电气测量 第一章

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。第一节测量方法的分类一、测量方式分类直接测量：直接测量是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。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。例如用伏安法测电阻。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。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、、即时之量的相对误差符号相同最大误差出现在各中间可能产生的相对误差为则差生的相对误测量每个中间量可能产为之和个中间量为若被测量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。221212112121yxxxxxx，，、xxyy、的相对误差为所产生的测量则被生的相对误差测量每个中间量可能产为之差为中间量若被测量321332211321321321。dddd、、pmnxxpxxmxxnyyy，，。xxxy），n、m、pn、、m、p（、x、xxyypmnpmn即相同时最不利情况发生在符号的相对误差为测量则被生的相对误差测量每个中间量可能产为若即负则求商为为正时求积指数商之积或为若干中间量若被测量返回本章首页