电气与电子测量技术——1测量基本概念

电气与电子测量技术盛戈皞Email：[e-mail]办公室：电信群楼1号楼237室2教材和参考书目1电气与电子测量技术自编教材电子工业出版社2现代测试技术与系统设计申忠如西安交大出版社3电气测试技术第3版林德杰机械工业出版社4现代检测技术与测试系统设计刘君华西安交大出版社5电气测量陈立周机械工业出版社其他：传感器和电气测量的相关书籍3课程目标通过本课程的学习，了解电气和电子测量技术的基本概念、测量系统的构成和分析方法，掌握常用测量系统的工作原理及动静态特性，学会根据实际要求选用传感器和调理电路，掌握建立电气测量系统的原则与方法，并对电气测量技术的发展趋势有所了解。4课程主要内容（7个部分）一测量基础知识（第1章）二误差基本理论（第2章）三常用的传感器（第3章）四测量系统中的调理电路（第4章）五电气测量技术(第5章)六干扰与抑制(第8章）七试验（虚拟仪器，传感器实验等）(第7章）5课程基本情况课时：共34学时课堂授课28学时试验6学时考核成绩：平时10％（作业，课堂提问，考勤）实验20％(3次实验)考试70％习题、试验内容：ftp://202.120.36.175：3000/电气与电子测量技术用户名，密码：cljs6绪论7绪论测量地位和作用测量仪器发展历程8测量的地位和作用9测量在科学研究中作用门捷列夫(1834-1907)科学始于测量,没有测量，便没有精密的科学。10信息技术包括测量技术、计算机技术和通信技术，测量技术是信息技术的关键和基础。钱学森(1911-2009)测量在科学研究中作用11日常生活中处处离不开测量家用电器数码相机、数码摄像机：自动对焦(红外测距)数字体温计：温度测量自动感应灯：亮度测量空调、冰箱、电饭煲：温度测量医疗卫生电子血压计：压力检测普通轿车：约安装几十到近百只测量传感器.豪华轿车：测量传感器数量可多达二百余只.汽车12农业生产中，需要丈量土地、衡量谷物，就产生了长度、面积、容积和重量的测量；中国：秦始皇，商鞅变法，统一度量衡现代化的工业生产中处处需要测量一架飞机中：3000个测量传感器；一个大型石油化工厂：6000个测量传感器；一个大型钢铁厂：20000个测量传感器。测量在工农业生产中的应用13测量在电力行业中的应用电厂发电机组：检测参数：电气量---电压、电流、功率因数、频率、谐波、相角等，非电量－发电机振动、温度、压力、流量、液位、声音等3000－5000个测量传感器电网运行：成千上万个电气量测量传感器14智能电网传统电网升级换代（安全、可靠、高效、大量接纳新能源、用户互动等）欧洲和美国均提出各自发展智能电网的目标和路线图国家电网公司和南方电网公司均提出了全面建设智能电网的发展规划15智能电网目标IBM：利用传感器对发电、输电、配电、供电等关键设备的运行状况进行实时监控，把获得的数据通过网络系统进行收集、整合，通过对数据的分析、挖掘，达到对电网运行的优化管理埃森哲：利用传感、嵌入式处理器、数字通信等技术，使电网可观测（监测电网所有元件的状态)、可控制（控制电网所有元件的状态）、自动化（可自适应并实现自愈）我国国家电网公司以特高压电网为骨干网架、各电压等级电网协调发展的坚强电网为基础，将现代先进的传感测量技术、通讯技术、信息技术、计算机技术和控制技术与物理电网高度集成而形成的新型电网。16智能变压器S9电压、电流油中溶解气体底层油温OLTCC有载调压冷却系统智能组件注：1.S1、S2顶层油温，S3、S4底层油温2.S5、S6、S9、S10电压、电流3.S7、S8局部放电4.S11气体继电器5.S12油中溶解气体S5S66.S13油中水分7.S14铁芯接地电流8.C冷却系统9.OLTC有载调压系统S1S2S3S4S7S12S14S8铁芯接地电流局部放电顶层油温局部放电电压、电流系统网络S13S11气体继电器油中水分S1017测量仪器的发展18测量仪器发展至今．大致可分为五个阶段。第一代模拟指针式仪表（上世纪50年代以前）基于电磁机械式机构，测量结果是依靠指针显示测量仪器的发展历程19第二代分立电子仪器（上世纪5、60年代）测量仪器的发展历程以电子管，晶体管为基础采用了电子测量技术测量模拟信号20测量仪器的发展历程一般采用中规模的集成电路第三代数字式仪表（上世纪70年代）将模拟信号转化为数字信号，以数字形式输出与显示出结果21第四代智能仪器（上世纪80年代）内部有微处理器，可以进行自动测量和数据处理。采用大规模集成电路主要由硬件与固化的软件组成主要问题是功能固定，应用不灵活测量仪器的发展历程22第五代虚拟仪器以计算机技术为基础，是测量技术新的革命。利用高性能的标准模块化硬件和高效灵活的软件来完成各种测试和测量的应用。软件是虚拟仪器的关键，“软件即仪器”（不同的软件构成不同的仪器）测量仪器的发展历程23第一章测量的基础知识24第一章测量基础知识测量的基本概念测量方法现代测量系统的组成静态特性动态特性25测量的基本概念26测量概念和定义测量：人们借助专门的设备，将被测量量和同类标准量进行比较，得到测量结果的一个过程。27单位有明确定义和名称并命其数值为1的固定量；单位量值大小是约定或法定的英呎——feet1米（1790年，法国政府规定：通过巴黎地球子午线长度的4千万分子1）（1983年，国际计量大会：光在真空中1s时间内传播距离的1/299792485）28由基本单位与导出单位共同组成的一个完整的单位体系。基本量与基本单位：少数相互独立的并可通过其组合定义其他所有物理量被称为“基本量”。这些量的单位被称为“基本单位”。导出量与导出单位：由基本量通过物理法则推导出的其他所有物理量被称为“导出量”。导出量的单位被称为“导出单位”。单位制29国际单位制(SI)长度质量时间电流热力学温度物质的量光量kg----千克标准原器(实物单位)m----光在真空中1s时间内传播距离的1/299792485SI基本单位：（m）（kg）（s）（A）（K）（mol）（cd）A----无限长导线恒定电流，每米长度相互作用力2x10-7NK----水三相点热力学温度1/273.16mol----微观粒子的数量千克原器30SI导出单位31测量方法分类32测量方法分类按测量结果获得方法分为:直接测量间接测量组合测量33直接测量•从测量仪表直接获取测量结果。测量结果：20.1mm34直接测量按测量读数方式分为直读测量法从仪器（仪表）读数直接获取测量结果。特点：过程简单、迅速、直观、明了,一般来说准确度较低。比较测量法将被测量直接与标准量比较，根据比较结果获得测量值。典型：替代法，零位法，微差法。特点：标准量直接参与，测量准确度高；测量设备较贵，过程复杂。35典型的比较测量方法－替代法方法：在相同条件下，将被测量与已知标准量先后置于同一测量装置中，若先后两次测量装置都处于相同状态，可认为被测量等于已知量。ERx+–IARN特点：•不受测量系统内部结构误差的影响，可获得比较高的测量精度。•测量过程较复杂，花费时间较长。E+–IA替代法测电阻36典型的比较测量方法－零位(零值)法方法：利用指零机构的作用，使用被测量和已知标准量两者达到平衡，根据指零机构示值为零来确定被测量等于标准量值。特点：•测量过程比较复杂，在测量时，要进行平衡操作，花费时间长天平测质量37典型的比较测量方法－微差(偏差)法方法：被测量值与标准量大体平衡，将被测的未知量与已知的标准量进行比较，并取得被测量与标准量差值。特点：•测量精度高•反应快，特别适用于在线控制参数的检测基准量：20.00mm测量值：+0.08mm结果：20.08mm38间接测量如测导线的电阻率ρ（单位长度、单位截面的某种物质的电阻）：由仪表（仪器）读数按照一定的函数关系（公式）计算获取测量结果的方法。2S4RRdll特点：测量过程复杂、费时。39组合测量（联立测量）如测量热电阻温度系数：在应用仪表进行测量时，若被测物理量必须经过求解联立方程组，才能得到最后结果，则称这样的测量为组合测量（联立测量）。Rt1＝R0（1＋At1＋Bt12）Rt2＝R0（1＋At2＋Bt22）参数A，BRt＝R0（1＋At＋Bt2）40注意1：同一物理量可以有不同的测量方法如测电阻方法：万用表(直接测量）伏安法（R＝U/I)（间接测量）注意2：间接测量误差由多个测量量合成。41时域测量：（瞬态测量）以时间为主要研究对象，主要测量被测量随时间的变化的规律。例：用示波器测量脉冲信号的上升沿、下降沿、脉宽等。频域测量：（稳态测量）以频率为主要研究对象，主要测量被测量随频率的变化的规律。例：频谱分析仪测量信号的频谱。数据域测量：（逻辑量测量）以数字电路的逻辑状态为主要研究对象。例：逻辑分析仪测量数字电路的逻辑状态、时序等。根据测量性质分类42接触式测量与非接触式测量；根据是否与被测介质接触分类红外测温接触式测温43静态测量与动态测量根据被测量变化快慢分类电压波动手持式电压表44在线测量与离线测量根据测量对象是否工作分类电力变压器在线监测系统（测量油中气体和微水含量）电力变压器油气相色谱仪现代电气测量系统的基本组成现代电气测量系统的组成平台结构一以单片机（或专用芯片,如DSP）为核心的单机系统。接口电路传感器及调理电路A/DCPU扩展程序储存器扩展数据储存器外通信接口电路输出接口电路D/A仪器面板、键盘、显示等电量非电量电平开关量IEEE488RS-232CAN等等电平、开关量、打印机模拟量输出输入电路输出电路48平台结构二以PC为核心的应用扩展电气测量系统传感器1信号调理数据采集卡计算机显示处理通信控制被测量X1传感器2信号调理被测量X2传感器n信号调理被测量Xn被测量X电气参量非电气参量开关量获取信号信号变换预滤波A/D转换多路转换信号分析、处理现代测量系统方框图