《電氣測試技術》第一章

1、電氣測試基本技術電氣測試基本技術第一章第一章 電氣測量基本知識電氣測量基本知識Technology of Electric Measurement郭長興郭長興短號：短號：679528考核方式考核分類考核分類考核方式考核方式考核時間考核時間成績成績過程考核過程考核平時成績平時成績作業(yè)、出勤、態(tài)度、作業(yè)、出勤、態(tài)度、紀律等紀律等不定期考核不定期考核20%20%實驗成績實驗成績操作及報告操作及報告按學時安排按學時安排20%20%綜合考核綜合考核主要考核學生主要考核學生對該門課程的對該門課程的掌握情況掌握情況以閉卷、筆試的形以閉卷、筆試的形式式120120分鐘分鐘60%60%第2頁第3頁 第一章 電氣

2、測量基本知識內容概要內容概要 電工儀表與電氣測量是從事電氣專業(yè)的技術人員必須掌握的一門知識。 電工及電氣測量就是借助于測量設備，把未知的電量或磁量與作為測量單位的同類標準電量或標準磁量進行比較，從而確定未知電量或磁量（包括數值和單位）的過程。第4頁 1.電氣測量的概念、分類1.1 電氣測量的概念電氣測量的概念第5頁 1.電氣測量的概念、分類1.2 電氣測量的內容電氣測量的內容第6頁 1.電氣測量的概念、分類1.3 電氣測量的過程電氣測量的過程第7頁 1.電氣測量的概念、分類1.4 電氣測量的分類電氣測量的分類 以測量結果的獲得方式分類：1.直接測量 指儀表讀出值就是被測的電磁量，例如用電流表測

3、量電流(串聯)，用電壓表測量電壓（并聯）。2.間接測量 指要利用某種中間量與被測量之間的函數關系，先測出中間量，再算出被測量。例如用伏安法測電阻。3.組合測量 指被測量與中間量的函數式中還有其他未知數，須通過改變測量條件，得出不同條件下的關系方程組，然后解聯立方程組求出被測量的數值。例如精密電阻與溫度之間的關系。第8頁 1.電氣測量的概念、分類第9頁 1.電氣測量的概念、分類 以測量過程的特點分類：1.直讀測量法 利用儀表直接讀取測量數據。2.比較測量法 將被測量與度量器放在比較儀器上進行比較，從而求得被測量的數值。包括：零位測量法、微差測量法、替代測量法零位測量法：比較儀表指零時，從度量器讀

4、出被測量的數值。微差測量法：從比較儀求得差值，根據度量器數值和比較差值，求得被測量的數值。替代測量法：將已知量與被測量先后置于同一測量裝置中，若兩次測量裝置都處于相同狀態(tài)，可認為被測量等于已知量，再從已知量讀出被測量值。 在科學實驗和工程實踐中，任何測量結果都含有誤差。由于誤差存在的必然性和普通性，人們只能將它控制到盡量低的程度而無法消除它。因此我們根據需要對誤差的來源和測量誤差的性質進行分類，便于研究。第10頁 2.測量誤差2.1 測量誤差的概念測量誤差的概念測量誤差測量誤差，即測量示值與被測量物理量真值之間的差別。真值真值，即被測物理量具有的真實大小。第11頁 2.測量誤差儀器、儀表誤差

5、即儀器儀表本身及其附件引起的誤差例如，儀器儀表本身的電氣或機械性能不完善、零點和增益漂移、非線性、刻度不準確以及標準量不穩(wěn)定等所引起的誤差均屬于儀器儀器儀表誤差儀表誤差。 影響誤差 即由于各種環(huán)境因素與儀器儀表所要求的使用條件不一致而造成的誤差。例如，由于溫度、濕度、大氣壓、電磁場、電源電壓及頻率等波動所造成的誤差均屬于影響誤差影響誤差。 2.2 誤差的來源誤差的來源第12頁 2.測量誤差方法誤差 即由于測量方法不合理所造成的誤差例如，用低輸入電阻的儀表測量高內阻回路的輸出電壓所引起的誤差屬于方法誤差方法誤差。理論誤差 即由于儀器儀表所依據的理論或公式本身不完善或者是近似的所引起的誤差。例如，

6、用均值表測量非正弦信號電壓，須進行波形換算，其定度系數為： 由于結果是無理數，所取得的1.11是個近似值所造成的誤差屬于理論理論誤差誤差。11. 122K 人身誤差 即由于測量者的分辨力、視覺疲勞、習慣或缺乏責任心等因素引起的誤差。人身誤差是由于人為因素造成的，欲減小人身誤差必須加強責任加強責任心心。 第13頁 2.測量誤差第14頁 2.測量誤差2.3 測量誤差的分類測量誤差的分類常用的誤差分類方法，見下表第15頁測量誤差的分類方法 2.測量誤差第16頁1.系統(tǒng)誤差 在測量過程中所產生的大小恒定或按一定的規(guī)律變化的誤差。產生系統(tǒng)誤差的原因有以下幾種：基本誤差：由于儀表本身不完善產生的誤差附加誤

7、差：由于儀表使用不當而產生的誤差方法誤差：由于測量方法不正確或者由于測量依據的理論不完善等原因產生的誤差人身誤差：由于測量人員的感覺不完善而產生的誤差 2.測量誤差減小系統(tǒng)誤差的方法：減小系統(tǒng)誤差的方法：1.對測量結果引入修正值2.選擇適當的測量方法，使系統(tǒng)誤差能夠抵消而不會帶入測量值中第17頁 2.測量誤差2.隨機誤差 在相同條件下，多次重復測量同一被測量，其誤差的大小和符號均是無規(guī)律變化的誤差。產生隨機誤差的原因由于許多復雜的因素微小變化的總和引起的。例如：實驗時溫度的隨機波動、螺旋測微計測力在一定范圍內隨機變化、讀數時的視差影響隨機誤差表征了測量結果的精密度，隨機誤差小，精密度高，反之，

8、精密度低。減小隨機誤差的方法：減小隨機誤差的方法：使用統(tǒng)計方法當測量次數足夠多時，大多數隨機誤差是服從正態(tài)分布正態(tài)分布的。服從正態(tài)分布規(guī)律的隨機誤差具有下列特點（如下圖所示）： 單峰性 絕對值小的誤差比絕對值大的誤差出現的概率大，在誤差 處，出現的概率最大。 有界性 絕對值大于某一數值的誤差幾乎不出現，故可認為隨機誤差有一定的界限。第18頁0 對稱性 大小相等符號相反 的誤差出現的概率大致相同。 抵償性 正、負誤差是相互抵消的，因此隨機誤差的代數和趨于或者等于零。 2.測量誤差第19頁 2.測量誤差3.疏失誤差 在相同條件下，對同一被測量進行多次測量，可能有某些測量結果明顯偏離了被測量的真值，

9、所形成的誤差。由于測量過程中的某些疏忽大意造成的。例如：實驗時錯誤讀數、儀器有缺陷、環(huán)境干擾等應避免出現粗大誤差。減小隨機誤差的方法：減小隨機誤差的方法：如出現粗大誤差，應分析粗大誤差產生的原因。處理數據時，剔除異常數據。第20頁2.4 誤差的表示方法誤差的表示方法1.絕對誤差 是指測量示值與被測物理量真值之差，表示為 。式中，AX是被測量的測定值， A0是被測量的真值， 是測量的絕對誤差0 xAA 注意：1、絕對誤差有單位，與被測相同 2、絕對誤差有大小和正負 3、絕對誤差不反映測量的準確程度 2.測量誤差第21頁修正值定義：與絕對誤差的數值相等而符號相反的量值稱為修正值，用 來表示，則：修

10、正值 是通過檢定（或校準）由上一級標準（或基準）以表格、曲線、公式或數字等形式給出的。因此，用修正值與儀表的示值相加，可算出被測量的實際值，即： 可見，用修正值可以減小測量誤差，得到更接近于被測量真值的實際值。 應該指出，使用修正值必須在儀表檢定的有效期內。修正值本身也有誤差。 0 xCAA C0 xAACC 2.測量誤差第22頁 2.測量誤差 例11 某電路中的電流為10A，用甲電流表測量時的讀數為9.8A，用乙電流表測量時其讀數為10.4A。試求兩次測量的絕對誤差。 解 由式（1-2）可得： 甲表測量的絕對誤差為： A 乙表測量的絕對誤差為： A第23頁2.相對誤差 絕對誤差與被測量實際值

11、A0之比的百分數，即0100%100%xAA 例例 測量兩個電壓，實際值測量兩個電壓，實際值 ， ，儀表的，儀表的示值分別為示值分別為 ， 其絕對誤差分別為：其絕對誤差分別為：很顯然，雖然二者的絕對誤差相同，但是二者測量的精精確度卻相差甚遠確度卻相差甚遠，因此有必要引入相對誤差的概念。 100V1U5V2U101V1xU6V2xU1V100)V-(101111UUUx1V5)V-(6222UUUx 2.測量誤差第24頁3.引用誤差 絕對誤差與測量儀器量程(滿刻度值)的百分比稱為引用誤差，即 式中： 引用誤差； 測量儀表的量程。 100%NMANMA引用誤差是用來表示儀表本身性能好壞的，它表明了

12、儀表基本誤差的數值。一只合格的儀表，在正常工作條件下，其最大引用誤差應小于允許的數值。 2.測量誤差第25頁表征系統(tǒng)誤差的大小。測量的測得值與其表征系統(tǒng)誤差的大小。測量的測得值與其“真值真值”的接的接近程度。從測量誤差的角度來說，正確度所反映的是測近程度。從測量誤差的角度來說，正確度所反映的是測得值的系統(tǒng)誤差。正確度高，不一定精密度高。也就是得值的系統(tǒng)誤差。正確度高，不一定精密度高。也就是說，測得值的系統(tǒng)誤差小，不一定其隨機誤差亦小。說，測得值的系統(tǒng)誤差小，不一定其隨機誤差亦小。正確度正確度指在多次精密測量中，測量讀數重復一致的程度，表征指在多次精密測量中，測量讀數重復一致的程度，表征即隨機誤

13、差的大小。在相同條件下，對被測量進行多次即隨機誤差的大小。在相同條件下，對被測量進行多次反復測量，測得值之間的一致反復測量，測得值之間的一致(符合符合)程度。從測量誤差程度。從測量誤差的角度來說，精密度所反映的是測得值的隨機誤差。精的角度來說，精密度所反映的是測得值的隨機誤差。精密度高，不一定正確度密度高，不一定正確度(見下見下)高。也就是說，測得值的高。也就是說，測得值的隨機誤差小，不一定其系統(tǒng)誤差亦小。隨機誤差小，不一定其系統(tǒng)誤差亦小。精密度精密度表示測量中系統(tǒng)誤差和隨機誤差兩者的綜合影響。被測表示測量中系統(tǒng)誤差和隨機誤差兩者的綜合影響。被測量的測得值之間的一致程度以及與其量的測得值之間的

14、一致程度以及與其“真值真值”的接近程的接近程度，即是精密度和正確度的綜合概念。從測量誤差的角度，即是精密度和正確度的綜合概念。從測量誤差的角度來說，精確度度來說，精確度(準確度準確度)是測得值的隨機誤差和系統(tǒng)誤是測得值的隨機誤差和系統(tǒng)誤差的綜合反映。差的綜合反映。 準確度準確度 2.測量誤差第26頁l精密度、正確度與準確度（又稱精確度）精密度、正確度與準確度（又稱精確度） 2.測量誤差這三個名詞分別用來反映隨機誤差、系統(tǒng)誤差和綜合誤差的大小。系統(tǒng)誤差小稱之為正確度高，隨機誤差小稱之為精密度高。準確度高則是指系統(tǒng)誤差和隨機誤差都比較小，指既“正確”又“精密”的測量。第27頁 3.常用電源的分類和

15、參數常用的實驗電源一、常用的實驗電源：二、電源的參數：直流電源的參數：額定電壓和額定電流交流電源的參數：除額定電壓和額定電流外，還有頻率和功率因數脈沖電源的參數：電壓幅度、周期和脈沖寬度第28頁 3.常用電源的分類和參數三、標準電池1.主要技術主要技術：電解液濃度（飽和式和不飽和式）、年穩(wěn)定性2.使用注意事項使用注意事項：按規(guī)定的溫度存放和使用、不能過載、禁止搖晃和振動、保存好檢定證書和檢定數據第29頁 3.常用電源的分類和參數 一、電阻器第30頁 4.電阻器、電感器、電容器標準阻值與允許誤差、額定功率、額定電流、最大工作電壓主要技主要技術參數術參數固定電阻器和可調電阻器分類分類直接表示法、色

16、環(huán)表示法參數表參數表示方法示方法第31頁 4.電阻器、電感器、電容器第32頁 4.電阻器、電感器、電容器第33頁 4.電阻器、電感器、電容器第34頁 4.電阻器、電感器、電容器第35頁 4.電阻器、電感器、電容器電感量、品質因數、額定電流主要技術參數低頻扼流圈、高頻電感線圈、色碼電感分類分類 二、電感器第36頁 4.電阻器、電感器、電容器第37頁 4.電阻器、電感器、電容器 三、電容器標稱容量、耐壓強度、絕緣電阻、損耗因數主要技術參數介質分類；變化情況分類分類分類第38頁1.逐差法逐差法 逐差法是對等間距測量的有序數據，進行逐項或相等間隔相減得到結果。它計算簡便，并可充分利用數據，及時發(fā)現差錯

17、，總結規(guī)律，是物理實驗中常用的一種數據處理方法使用條件：使用條件：（1）自變量）自變量x是等間距變化是等間距變化（2）被測物理量之間函數形式可以寫成）被測物理量之間函數形式可以寫成x的多項式：的多項式： m0mmmxay分類分類逐項逐差（用于驗證被測量之間是否存在多項逐項逐差（用于驗證被測量之間是否存在多項式函數關系）式函數關系）分組逐差（用于求多項式的系數）分組逐差（用于求多項式的系數） 5.測量數據處理第39頁 設實驗中，等間隔的在彈簧下加砝碼（如每次加一克），共加9次，分別記下對應的彈簧下端點的位置L0 L1 L2 L9 ，則可用逐差法進行以下處理應用舉例應用舉例（1）驗證函數形式是線性

18、關系）驗證函數形式是線性關系 看看L1 L2 L9是否基本相等是否基本相等.當當 Li基本相等時基本相等時,就就驗證了外力與彈簧的伸長量之間的函數關系是線性的，即驗證了外力與彈簧的伸長量之間的函數關系是線性的，即F=k L用此法可檢查測量結果是否正確，但注意的是必須用逐項逐差用此法可檢查測量結果是否正確，但注意的是必須用逐項逐差899122011LLLLLLLLL （1.61）把所得的數據逐項相減把所得的數據逐項相減 5.測量數據處理(2)求物理量數值求物理量數值現計算每加一克砝碼現計算每加一克砝碼 時彈簧的平均伸長量時彈簧的平均伸長量從上式可看出用逐項逐差，中間的測量值全部抵消了，只從上式可

19、看出用逐項逐差，中間的測量值全部抵消了，只有始末二次測量起作用，與一次加九克砝碼的測量完全等有始末二次測量起作用，與一次加九克砝碼的測量完全等價。價。若用逐項逐差若用逐項逐差（1.61）得到：）得到：899122011LLLLLLLLL 9LL9LLLLLL9LLLL09891201921 再求平均再求平均 5.測量數據處理 為了保證多次測量的優(yōu)點，只要在數據處理方法上作些組合，仍為了保證多次測量的優(yōu)點，只要在數據處理方法上作些組合，仍能達到多次測量減小誤差的目的。所以我們采用分組逐差。能達到多次測量減小誤差的目的。所以我們采用分組逐差。 通?？蓪⒌乳g隔所測的值分成前后兩組，前一組為通?？蓪⒌?/p>

20、間隔所測的值分成前后兩組，前一組為L0 L1 L2 L3 L4 后一組為后一組為L5 L6 L7 L8 L9 前前后后兩兩組組對對應應項項相相減減495162051LLLLLLLLL 再再取取平平均均值值 40iii5491605521)LL(515LLLLLL5LLLL 由此可見，分組逐差和逐項逐差不同，這時每個數據都用上了，有利于由此可見，分組逐差和逐項逐差不同，這時每個數據都用上了，有利于減小誤差。但注意：這里的減小誤差。但注意：這里的 是增加五克時彈簧的平均伸長量。是增加五克時彈簧的平均伸長量。L 5.測量數據處理第42頁1.最小二乘法最小二乘法 即數據的直線擬合。它計算簡便用作圖法進

21、行擬合帶有相當大的主觀隨意性，用最小二乘法進行直線擬合優(yōu)于作圖法。如果能找到一條最佳的擬合直線，那么這條擬合直線上各個相應點的值與測量值之差的平方和在所有擬合直線中是最小的。 最小二乘法的原理：最小二乘法的原理： 5.測量數據處理 : 通過實驗，通過實驗，等精度等精度地測得一組互相獨立的實驗數據（地測得一組互相獨立的實驗數據（xi，yi，i =1，2k），設此兩物理量），設此兩物理量 x、y 滿足線性關系，且假滿足線性關系，且假定實驗誤差主要出現在定實驗誤差主要出現在yi上，設擬合直線公式為上，設擬合直線公式為 y = f(x) =a0+ a1 x 。則測量值和最佳值（回歸直線上對應坐標）的則測量值和最佳值（回歸直線上對應坐標）的偏差偏差01()iiiivyyyaa x220111()kkiiiiiSvyaax按最小二乘法原理，應使下式最小按最小二乘法原理，應使下式最小 5.測