電氣與電子測(cè)量技術(shù)-1測(cè)量基本概念.ppt

1、電氣與電子測(cè)量技術(shù),盛戈皞 Email： 辦公室： 電信群樓1號(hào)樓237室,2,教材和參考書目,1 電氣與電子測(cè)量技術(shù) 自編教材 電子工業(yè)出版社 2現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)與系統(tǒng)設(shè)計(jì) 申忠如 西安交大出版社 3 電氣測(cè)試技術(shù) 第3版 林德杰 機(jī)械工業(yè)出版社 4 現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)與測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì) 劉君華 西安交大出版社 5 電氣測(cè)量 陳立周 機(jī)械工業(yè)出版社 其他：傳感器和電氣測(cè)量的相關(guān)書籍,3,課程目標(biāo),通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，了解電氣和電子測(cè)量技術(shù)的基本概念、測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)成和分析方法，掌握常用測(cè)量系統(tǒng)的工作原理及動(dòng)靜態(tài)特性，學(xué)會(huì)根據(jù)實(shí)際要求選用傳感器和調(diào)理電路，掌握建立電氣測(cè)量系統(tǒng)的原則與方法，并對(duì)電氣測(cè)量技術(shù)的發(fā)展

2、趨勢(shì)有所了解。,4,課程主要內(nèi)容（7個(gè)部分）,一 測(cè)量基礎(chǔ)知識(shí)（第1章） 二 誤差基本理論（第2章） 三 常用的傳感器（第3章） 四 測(cè)量系統(tǒng)中的調(diào)理電路（第4章） 五 電氣測(cè)量技術(shù)(第5章) 六 干擾與抑制 (第8章） 七 試驗(yàn)（虛擬儀器，傳感器實(shí)驗(yàn)等） (第7章）,5,課程基本情況,課時(shí)： 共34學(xué)時(shí) 課堂授課 28學(xué)時(shí) 試驗(yàn) 6學(xué)時(shí) 考核成績(jī)： 平時(shí) 10（作業(yè)，課堂提問(wèn)，考勤） 實(shí)驗(yàn) 20 (3次實(shí)驗(yàn)) 考試 70 習(xí)題、試驗(yàn)內(nèi)容： 75：3000/電氣與電子測(cè)量技術(shù) 用戶名，密碼：cljs,6,緒 論,7,緒 論,測(cè)量地位和作用 測(cè)量?jī)x器發(fā)展歷程,8

3、,測(cè)量的地位和作用,9,測(cè)量在科學(xué)研究中作用,門捷列夫 (1834-1907) 科學(xué)始于測(cè)量,沒(méi)有測(cè)量，便沒(méi)有精密的科學(xué)。,10,信息技術(shù)包括測(cè)量技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)，測(cè)量技術(shù)是信息技術(shù)的關(guān)鍵和基礎(chǔ)。,錢學(xué)森(1911-2009 ),測(cè)量在科學(xué)研究中作用,11,日常生活中處處離不開測(cè)量,家用電器,數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)：自動(dòng)對(duì)焦(紅外測(cè)距),數(shù)字體溫計(jì)：溫度測(cè)量,自動(dòng)感應(yīng)燈：亮度測(cè)量,空調(diào)、冰箱、電飯煲：溫度測(cè)量,醫(yī)療衛(wèi)生,電子血壓計(jì)：壓力檢測(cè),普通轎車：約安裝幾十到近百只測(cè)量傳感器. 豪華轎車：測(cè)量傳感器數(shù)量可多達(dá)二百余只.,汽車,12,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，需要丈量土地、衡量谷物，就產(chǎn)生了長(zhǎng)度、

4、面積、容積和重量的測(cè)量； 中國(guó)：秦始皇，商鞅變法，統(tǒng)一度量衡 現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中處處需要測(cè)量 一架飛機(jī)中： 3000個(gè)測(cè)量傳感器； 一個(gè)大型石油化工廠：6000個(gè)測(cè)量傳感器； 一個(gè)大型鋼鐵廠： 20000個(gè)測(cè)量傳感器。,測(cè)量在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用,13,測(cè)量在電力行業(yè)中的應(yīng)用,電廠發(fā)電機(jī)組：,檢測(cè)參數(shù)： 電氣量-電壓、電流、功率因數(shù)、頻率、諧波、相角等， 非電量發(fā)電機(jī)振動(dòng)、溫度、壓力、流量、液位、 聲音等 30005000個(gè)測(cè)量傳感器,電網(wǎng)運(yùn)行：,成千上萬(wàn)個(gè)電氣量測(cè)量傳感器,14,智能電網(wǎng),傳統(tǒng)電網(wǎng)升級(jí)換代 （安全、可靠、高效、大量接納新能源、用戶互動(dòng)等） 歐洲和美國(guó)均提出各自發(fā)展智能電網(wǎng)的目標(biāo)

5、和路線圖 國(guó)家電網(wǎng)公司和南方電網(wǎng)公司均提出了全面建設(shè)智能電網(wǎng)的發(fā)展規(guī)劃,15,智能電網(wǎng)目標(biāo),IBM： 利用傳感器對(duì)發(fā)電、輸電、配電、供電等關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，把獲得的數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行收集、整合，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的分析、挖掘，達(dá)到對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的優(yōu)化管理 埃森哲： 利用傳感、嵌入式處理器、數(shù)字通信等技術(shù)，使電網(wǎng)可觀測(cè)（監(jiān)測(cè)電網(wǎng)所有元件的狀態(tài))、可控制（控制電網(wǎng)所有元件的狀態(tài)）、自動(dòng)化（可自適應(yīng)并實(shí)現(xiàn)自愈） 我國(guó)國(guó)家電網(wǎng)公司 以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各電壓等級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅(jiān)強(qiáng)電 網(wǎng)為基礎(chǔ)，將現(xiàn)代先進(jìn)的傳感測(cè)量技術(shù)、通訊技術(shù)、信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)與物理電網(wǎng)高度集成而形成的新型電網(wǎng)。

6、,16,智能變壓器,17,測(cè)量?jī)x器的發(fā)展,18,測(cè)量?jī)x器發(fā)展至今大致可分為五個(gè)階段。 第一代 模擬指針式儀表 （上世紀(jì)50年代以前） 基于電磁機(jī)械式機(jī)構(gòu)， 測(cè)量結(jié)果是依靠指針顯示,測(cè)量?jī)x器的發(fā)展歷程,19,第二代 分立電子儀器 （上世紀(jì)5、60年代）,測(cè)量?jī)x器的發(fā)展歷程,以電子管，晶體管為基礎(chǔ) 采用了電子測(cè)量技術(shù)測(cè)量模擬信號(hào),20,測(cè)量?jī)x器的發(fā)展歷程,一般采用中規(guī)模的集成電路,第三代 數(shù)字式儀表 （上世紀(jì)70年代） 將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，以數(shù)字形式輸出與顯示出結(jié)果,21,第四代 智能儀器 （上世紀(jì)80年代） 內(nèi)部有微處理器，可以進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量和數(shù)據(jù)處理。 采用大規(guī)模集成電路 主要由硬件與固化

7、的軟件組成 主要問(wèn)題是功能固定，應(yīng)用不靈活,測(cè)量?jī)x器的發(fā)展歷程,22,第五代 虛擬儀器 以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，是測(cè)量技術(shù)新的革命。 利用高性能的標(biāo)準(zhǔn)模塊化硬件和高效靈活的軟件來(lái)完成各種測(cè)試和測(cè)量的應(yīng)用。 軟件是虛擬儀器的關(guān)鍵， “軟件即儀器” （不同的軟件構(gòu)成不同的儀器）,測(cè)量?jī)x器的發(fā)展歷程,23,第一章 測(cè)量的基礎(chǔ)知識(shí),24,第一章 測(cè)量基礎(chǔ)知識(shí),測(cè)量的基本概念 測(cè)量方法 現(xiàn)代測(cè)量系統(tǒng)的組成 靜態(tài)特性 動(dòng)態(tài)特性,25,測(cè)量的基本概念,26,測(cè)量概念和定義,測(cè)量：人們借助專門的設(shè)備，將被測(cè)量量和同類標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，得到測(cè)量結(jié)果的一個(gè)過(guò)程。,27,單位,有明確定義和名稱并命其數(shù)值為1的固定量； 單

8、位量值大小是約定或法定的,英呎f(shuō)eet,1 米（1790年，法國(guó)政府規(guī)定：通過(guò)巴黎地球子午線長(zhǎng)度的4千萬(wàn)分子1） （1983年，國(guó)際計(jì)量大會(huì)：光在真空中1s時(shí)間內(nèi)傳播距離的1/299792485）,28,由基本單位與導(dǎo)出單位共同組成的一個(gè)完整的單位體系。 基本量與基本單位：少數(shù)相互獨(dú)立的并可通過(guò)其組合定義其他所有物理量被稱為“基本量”。這些量的單位被稱為“基本單位”。 導(dǎo)出量與導(dǎo)出單位：由基本量通過(guò)物理法則推導(dǎo)出的其他所有物理量被稱為“導(dǎo)出量”。導(dǎo)出量的單位被稱為“導(dǎo)出單位”。,單位制,29,國(guó)際單位制(SI),長(zhǎng)度 質(zhì)量 時(shí)間 電流 熱力學(xué)溫度 物質(zhì)的量 光量,kg - 千克標(biāo)準(zhǔn)原器(實(shí)物單

9、位),m-光在真空中1s時(shí)間內(nèi)傳播距離的1/299792485,SI 基本單位：,（m）,（kg）,（s）,（A）,（K）,（mol）,（cd）,A-無(wú)限長(zhǎng)導(dǎo)線恒定電流，每米長(zhǎng)度相互作用力2x10-7N,K-水三相點(diǎn)熱力學(xué)溫度1/273.16,mol-微觀粒子的數(shù)量,千克原器,30,SI導(dǎo)出單位,31,測(cè)量方法分類,32,測(cè)量方法分類,按測(cè)量結(jié)果獲得方法分為: 直接測(cè)量 間接測(cè)量 組合測(cè)量,33,直接測(cè)量,從測(cè)量?jī)x表直接獲取測(cè)量結(jié)果。,測(cè)量結(jié)果：20.1 mm,34,直接測(cè)量按測(cè)量讀數(shù)方式分為,直讀測(cè)量法 從儀器（儀表）讀數(shù)直接獲取測(cè)量結(jié)果。 特點(diǎn)：過(guò)程簡(jiǎn)單 、迅速、直觀、明了, 一般來(lái)說(shuō)準(zhǔn)確

10、度較低。 比較測(cè)量法 將被測(cè)量直接與標(biāo)準(zhǔn)量比較，根據(jù)比較結(jié)果獲得測(cè)量值。 典型：替代法，零位法，微差法。 特點(diǎn)： 標(biāo)準(zhǔn)量直接參與，測(cè)量準(zhǔn)確度高； 測(cè)量設(shè)備較貴，過(guò)程復(fù)雜。,35,典型的比較測(cè)量方法替代法,方法：在相同條件下，將被測(cè)量與已知標(biāo)準(zhǔn)量先后置于同一測(cè)量裝置中，若先后兩次測(cè)量裝置都處于相同狀態(tài)，可認(rèn)為被測(cè)量等于已知量。,RN,特點(diǎn)： 不受測(cè)量系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)誤差的影響，可獲得比較高的測(cè)量精度。 測(cè)量過(guò)程較復(fù)雜，花費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)。,替代法測(cè)電阻,36,典型的比較測(cè)量方法零位(零值)法,方法：利用指零機(jī)構(gòu)的作用，使用被測(cè)量和已知標(biāo)準(zhǔn)量?jī)烧哌_(dá)到平衡，根據(jù)指零機(jī)構(gòu)示值為零來(lái)確定被測(cè)量等于標(biāo)準(zhǔn)量值。,特點(diǎn)

11、： 測(cè)量過(guò)程比較復(fù)雜，在測(cè)量時(shí)，要進(jìn)行平衡操作，花費(fèi)時(shí)間長(zhǎng),天平測(cè)質(zhì)量,37,典型的比較測(cè)量方法微差(偏差)法,方法： 被測(cè)量值與標(biāo)準(zhǔn)量大體平衡，將被測(cè)的未知量與已知的標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，并取得被測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)量差值。,特點(diǎn)： 測(cè)量精度高 反應(yīng)快，特別適用于在線控制參數(shù)的檢測(cè),基準(zhǔn)量：20.00 mm,測(cè)量值：+0.08 mm,結(jié) 果：20.08 mm,38,間接測(cè)量,如測(cè)導(dǎo)線的電阻率（單位長(zhǎng)度、單位截面的某種物質(zhì)的電阻） ：,由儀表（儀器）讀數(shù)按照一定的函數(shù)關(guān)系（公式）計(jì)算獲取測(cè)量結(jié)果的方法。,特點(diǎn)：測(cè)量過(guò)程復(fù)雜、費(fèi)時(shí)。,39,組合測(cè)量（聯(lián)立測(cè)量）,如測(cè)量熱電阻溫度系數(shù)：,在應(yīng)用儀表進(jìn)行測(cè)量時(shí)，若被

12、測(cè)物理量必須經(jīng)過(guò)求解聯(lián)立方程組，才能得到最后結(jié)果，則稱這樣的測(cè)量為組合測(cè)量（聯(lián)立測(cè)量）。,Rt1R0（1At1Bt12）,Rt2R0（1At2Bt22）,參數(shù)A，B,RtR0（1AtBt2）,40,注意1：同一物理量可以有不同的測(cè)量方法,如測(cè)電阻方法： 萬(wàn)用表 (直接測(cè)量） 伏安法（RU/I)（間接測(cè)量）,注意2：間接測(cè)量誤差由多個(gè)測(cè)量量合成。,41,時(shí)域測(cè)量：（瞬態(tài)測(cè)量）以時(shí)間為主要研究對(duì)象，主要測(cè)量被測(cè)量隨時(shí)間的變化的規(guī)律。 例：用示波器測(cè)量脈沖信號(hào)的上升沿、下降沿、脈寬等。 頻域測(cè)量：（穩(wěn)態(tài)測(cè)量）以頻率為主要研究對(duì)象，主要測(cè)量被測(cè)量隨頻率的變化的規(guī)律。 例：頻譜分析儀測(cè)量信號(hào)的頻譜。 數(shù)據(jù)域測(cè)量：（邏輯量測(cè)量）以數(shù)字電路的邏輯狀態(tài)為主要研究對(duì)象。 例：邏輯分析儀測(cè)量數(shù)字電路的邏輯狀態(tài)、時(shí)序等。,根據(jù)測(cè)量性質(zhì)分類,42,接觸式測(cè)量與非接觸式測(cè)量；,根據(jù)是否與被測(cè)介質(zhì)接觸分類,紅外測(cè)溫,接觸式測(cè)溫,