量电压。,二、测量方法(即数据读取方法)分类,测量方法,直读法,比较法,利用仪表直接读取测量数据。,零值法,较差法,替代法,将已知量与被测量先后置于同一测量装置中，若两次测量装置都处于相同状态，可认为被测量等于已知量，再从已知量读出被测量值。,从比

3、较仪求得差值，根据度量器数值和比较差值，求得被测量的数值。,比较仪表指零时，从度量器读出被测量的数值,将被测量与度量器放在比较仪器上进行比较，从而求得被测量的数值。,第二节 电工仪表的分类,一、模拟指示仪表 模拟指示仪表是将被测电磁量转换为可动部分的角位移，然后根据可动部分指针在标尺上的位置直接读出被测量的数值。 二、数字仪表 数字仪表是将被测电磁量转换为电压，再转换为数字量，并以数字方式直接显示。 三、比较仪器 指使用电桥、补偿等方法，将标准度量器与被测量置于比较仪器中进行比较，从而求得被测量。这类仪器除需要仪表本体外（如电桥、电位差计等）还需要检流设备、度量器等参与。,返回本章首页,第三节

4、 电工仪表的组成和基本原理,一、模拟指示仪表的组成,模拟指示仪表中的三大部件 1.产生转动力矩的装置：利用电磁力的有磁电式、电磁式、电动式、感应式、振动式等。利用电荷作用力的有静电式等。 2.产生反作用力矩的装置：主要有游丝、悬丝等。 3.产生阻尼力矩的装置：可以利用电磁阻尼、空气阻尼、油阻尼等。,指示式仪表 被测电流I在可动线圈中流过时产生电磁力F，使可动线圈以轴为中心转动，由此产生与电流I成比例的驱动力矩Md，带动指针偏转，从仪表的标尺分度读数测得电流。,二、数字仪表的组成 问题：数字显示有几种？,返回本章首页,通过A/D 转换 将电压转换为 数字脉冲,由于 A/D 转换的对 象必须是电压

5、,所以需 要测量线路将被测量 转换为电压,数字脉冲经 译码加到显 示器,第四节 测量误差及其表示方法,一、测量误差的分类,测量误差 分类,系统误差,基本误差：由仪表结构造成的误差,附加误差：偏离规定的工作条件造成的误差,随机误差：偶发原因引起大小方向都不确定的误差,疏忽误差：测量人员疏忽造成,二、测量误差的表示方法 1. 绝对误差 用测量值与被测量真值之间的差值所表示的误差称为绝对误差。 2.相对误差 绝对误差与被测量真值之比，称为相对误差。,相对误差分类,1）相对真误差、实际相对误差、示值相对误差 相对真误差： 绝对误差与被测量的真值之比 实际相对误差： 用实际值A代替真值A0 示值相对误差

6、： 用测量值X 代替实际值A,3. 引用误差 以绝对误差与仪表上量限的比值所表示的误差称为引用误差，其中绝对误差若取可能出现的最大值则称为最大引用误差，可以用来评价仪表性能,即仪表的准确度等级。我国电工仪表共分七级 ：0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5及5.0。如果仪表为K级，则说明该仪表的最大引用误差不超过K% 引用误差: 在使用这类仪表测量时，应选择适当的量程，使示值尽可能接近于满值，指针最好能偏转在不小于满度值2/3以上的区域。 测量点的最大相对误差:,测量误差例题,例某待测电流约为100mA，现有0.5级量程为0400mA和1.5级量程为0100mA的两个电流表，问用哪一个

7、电流表测量较好？,用1.5级量程为0100mA电流表测量100mA时的最大相对误差为,4.、正确度、精密度、准确度 表征系统误差的大小。 指在多次精密测量中，测量读数重复一致的程度，表征即随机误差的大小。 表示测量中系统误差和随机误差两者的综合影响，系统误差小称之为正确度高，随机误差小称之为精密度高，准确度高则是指系统误差和随机误差都比较小。指既“正确”又“精密”的测量。可见准确度可以表示测量结果与被测真值的一致程度。,正确度：,精密度：,准确度：,返回本章首页,4.测量结果的评定,正确度、精密度、准确度 表征系统误差的大小。 指在多次精密测量中，测量读数重复一致的程度，表征即随机误差的大小。

8、 表示测量中系统误差和随机误差两者的综合影响，系统误差小称之为正确度高，随机误差小称之为精密度高，准确度高则是指系统误差和随机误差都比较小。指既“正确”又“精密”的测量。可见准确度可以表示测量结果与被测真值的一致程度。,第五节 工程上最大测量误差的估计及系统误差的消除,一、直接测量方式的最大误差 若直接测量所用仪表的准确度为 K ，则直接测量可能出现的相对误差最大值不会超过 K 值。,测量结果的数据处理,有效数据的舍入原则 通常采用如下的舍入原则：“四舍六入，当等于五时采用偶数的法则，”即当在测量结果中需要保留n位有效数字时，若第n+1位恰好为5时，则要看第n位，若第n位为偶数时，则第n+1位

9、舍去，若第n位为奇数时，则第n位加1。例如右侧数据处理： 需要注意的是：测量数据中末位的零代表的是测量结果的精度（误差），因此，末位的零不能去掉,二、间接测量方式的最大误差若被测量为n个中间量之和,若被测量为两个中间量之差,最大误差不仅与各中间量的相对误差有关，而且与中间量之差有关，差越小，被测量 y 的相对误差就越大。例如在并联电路中，用测到的总电流与一个支路电流去求得另一支路的电流，这种方法不可取。,若被测量为若干中间量之积或商,问题：用间接法测量电阻的消耗的功率时，需测量电阻R、端电压V和电流I三个量中的两个量，如何根据电阻、电压或电流的误差来推算功率的误差呢？ 利用误差传递公式：,例如

10、 已知电阻上的电压、电流的相对误差分别为 ， ，问：电阻消耗功率P的相对误差是多少？ 解： 因为电阻消耗功率为 P=UI 所以 电阻消耗功率的相对误差为,例题,三、系统误差的消除方法,从制造角度： 改进仪表结构和制造工艺，如减少转动部分的摩擦，加强对外界电磁场的屏蔽等。这也是消除系统误差最根本的办法。 从使用角度； 使用者无法改变仪表的结构，只能在使用中采用比较法、正负误差补偿法等来减小误差，例如测量后将仪表调转 180，重测一次，用两次测量平均值作为测量值，以消除地磁的影响，或利用校正值求得被测量的真值。,第六节 随机误差的估计,一.随机误差的特点 随机误差是由一些偶发原因引起的误差，例如电

11、磁场微变、热起伏、空气扰动、大地微振等。在一组测量数据列中，随机误差通常呈正则分布，表现为有界性、单峰性和正负误差出现几率相等的特点。 随机误差值一般都比较小，工 程上的测量可以不予考虑。只有 在精密 实验时才需要进行计算。 计算前 首先要进行多次测量， 取得大量 数据，然后按以下步 骤进行。,二、计算步骤 第一步：先从多次测量值中求得其算术平均值。,第二步：求出每次测量值的剩余误差，并且只 有测量列的剩余误差总和为 0 时，才说明所计算的算术平均值是正确的。否则必须重算,这里n测量次数；m算术平均值的最末一位的小数的位数,第三步：用贝塞尔公式求出标准差的估计值,第四步：三倍标准差的估计值称为极限误差，应检查测量列中的剩余误差，是否有超过极限误差 的数据，如有则该项测量值属于坏值应予剔除，然后按以上步骤重新计算。 第五步：求算术平均值的标准差，并用 表示测量结果的可信赖程度。,返回本章首页,【例】