第一章电工仪表与测量的基本知识

第一章电工仪表与测量的基本知识•学习目标•1、了解电工测量的含义、内容、设备和测量方法•2、了解测量误差的定义、产生原因和消除方法•3、掌握测量误差的表示方法；•4、会对测量结果进行简单的舍入及运算处理；•5、了解电工仪表的基本组成及作用、仪表准确度、分类、型号和标志。第一章电工仪表与测量的基本知识•第一节电工测量的基本知识•第二节测量误差的基本概念•第三节测量数据的处理•第四节电工仪表的基本知识部分电工仪表图片第一节测量测量的基本知识1、测量的意义日常生活中处处离不开测量科学的进步和发展离不开测量，离开测量就不会有真正的科学。一、测量的基本概念没有望远镜就没有天文学，没有显微镜就没有细胞学，没有指南针就没有航海事业2.测量的定义•测量是为了确定被测对象的量值而进行的实验过程。•在测量过程中，人们借助专门的设备，把被测对象直接或间接地与同类已知单位进行比较，取得用数值和单位共同表示的测量结果。一、测量的概念测量结果＝测量数值.测量单位，即：0}{xxx二、电工测量的基本知识（一）电工测量的内容1、基本电量的测量2、电路参数的测量3、电信号特性的测量（二）电工测量的器具有度量器和测量仪器两类。（三）电工测量的方法1、按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。2、按度量器参与测量过程的方式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。第二节测量误差的基本概念一、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。⊿例测量两个电压，实际值U1=100V，U2=20V，仪表的示值分别为Ux1=101V，Ux2=21V。其绝对误差分别为：⊿U1=Ux1-U1=101-100=+1V⊿U2=Ux2-U2=21-20=+1V0AAX–很显然，虽然二者的绝对误差相同，但是二者测量的精确度却相差甚远，因此有必要引入相对误差的概念。2.相对误差•定义：–绝对误差与被测量实际值之比的百分数称为相对误差，即：0AAX⊿%1000A%100XA或写成例用一电压表测量200V电压时，其绝对误差为+1V；用另一电压表测量另一电压读数为20V时，其绝对误差为+1V。求它们的相对误差。解：111100%100%0.5%200xA221100%100%5%20xA3.引用误差•以绝对误差Δ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。%100mmmA△例检定一个满刻度为5A的1.5级电流表，若在2.0A刻度处的绝对误差最大，，问此电流表准确度是否合理？解：此电流表的最大引用误差因为2.0%＞1.5%，即该表的的基本误差超出1.5级表的允许值，所以该表的准确度不合格。但该表最大引用误差小于2.5级表的允许值，若其他性能合格，可作为2.5级表使用。0.1mA0.1100%100%2.0%5.0mmmA二、测量误差的产生原因•1、仪器误差•2、理论误差和方法误差•3、影响误差•4、使用误差•5、人身误差三、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•1、系统误差的消除方法•重新配置合适的仪表或对仪表进行校正。•采用合理的测量方法。•采用正负误差补偿法。•采用替代法。•引入校正值。四、测量误差的消除方法2、偶然误差产生的原因及消除方法原因：偶然误差主要由外界环境的偶发性变化引起。消除方法：采用增加重复测量次数取算术平均值的方法来消除偶然误差对测量结果的影响。3、疏失误差产生的原因及消除方法原因：主要由于操作者的粗心和疏忽造成。另外也包括由于操作者素质太差，不懂正确读数而造成的误差。消除方法：对含有疏失误差的测量结果应抛弃不用。消除疏失误差的根本方法是加强操作者的工作责任心，倡导认真负责的工作态度，同时要提高操作者的素质和技能水平。第四节电工仪表的组成和基本原理一、组成•电工指示仪表主要由测量机构和测量线路两部分组成。•测量机构是仪表的核心，由固定部分和可动部分组成。二、电工仪表的误差及准确度•1、电工仪表的误差•基本误差：仪表在正常工作条件下，由于仪表本身的结构、制造工艺等方面的不完善而产生的误差叫基本误差。基本误差是仪表本身所固有的误差，一般无法消除。•附加误差：仪表因为偏离了规定的工作条件而产生的误差叫附加误差。附加误差实际上是一种因外界工作条件改变而造成的额外误差，一般可以设法消除。•国家标准中规定以最大引用误差来表示仪表的准确度。2、仪表的准确度•仪表的准确度：仪表的最大绝对误差△m与仪表量程Am比值的百分数，叫做仪表的准确度（±K％）。即%100%mmAKK表示仪表的准确度等级，它的百分数表示仪表在规定条件下的最大引用误差。最大引用误差越小，仪表的基本误差越小，准确度越高。准确度等级0.10.20.51.01.52.55.0基本误差（%）±0.1±0.2±0.5±1.0±1.5±2.5±5.0仪表的基本误差若已知仪表量程，可求出不同准确度等级仪表所允许的最大绝对误差△m，即100mmAK［例］用准确度等级为5.0级、量程为500V的电压表，分别测量50V和500V的电压。求其相对误差各为多少?解：先求出该表的最大绝对误差测量50V电流时产生的相对误差为测量500V电流时产生的相对误差为V251005000.5100mmAK%50%1005025%1000111A%5%10050025%1000222A由以上计算结果可以看出:•一般情况下,测量结果的准确度并不等于仪表的准确度，只有当被测量正好等于仪表量程时，两者才会相等。•实际测量时，为保证测量结果的准确性，不仅要考虑仪表的准确度，还要选择合适的量程。•（1）根据测量机构的工作原理分类可以把仪表分为电磁系、磁电系、电动系、感应系、静电系和整流系等。–磁电式—C、整流式—L、热偶式—E、电磁式—T、电动式、铁磁电动式—D、感应式—G、静电式—Q•（2）根据测量对象分类可以分为电流表（包括安培表、毫安表、微安表）、电压表（包括伏特表、毫伏表、微伏表、千伏表）、功率表（又叫瓦特表）、电度表、欧姆表、相位表等。•（3）根据仪表工作电流的性质分类可以分为直流仪表、交流仪表和交直流两用仪表。三、电工仪表的分类•（4）按仪表的使用方式分类可以分为安装式仪表（或称板式仪表）和可携式仪表等。•（5）按仪表使用条件分类分为A、A1、B、B1和C五组。（A组：工作环境为0～+40℃，相对湿度在85%以下。B组：工作环境为-20～+50℃，相对湿度在85%以下。C组：工作环境为-40～+60℃，相对湿度在98%以下）有关各组仪表使用条件的规定可查阅国家标准GB/T776-1976《电气测量指示仪表通用技术条件》。•（6）按仪表的准确度等级分类分为0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5和5.0共7个准确度等级。•除以上分类以外，还可以按外壳的防护性能及耐受机械力作用的性能分类，读者可查阅GB/T776-1976中的有关规定。四、电工仪表的型号1、安装式仪表型号的组成42C10A形状第二位代号形状第一位代号系列代号设计序号用途号表示一块设计序号为10的安装式磁电系电流表2、便携式仪表型号的组成系列代号设计序号用途号表示一块设计序号为19的便携式电磁系电流表T19A注意：便携式仪表和安装式仪表的区别在于其系列代号前面是否有数字！五、电工仪表的标志•不同的电工仪表具有不同的技术特性，为方便选择和使用仪表，规定用不同的符号来表示这些技术特性，并标注在仪表的面板上，这些图形符号叫做仪表的标志。测量单位的符号按外界条件分组的符号六、电工指示仪表的技术要求◆要有足够的准确度◆要有合适的灵敏度◆要有良好的读数装置◆要有良好的阻尼装置◆仪表本身消耗功率小◆要有足够的绝缘强度◆要有足够的过载能力◆仪表的变差要小