电气测量 第1章526553534

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•第五节系统误差的消除与随机误差的估计•第六节工程上最大测量误差的估计ElectricalMeasure本章要点•本章第一、二、三节主要介绍各类仪表的基本工作原理，了解各类仪表都是通过变换，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。1.课程介绍•电工仪表及测量技术是研究各种电磁量（电量+磁量）的测量方法，相应仪表的原理、结构、使用操作技术以及测量误差与数据处理的技术。•课程＝电工仪表技术+测量技术；•与其它相关课程电子测量技术、非电量电测技术、检测与转换、机械量电测量、现代测试技术等。1.课程介绍电量如电流、电压、功率、电能、频率、电阻、电感、电容以及时间常数和介质损耗角等。磁量主要指磁场以及物质在磁场磁化下的各种磁特性，例如磁场强度、磁通、磁感应强度、磁势、磁导率、磁滞和涡流损耗等的测量。电测量和磁测量又可统称为电磁测量或电气测量。参见教材目录2、应用领域•电工仪表及测量技术对从事电气技术工作的人员来说是十分必要的；不论是电气设备的安装、调试、实验、运行、维修；还是对电气产品进行检验、测试、鉴定都会涉及电磁测量方面的技术问题。•应用于工农业生产、生活、国防、科研等各领域。如，变电所、配电室、发电厂、电力监控网、火箭发射中心、家用电能计量表等。部分电工仪表图片部分电工仪表图片3、发展趋势•数字化•网络化•智能化•小型化4、学习方法及其它•理论+实践，注重理论和实际结合。•自学为主，指导为辅。•30学时•考核：作业30%+考试70%•联系电话：[phone]•E-mail:[e-mail]5、教材及参考资料•《电工仪表及测量》周启龙等中国水利水电出版社2003.1•《电磁测量》唐统一赵伟清华大学出版社1997.7•《电气测量》陶时澍哈尔滨工业大学出版社1997.8•《电工仪表与测量》刘立意等东北农业大学2000.16、电工仪表资源•中华电工仪表网•中国仪器仪表国际网站•中国仪器网•中华电工仪器仪表信息网•《电测与仪表》杂志社地址：哈尔滨市哈平路128号邮编：150040电话：[phone]•哈尔滨电工仪表研究所•全国电工仪器仪表标准化技术委员会•中科院电工研究所•中国电力科学研究院电测量研究所、什么是测量？•所谓测量，是指用实验的方法，将被测量（未知量）与已知的标准量进行比较，以得到被测量大小的过程；是对被测量定量认识的过程。基本概念2、什么是电工测量？•电工测量是指把被测的电量或磁量直接或间接地与作为测量单位的同类物理量（或者可以推算出被测量的异类物理量）进行比较的过程。3、测量单位unitofmeasurement•把测量中的标准量定义为“单位”。单位是一个选定的标准量，独立定义的单位称“基本单位”（baseunit）；由物理关系导出的单位称“导出单位”（derivedunit）。4、国际单位制（SI）InternationalSystemofUnits•1980年由国际计量大会（CGPM）采纳和推荐的一种一贯单位制。注：SI是国际单位制的国际通用符号。•目前，国际单位制下7个基本单位：长度米M质量千克（公斤）Kg时间秒S电流安[培]A热力学温度开[尔文]K物质的量摩[尔]Mol发光强度坎[德拉]cd5、SI基本单位的定义•米：光在真空中（1/299792458s）时间间隔内所经过路径的长度。[第17届国际计量大会（1983）]•千克：国际千克原器的质量。[第1届国际计量大会（1889）和第3届国际计量大会（1901）]•秒：铯-133原子基态的两个超精细能级之间跃迁所对应的辐射的9192631770个周期的持续时间。[第13届国际计量大会（1967），决议1]•安培：在真空中，截面积可忽略的两根相距1m的无限长平行圆直导线内通以等量恒定电流时，若导线间相互作用力在每米长度上为2×10-7N，则每根导线中的电流为1A。[国际计量委员会（1946）决议2。第9届国际计量大会（1948）批准]5、SI基本单位的定义•开尔文：水三相点热力学温度的1/273.16。[第13届国际计量大会（1967），决议4]•摩尔：是一系统的物质的量，该系统中所包含的基本单元（原子、分子、离子、电子及其他粒子，或这些粒子的特定组合）数与0.012kg碳-12的原子数目相等。[第14届国际计量大会（1971），决议3]•坎德拉：是一光源在给定方向上的发光强度，该光源发出频率为540×1012Hz的单色辐射，且在此方向上的辐射强度为（1/683）W/sr。[第16届国际计量大会（1979），决议3]6、国际单位制（SI）的导出单位•国际单位制中具有专门名称的导出单位量–平面角弧度rad–立体角球面度sr–频率赫［兹］Hz–力（重力、压力）牛［顿］N–压强（应力）帕［斯卡］Pa–能量（功、热）焦［耳］J–功率（辐射通量）瓦［特］W6、国际单位制（SI）的导出单位电荷量库［仑］C电位（电压、电动势）伏［特］V电容法［拉］F电阻欧［姆］Ω电导西［门子］S磁通量韦［伯］Wb磁通量密度磁感应强度特［斯拉］TH电感亨［利］H6、国际单位制（SI）的导出单位–摄氏温度摄氏度0C–光通量流［明］lm–光照度勒［克斯］lx–放射性活度贝可［勒尔］Bq–吸收剂量戈［瑞］Gy–剂量当量希［沃特］Sv7、度量器•在测量过程中实际使用的已知量是被测量所用测量单位的复制体，称作度量器。度量器可以是测量单位本身，也可以是测量单位的分数倍或整数倍。•根据度器在量值传递上的作用和精确度不同，分为基准器、标准器和工作量具三种，其中基准器是精度高的测量单位复制体，一般由国际或国家计量部门拥有和管理，而日常测量用的是工作量具。8、“伏特”和“欧姆”电学单位新基准•过去的电学基准是用标准电池组复现电动势或电压的单位“伏特”，标准电阻组复现电阻的单位“欧姆”。１９９０年１月１日国际上正式启用电学计量新基准。约瑟夫森效应和冯·克里青效应（也称量子化霍尔效应），复现“伏特”和“欧姆”单位。它具有复现精确度高、稳定性好的优点。第一节测量方法的分类一、测量方式分类直接测量：直接测量指的是被测量与度量器直接进行比较，或者采用事先刻好刻度数的仪器进行测量，从而在测量过程中直接求出被测量的数值。这种方式称为直接测量。即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。间接测量：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，然后通过计算公式，算出被测量。例如如被测量不便于直接测定，或直接测量该被测量的仪器不够准确，那么就可以利用被测量与某种中间量之间的函数关系，先测出中间量，然后通过计算公式，算出被测量的值，这种方式称为间接测量。如测长、宽求面积；测电流电压求功率、用伏安法测电阻等。1第一节测量方法的分类一、测量方式分类组合测量：在被测的未知量与某个中间量的函数关系式中还有其他未知数，必须通过改变测量条件，写出不同条件下的关系方程组，通过解联立方程组求出被测量的数值。比较测量：比较法是指被测量与已知的同类度量器在比较器上进行比较，从而求得被测量的一种方法。这种方法用于高准确度的测量。1二、数据读取方法分类直读法：利用仪表直接读取测量数据。比较法：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。此法又分为1.零值法：比较仪表指零时，从度量器读出被测量的数值。2.较差法：从比较仪求得差值，再根据度量器数值和比较差值，经计算求得被测量的数值。3.替代法：将已知量与被测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，然后从已知量读出被测量值。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。二、数字仪表的组成返回本章首页通过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,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。0AAX%1000A%100XA或写成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返回本章首页一、系统误差的消除方法消除系统误差最根本的办法就是改进仪表结构和制造工艺，如减少摩擦，加强屏蔽等。对使用者来讲，只能采用比较法、正负误差补偿法，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。第五节系统误差的消除与随机误差的估计二、随机误差的估计与计算1.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。随机误差分布特点2.计算步骤第一步：先从多次测量值中求得其算术平均值。nAnAAAAAniin1321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01niiiAA要满足第三步：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三倍即的数据，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，用表示测量结果的可信赖性。1){1121212nAAnnniiniiniiˆ3inxˆˆxˆ3返回本章首页第六节工程上最大测量误差的估计一、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。%100%mmmAK二、间接测量方式的最大误差332211321321321321，yxyxyxyxyxyx。yxyxyxyyyx、x、xnyy、、即时之