电子技术(电工学一)王建华主编-第十章

第10章电气测量10.1测量的基本概念测量—用专门的仪器或设备，通过实验和计算求得被测量的值一．测量仪表的基本性能1．精确度仪表的精确度（简称仪表的精度）是指仪表的精密度及准确度。它与仪表的测量误差密切相关，仪表的测量误差越大则仪表的精确度越低；反之，仪表的测量误差越小则仪表的精确度越高a.稳定度（时漂）在测量条件不变的情况下，一段时间中，由仪表内部随机性变动，周期性变动，漂移等因素引起的示值变化，用稳定度来表示。一般以仪表精密度数值和时间长短一起表示。例如：某仪表电压指示值在24小时内变化了1.3mV，则稳定度可表示为1.3mV/24h。2．稳定性b.影响量由温度、湿度、气压、振动、磁场、电源电压等外界环境变化引起仪表指示值的变化，统称为影响量。第10章电气测量又如：一个电压表由于环境温度每变化一度，其示值变化0.1mV，可表示为0.1mV/℃。例如：某仪表由于电源电压变化10％而引起指示值变化0.02mA，则此影响量应表示为0.02mA/u±10％；3.仪表的线性度线性度是仪器的输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离直线的程度，又称为非线性误差。maxymaxymaxx0xy%100maxmax1yy第10章电气测量4.仪表的灵敏度仪表的灵敏度是其在稳态下输出增量Δy与输入增量Δx的比值xyS或dxdyS在被测量变化相同的情况下，灵敏度高则输出大，所以灵敏度高的仪表可以分辨出更小的输入变化5.动态特性许多被测量随时间的变化非常快。这就要求测量仪表的输出对被测量的变化有足够快的响应。通常用时域的单位阶跃响应（上升时间、响应时间、过冲量等），或频域的频率特性（幅频特性、相频特性）来描述仪表的动态响应特性。第10章电气测量二．测量误差在科学实验和工程实践中，任何测量结果都含有误差，而误差的大小又直接影响到测量的精确程度。人们不可能完全消除误差，但可以通过掌握误差规律，采取各种方式控制和减小误差，从而得到更精确的测量结果。1.误差定义绝对误差：测量值x与被测量的真值A之差称为绝对误差Axx相对误差：相对误差是绝对误差Δx与被测量真值A之比的百分数00000100100xxAx第10章电气测量引用误差：绝对误差Δx与测量仪表的满刻度值xm之比的百分数%100mmxx我国的电工仪表就是按最大引用误差来划分其准确等级的，分为0.1,0.2,0.5,1.0,1.5,2.5及5.0共7级，如果仪表为S级，则说明该仪表的引用误差不超过S%%Sxxm2.误差的分类及减小误差的方法根据误差的性质及其产生的原因，测量误差可分为系统误差和随机误差。第10章电气测量系统误差产生的原因：仪表工作原理的不完善；仪表本身的材料、零部件、工艺及加工精度等方面有缺陷；测试时仪表的安装或摆放的方法不正确及仪表用法的不正确；环境因素的影响；测量人员的不良习惯等。在了解了系统误差产生的原因及其特点的基础上，可以从以下几个方面考虑来减小系统误差。1）方法误差或理论误差的消弱2）仪器装置误差的消弱3）人员误差的消弱系统误差：在相同条件下，多次测量同一量时，误差的绝对值和符号保持恒定，或测试条件改变时，按一定规律随条件变化的误差，称为系统误差，简称系差。第10章电气测量随机误差:在相同条件下，多次测量同一个量时，每一次测量误差的大小和符号均是随机的，不可预知的，这一类误差称为随机误差，简称随差。随机误差服从统计规律，大多数随机误差是正态分布的随机误差的分布具有如下特点：1）单峰性2）有界性3）对称性0)(f第10章电气测量除了选用精密度较高的仪表外，进行多次测量，用多次测量的算术平均值作为最终测量值，是减小随机误差提高测量精密度的一个有效的方法。niixnx1110.2模拟式基本电工仪表模拟式电工仪表为直读仪表，它把各种被测电量转化为仪表指针的偏转角，因而可根据指针在刻度盘上的位置直接读出被测量的大小。第10章电气测量当被测电量接入测量机构时，电磁力产生使可动部分转动的力矩（电磁力矩TD）。电磁力矩与被测电量具有一定函数关系为了把电磁力矩转化为一个偏转角度，常采用弹性元件游丝（螺旋弹簧）或张丝来产生一个反作用力矩，弹性力矩Tθ满足胡克定律。KT为了使可动部分尽快停到平衡位置以便读数，加入阻尼环节（电磁阻尼、空气阻尼或油阻尼等）。阻尼力矩TP，它总是与运动的方向相反，大小与运动速度成正比。tDTPdd第10章电气测量根据转动定理TJPDTTTtJ22ddDTKtDtJdddd22当仪表可动部分静止时0ddtDTKKTD第10章电气测量一．磁电式仪表1——永久磁铁2——极掌3——圆柱铁心4——可动线圈5——游丝6——指针7——平衡器8——调零器9——转轴BISNBINlrTD2IKBSNKTD磁电式仪表的特点是：刻度均匀，灵敏度和准确度高，消耗电能少，受外界磁场的影响小，承受过载能力弱，价格较高。磁电式仪表为直流表，为电流的平均值I第10章电气测量二．电磁式仪表1——线圈2——固定铁芯3——转轴4——可动铁芯5——游丝6——指针7——阻尼片8——平衡锤9——磁屏蔽221有效IddLK电磁式仪表是交直流两用表电磁式仪表的主要优点是结构简单，价格便宜，过载能力强。缺点是准确度和灵敏度不高，非线性刻度，消耗功率较大，频率范围不宽（主要用于工频50Hz）。第10章电气测量三．电动式仪表ddMiiTD1221电动式电压表、电流表：21ii2121有效平均IddMKKTD电动式仪表的优点是既可测量直流也可测量交流，测量精度高；缺点是受外界磁场的影响较大，承受过载的能力较弱。电动势仪表为交直流两用表第10章电气测量1、固定线圈2、可动线圈3、指针4、阻尼器叶片5、螺旋弹簧6、阻尼器电动式功率表：ii1Rui2PddMKR121第10章电气测量FF10.3电压、电流、功率和阻抗的测量一．电流的测量电路AIRARVIRRUA2iiRUIR212InnIAI电流表的构成第10章电气测量二．电压的测量电压表的构成AUR0RI0RRUI三．功率的测量ARLVVARLAARARPPIUIUUUIUIP)(VVRVRPPUIUIIIUUIP)(用伏安法测功率：第10章电气测量W**LRW**LR用功率表测功率三相负载******ABCN三相负载WW****ABC三相功率测量三相四线制三相三线制CBAPPPP21PPP第10章电气测量四．电阻的测量1．用万用表或多用表的欧姆档测量电阻2．用电压表和电流表测量电阻ARxVVARxxARRRxV//RRR3．用直流单电桥（惠斯登电桥）测量电阻E1R2R3R4RG4321RRRR第10章电气测量小电阻测量RxVA接触电阻E1P2P1C2CRxVARxEG3R4R3R4Rabc1P2P3P4P1C2C3C4CEpRSxRnR直流双电桥（开尔文电桥）第10章电气测量nxRRRR43大电阻测量xcRRUI11122RRUIc)()()(11221xRxCCRfRRRRfIIf兆欧表（摇表）aRcRGpREacb3R4RbRxRnRGNSxR1R12第10章电气测量5．阻抗的测量交流电桥的平衡条件3241ZZZZ32413241ZZZZ测量电容测量电感交流电桥1Z2Z3Z4ZGSU2R0R4RGSU0CxRxC2R0R3RGSU0CxRxL第10章电气测量10.4万用表一．模拟式万用表MV15A5.0V5.1mA500mA50mA5mA5.0A50110100k1k10V1V5V25V100V500V500V100V10第10章电气测量ARmA500mA50mA5mA5.0A50测量直流电流的等效电路第10章电气测量ARV1V5V25AR测量直流电压的等效电路第10章电气测量V10V100RA1D2D交流电压的测量电路第10章电气测量RA调零V5.110100k1电阻的测量电路第10章电气测量被测电阻为零时电流最大（满偏转）被测电阻无穷大时电流为零（指针不动）mIRUI被测电阻等于内阻时，电流为最大值的一半（半偏）220IRURRUIx此时精度最高xRRUI第10章电气测量二．数字式万用表数字万用表采用了模数转换器（A/D）和数字显示屏来代替了模拟式万用表中的磁电式表头。A/D转换器和数字显示屏一起就构成了一个数字式电压表，所以数字式万用表是由数字式电压表、测量电路、转换开关及表壳所组成。测量电路用来把各种被测量转换为直流电压，再由电压表将其转换为测量数值。数字万用表的测量电路中包含有集成运算放大器等电子元器件，它的灵敏度、准确度都高于模拟万用表，功能也更多。第10章电气测量10.5非电量电测技术电气量：电压、电流、电阻等非电量：位移、速度、加速度、力、应变、温度、湿度、压力、流量等。采用电测的方法对非电量测量据有更高的准确度、灵敏度以及更宽的测量范围；具有较高的反应速度，具有比较宽的频率范围；从被测对象取用功率小，甚至完全不取用功率，减小了测量装置对测量对象的影响，提高了测量精度；便于与调节装置配合构成自动调节和自动控制系统；能连续地进行测量，便于自动记录以及进行遥测和遥控；能方便的与微型计算机一起构成智能化仪器或计算机测量系统等。第10章电气测量一．电位器式位移传感器mRxR0UELRmRxmxxRmmxxxRR在测量仪表的电阻值远大于电位器式位移传感器的电阻值时KxxxERREUmmx0传感器测量电路电源记录显示信息处理待测量电量第10章电气测量二．电阻应变式传感器AlR金属导体的电阻当应变片发生变形时，l、A及ρ都将发生变化，在变形不大时KllKRRdd如果432RRR电阻丝衬底为固定电阻SURRRRRRRU434211020uSSKURRU441011R2R3R4RSU0U第10章电气测量三．热电偶传感器ABT0T把两种不同材料的导体接成闭合回路，如果它们的两个接点温度分别为T及T0（T≠T0），则在该回路中就会产生一个电动势，称为热电动势，这种现象称为热电效应。仪表ABA’B’TT0U温度T为被测温度，这个结点称为工作端。温度T0为参考温度，这个结点称为自由端或冷端。),(0ABTTEU是温度T和T0的函数第10章电气测量四．光电转速表光源光敏二极管n放大整形频率计R光敏二极管EfNn60N为调制盘的孔数第10章电气测量