电气测量第1章

电气测量技术大理学院杨春丽[e-mail]13987254869课程介绍电气测量技术、电工测量、电磁测量、电工仪表及测量、电工仪表电气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、传感器原理与检测技术、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。电参数——I、U、P、Q、等电测量电磁量电路参数——R、L、C等磁测量——、B、H、等研究对象：应用领域电气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。学习《电气测量技术》这门课的目的：掌握电气测量的基本原理和方法，认识新型电气测量仪器的基本原理和应用技术。1.能够根据被测对象的特点制定合理的测量方案2.能够准确选择和使用测量仪器3.严格正确地处理测量数据，获取最佳的测量结果要求：了解基本概念、掌握基本原理、熟悉基本方法部分电工仪表图片部分电工仪表图片电气测量仪器的发展的阶段1.20世纪50年代以前，机械式的模拟指示仪器（如指针式万用表、晶体管电压表等）；2.20世纪50年代左右，电子式的模拟指示仪器（如数字式电压表、数字频率计等）；3.20世纪70年代初，智能仪器；4.20世纪80年代以后，虚拟仪器（检测技术与计算机技术有机结合）；发展趋势数字化网络化智能化小型化电气测量技术实验教程东南大学出版社主编：胡福年目录＊第1章测量的基本知识＊第2章测量误差＊第3章电参数的测量第4章非电参数的测量第5章数字化测量技术第6章智能仪器与虚拟仪器目录第1章电工仪表与测量的基本知识第2章电流与电压的测量第3章功率与电能的测量第4章频率与相位的测量第5章电路参数的的测量第6章磁的测量第7章电子电压表第8章电子示波器第9章智能仪器与虚拟仪器第一章测量的基本知识1.1测量的基本概念1.2测量方法的分类1.3测量单位1.4电学量具测量的概念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、测量的意义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生产发展离不开测量农业社会中，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；掌握季节和节候，出现了原始的时间测量器具，并有了天文测量。现代化的工业生产中，处处离不开测量。例如，一个大型钢铁厂需要约2万个测量点。在高新技术和国防现代化建设中则更是离不开测量例如，每种新设计的飞机，需要测试飞机高速飞行中受气流冲击作用下的性能，通过风洞试验测定机身、机翼的受力和振动分布情况，以验证和改进设计。二、测量的基本概念测量：所谓测量，是指用实验的方法，将被测（未知量）与已知的标准量（比如1厘米、1克）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。构成测量的基本要素：被测对象、测量仪器、测量技术、测量人员和测量环境。测量的任务：通过实验的方法，将被测量（未知量）与标准量（已知量）进行比较，以求得被测量的值。度量器：标准单位量的实体。可分为：基准器、标准器和工作量具。1.狭义测量的定义测量结果＝测量数值.测量单位，即：0}{xxx测量的内涵①测量对象：被测客体中的相应的量值信息；测量目的：从被测对象取得一个定量的认识；②测量过程:通过实验去认识对象的过程③测量方法：比较；A.直接比较B.间接比较；C.需要测量仪器；④测量标准：同类已知单位。⑤测量结果：最终能表示给测量主体（人）图1－1测量的比较原理(a)天平直接比较（b）弹簧称间接比较被测物体的重量等于标准砝码的重量被测物体的重量从度盘上读数，因为，弹簧秤度盘上的刻度是事先与标准量进行比较的结果。2.广义测量的定义广义地讲，测量不仅对被测的物理量进行定量的测量，而且还包括对更广泛的被测对象进行定性、定位的测量。例如故障诊断、无损探伤、遥感遥测、矿藏勘探、地震源测定、卫星定位等。而测量结果也不仅仅是由量值和单位来表征的一维信息，还可以用二维或多维的图形、图像来显示被测对象的属性特征、空间分布、拓朴结构等。广义测量原理可以从信息获取过程来说明，包括信息的感知和信息识别两个环节。1.测量的基本要素三、测量的基本要素被测对象测量人员测试仪器系统信息显示感知和识别被测对象、测量仪器、测量技术、测量人员和测量环境对象属性影响影响影响测量策略、算法数据状态参数命令被测信息原理方法被测对象仪器系统测量人员测量环境激励信号选择仪器决定方法图1-3测量的基本要素2.被测对象——信息广义的测量是信息的获取，信息反映了事物的运动的状态及其变化方式。信息又可分为自然信息和社会信息两大类。3.测量仪器系统——量具和仪器测量仪器系统包括量具、测试仪器、测试系统及附件等4.测量的主体——测量人员手动：由测量主体（测量人员）直接参与完成自动：测量主体交给智能设备（计算机等）完成，但测量策略、软件算法、程序编写需由测量人员事先设计好。5.测试技术测量中所采用的原理、方法和技术措施，总称为测试技术。1.2测量方法的分类1.2.1按测量结果的获得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。1.2.2按测量数据的读取方式分类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。根据定义而令系数为1的量称为单位。单位是表征测量结果的重要组成部分，又是对两个同类量值进行比较的基础。1.3单位和单位制国际单位制（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]cdSI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]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]表1.2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］W表1.2国际单位制（SI）的导出单位电荷量库［仑］0C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］H表1.2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］Sv第二节电工仪表的分类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。一、模拟指示仪表二、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。（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。模拟指示仪表的分类（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。电工仪表的型号1．安装式仪表的型号组成用途代号派生号系列代号形状第一位代号形状第二位代号改进代号形状第一位代号：按仪表面板形状最大尺寸编制形状第二位代号：按仪表外壳形状尺寸编制系列代号：按仪表的工作原理编制C:表示磁电系T:表示电磁系D:表示电动系G:表示感应系L:表示整流式Q:表示静电系用途号：按被测量编制如：V:电压表A:电流表W:功率表举例：42C3-A设计序号为3的磁电系电流表，形状代号42可在产品目录查得其外形尺寸和安装开孔尺寸。２．便携式仪表的型号组成举例：T62-V设计序号为62的电磁系电压表另有：系列代号前加一个汉语拼音字母表示类别如：Q表示电桥P表示数字式Z表示电阻D表示电能表设计序号系列代号安装式仪表型号的编制规则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便携式仪表型号的编制规则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！电能表型号的编制规则系列代号设计序号表示一块设计序号为282的单相电能表DD282系列代号中DD—单相电能表DS—三相电能表DX—无功电能表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。三、比较仪器电工仪表标志的识别不同的电工仪表具有不同的技术特性，为了便于