电气测量基本知识

电气测量技术合肥工业大学电气工程学院黄福林2007.9序论内容提要 课程介绍 教学安排 测量的基础知识1.课程介绍课程名称：电气测量技术、电工测量、电磁测量、电工仪表与测量、电工仪表主要内容：本课程①是研究常用仪表的原理、结构、使用操作技术；②是各种电、磁量（电量+磁量）的测量方法；③是测量误差与数据处理的技术。课程结构：电工仪表+测量技术；相关课程：电工理论、电子技术、 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 与转换技术等。1.课程介绍电气测量的对象： 电量：如电流、电压、功率、电能、频率、电阻、电感、电容以及时间常数等。 磁量：主要指磁场以及物质在磁场磁化下的各种磁特性，例如磁场强度、磁通、磁感应强度、磁势、磁导率、磁滞和涡流损耗等的测量。电测量和磁测量又可统称为电磁测量或电气测量。1.课程介绍应用领域电工仪表及测量技术对从事电气技术工作的人员来说是十分必要的；不论是电气设备的安装、调试、实验、运行、维修；还是对电气产品进行检验、测试、鉴定都会涉及电磁测量方面的技术问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 。应用于工农业生产、生活、国防、科研等各领域。如，变电所、配电室、发电厂、电力监控网、火箭发射中心、家用电能计量表等。电气测量的发展过程：　仪器仪表的发展最能体现电气测量技术的发展。　仪器仪表的发展可以大致分为三个阶段:1.课程介绍（1）古典（机械式）电工仪器仪表发展阶段（2）数字式仪表发展阶段（3）自动测试（智能式）系统发展阶段。1.课程介绍发展趋势 数字化 网络化 小型化 智能化2.教材及参考资料 《电气测量》陈立周机械工业出版社2004.6 《电气测量》陶时澍哈尔滨工业大学出版社1997.8 《电磁测量》唐统一赵伟清华大学出版社1997.73、学习方法及其它 理论+实践，注重理论和实际结合。 E-mail:hflhfut@mail.hf.ah.cn 老师电话：3289819（可收短信） 考核：平时20%+考试80% 24（32）学时，1.5（2）学分，9周。 坚持听课，适当看书。4、电工仪表资源 中华电工仪表网http://elec.yibiao.com/ 中国仪器仪表国际网站http://www.china-meter.com/ 中国仪器网http://www.cn17.com/ 中华电工仪器仪表信息网http://www.tc104.org/ 《电测与仪表》杂志社地址：哈尔滨市哈平路128号　　　　邮编：150040　电话：0451-86693434 哈尔滨电工仪表研究所http://www.habiaosuo.com/ 全国电工仪器仪表 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 化技术委员会 中科院电工研究所http://www.iee.ac.cn/ 中国电力科学研究院电测量研究所http://dem.epri.cn部分电工仪表图片部分电工仪表图片第1章测量的基本知识 测量方式分类 测量基本知识 度量器及电学基准 国际单位制 测量单位 什么是电工测量（电气测量、电磁测量）? 什么是测量? 比较测量（也可包含在直接测量中） 组合测量 间接测量 直接测量第1章测量的基本知识 仪表的准确度 误差的基本概念什么叫误差绝对误差相对误差引用误差最大引用误差☆1.1测量的基本概念1、什么是测量：所谓测量，是指用实验的方法，将被测（未知量）与已知的标准量进行比较，以得到被测量大小的过程；是对被测量定量认识的过程。☆1.1测量的基本概念2、什么是电气测量？是指把被测的电量或磁量直接或间接地与测量单位的同类物理量（或者可以推算出被测量的异类物理量）进行比较的过程。☆1.1测量的基本概念3、测量单位（unitofmeasurement）把测量中的标准量定义为“单位”，单位是一个选定的标准量（或参考量）。独立定义的单位称“基本单位”；由物理关系导出的单位称“导出单位”。1.2国际单位制（SI） 1980年由国际计量大会（CGPM）采纳和推荐的一种一贯单位制。注：SI是国际单位制的国际通用符号。 目前，国际单位制下7个基本单位： 长度米　M 质量千克（公斤）Kg 时间秒S 电流安[培]A 热力学温度开[尔文]　K 物质的量摩[尔]　Mol 发光强度坎[德拉]　cd1.2国际单位制1.2.1SI基本单位的定义米：光在真空中（1/299792458s）时间间隔内所经过路径的长度。[第17届国际计量大会（1983）]千克：国际千克原器的质量。[第1届国际计量大会（1889）和第3届国际计量大会（1901）]秒：铯-133原子基态的两个超精细能级之间跃迁所对应的辐射的9192631770个周期的持续时间。[第13届国际计量大会（1967），决议1]安培：在真空中，截面积可忽略的两根相距1m的无限长平行圆直导线内通以等量恒定电流时，若导线间相互作用力在每米长度上为2×10-7N，则每根导线中的电流为1A。[国际计量委员会（1946）决议2。第9届国际计量大会（1948）批准]1.2国际单位制1.2.1SI基本单位的定义开尔文：水三相点热力学温度的1/273.16。[第13届国际计量大会（1967），决议4]摩尔：是一系统的物质的量，该系统中所包含的基本单元（原子、分子、离子、电子及其他粒子，或这些粒子的特定组合）数与0.012kg碳-12的原子数目相等。[第14届国际计量大会（1971），决议3]坎德拉：是一光源在给定方向上的发光强度，该光源发出频率为540×1012Hz的单色辐射，且在此方向上的辐射强度为（1/683）W/sr。[第16届国际计量大会（1979），决议3]☆国际单位制（SI）的导出单位 电荷量库［仑］0C 电位（电压、电动势）伏［特］V 电容法［拉］F 电阻欧［姆］Ω 电导西［门子］S 电感亨［利］H 功率（辐射通量）瓦［特］W 磁通量韦［伯］Wb 磁通量密度磁感应强度特［斯拉］TH表0-1电磁学单位的部分SI导出单位国际单位制（SI）的导出单位 国际单位制中具有专门名称的导出单位量 平面角弧度rad 立体角球面度sr 频率赫［兹］Hz 力（重力、压力）牛［顿］N 压强（应力）帕［斯卡］Pa 能量（功、热）焦［耳］J国际单位制（SI）的导出单位 摄氏温度摄氏度0C 光通量流［明］lm 光照度勒［克斯］lx 放射性活度贝可［勒尔］Bq 吸收剂量戈［瑞］Gy 剂量当量希［沃特］Sv1.3.电学单位新基准及度量器 基准：能最精确地复现或保存单位的物理现象或实物叫基准。 实物基准：能最精确地复现或保存单位的实物叫实物基准（如国际千克原器，原子钟等）。 自然基准：能最精确地复现或保存单位的物理现象叫自然基准。1.3.电学单位新基准及度量器1.3.1度量器1、什么叫度量器？在测量过程中实际使用的标准量，是测量单位的复制体，称作度量器（即实物基准）。度量器可以是测量单位本身，也可以是测量单位的分数倍或整数倍。2、度量器分类：根据度器在量值传递上的作用和精确度不同，分为基准器（自然基准或实物基准）、标准器和工作量具三种，其中基准器是精度高的测量单位复制体，一般由国际或国家计量部门拥有和管理，而日常测量用的是工作量具。1.3.电学单位新基准及度量器1.3.2“伏特”和“欧姆”电学单位新基准过去的电学基准是用标准电池组复现电动势或电压的单位“伏特”，标准电阻复现电阻的单位“欧姆”。１９９０年１月１日国际上正式启用电学计量新基准。约瑟夫森效应（P-3/0-3-1）和冯·克里青效应（P-3/0-3-1）（也称量子化霍尔效应），复现“伏特”和“欧姆”单位。它具有复现精确度高、稳定性好的优点　　两块弱连接的超导体在微波频率的照射下，就会出现阶梯式伏安特性，如图0-3-1所示。这种超导体的结构称为约瑟夫森结。在第n个阶梯处的电压与微波频率有如下关系:　　这个公式是复现和保存国家电压单位“伏特”的理论基础。通过精心测量微波频率就可确定Vn的数值。1、约瑟夫森效应　　当通过元件的电流I固定时，会出现磁感应强度变化而霍尔电压不变的区域称为霍尔平台。RH是物理常数。一旦确定i，冯·克里青效应就可用于复现、保存电阻单位"欧姆"。(2)冯·克里青效应(量子化霍尔效应)　　标准电池是性能极其稳定的化学电池。电动势在1.0186V左右。　　按电解液的浓度划分为饱和式和不饱和式标准电池。（3）、标准电池(1)要根据标准电池的等级,在规定要求的温度下存放和使用。(3)标准电池严禁摇晃和振动,严禁倒置。经运输后要放置足够时间后再使用。标准电池在使用时应注意下列事项。(2)标准电池不能过载,严禁用电压表或万用表去测量标准电池的电动势。(4)检定证书和历年的检定数据是衡量一只标准电池好坏的依据,应注意保存。　　通常标准电阻是锰铜丝绕制的。标准电阻能够准确复现欧姆量值。（4）标准电阻　　高电阻标准电阻有时制成三端钮形式。其中,一个端钮是屏蔽端钮,如图0-3-5所示。在使用时给屏蔽端一定的电位,可减小漏电的影响。　　电阻上的电流不流过电位端钮，减小了端钮接触电阻对标准电阻阻值得影响。　　阻值低于10W的电阻通常是四端钮结构。即分别有电流端钮和电位端钮。其接线如图0-3-4所示。电阻器的四端钮结构1.4测量方式分类 直接测量：直接测量指的是被测量与度量器直接进行比较，或者采用事先刻好刻度数的仪器进行测量，从而在测量过程中直接求出被测量的数值。这种方式称为直接测量。 间接测量：如被测量不便于直接测定，或直接测量该被测量的仪器不够准确，那么就可以利用被测量与某种中间量之间的函数关系，先测出中间量，然后通过计算公式，算出被测量的值，这种方式称为间接测量。如测长、宽求面积；测电流电压求功率等。1.4测量方式分类 组合测量：如果被测量有多个，虽然被测量（未知量）与某种中间量存在一定函数关系，但由于函数式有多个未知量，对中间量的一次测量是不可能求得被测量的值。这时可以通过改变测量条件来获得某些可测量的不同组合，然后测出这些组合的数值，解联立方程求出未知的被测量。 比较测量：比较法是指被测量与已知的同类度量器在比较器上进行比较，从而求得被测量的一种方法。这种方法用于高准确度的测量。☆1.5测量误差 真值：在一定条件下，物理量符合其定义的真实值，称为真值。1.5.1误差的基本知识 约定真值：真值无法得到，通常只能在一定条件下得到与真值最接近的可使用的值，称为约定真值。 误差：是测量值与（约定）真值相差的程度。 误差公理：测量的过程必然存在着误差，误差自始至终存在于一切科学实验和测量的过程之中。因此研究误差规律，并尽量减小误差是测量的任务之一。☆1.5测量误差关于约定真值 另一种方法是在相同条件下多次重复测量的算术平均值来代表真值。 一种方法是采用相应的高一级精度的计量器具所复现的被测量值来代表真值， 另外在产品检测中，某项被测量的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 指标，既标称值视作已知真值，而测量值与标称值之差，就是产品制作误差（注意：这里的测量值与其算术平均值之差才是测量误差）。实际上，真值是难于得到的，实际中，人们通常用两种方法来近似确定真值，并称之为约定真值。☆1.5测量误差1.5.2误差的产生原因 实验方法所限；方法不同结果不一样。如抽样调查中的代表性误差（抽样平均误差）。 仪器本身；因为任何仪器都有一定的灵敏度和精确度。 环境的变更；如温度，纬度，湿度，电磁场的变化。 操作人员的素质。每个人生理条件的不同，受教育，训练的程度不同。 值得强调的是，误差不是错误，测量结果包含了误差范围恰恰是测量结果正确和科学的表达。测量结果数值要用有效数字来表示。☆1.5测量误差1.5.2误差的表示方法 绝对误差Δ 相对误差γ 最大引用误差γnm 引用误差γn☆1.5测量误差 绝对误差：测量值Ax与被测量真值A0之差 相对误差：绝对误差Δ与真值A0之比，并用百分数表示。（用来反映测量结果）因为A0难以测得，有时用Ax代替A0，则　　由此可见，前者的相对误差小些，测量的准确度要高些。所以，一般都用它来表示误差。　　例题：用两个伏特表测量两个电压，一个电压的测量值为150伏，绝对误差为1.5伏；另一个的测量值为10伏，绝对误差为0.5伏。从绝对误差角度来看，前者比后者大，但从相对误差来看呢？例题前者为：后者为：式中,n为仪表的引用误差；△为仪表的绝对误差；Am为仪表的量限。　　通常用引用误差来衡量仪表的准确度。☆1.5测量误差 引用误差：仪表某一刻度点读数的绝对误差Δ比上仪表量程上限Am，并用百分数表示。☆1.5测量误差 最大引用误差：﹡注意：△m可以是正的，也可以是负的。仪表在整个量程范围内的最大绝对误差Δm比仪表量程上限Am，并用百分数表示，称为最大引用误差（用来反映仪表质量）。☆1.6仪表的准确度 仪表的误差：仪表指示值与被测量真值之间相差程度 仪表误差的分类（2）附加误差：在规定条件之外，所产生的误差；（1）基本误差：在规定条件下，仪表本身所产生的误差；☆1.6仪表的准确度 仪表的准确度： GB776-76《电测量指示仪表通用技术条件》给仪表规定了7个等级准确度。表示仪表指示值与被测量真值之间接近的程度。国家标准规定，仪表的准确度等级用最大引用误差的绝对值来确定。即：1.6仪表的准确度（1）最大可能的绝对误差：△m＝±a%×Am(0-4-9)（2）最大可能的相对误差：（0-4-10）☆仪表准确度与测量误差估算：　　例0-4-1用量限为10安，准确度为0.5级的电流表去测量10安和5安的电流，求测量的最大相对误差。解：（1）测量10安电流时所产生的最大可能的绝对误差:　　测量10安电流时所产生的最大可能相对误差：误差估算例题（2）测量5安时：用同一只表测量不同的数值，相对误差却不样，为什么？例题 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 此例说明，如果量程选择恰当，用１.０级仪表比用０.５级仪表测量误差还小。因此，在选用仪表时，应根据被测量的大小，兼顾仪表的等级和量程或测量上限，合理地选择仪表。★为充分利用仪表的准确度，被测量的值应在仪表量程上限的７０%-9０%为好。补充例题例1.1：用以电压表测量某电压，其读数为201V，而标准表的读数（认为是真值）为200V，求绝对误差。解：Δ=Ax-A0=201-200=1(V)例1.2：用一电压表测200V电压，绝对误差为+1V，用另一电压表测20V电压，绝对误差为+0.5V，求相对误差？解：补充例题例1.4：检定２.５级、上限为１００Ｖ的电压表，发现５０Ｖ分度点的误差为２Ｖ，并且较其它各分度点的误差为大，该表是否合格？解：该表的最大引用误差为２％，因此该电压表合格。例1.5：某待测电压约为１００Ｖ，现有０.５级０－300Ｖ和１.０级０－１００Ｖ两个电压表，问用哪一个电压表测量较好？分析 上例中前者的绝对误差大于后者，但误差对测量结果的影响，后者却大于前者。 因此衡量对测量结果的影响，要用相对误差。分析通常仪表的绝对误差在仪表标尺的全长上基本保持恒定，因而相对误差会随着被测量的减小逐渐增大，所以相对误差的数值并不能说明仪器的优劣，只能说明测量结果的准确程度。引用误差则由于式中的分子、分母都由仪表本身性能所决定，不随被测量变化，所以用其来表示仪表的准确程度。★补充：电工仪表与电气测量常用名词术语课后复习题1.什么叫测量？什么叫电气测量？2.电气测量的对象是什么？3.电气测量通常划分为哪三个阶段？4.什么叫测量的单位？5.物理量的单位分为哪两种？6.什么叫度量器？她分为哪三个等级？7.什么叫真值、约定真值和误差？8.误差有几种表达形式？9.测量通常分为那三种方式？10.仪表的准确度等级用什么来确定？11.最大可能的绝对误差和相对误差与仪表的准确度等级有何关系？12.被测量在仪表量限值的什么范围是合理的？13.电学领域有哪些自然基准和实物基准？★本章小结1、课程介绍测量对象发展三阶段发展趋势2、测量的基本知识 测量的定义，测量单位的定义 电学新基准与度量器：电学2个新基准；度量器3个级别。 测量方式分类：三种测量方法★本章小结 测量误差：相对误差，引用误差 仪表准确度：误差分类，准确度定义，准确度等级，最大可能误差。﹡（1）（2）0-4为测量稍低于100V的电压，现实验室中的有0.5级的0～300V和1.0级0～100V两只电压表，为使测量准确些，你打算选用哪一种？0-6用量限为0～100mA、准确度为0.5级的电流表，分别去测量100mA和50mA的电流，求测量结果的最大相对误差各为多少？0-2为什么引入引用误差的概念？部分习题