电气测试技术.

2020/1/181《电气测试技术》单位：电气信息工程学院教师：王玉联系方式：2020/1/18电气测试技术第一章测量的基本概念2课程简介一．测量基本概念，介绍测量的基本概念、技术方法，测量仪表基本结构性能。二．测量误差和数据处理，误差的来源、表示方法、测量数据的处理。三．信号时域测量、示波器等仪器的原理和工作特性。四．非电量的电测技术，各类传感器的介绍。五．数字化测量技术六．抗干扰技术2020/1/18电气测试技术第一章测量的基本概念3绪论检测（Detection）定义：利用各种物理、化学效应，选择合适的方法与装置，将生产、科研、生活等各方面的有关信息通过检查与测量的方法，赋予定性或定量结果的过程称为检测技术。2020/1/18电气测试技术第一章测量的基本概念4再例如：丈量土地、衡量谷物→长度、面积、容积和重量的测量；掌握季节和节候→原始的时间测量器具→天文测量。现代化的工业生产中，处处离不开测量，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更离不开测量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。2020/1/18电气测试技术第一章测量的基本概念5第一章测量的基本概念1.1测量的概念和定义一、测量的基本方程测量是人类认识和改造客观世界必不可少的重要手段之一。人们借助于专门的设备，通过实验方法对客观事物取得数量信息的过程称为测量。测量就是以同性质的标准量与被测量比较，并确定被测量对标准量的倍数，取得用数值和单位共同表示的测量结果。测量结果＝测量数值.测量单位2020/1/18电气测试技术第一章测量的基本概念6测量仪器系统被测对象测量人员图1－2测量的基本原理图测量的内涵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；(见下页)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）测量基本要素:被测对象、测量仪器、测量技术、测量人员和测量环境2020/1/18电气测试技术第一章测量的基本概念7图测量的比较原理(a)天平直接比较（b）弹簧秤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。2020/1/18电气测试技术第一章测量的基本概念8测量的基本方程：被测量的数值与所选定的单位有关。被测量x，单位量x0，测量结果值Ax：x0愈大，Ax愈小；x0愈小，Ax愈大。同一被测量x，不同单位量x01、x02：0xxAx011xxAx022xxAxKAAxx12换算因数KKAAxx12用一定单位量测量某一量所得的数值，必须乘上换算因数K，得到用新单位表示的该被测量的数值。2020/1/18电气测试技术第一章测量的基本概念9二、工业检测技术涉及的内容电气测试泛指一切利用电气技术进行的测试及对电气系统与设备(电机、电器等)所进行的测试。①电工量（U、I、f、R、Z、E、B……在电工、电子等课程中讲授，大多数不属于本课程的范围。）有关电气系统与设备常用非电参数的测试②热工量：温度t（℃、K、℉）例：0℃等于32℉，20℃等于68℉，100℃等于212℉③压力（压强）p（Pa）、压差Δp、真空度、流量q（t、m3）、流速v（m/s）、物位、液位h（m）2020/1/18电气测试技术第一章测量的基本概念10④机械量：直线位移x（m）、角位移α、速度、加速度a（m/s2）、转速n（r/min）、应变ε（m/m）、力矩T（Nm）、振动、噪声、质量（重量）m（kg、t）⑤几何量：长度、厚度、角度、直径、间距、形状、粗糙度、硬度、材料缺陷等⑥物体的性质和成分量：空气的湿度（绝对、相对）、气体的化学成分、浓度、液体的粘度、浊度、透明度、物体的颜色⑦状态量：工作机械的运动状态（启停等）、生产设备的异常状态（超温、过载、泄漏、变形、磨损、堵塞、断裂等）2020/1/18电气测试技术第一章测量的基本概念11三、单位制和单位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。英呎——feet英尺（0.3048m）在英文中的本意是“脚”。实际上，一英尺就是一个成年男子一只脚的长度。由于脚的长度因人而异，在使用时有必要规定一个标准的脚长。到了16世纪，德国人用了一个非常简单的方法解决此事。在一个礼拜日，让从教堂里走出来的16个男子站在一起，然后将其左脚的长度加在一起，除以16，求出一个平均的脚长。我们现在使用的英尺就这样诞生了。2020/1/18电气测试技术第一章测量的基本概念12单位制是为给定量制建立的一组单位。单位制是由一组选定的基本单位和由定义方程式与比例因数确定的导出单位组成的一个完整的单位体制。基本单位是可以任意选定的。由于基本单位选择的不同，所以组成的单位制也就不同。多种单位制的并存：市制、英制……多种单位制的并存不仅对国际贸易有阻碍作用，而且不利于各国之间的科学文化交流。因此统一单位制巳成为各国的共同要求。2020/1/18电气测试技术第一章测量的基本概念13国际计量委员会(CIPM)在1956年将经过21个国家同意的计量单位制草案命名为国际单位制，以国际通用符号SI来表示。1960年第11届国际计量大会(CGPM)正式通过了SI。随后一些国际组织，如国际法制计量组织(OIML)，国际标准化组织(ISO)和国际电工委员会(IEC)等也采用了国际单位制。2020/1/18电气测试技术第一章测量的基本概念14（一）国际单位制(SI)国际单位制由7个基本单位、两个辅助单位和19个具有专门名称的导出单位所组成。所有单位都各有一个主单位和十进倍数（十进分数）的词头组成。7个基本单位定义如下：1.长度单位——米(m)光在真空中于1／299792458s时间所经过的距离(1983年第17届国际计量大会通过)。2.质量单位——千克(kg)质量单位、等于国际千克原器的质量(1901年第3届国际计量大会规定)。国际单位制基本单位中唯一保留的实物基准。2020/1/18电气测试技术第一章测量的基本概念153．时间单位——秒(s)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(1967年第13届国际计量大会决定)。4.电流强度单位——安[培](A)一恒定电流，若保持在处于真空中相距1m的两无限长而截面可以忽略的平行直导线内，则此两导线之间产生的力在每米长度上等于2×l0-7N(1948年第9届国际计量大会确定)。5.热力学温度单位——开[尔文](K)水的三相点热力学温度的1／273.16(1967年第13届国际计量大会通过)。2020/1/18电气测试技术第一章测量的基本概念166．物质的量的单位——摩[尔](mol]一系统的物质的量，该系统中所包含的基本单元数与0.012kg碳-12的原子数目相等(1971年第14届国际计量大会决定增加的基本单位)。在使用摩时，应指明基本单元是原于、分子、离子、电子及其它粒子，或是这些粒子的特定组合。7．发光强度单位——坎[德拉]（cd）发出频率为540×l012Hz单色辐射的光源在给定方向上的发光强度。而且在此方向上的幅射强度为(1／683)w／sr[1979年第16届国际计量大会规定)。2020/1/18电气测试技术第一章测量的基本概念172020/1/18电气测试技术第一章测量的基本概念18国际单位制词头表示使单位增大或缩小的十进倍数。例：5.4×10-9s=5.4ns2020/1/18电气测试技术第一章测量的基本概念19（二）我国的法定计量单位法定计量单位是由国家以法令形式规定允许使用的计量单位。1984年2月国务院颁布了《中华人民共和国法定计量单位》，决定我国法定计量单位以国际单位制为基础。我国法定计量单位包括：(1)国际单位制的基本单位；(2)国际单位制的辅助单位；(3)国际单位制中具有专门名称的导出单位(4)国家选定的非国际单位制单位；(5)由以上单位构成的组合形式的单位；(6)由词头和以上单位所构成的十进倍数和分数单位。2020/1/18电气测试技术第一章测量的基本概念20三、测量仪表的基本功能1、变换功能y=F(x)2、选择功能y=f(x,u1,u2…,um)3、比较功能4、显示功能0xxAxFxu1u2…umy2020/1/18电气测试技术第一章测量的基本概念21四、检测技术的发展趋势1.不断提高检测系统的测量精度、量程范围、延长使用寿命、提高可靠性：随着科学技术的不断发展，人们对检测系统的测量精度要求也相应地在提高。近年来，人们研制出许多高精度和宽量程的检测仪器以满足各种需要。人们还对传感器的可靠性和故障率的数学模型进行了大量的研究，使得检测系统的可靠性及寿命大幅度的提高。现在，许多检测系统可以在极其恶劣的环境下连续工作数十万小时。目前，人们正在不断努力进一步提高检测系统的各项性能指标。2020/1/18电气测试技术第一章测量的基本概念22一、仪表的基本性能（一）精确度精密度、准确度、精确度(1)精密度。指在一定的测量条件下进行多次测量时所得各测量结果之间的分散程度。δ↓→精密度↑→随机误差小例：某温度仪表精密度δ＝0.5℃，说明多次测量结果的分散程度不大于0.5℃。第二节测量仪表的结构和基本特性2020/1/18电气测试技术第一章测量的基本概念23(2)准确度。表示测量结果与真值的一致程度。例：某电压表准确度ε＝0.5V，说明该表的指示值偏离被测量不会大于0.5V。ε↓→准确度↑→系统误差小(3)精确度：精密度和准确度的综合反映。τ＝ε＋δ——精密度、准确度中某一个高，另一个低都不能说精确度高！2020/1/18电气测试技术第一章测量的基本概念24例：射击打靶——测量精度不精密不准确精密不准确不精密准确精密准确→精确度高2020/1/18电气测试技术第一章测量的基本概念25（二）稳定性1.稳定度：规定时间内，测量条件不变时，仪表内部随机因素。例如，仪表内部某些因素做周期性变动，引起示值变化。2.环境影响（影响系数）：仪表外部环境和工作条件变换所引起的示值不稳定。测量环境包括温度、湿度、力场、电磁场、辐射、化学气雾和粉尘，霉菌以及有关电磁量（工作电压、源阻抗、负载阻抗、地磁场、雷电等）的数值、范围及其变化。冷～2020/1/18电气测试技术第一章测量的基本概念26二、测量仪表的结构（一）直接变换型k1knk2xyu1u2unniikk1正向变换回路，各环节传递系数k1…kn总传递系数：采用开环方式构成的测量系统，虽然从结构上看比较简单，但是缺点是所有变换器特性的变化都会造成测量误差。2020/1/18电气测试技术第一章测量的基本概念27正向变换回路，各环节传递系数k1…kn，总传递系数：反向变换回路，各环节传递系数β1…βn，总传递系数：（二）平衡变换型niikk1mii1k1β1β2βmknk2x-+Δxyxkky1系统输出：1k若xy1整个系统的输入输出关系由反馈系统的特性决定。正向变换特性的变化不会造成测量误差或者说造成的误差很小。精心设计反向回路可以保证较高的稳定性和高精度。2020/1/18电气测试技术第一章测量的基本概念28（三）差动变换型k1k2k3+x-xu1u2xy1y2+-y若干扰信号u1＝u2，y＝2k3kx——抗干扰能力较强。灵敏度高，精心制作k3，可保证较高的精确度。三个回路，传递函数k1、k2、k3，k1、k2回路组成结构相同。设k1＝k2＝k，得：y＝2k3kx＋k3k（u1－u2）2020/1/18电气测试技术第一章测量的基本概念291.3测量仪表的输入输出特性一、静态特性及其性能指标（一）静态特性静态特性是指被测量