第12章電氣測量技術(shù)

1、12021/2/1122021/2/11電氣測量技術(shù)的內(nèi)容電氣測量技術(shù)的內(nèi)容（1）電量的測量方法）電量的測量方法;（2）電氣測量儀器、儀表的設(shè)計與制造）電氣測量儀器、儀表的設(shè)計與制造;（3）電量的量值傳遞。）電量的量值傳遞。32021/2/11 第一節(jié)第一節(jié)測量基礎(chǔ)知識測量基礎(chǔ)知識 42021/2/1152021/2/1162021/2/1172021/2/110XXx%100%1000XxXxX0X82021/2/11%100nnXx%100aXxnmnmXXaXxnmm%92021/2/11%75. 023%5 . 0%AAaAAnmm%25. 125%5 . 0%AAaAAnmm1020

2、21/2/11%5 . 1100300%5 . 0%UUaUUnmm%0 . 1100100%0 . 1%UUaUUnmm112021/2/11122021/2/11132021/2/11第二節(jié)測量誤差的估計及數(shù)據(jù)處理測量誤差的估計及數(shù)據(jù)處理 142021/2/11152021/2/11(a)(b)(c)(d)準確度、準確度、精密度差精密度差準確度好、準確度好、精密度差精密度差準確度差、準確度差、精密度好精密度好準確度、準確度、精確度、精確度、精密度好精密度好162021/2/11nXax%XXan%),(2211mmXXXfyy 設(shè)被測量量設(shè)被測量量 與與 個直接測得量個直接測得量 , ,

3、, 具有具有如下函數(shù)關(guān)系如下函數(shù)關(guān)系:),(21mXXXfymy1X2XmX 若直接測得量的絕對誤差用若直接測得量的絕對誤差用 , , , 表示表示,引引起被測量的誤差為起被測量的誤差為 ,則有則有12my172021/2/11jmjjjmjjyXfXffyy11ln1jjXflnjXflnmmXfXfXffyy2211mjjjmjjmmDXfXfXfXfy112211式中式中, 為直接測量量為直接測量量 的局部相對誤差的局部相對誤差; 為局部相對誤差的傳遞函數(shù)。為局部相對誤差的傳遞函數(shù)。jX182021/2/11mxxxy21mmmxfxfxfy212121mmyxyxyx2211m若直接測

4、得量的絕對誤差用若直接測得量的絕對誤差用 , , , 表示表示,則有則有y12m192021/2/11200021RRR3 . 021mmmRRR%015. 0%10020003 . 0m例例 12-3 兩個標稱值均為兩個標稱值均為 1000 的電阻的電阻 、 串聯(lián)串聯(lián),已知這已知這兩個電阻的絕對誤差分別為兩個電阻的絕對誤差分別為 , 求總電阻的最大相對誤差。求總電阻的最大相對誤差。 1R2R1 . 01R2 . 02R解解:根據(jù)電阻串聯(lián)公式有根據(jù)電阻串聯(lián)公式有202021/2/1121xxy221212112211xxxxxxyxyxy設(shè)設(shè) , 為被測量有關(guān)的直接測量量為被測量有關(guān)的直接測量

5、量,被測量被測量 為為y1x2x212021/2/11AIII1012%10%21020%210302mAIII2553012%8 .2%22520%225302m例例 12-4 電路如圖所示電路如圖所示,測得第一支路電流測得第一支路電流 , ,總電流總電流 , 。（1）求）求 和可能最大相對誤差。和可能最大相對誤差。（2）若）若 , , 和可能最大相對誤差又是多少和可能最大相對誤差又是多少?AI201%21AI30%22IAI51%212III1I2U+_AAPA1PA222021/2/11mnxxy21212) 1(21) 1(1221111lnlnmnxmyxnyxfxfyymny21,

6、 21mnmyym若直接測得量的相對誤差用若直接測得量的相對誤差用 , 表示表示,則有則有12232021/2/11%1%5 . 0%0 . 1tRUW12%5 .312tRUW242021/2/11第三節(jié) 模擬指示儀表模擬指示儀表 模擬指示儀表是最常見的一種電工儀表模擬指示儀表是最常見的一種電工儀表,其工作原理其工作原理是將被測量轉(zhuǎn)換成可動部分的角位移是將被測量轉(zhuǎn)換成可動部分的角位移,然后利用可動的部然后利用可動的部分的指針在標尺上的位置直接讀出被測量的數(shù)值。分的指針在標尺上的位置直接讀出被測量的數(shù)值。2021/2/1125 次次 序序被測量的種類被測量的種類 儀表名稱儀表名稱 符符 號號

7、電流表電流表 毫安表毫安表 電壓表電壓表 千伏表千伏表 功率表功率表 千瓦表千瓦表 歐姆表歐姆表 兆歐表兆歐表1 電電 流流2 電電 壓壓3 電功率電功率4 電電 阻阻Am mAVkVkVWkWkW M M 262021/2/11用途號（國際通用符號）用途號（國際通用符號）設(shè)計序號（數(shù)字）設(shè)計序號（數(shù)字）系列代號（漢語拼音字母）系列代號（漢語拼音字母）形狀第二位代號（數(shù)字形狀第二位代號（數(shù)字0可省略）可省略）形狀第一位代號（數(shù)字）形狀第一位代號（數(shù)字）272021/2/11%100mmAA目前我國直讀式電工測量儀表按照準確度分為目前我國直讀式電工測量儀表按照準確度分為7個等級。個等級。儀表準確

8、度等級儀表準確度等級 0.1 0.2 0.5 1.0 1.5 2.5 5.0基本誤差基本誤差( % ) 0.1 0.2 0.5 1.0 1.5 2.5 5.0 282021/2/11符符 號號意意 義義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儀表絕緣試驗電壓儀表絕緣試驗電壓2000V儀表直立放置儀表直立放置儀表水平放置儀表水平放置儀表傾斜儀表傾斜60度放置度放置 60 電工儀表常用符號及含義見書所示。電工儀表常用符號及含義見書所示。292021/2/11測量線路測量線路測量機構(gòu)測量機構(gòu)被測量被測量過渡電量過渡電量指針偏轉(zhuǎn)角指針偏轉(zhuǎn)角y)(yfx )()(

9、yxF302021/2/11)(fMNS)(IfM 312021/2/11（a）空氣阻尼器）空氣阻尼器 (b)電磁阻尼電磁阻尼322021/2/11MM )(IF332021/2/11型型 式式符符 號號被測量的種類被測量的種類磁電式磁電式整流式整流式電磁式電磁式電動式電動式電流的種類與頻率電流的種類與頻率電流、電壓、電流、電壓、電阻電阻電流、電壓電流、電壓電流、電壓電流、電壓電流、電壓、電電流、電壓、電功率、功率因數(shù)、功率、功率因數(shù)、電能量電能量直直 流流工頻和較高頻率的交工頻和較高頻率的交流流直流和工頻交流直流和工頻交流直流及工頻與較高頻直流及工頻與較高頻率的交流率的交流342021/2/

10、11外磁式磁電系儀表結(jié)構(gòu)圖外磁式磁電系儀表結(jié)構(gòu)圖 線圈在磁場中受力線圈在磁場中受力NSFSNF轉(zhuǎn)動方向轉(zhuǎn)動方向352021/2/11IDDIBSN0BSN0 磁電式儀表廣泛地應(yīng)用于直流電流和直流電壓的測量。磁電式儀表廣泛地應(yīng)用于直流電流和直流電壓的測量。與整流元件配合與整流元件配合,還可測量交流電流和電壓的測量。與交換還可測量交流電流和電壓的測量。與交換電路配合電路配合,還可測量功率、頻率、相位等。與傳感器配合還還可測量功率、頻率、相位等。與傳感器配合還可測量多種非電量可測量多種非電量,如溫度、壓力等。如溫度、壓力等。式中式中:B為空氣隙磁感應(yīng)強度為空氣隙磁感應(yīng)強度,S為線圈所圍的面積為線圈所

11、圍的面積,N為線為線圈匝數(shù)圈匝數(shù),D為游絲反作用力矩系數(shù)為游絲反作用力矩系數(shù), ,當儀表結(jié)構(gòu)當儀表結(jié)構(gòu)確定后確定后,是一個常數(shù)。是一個常數(shù)。362021/2/110DCiDSi0從式中看到它與電流靈敏度互為倒數(shù)關(guān)系。從式中看到它與電流靈敏度互為倒數(shù)關(guān)系。372021/2/11吸引型電磁系儀表吸引型電磁系儀表312450可動鐵片可動鐵片固定鐵片固定鐵片382021/2/1122dd2KIILDI式中式中, 為系統(tǒng)的自感隨偏轉(zhuǎn)角的變化率為系統(tǒng)的自感隨偏轉(zhuǎn)角的變化率,K為與結(jié)構(gòu)有為與結(jié)構(gòu)有關(guān)的參數(shù)。關(guān)的參數(shù)。K如果為常數(shù)如果為常數(shù),刻度具有平方律特性刻度具有平方律特性,適當選擇適當選擇鐵心形狀鐵心形

12、狀,調(diào)節(jié)鐵心與線圈的相對距離調(diào)節(jié)鐵心與線圈的相對距離,可使刻度基本均勻?？墒箍潭然揪鶆颉dL392021/2/11402021/2/11螺旋彈簧螺旋彈簧固定線圈固定線圈可動線圈可動線圈 產(chǎn)生阻尼力產(chǎn)生阻尼力 電動系儀表用于交流精密測量及作為標準表電動系儀表用于交流精密測量及作為標準表,與電磁系與電磁系相比最大區(qū)別是以可動線圈代替可動鐵心相比最大區(qū)別是以可動線圈代替可動鐵心,可以消除磁滯和可以消除磁滯和渦流的影響渦流的影響,使它的準確度得到提高。使它的準確度得到提高。412021/2/11ddcos11221MIID 當電磁力與游絲產(chǎn)生的反作用力矩平衡時當電磁力與游絲產(chǎn)生的反作用力矩平衡時,

13、儀表偏轉(zhuǎn)角儀表偏轉(zhuǎn)角與電流的關(guān)系為與電流的關(guān)系為式中式中, 為可動線圈和固定線圈所通電流的相位差為可動線圈和固定線圈所通電流的相位差,M12為為可動線圈和固定線圈之間的互感。可動線圈和固定線圈之間的互感。422021/2/11432021/2/11 第四節(jié)第四節(jié) 數(shù)字式儀表數(shù)字式儀表 測量是獲得信息的重要手段。在信息化社會中測量是獲得信息的重要手段。在信息化社會中,要求測量的要求測量的精度高、速度快精度高、速度快,并能實現(xiàn)自動化測量。同時并能實現(xiàn)自動化測量。同時,被測對象范圍也不被測對象范圍也不斷擴大斷擴大,由單一物理量擴展為由單一物理量擴展為,由靜態(tài)量擴展為由靜態(tài)量擴展為。數(shù)字化測量技術(shù)正是

14、適應(yīng)這一需要而發(fā)展起來的。數(shù)字式儀表數(shù)字化測量技術(shù)正是適應(yīng)這一需要而發(fā)展起來的。數(shù)字式儀表具有測量速度快、精確度高、輸入阻抗高、吸收被測量功率少、具有測量速度快、精確度高、輸入阻抗高、吸收被測量功率少、操作方便、方便與計算機結(jié)合等多項優(yōu)點。數(shù)字化測量是將被操作方便、方便與計算機結(jié)合等多項優(yōu)點。數(shù)字化測量是將被測量（通常為模擬量）轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后測量（通常為模擬量）轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后,直接送到計算機中進行直接送到計算機中進行數(shù)據(jù)處理或?qū)崟r控制。數(shù)字化測量技術(shù)廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)處理或?qū)崟r控制。數(shù)字化測量技術(shù)廣泛應(yīng)用于數(shù)字儀表、數(shù)字儀表、非電量測量、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、自動控制非電量測量、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、自動控制等各

15、個領(lǐng)域。等各個領(lǐng)域。 442021/2/11 被測量通過相應(yīng)的轉(zhuǎn)換器被測量通過相應(yīng)的轉(zhuǎn)換器,可轉(zhuǎn)換成都市頻率、直流電可轉(zhuǎn)換成都市頻率、直流電壓或脈沖數(shù)碼壓或脈沖數(shù)碼,頻率和脈沖數(shù)碼可直接用頻率計或計數(shù)器進頻率和脈沖數(shù)碼可直接用頻率計或計數(shù)器進行計數(shù)顯示行計數(shù)顯示,而直流電壓則需進一步的轉(zhuǎn)換而直流電壓則需進一步的轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換為頻率、轉(zhuǎn)換為頻率、周期等。周期等。452021/2/11462021/2/11472021/2/11 2. 電子計數(shù)器電子計數(shù)器 也稱為數(shù)字頻率計也稱為數(shù)字頻率計,用來記錄脈沖個數(shù)。電子計數(shù)器通常用來記錄脈沖個數(shù)。電子計數(shù)器通常由四部分組成。由四部分組成。 （1）輸入通道）輸

16、入通道 包括放大、整形電路。包括放大、整形電路。482021/2/11 （2）時間基準電路）時間基準電路 由晶體振蕩器和分頻器組成。由晶體振蕩器和分頻器組成。 （3）控制電路）控制電路 控制電路在所選擇的基準時間內(nèi)打開控制門控制電路在所選擇的基準時間內(nèi)打開控制門,允許整形允許整形后的被測脈沖信號輸入到計數(shù)器中。后的被測脈沖信號輸入到計數(shù)器中。 （4）計數(shù)器和顯示器）計數(shù)器和顯示器 對控制門輸出的信號進行計數(shù)對控制門輸出的信號進行計數(shù),并顯示計數(shù)值。并顯示計數(shù)值。492021/2/11VmV11999920502021/2/11)%(mxUbUaU512021/2/11522021/2/1153

17、2021/2/11542021/2/11第五節(jié) 比較式儀表比較式儀表 ssREI ExsESERRsba被測電壓標準電池回路2回路1測量電阻R工作調(diào)定電阻回路3552021/2/11abssabxRREIRE562021/2/11572021/2/11582021/2/11 二二. 直流電橋直流電橋 在工程和科研實踐中在工程和科研實踐中,直直流電阻是一個重要的電參量流電阻是一個重要的電參量,當測量誤差要求小于當測量誤差要求小于 1 %時時,采用直流平衡電橋比較合適。采用直流平衡電橋比較合適。直流電橋按結(jié)構(gòu)可分為直流電橋按結(jié)構(gòu)可分為單電橋單電橋和和雙電橋雙電橋。432RRRRx592021/2/

18、11602021/2/11第六節(jié) 電壓和電流的測量電壓和電流的測量 測量電流、電壓一般都用直接測量測量電流、電壓一般都用直接測量,即用直讀式模擬即用直讀式模擬或數(shù)字的電流、電壓表。測電流時與被測電路串聯(lián)或數(shù)字的電流、電壓表。測電流時與被測電路串聯(lián),測電壓時與被測電路并聯(lián)。測電壓時與被測電路并聯(lián)。612021/2/11cshcshccRRRRIRI設(shè)設(shè)cIIn 通過電流表線圈的電流與被測電流通過電流表線圈的電流與被測電流的關(guān)系為的關(guān)系為可推出量程擴大倍數(shù)與分流器電阻可推出量程擴大倍數(shù)與分流器電阻值的關(guān)系式值的關(guān)系式1nRRcsh622021/2/1161/2000500 10gnII（倍）150

19、00.25()12000 1gsRRn632021/2/11cccadcIRURRUcadRmR)1(cUU642021/2/11 測量低頻的交流電流與電壓常用電磁系儀表測量低頻的交流電流與電壓常用電磁系儀表,電磁系表電磁系表頭能通過較大的電流頭能通過較大的電流,所以電磁系電流表擴大量程不采用分所以電磁系電流表擴大量程不采用分流器流器,只要改變線圈匝數(shù)就能改變量程。對于多量程的電流只要改變線圈匝數(shù)就能改變量程。對于多量程的電流表表,通常將固定線圈分成幾段通常將固定線圈分成幾段,通過改變其串并聯(lián)結(jié)構(gòu)通過改變其串并聯(lián)結(jié)構(gòu),做做成不同的量程。成不同的量程。 652021/2/11 電磁系交流電流表、

20、電壓表還可采用電磁系交流電流表、電壓表還可采用電流互感器電流互感器、電壓電壓互感器互感器擴大量程測量大電流和高電壓。擴大量程測量大電流和高電壓。 ABDACCBD（a）串聯(lián)基本量程）串聯(lián)基本量程 （b）并聯(lián)基本量程）并聯(lián)基本量程662021/2/112交流高頻電流、電壓的測量交流高頻電流、電壓的測量 對于交流高頻電壓和電流的精密測量要使用電動系對于交流高頻電壓和電流的精密測量要使用電動系儀表儀表,當電動系儀表的固定線圈和可動線圈串聯(lián)當電動系儀表的固定線圈和可動線圈串聯(lián),就可以做就可以做為低量程電流表。對于大量程的電流表為低量程電流表。對于大量程的電流表,由于可動線圈不允由于可動線圈不允許通過大

21、電流許通過大電流,故可動線圈與固定線圈為并聯(lián)結(jié)構(gòu)故可動線圈與固定線圈為并聯(lián)結(jié)構(gòu)。IKIRRRI11211)/(IKIRRRI22212)/(R1R2I1I2I21672021/2/11 電流與電壓的精密測量還可以采用電流與電壓的精密測量還可以采用比較法比較法,直流可以用直流直流可以用直流電位差計電位差計,其準確度約為其準確度約為 0.005%0.1%。而交流一般先將交流電。而交流一般先將交流電流或電壓轉(zhuǎn)換為直流量流或電壓轉(zhuǎn)換為直流量,然后再用直流電位差計測量。然后再用直流電位差計測量。 *12Rad1Rad2150V300V682021/2/11第七章 功率和電能的測量功率和電能的測量 RI2

22、IRad12*UR2U692021/2/11PKIUKRtUtIKiiKPP cossin2)sin(221PddMWRIRUddMWIIddMWadad12122112111U 測量功率時測量功率時,電動系儀表的固定線圈與負載串聯(lián)電動系儀表的固定線圈與負載串聯(lián),反反映負載電流映負載電流 ,儀表的可動線圈與負載并聯(lián)儀表的可動線圈與負載并聯(lián),反映負載電反映負載電壓壓 。已知電動系測量機構(gòu)的偏轉(zhuǎn)角與被測量的關(guān)系為已知電動系測量機構(gòu)的偏轉(zhuǎn)角與被測量的關(guān)系為即偏轉(zhuǎn)角與被測的功率成正比。即偏轉(zhuǎn)角與被測的功率成正比。 如果如果 、 為交流為交流,則同樣可推出可動線圈的偏轉(zhuǎn)角則同樣可推出可動線圈的偏轉(zhuǎn)角正比

23、于負載功率。正比于負載功率。UII702021/2/11 測量電能的方法通常有測量電能的方法通常有直接法直接法和和間接法間接法兩種。直接法指的兩種。直接法指的是直接用電能表測量電能是直接用電能表測量電能,直流可使用電動系電能表直流可使用電動系電能表,交流用交流用感應(yīng)系或電子電能表。而間接法很少用感應(yīng)系或電子電能表。而間接法很少用,只有在功率穩(wěn)定不變只有在功率穩(wěn)定不變的情況下用功率表和記時時鐘進行測量的情況下用功率表和記時時鐘進行測量,再通過計算間接得到再通過計算間接得到電能的大小。電能的大小。 感應(yīng)系電能表按結(jié)構(gòu)不同有感應(yīng)系電能表按結(jié)構(gòu)不同有切線型切線型和和射線型射線型兩種。兩種。 712021/2/11第八章電阻、電容與電感的測量電阻、電容與電感的測量 4231ZZZZ722021/2/11732021/2/11)1j()1j( 4002XXCRRCRR042RRRRx024CRRCx測量電容的電路如圖所示測量電容的電路如圖所示,電橋平衡的條件為電橋平衡的條件為742021/2/11)1)(4452CjRLjRRRxx244452)(1CRCRRLx24424452)(1)(CRCRRRRx即即752021/2/11