1、电磁测量技术,主编 李宝树编写 贾秀芳 赵书涛,目 录,第一章 电磁测量的基本知识 第二章 直流电压和电流的测量 第三章 交流电压和电流的测量 第四章 功率和电能的测量 第五章 直流电阻的测量 第六章 交流参数的测量 第七章 数字测量技术 第八章 虚拟仪器技术 第九章 磁性测量技术,第一章 电磁测量的基本知识,第一节 电磁测量的基本概念 第二节 仪表和测量方法的分类 第三节 测量误差 第四节 直读仪表的准确度等级 第五节 测量误差的合成与估计 第六节 系统误差的消除 第七节 测量结果的数据处理 第八节 直读仪表测量机构中的力矩,第一节 电磁测量的基本概念,一、表示测量仪表和测量结果性能的参数,
2、1灵敏度仪表输出信号的变化量与输入信号的变化量的比值,2准确度测量仪表的测量结果与被测量的真实值接近的程度。,3精密度多次测量时，各次测量值之间接近的程度。,4精确度准确度和精密度的综合概括，是全面衡量测量结果优劣的程度 。,5不确定度,6 稳定度在规定的工作条件保持不变的情况下，测量仪表的性能在一定时间内保持不变的能力。,7 可靠性测量仪表受外界因素影响时，测量结果变化的程度。,（1）标准不确定度。用概率分布的标准偏差表示的不确定度称为标准不确定度，用 u 表示。（2）合成标准不确定度。用各不确定度分量合成的标准不确定度称为合成标准不确定度用 uC 表示。（3）扩展不确定度。用合成标准不确定
3、度的倍数表示的不确定度称为扩展不确定度，用U 表示。,二、单位制,1国际单位制(SI)构成,2我国法定计量单位的构成,我国的法定计量单位由所有国际单位制中的单位和部分非国际单位制单位构成。,三、仪表的型号,1安装式仪表的型号组成,用途号,设计序号,系列代号,形状第一位代号,形状第二位代号,形状第一位代号：按仪表面板形状最大尺寸编制 形状第二位代号：按仪表外壳形状尺寸编制 系列代号：按仪表的工作原理编制C: 表示磁电系 T: 表示电磁系D: 表示电动系 G: 表示感应系 L: 表示整流式 Q: 表示静电系 用途号：按被测量编制如： V: 电压表 A: 电流表 W: 功率表,举例：42C3-A,设
4、计序号为3的磁电系电流表 ，形状代号42可在产品目录查得其外形尺寸和安装开孔尺寸。,便携式仪表的型号组成与安装式仪表区别：无形状代号举例：T62-V 设计序号为62的电磁系电压表 另有：系列代号前加一个汉语拼音字母 表示类别 如：Q 表示电桥 P 表示数字式 四、仪表中的符号,列表,五、度量器,度量器 ：测量单位的复制实体 分 类：基准器（基准量具）标准器（标准量具）工作量具,准确度,高 低,电磁测量中的标准器： 标准电池、标准电阻、标准电容、标准电等。,.标准电池,电动势一般为1.0185V1.0195V构成：硫酸镉溶液和电极分类：饱和式和不饱和式 特点：饱和式：准确度等级较高，电动势随温度
5、变化较大 ，随 时间变化较小。不饱和式：准确度等级较低，电动势随时间变化较大 ， 随温度变化较小。,图示,标准电池的结构如图所示。,返回,使用和保存标准电池应注意以下几个问题： （1）标准电池在一分钟内允许通过的电流不超过10s。 （2）饱和式标准电池的电动势在一年内允许的变化值只有几十微伏，不饱和式标准电池的电动势变化值较在以上。,（3）使用和存放标准电池地点的温度和湿度应符合标准 电池技术特性的要求。（4）标准电池应避开光源、热源、冷源的直接作用。（5）标准电池只能允许通过微小电流，不能让人体同时 接触标准电池的正极和负极，绝对不允许用电压表和万用表 直接测量标准电池的电动势。（6）标准电
6、池不得倒置、摇晃和震动。（7）标准电池的正负极不能反接。（8）必须妥善保存标准电池的出厂标定证书，定期到有 关部门进行检定，并保存历年的检定数据，因为这是衡量标 准电池技术性能的依据。,. 标准电阻,要求：准确度高、稳定性好、可靠性强 。（1）直流标准电阻直流标准电阻分为定值标准电阻和变值标准电阻（标准电阻箱）直流标准电阻在温度+20时的电阻值为R20 ，在温度 t时的电阻为。变值标准电阻的准确度低于定值标准电阻,为了消除接触电阻和引线电阻的影响，低值标准电阻一 般都制成四端形式，高值标准电阻一般都制成三端形式，如图所示。,低值标准电阻的电流端钮较大且在外侧；电压端钮较小且在内侧，使用时不得接
7、错。,使用高值标准电阻时，屏蔽端钮应赋以合适的电位，以消除漏电阻的影响。,（2）交流标准电阻,低值标准电阻多采用双线并绕的方法，中值和高值电阻可 以采用交叉并绕的方法，如图。,双线并绕 交叉并绕,双线并绕的方法减小了电感的效应，交叉并绕的方法既减小了电感效应又减小了电容效应。,保存和使用标准电阻时应注意以下几个问题：, 标准电阻应在规定的技术条件下使用，如温度、湿度等。 避免强烈振动，否则会导致电阻变形，引起电阻值的变化。 不得超过额定功率。 注意交流标准电阻的适应频率范围。,3标准电容,要求：准确度高、稳定性好、线性度好、损耗因数小。 损耗因数,制作标准电容时对介质的要求： 损耗小、膨胀系数
8、尽量小。,保存和使用标准电容时注意的问题：,（1）应在规定的技术条件下使用，如温度、湿度等； （2）正确赋以屏蔽端电位； （3）不得超过额定电压； （4）注意引线电容带来的误差。,式中的R 是电容的等值并联漏电阻。,4标准电感,要求：准确度高、稳定性好、 线性度好、品质因数高。 品质因数,电感线圈的等值电阻,制作标准电感时要求： 等值电阻小、骨架材料绝缘性能好，膨胀系数小 。,保存和使用时应注意的问题 ： （1）应在规定的技术条件下使用，如温度、湿度等； （2）不得超过额定电流； （3）注意适应频率范围； （4）远离铁磁及金属物体。,第二节 仪表和测量方法的分类,一、仪表的分类 根据被测量的种
9、类分类：电压表、电流表、功率表、电能表频率表、相位表、电阻表等 根据被测量是否随时间的变化而变化分类：直流表、交流表、交直流两用表 根据使用方式分类：便携式、安装式 根据仪表的测量方式分类：直读式仪表和比较式仪表,1直读式仪表 被测量通过仪表的测量电路和测量机构，直接反映在 仪表的指示机构上。这种仪表称为直读式仪表，它本身不包 含标准量，而是事先与标准量比较再进行刻度，如电压表、 电流表等。 优点：使用方便、造价低、测量省时。缺点：准确度较低。 2比较式仪表用标准量与被测量直接进行比较而获得测量结果，这 种仪表称为比较式仪表。显然，比较式仪表本身必须包含标 准量，电桥、电位差计都属于此类仪表。
10、 优点：准确度高。缺点：造价高、测量费时。,二、测量方法的分类,1直接测量测量结果从仪表的指示机构上一次直接获得，称为直接测量。,2间接测量先对与被测量有关的物理量进行直接测量，然后根据它们 之间的函数关系通过计算求出被测量，称为间接测量。在下列情况采用间接测量：,返回,对被测量进行测量之前，必须根据工程需要对仪表进行 选择，仪表的选择非常重要，如果选择的仪表不合适，测量 结果的误差可能很大，甚至没有意义。,（1）不能直接测量； （2）直接测量的条件不具备； （3）间接测量的结果比直接测量更准确。,3组合测量在测量过程中，需要改变测量条件进行多次测量，根据 直接测量和间接测量的结果，解联立方程
11、组求出被测量，称 为组合测量。,测量方法的选择与仪表的选择同等重要，即使在同一种类的测量方法当中，仍有很多具体的测量方法。同样，在实际测量时，要根据具体情况选择合适的测量方法。,第三节 测量误差,一、误差的分类 按照误差来源分为工具误差和方法误差；按照工作条件分 为基本误差和附加误差； 按照误差性质分为系统误差、偶然 误差和疏失误差 。1.系统误差 在一定的测量条件下，误差的大小和符号保持恒定或按 照某种已知的函数规律变化，这种误差称为系统误差。产生系 统误差的原因有以下几个方面：（1）仪表本身不完善； （2）测量方法不当；（3）使用 不当； （4）人身的影响；（5）环境条件的影响。,系统误差
12、是客观存在的，但有一定规律，可以采取必要的措施，将其消除或减小。,2.偶然误差在一定的测量条件下，多次测量同一个量，误差的大小 和符号不定，不存在已知的变化规律，也不可预知，这种误 差称为偶然误差。产生偶然误差的原因主要是电源电压或频 率无规则波动和环境条件的瞬态变化。 偶然误差具有以下特征： （1）有界性；（2）单峰性；（3）对称性；（4）抵偿 性。,偶然误差与出现的概率密度呈正态分布规律，如图。,工程上常采用对被测量进行多次重复测量取其算术平均值作为测量结果以消除偶然误差。,3.疏失误差 测量结果与实际值明显不符所对应的误差称为疏失误差。产生这种误差的原因主要是读错数或记错数、计算错误、仪
13、表出现故障等。,二、系统误差的表示,1绝对误差,2相对误差,3引用误差,对于双向标度尺的仪表,对于无零位标度尺的仪表,三、偶然误差的表示,一系列直接测量值的算术平均值，就是该系列测量的最佳值,一系列直接测量值与最佳值的差值称为剩余误差或残余误差，简称残差,偶然误差一般用精密度表示，精密度用剩余误差计算，有三种表示方法：,1均方根误差（标准差）一系列测量结果的均方根误差为,贝塞尔公式,均方根误差表示对同一被测量进行多次测量所得结果的 分散性，也称为测量列中单次测量的标准偏差。对同一被测 量进行多次测量时，测量列算术平均值的标准偏差为,2或然误差 当 时，或然误差为 3算术平均误差当 时，,返回,
14、第四节 直读仪表的准确度等级,一、仪表的准确度最大引用误差 用K来描述仪表的准确度等级。显然，值越小，仪表的准 确度越高。 根据国家标准规定：电流表和电压表的准确度等级分为0.05、0.1、0.2、0.3、 0.5、1、1.5，2、2.5、3、5共11个等级；功率表分为0.05、0.1、0.2、0.3、0.5、1、1.5、2、2.5、 3.5共10个等级； ,返回,二、仪表准确度等级的确定,一般采用标准表与被确定等级的仪表在相同的条件下同 时测量同一个量，被测量的变化范围为0 Am，取标准表的 读数作为实际值，被确定等级的仪表的读数作为测量值，然 后逐点计算绝对误差，找出最大绝对误差，再计算最
15、大引用 误差，根据值与国标对照，最后确定仪表的准确度等级。三、仪表的修正值绝对误差的负值称为仪表的修正值，即,第五节 系统误差的合成与估计,一、直接测量中误差的估计 在直接测量中，由仪表产生的最大相对误差为 二、间接测量中误差的合成与估计 1加法 设,y 的相对误差为,各单项相对误差为单项最大误差为m ，有,估计最大可能的相对误差,单项项数较多时 2减法,3乘法,合成误差为,单项项数较少 单项项数较多 4除法5一般情况 设,返回,第六节 系统误差的消除,一、误差修正 二、消除误差源 三、特殊方法1替代法 2正负误差抵消法 3等时距对称消去法 4差值法,返回,第七节 测量结果的数据处理,一、有效数字的意义 二、数据的取舍 三、有效数字的运算1加减运算 2乘除运算 3乘方、开方和对数运算,返回,第八节 直读仪表测量机构中的力矩,一、转动力矩 作用：驱动仪表的可动部分偏转 产生：电流和磁场相互作用 二、反作用力矩 作用：与转动力矩平衡，使可动部分有一个固定偏转 产生：游丝或张丝 三、阻尼力矩 作用：使可动部分尽快稳定在平衡点 产生：空气阻尼器或电磁阻尼器,
