1、电气测量技术的内容电气测量技术的内容（1）电量的测量方法；）电量的测量方法；（2）电气测量仪器、仪表的设计与制造；）电气测量仪器、仪表的设计与制造；（3）电量的量值传递。）电量的量值传递。 第一节第一节测量基础知识测量基础知识 0XXx%100%1000XxXxX0X%100nnXx%100aXxnmnmXXaXxnmm%75. 023%5 . 0%AAaAAnmm%25. 125%5 . 0%AAaAAnmm%5 . 1100300%5 . 0%UUaUUnmm%0 . 1100100%0 . 1%UUaUUnmm第二节测量误差的估计及数据处理测量误差的估计及数据处理 (a)(b)(c)(d
2、)准确度、准确度、精密度差精密度差准确度好、准确度好、精密度差精密度差准确度差、准确度差、精密度好精密度好准确度、准确度、精确度、精确度、精密度好精密度好nXax%XXan%),(2211mmXXXfyy 设被测量量设被测量量 与与 个直接测得量个直接测得量 ， ， ， 具有具有如下函数关系：如下函数关系：),(21mXXXfymy1X2XmX 若直接测得量的绝对误差用若直接测得量的绝对误差用 ， ， ， 表示，引表示，引起被测量的误差为起被测量的误差为 ，则有，则有12myjmjjjmjjyXfXffyy11ln1jjXflnjXflnmmXfXfXffyy2211mjjjmjjmmDXfX
3、fXfXfy112211式中，式中， 为直接测量量为直接测量量 的局部相对误差；的局部相对误差； 为局部相对误差的传递函数。为局部相对误差的传递函数。jXmxxxy21mmmxfxfxfy212121mmyxyxyx2211m若直接测得量的绝对误差用若直接测得量的绝对误差用 ， ， ， 表示，则有表示，则有y12m200021RRR3 . 021mmmRRR%015. 0%10020003 . 0m例例 12-3 两个标称值均为两个标称值均为 1000 的电阻的电阻 、 串联，已知这串联，已知这两个电阻的绝对误差分别为两个电阻的绝对误差分别为 ， 求总电阻的最大相对误差。求总电阻的最大相对误差
4、。 1R2R1 . 01R2 . 02R解解：根据电阻串联公式有：根据电阻串联公式有21xxy221212112211xxxxxxyxyxy设设 , 为被测量有关的直接测量量，被测量为被测量有关的直接测量量，被测量 为为y1x2xAIII1012%10%21020%210302mAIII2553012%8 .2%22520%225302m例例 12-4 电路如图所示，测得第一支路电流电路如图所示，测得第一支路电流 ， ，总电流，总电流 ， 。（1）求）求 和可能最大相对误差。和可能最大相对误差。（2）若）若 ， ， 和可能最大相对误差又是多少？和可能最大相对误差又是多少？AI201%21AI3
5、0%22IAI51%212III1I2U+_AAPA1PAmnxxy21212) 1(21) 1(1221111lnlnmnxmyxnyxfxfyymny21, 21mnmyym若直接测得量的相对误差用若直接测得量的相对误差用 ， 表示，则有表示，则有12%1%5 . 0%0 . 1tRUW12%5 .312tRUW第三节 模拟指示仪表模拟指示仪表 模拟指示仪表是最常见的一种电工仪表，其工作原理模拟指示仪表是最常见的一种电工仪表，其工作原理是将被测量转换成可动部分的角位移，然后利用可动的部是将被测量转换成可动部分的角位移，然后利用可动的部分的指针在标尺上的位置直接读出被测量的数值。分的指针在标
6、尺上的位置直接读出被测量的数值。 次次 序序被测量的种类被测量的种类 仪表名称仪表名称 符符 号号 电流表电流表 毫安表毫安表 电压表电压表 千伏表千伏表 功率表功率表 千瓦表千瓦表 欧姆表欧姆表 兆欧表兆欧表1 电电 流流2 电电 压压3 电功率电功率4 电电 阻阻Am mAVkVkVWkWkW M M 用途号（国际通用符号）用途号（国际通用符号）设计序号（数字）设计序号（数字）系列代号（汉语拼音字母）系列代号（汉语拼音字母）形状第二位代号（数字形状第二位代号（数字0可省略）可省略）形状第一位代号（数字）形状第一位代号（数字）%100mmAA目前我国直读式电工测量仪表按照准确度分为目前我国直
7、读式电工测量仪表按照准确度分为7个等级。个等级。仪表准确度等级仪表准确度等级 0.1 0.2 0.5 1.0 1.5 2.5 5.0基本误差基本误差( % ) 0.1 0.2 0.5 1.0 1.5 2.5 5.0 符符 号号意意 义义3 或或 2 kV 或或 或或 直直 流流交交 流流交直流交直流三相交流三相交流仪表绝缘试验电压仪表绝缘试验电压2000V仪表直立放置仪表直立放置仪表水平放置仪表水平放置仪表倾斜仪表倾斜60度放置度放置 60 电工仪表常用符号及含义见书所示。电工仪表常用符号及含义见书所示。测量线路测量线路测量机构测量机构被测量被测量过渡电量过渡电量指针偏转角指针偏转角y)(yf
8、x )()(yxF)(fMNS)(IfM （a）空气阻尼器）空气阻尼器 (b)电磁阻尼电磁阻尼MM )(IF型型 式式符符 号号被测量的种类被测量的种类磁电式磁电式整流式整流式电磁式电磁式电动式电动式电流的种类与频率电流的种类与频率电流、电压、电流、电压、电阻电阻电流、电压电流、电压电流、电压电流、电压电流、电压、电电流、电压、电功率、功率因数、功率、功率因数、电能量电能量直直 流流工频和较高频率的交工频和较高频率的交流流直流和工频交流直流和工频交流直流及工频与较高频直流及工频与较高频率的交流率的交流外磁式磁电系仪表结构图外磁式磁电系仪表结构图 线圈在磁场中受力线圈在磁场中受力NSFSNF转动
9、方向转动方向IDDIBSN0BSN0 磁电式仪表广泛地应用于直流电流和直流电压的测量。磁电式仪表广泛地应用于直流电流和直流电压的测量。与整流元件配合，还可测量交流电流和电压的测量。与交换与整流元件配合，还可测量交流电流和电压的测量。与交换电路配合，还可测量功率、频率、相位等。与传感器配合还电路配合，还可测量功率、频率、相位等。与传感器配合还可测量多种非电量，如温度、压力等。可测量多种非电量，如温度、压力等。式中：式中：B为空气隙磁感应强度，为空气隙磁感应强度，S为线圈所围的面积，为线圈所围的面积，N为线为线圈匝数，圈匝数，D为游丝反作用力矩系数，为游丝反作用力矩系数， ，当仪表结构，当仪表结构
10、确定后，是一个常数。确定后，是一个常数。0DCiDSi0从式中看到它与电流灵敏度互为倒数关系。从式中看到它与电流灵敏度互为倒数关系。吸引型电磁系仪表吸引型电磁系仪表312450可动铁片可动铁片固定铁片固定铁片22dd2KIILDI式中，式中， 为系统的自感随偏转角的变化率，为系统的自感随偏转角的变化率，K为与结构有为与结构有关的参数。关的参数。K如果为常数，刻度具有平方律特性，适当选择如果为常数，刻度具有平方律特性，适当选择铁心形状，调节铁心与线圈的相对距离，可使刻度基本均匀。铁心形状，调节铁心与线圈的相对距离，可使刻度基本均匀。ddL螺旋弹簧螺旋弹簧固定线圈固定线圈可动线圈可动线圈 产生阻尼
11、力产生阻尼力 电动系仪表用于交流精密测量及作为标准表，与电磁系电动系仪表用于交流精密测量及作为标准表，与电磁系相比最大区别是以可动线圈代替可动铁心，可以消除磁滞和相比最大区别是以可动线圈代替可动铁心，可以消除磁滞和涡流的影响，使它的准确度得到提高。涡流的影响，使它的准确度得到提高。ddcos11221MIID 当电磁力与游丝产生的反作用力矩平衡时，仪表偏转角当电磁力与游丝产生的反作用力矩平衡时，仪表偏转角与电流的关系为与电流的关系为式中，式中， 为可动线圈和固定线圈所通电流的相位差，为可动线圈和固定线圈所通电流的相位差，M12为为可动线圈和固定线圈之间的互感。可动线圈和固定线圈之间的互感。 第
12、四节第四节 数字式仪表数字式仪表 测量是获得信息的重要手段。在信息化社会中，要求测量测量是获得信息的重要手段。在信息化社会中，要求测量的精度高、速度快，并能实现自动化测量。同时，被测对象范的精度高、速度快，并能实现自动化测量。同时，被测对象范围也不断扩大，由单一物理量扩展为围也不断扩大，由单一物理量扩展为，由静态量扩，由静态量扩展为展为。数字化测量技术正是适应这一需要而发展起来的。数字化测量技术正是适应这一需要而发展起来的。数字式仪表具有测量速度快、精确度高、输入阻抗高、吸收被数字式仪表具有测量速度快、精确度高、输入阻抗高、吸收被测量功率少、操作方便、方便与计算机结合等多项优点。数字测量功率少
13、、操作方便、方便与计算机结合等多项优点。数字化测量是将被测量（通常为模拟量）转换成数字量后，直接送化测量是将被测量（通常为模拟量）转换成数字量后，直接送到计算机中进行数据处理或实时控制。数字化测量技术广泛应到计算机中进行数据处理或实时控制。数字化测量技术广泛应用于用于数字仪表、非电量测量、数据采集系统、自动控制数字仪表、非电量测量、数据采集系统、自动控制等各个等各个领域。领域。 被测量通过相应的转换器，可转换成都市频率、直流电被测量通过相应的转换器，可转换成都市频率、直流电压或脉冲数码，频率和脉冲数码可直接用频率计或计数器进压或脉冲数码，频率和脉冲数码可直接用频率计或计数器进行计数显示，而直流
14、电压则需进一步的转换，转换为频率、行计数显示，而直流电压则需进一步的转换，转换为频率、周期等。周期等。 2. 电子计数器电子计数器 也称为数字频率计，用来记录脉冲个数。电子计数器通也称为数字频率计，用来记录脉冲个数。电子计数器通常由四部分组成。常由四部分组成。 （1）输入通道）输入通道 包括放大、整形电路。包括放大、整形电路。 （2）时间基准电路）时间基准电路 由晶体振荡器和分频器组成。由晶体振荡器和分频器组成。 （3）控制电路）控制电路 控制电路在所选择的基准时间内打开控制门，允许整形控制电路在所选择的基准时间内打开控制门，允许整形后的被测脉冲信号输入到计数器中。后的被测脉冲信号输入到计数器
15、中。 （4）计数器和显示器）计数器和显示器 对控制门输出的信号进行计数，并显示计数值。对控制门输出的信号进行计数，并显示计数值。VmV11999920)%(mxUbUaU第五节 比较式仪表比较式仪表 ssREI ExsESERRsba被测电压标准电池回路2回路1测量电阻R工作调定电阻回路3abssabxRREIRE 二二. 直流电桥直流电桥 在工程和科研实践中，在工程和科研实践中，直流电阻是一个重要的电参量，直流电阻是一个重要的电参量，当测量误差要求小于当测量误差要求小于 1 %时，时，采用直流平衡电桥比较合适。采用直流平衡电桥比较合适。直流电桥按结构可分为直流电桥按结构可分为单电桥单电桥和和
16、双电桥双电桥。432RRRRx第六节 电压和电流的测量电压和电流的测量 测量电流、电压一般都用直接测量，即用直读式模拟测量电流、电压一般都用直接测量，即用直读式模拟或数字的电流、电压表。测电流时与被测电路串联，或数字的电流、电压表。测电流时与被测电路串联，测电压时与被测电路并联。测电压时与被测电路并联。cshcshccRRRRIRI设设cIIn 通过电流表线圈的电流与被测电流通过电流表线圈的电流与被测电流的关系为的关系为可推出量程扩大倍数与分流器电阻可推出量程扩大倍数与分流器电阻值的关系式值的关系式1nRRcsh61/2000500 10gnII（倍）15000.25()12000 1gsRR
17、ncccadcIRURRUcadRmR)1(cUU 测量低频的交流电流与电压常用电磁系仪表，电磁系表测量低频的交流电流与电压常用电磁系仪表，电磁系表头能通过较大的电流，所以电磁系电流表扩大量程不采用分头能通过较大的电流，所以电磁系电流表扩大量程不采用分流器，只要改变线圈匝数就能改变量程。对于多量程的电流流器，只要改变线圈匝数就能改变量程。对于多量程的电流表，通常将固定线圈分成几段，通过改变其串并联结构，做表，通常将固定线圈分成几段，通过改变其串并联结构，做成不同的量程。成不同的量程。 电磁系交流电流表、电压表还可采用电磁系交流电流表、电压表还可采用电流互感器电流互感器、电压电压互感器互感器扩大
18、量程测量大电流和高电压。扩大量程测量大电流和高电压。 ABDACCBD（a）串联基本量程）串联基本量程 （b）并联基本量程）并联基本量程2交流高频电流、电压的测量交流高频电流、电压的测量 对于交流高频电压和电流的精密测量要使用电动系对于交流高频电压和电流的精密测量要使用电动系仪表，当电动系仪表的固定线圈和可动线圈串联，就可以仪表，当电动系仪表的固定线圈和可动线圈串联，就可以做为低量程电流表。对于大量程的电流表，由于可动线圈做为低量程电流表。对于大量程的电流表，由于可动线圈不允许通过大电流，故可动线圈与固定线圈为并联结构不允许通过大电流，故可动线圈与固定线圈为并联结构。IKIRRRI11211)
19、/(IKIRRRI22212)/(R1R2I1I2I21 电流与电压的精密测量还可以采用电流与电压的精密测量还可以采用比较法比较法，直流可以用直，直流可以用直流电位差计，其准确度约为流电位差计，其准确度约为 0.005%0.1%。而交流一般先将交。而交流一般先将交流电流或电压转换为直流量，然后再用直流电位差计测量。流电流或电压转换为直流量，然后再用直流电位差计测量。 *12Rad1Rad2150V300V第七章 功率和电能的测量功率和电能的测量 RI2IRad12*UR2UPKIUKRtUtIKiiKPP cossin2)sin(221PddMWRIRUddMWIIddMWadad121221
20、12111U 测量功率时，电动系仪表的固定线圈与负载串联，反测量功率时，电动系仪表的固定线圈与负载串联，反映负载电流映负载电流 ，仪表的可动线圈与负载并联，反映负载电，仪表的可动线圈与负载并联，反映负载电压压 。已知电动系测量机构的偏转角与被测量的关系为已知电动系测量机构的偏转角与被测量的关系为即偏转角与被测的功率成正比。即偏转角与被测的功率成正比。 如果如果 、 为交流，则同样可推出可动线圈的偏转角为交流，则同样可推出可动线圈的偏转角正比于负载功率。正比于负载功率。UII 测量电能的方法通常有测量电能的方法通常有直接法直接法和和间接法间接法两种。直接法指的两种。直接法指的是直接用电能表测量电
21、能，直流可使用电动系电能表，交流用是直接用电能表测量电能，直流可使用电动系电能表，交流用感应系或电子电能表。而间接法很少用，只有在功率稳定不变感应系或电子电能表。而间接法很少用，只有在功率稳定不变的情况下用功率表和记时时钟进行测量，再通过计算间接得到的情况下用功率表和记时时钟进行测量，再通过计算间接得到电能的大小。电能的大小。 感应系电能表按结构不同有感应系电能表按结构不同有切线型切线型和和射线型射线型两种。两种。 第八章电阻、电容与电感的测量电阻、电容与电感的测量 4231ZZZZ)1j()1j( 4002XXCRRCRR042RRRRx024CRRCx测量电容的电路如图所示，电桥平衡的条件
22、为测量电容的电路如图所示，电桥平衡的条件为)1)(4452CjRLjRRRxx244452)(1CRCRRLx24424452)(1)(CRCRRRRx即即第九节 频率和周期的测量频率和周期的测量 dTxNxxdxdxfkfTTTN即即xxNkf1xNxTxNxT0TNTkTxxx第十节 智能仪器和虚拟仪器智能仪器和虚拟仪器 在仪器里装上微处理器和微计算机在仪器里装上微处理器和微计算机,使计算技术和电子技使计算技术和电子技术、测量技术相合，产生了新一代仪器术、测量技术相合，产生了新一代仪器-微机化仪器，或称微机化仪器，或称为为智能仪器智能仪器 。 虚拟仪器概念最早是由美国国家仪器公司（虚拟仪器
23、概念最早是由美国国家仪器公司（National Instrument，简称，简称NI公司）在公司）在1986年提出的，年提出的，NI公司推出了公司推出了图形化的虚拟仪器编程环境图形化的虚拟仪器编程环境LabVIEW，标志着虚拟仪器软件，标志着虚拟仪器软件设计平台基本成型。虚拟仪器是计算机技术与测量技术结合设计平台基本成型。虚拟仪器是计算机技术与测量技术结合的另一种方式。是通过软件将通用计算机和必要的数据采集的另一种方式。是通过软件将通用计算机和必要的数据采集硬件结合起来，在计算机平台上创建的一台仪器。用户可以硬件结合起来，在计算机平台上创建的一台仪器。用户可以用计算机自选设计仪器的功能，自行定义一个仿真的仪器操用计算机自选设计仪器的功能，自行定义一个仿真的仪器操作面板，然后通过鼠标或键盘操作这块虚拟面板上的旋钮和作面板，然后通过鼠标或键盘操作这块虚拟面板上的旋钮和按键，实现各项测量任务。按键，实现各项测量任务。
