第09章——電氣測(cè)量基礎(chǔ)

1、第九章第九章 電氣測(cè)量基礎(chǔ)電氣測(cè)量基礎(chǔ)9.1 電氣測(cè)量基本知識(shí)電氣測(cè)量基本知識(shí)一、電氣測(cè)量方法一、電氣測(cè)量方法 直接測(cè)量法：用電工儀表直接測(cè)出被測(cè)量的大小。直接測(cè)量法：用電工儀表直接測(cè)出被測(cè)量的大小。 比較測(cè)量法：把被測(cè)量與比較測(cè)量法：把被測(cè)量與“較量?jī)x器較量?jī)x器”中的已知標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)中的已知標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較而確定未知量的大小。行比較而確定未知量的大小。 間接測(cè)量法：根據(jù)被測(cè)量和其他量的函數(shù)關(guān)系，先測(cè)得其間接測(cè)量法：根據(jù)被測(cè)量和其他量的函數(shù)關(guān)系，先測(cè)得其他量，然后按函數(shù)式把被測(cè)量計(jì)算出來(lái)的一種方法。他量，然后按函數(shù)式把被測(cè)量計(jì)算出來(lái)的一種方法。二、測(cè)量誤差二、測(cè)量誤差 測(cè)量誤差是測(cè)量值與真值之間的差

2、值。測(cè)量誤差來(lái)源于工測(cè)量誤差是測(cè)量值與真值之間的差值。測(cè)量誤差來(lái)源于工具誤差、環(huán)境誤差、方法誤差、人員誤差。測(cè)量誤差的表示為具誤差、環(huán)境誤差、方法誤差、人員誤差。測(cè)量誤差的表示為絕對(duì)誤差、相對(duì)誤差、引用誤差。絕對(duì)誤差、相對(duì)誤差、引用誤差。（1）絕對(duì)誤差：被測(cè)量的示值與其真值之差。）絕對(duì)誤差：被測(cè)量的示值與其真值之差。0AAAx式中：式中：A測(cè)量結(jié)果的絕對(duì)誤差；測(cè)量結(jié)果的絕對(duì)誤差； Ax示值；示值； A0被測(cè)量量的真值，通常用標(biāo)準(zhǔn)表的指示值代替。被測(cè)量量的真值，通常用標(biāo)準(zhǔn)表的指示值代替。真值可用下式計(jì)算：真值可用下式計(jì)算：CAAAAxx0C表示修正值，與絕對(duì)誤差互為相反數(shù)。表示修正值，與絕對(duì)誤差

3、互為相反數(shù)。絕對(duì)誤差越小，說(shuō)明指示值越接近真值，測(cè)量越準(zhǔn)確。絕對(duì)誤差越小，說(shuō)明指示值越接近真值，測(cè)量越準(zhǔn)確。（2）相對(duì)誤差：絕對(duì)誤差與被測(cè)量的真值的比值。）相對(duì)誤差：絕對(duì)誤差與被測(cè)量的真值的比值。%100*%100*0000AAAAAx（3）引用誤差：絕對(duì)誤差與儀表量程的比值）引用誤差：絕對(duì)誤差與儀表量程的比值%100*%100*minmax0AAAAAAxmn（4）最大引用誤差：最大絕對(duì)誤差與儀表量程的比值）最大引用誤差：最大絕對(duì)誤差與儀表量程的比值%100*minminAAAmnm三、測(cè)量誤差的分類三、測(cè)量誤差的分類 （1）隨機(jī)誤差，又稱偶然誤差。它反映了測(cè)量值離散型）隨機(jī)誤差，又稱偶然誤

4、差。它反映了測(cè)量值離散型的大小。隨機(jī)誤差是測(cè)量過(guò)程中許多獨(dú)立的、微小的、偶然的大小。隨機(jī)誤差是測(cè)量過(guò)程中許多獨(dú)立的、微小的、偶然的的 因數(shù)引起的綜合結(jié)果。因數(shù)引起的綜合結(jié)果。 存在隨機(jī)誤差的測(cè)量結(jié)果中，雖然單個(gè)測(cè)量誤差的出現(xiàn)存在隨機(jī)誤差的測(cè)量結(jié)果中，雖然單個(gè)測(cè)量誤差的出現(xiàn)是隨機(jī)的，不可消除或修正，多數(shù)隨機(jī)誤差服從正態(tài)分布。是隨機(jī)的，不可消除或修正，多數(shù)隨機(jī)誤差服從正態(tài)分布。 （2）粗大誤差，指在一定測(cè)量條件下測(cè)量結(jié)果現(xiàn)顯著地偏離）粗大誤差，指在一定測(cè)量條件下測(cè)量結(jié)果現(xiàn)顯著地偏離其實(shí)際值所對(duì)應(yīng)的誤差。就數(shù)值大小而言，粗大誤差明顯超過(guò)正其實(shí)際值所對(duì)應(yīng)的誤差。就數(shù)值大小而言，粗大誤差明顯超過(guò)正常條件

5、下的誤差。當(dāng)發(fā)現(xiàn)粗大誤差時(shí)，應(yīng)予以剔除。常條件下的誤差。當(dāng)發(fā)現(xiàn)粗大誤差時(shí)，應(yīng)予以剔除。 （3）系統(tǒng)誤差，指在相同條件下，多次重復(fù)測(cè)量同一量時(shí)，）系統(tǒng)誤差，指在相同條件下，多次重復(fù)測(cè)量同一量時(shí)，誤差保持為常數(shù)或按一定規(guī)律變化。系統(tǒng)誤差反映了測(cè)量值偏離誤差保持為常數(shù)或按一定規(guī)律變化。系統(tǒng)誤差反映了測(cè)量值偏離其真值的程度。凡誤差的數(shù)值固定或按一定規(guī)律變化者，均屬于其真值的程度。凡誤差的數(shù)值固定或按一定規(guī)律變化者，均屬于系統(tǒng)誤差。系統(tǒng)誤差。 系統(tǒng)誤差是有規(guī)律性的，因此可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法或引入修系統(tǒng)誤差是有規(guī)律性的，因此可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法或引入修正值的方法計(jì)算修正，也可以重新調(diào)整測(cè)量?jī)x表的有關(guān)部件予以正

6、值的方法計(jì)算修正，也可以重新調(diào)整測(cè)量?jī)x表的有關(guān)部件予以消除。消除。四、儀表的精度等級(jí)四、儀表的精度等級(jí) 電工測(cè)量指示儀表在額定條件下使用時(shí)，其最大基本誤差的電工測(cè)量指示儀表在額定條件下使用時(shí)，其最大基本誤差的百分?jǐn)?shù)稱為儀表精度等級(jí)的百分?jǐn)?shù)，見(jiàn)式：百分?jǐn)?shù)稱為儀表精度等級(jí)的百分?jǐn)?shù)，見(jiàn)式：%100*)(%mmXXa 式中：式中：Xm最大絕對(duì)誤差；最大絕對(duì)誤差； Xm儀表的基本量程；儀表的基本量程； 測(cè)量時(shí)，儀表全量程范圍內(nèi)的指示誤差不得超過(guò)最大基本誤測(cè)量時(shí)，儀表全量程范圍內(nèi)的指示誤差不得超過(guò)最大基本誤差。差。 通常用精度等級(jí)來(lái)表示儀表通常用精度等級(jí)來(lái)表示儀表 的準(zhǔn)確程度，精度等級(jí)就是最大的準(zhǔn)確程度，

7、精度等級(jí)就是最大引用誤差去掉正、負(fù)號(hào)及百分號(hào)。準(zhǔn)確度等級(jí)是衡量?jī)x表質(zhì)量?jī)?yōu)引用誤差去掉正、負(fù)號(hào)及百分號(hào)。準(zhǔn)確度等級(jí)是衡量?jī)x表質(zhì)量?jī)?yōu)劣的重要指標(biāo)之一。劣的重要指標(biāo)之一。 最大引用誤差值若為：最大引用誤差值若為： 則儀表的精度則儀表的精度等級(jí)為等級(jí)為1.0級(jí)。級(jí)。%0 . 1%0 . 1-nm9.2 電參量的測(cè)量電參量的測(cè)量一、頻率的測(cè)量一、頻率的測(cè)量 頻率測(cè)量方法有計(jì)數(shù)法和模擬法兩種，這里主要介紹數(shù)字頻率測(cè)量方法有計(jì)數(shù)法和模擬法兩種，這里主要介紹數(shù)字測(cè)量方式。測(cè)量方式。（一）頻率（周期）的數(shù)字測(cè)量（一）頻率（周期）的數(shù)字測(cè)量1、計(jì)數(shù)法測(cè)量原理、計(jì)數(shù)法測(cè)量原理 計(jì)數(shù)法就是在一定的時(shí)間間隔計(jì)數(shù)法就是在

8、一定的時(shí)間間隔T內(nèi)，對(duì)周期脈沖的重復(fù)次內(nèi)，對(duì)周期脈沖的重復(fù)次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。若周期性脈沖的周期為數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。若周期性脈沖的周期為T(mén)A,則計(jì)數(shù)結(jié)果為：則計(jì)數(shù)結(jié)果為：ATTN 式中：式中：TA表示表示N此脈沖所用時(shí)間，單位為秒；此脈沖所用時(shí)間，單位為秒；N表示脈沖次表示脈沖次數(shù)，單位為次。數(shù)，單位為次。（二）頻率的模擬測(cè)量（二）頻率的模擬測(cè)量 諧振法測(cè)頻；電橋法測(cè)頻；頻率諧振法測(cè)頻；電橋法測(cè)頻；頻率電壓轉(zhuǎn)換法測(cè)頻；拍頻法；電壓轉(zhuǎn)換法測(cè)頻；拍頻法；差頻法。差頻法。二、時(shí)間間隔的測(cè)量二、時(shí)間間隔的測(cè)量 時(shí)間間隔的測(cè)量方案和周期測(cè)量基本相同，所不同的僅是此時(shí)間間隔的測(cè)量方案和周期測(cè)量基本相同，所不同的僅是此

9、處的門(mén)控電路不再采用計(jì)數(shù)觸發(fā)，而是根據(jù)要求根據(jù)測(cè)量時(shí)間間處的門(mén)控電路不再采用計(jì)數(shù)觸發(fā)，而是根據(jù)要求根據(jù)測(cè)量時(shí)間間隔，給出起始計(jì)數(shù)和終止計(jì)數(shù)兩個(gè)觸發(fā)信號(hào)。隔，給出起始計(jì)數(shù)和終止計(jì)數(shù)兩個(gè)觸發(fā)信號(hào)。三、相位差的測(cè)量三、相位差的測(cè)量 相位是描述交流信號(hào)的三要素之一。相位差的測(cè)量時(shí)研究信相位是描述交流信號(hào)的三要素之一。相位差的測(cè)量時(shí)研究信號(hào)、網(wǎng)絡(luò)特性的不可缺少的重要方面。號(hào)、網(wǎng)絡(luò)特性的不可缺少的重要方面。 測(cè)量相位的主要方法有：測(cè)量相位的主要方法有： 相位相位電壓轉(zhuǎn)換法；相位電壓轉(zhuǎn)換法；相位時(shí)間轉(zhuǎn)化法。時(shí)間轉(zhuǎn)化法。四、電壓的測(cè)量四、電壓的測(cè)量 電量測(cè)量中的很多電參數(shù)包括電流、功率、設(shè)備的靈敏電量測(cè)量中的

10、很多電參數(shù)包括電流、功率、設(shè)備的靈敏度等都可以視作電壓的派生量，通過(guò)電壓測(cè)量獲得其量值。度等都可以視作電壓的派生量，通過(guò)電壓測(cè)量獲得其量值。 電壓的測(cè)量分為模擬和數(shù)字兩種方法。模擬電壓表的優(yōu)電壓的測(cè)量分為模擬和數(shù)字兩種方法。模擬電壓表的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜，測(cè)量頻率范圍寬；缺點(diǎn)是準(zhǔn)確度、點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜，測(cè)量頻率范圍寬；缺點(diǎn)是準(zhǔn)確度、分辨率低，不便于與計(jì)算機(jī)組成自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。數(shù)字式電壓分辨率低，不便于與計(jì)算機(jī)組成自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。數(shù)字式電壓表正好相反。表正好相反。（一）直流電壓的測(cè)量（一）直流電壓的測(cè)量1.普通直流電壓表普通直流電壓表 普通直流電壓表通常由動(dòng)圈式高靈敏度直流電流表串聯(lián)普通

11、直流電壓表通常由動(dòng)圈式高靈敏度直流電流表串聯(lián)適當(dāng)?shù)碾娮铇?gòu)成。適當(dāng)?shù)碾娮铇?gòu)成。2.直流數(shù)字電壓表直流數(shù)字電壓表（二）交流電壓的測(cè)量（二）交流電壓的測(cè)量 交流電壓的表征：交流電壓可以用峰值、平均值、有效值、交流電壓的表征：交流電壓可以用峰值、平均值、有效值、波形系數(shù)以及波峰系數(shù)來(lái)表征。波形系數(shù)以及波峰系數(shù)來(lái)表征。 國(guó)際上一直以有效值作為交流電壓的表征量。例如電壓表，國(guó)際上一直以有效值作為交流電壓的表征量。例如電壓表，出特殊情況外，幾乎都按正弦波的有效值來(lái)定度。出特殊情況外，幾乎都按正弦波的有效值來(lái)定度。五、電流的測(cè)量五、電流的測(cè)量 電流是基本的電學(xué)量，因此必須正確地選用測(cè)量方法和儀電流是基本的電學(xué)

12、量，因此必須正確地選用測(cè)量方法和儀器儀表。電流的測(cè)量方法主要是電流表直接測(cè)量法；在對(duì)電流器儀表。電流的測(cè)量方法主要是電流表直接測(cè)量法；在對(duì)電流進(jìn)行測(cè)量時(shí)，應(yīng)考慮被測(cè)電流的量值范圍，測(cè)量準(zhǔn)確度；而對(duì)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，應(yīng)考慮被測(cè)電流的量值范圍，測(cè)量準(zhǔn)確度；而對(duì)交流電流進(jìn)行測(cè)量時(shí)，還需要考慮波形和頻率的影響。交流電流進(jìn)行測(cè)量時(shí)，還需要考慮波形和頻率的影響。六、阻抗的測(cè)量六、阻抗的測(cè)量 電阻、電感、電容是電路的電阻、電感、電容是電路的3種基本元件，在測(cè)量技術(shù)中，種基本元件，在測(cè)量技術(shù)中，許多傳感器如電阻式、電感式和電容式傳感器是將被測(cè)量轉(zhuǎn)換許多傳感器如電阻式、電感式和電容式傳感器是將被測(cè)量轉(zhuǎn)換為電阻、電感、

13、電容輸出的。為電阻、電感、電容輸出的。 電阻的測(cè)量方法很多，按原理可分為直接測(cè)量法、比較測(cè)電阻的測(cè)量方法很多，按原理可分為直接測(cè)量法、比較測(cè)量法、間接測(cè)量法。量法、間接測(cè)量法。也可分為電表法、電橋法、諧振法、利用也可分為電表法、電橋法、諧振法、利用變換器測(cè)量電阻等。變換器測(cè)量電阻等。七、功率的測(cè)量七、功率的測(cè)量 功率的測(cè)量方法有兩種：一是間接法，即直流通過(guò)測(cè)量電功率的測(cè)量方法有兩種：一是間接法，即直流通過(guò)測(cè)量電壓、電流間接求得功率，交流則是需要電壓、電流和功率因數(shù)；壓、電流間接求得功率，交流則是需要電壓、電流和功率因數(shù)；二是直接法，即用電動(dòng)系或數(shù)字的單相功率表測(cè)量單相功率。二是直接法，即用電動(dòng)

14、系或數(shù)字的單相功率表測(cè)量單相功率。用單相功率表接成兩表法或三表法或用三相功率表測(cè)量三相功用單相功率表接成兩表法或三表法或用三相功率表測(cè)量三相功率。率。（一）（一）有功功率的測(cè)量有功功率的測(cè)量 對(duì)于三相四線制供電的三相星形聯(lián)接的負(fù)載，可用一只功率對(duì)于三相四線制供電的三相星形聯(lián)接的負(fù)載，可用一只功率表測(cè)量各相的有功功率，求和后得到總有功功率。若三相負(fù)載是表測(cè)量各相的有功功率，求和后得到總有功功率。若三相負(fù)載是對(duì)稱的，則只需測(cè)量一相的功率即可，該相功率乘以對(duì)稱的，則只需測(cè)量一相的功率即可，該相功率乘以3既得三相總既得三相總的有功功率。的有功功率。 三相三線制電路中，不論負(fù)載對(duì)稱與否，也不論負(fù)載是星形

15、三相三線制電路中，不論負(fù)載對(duì)稱與否，也不論負(fù)載是星形聯(lián)接還是三角形聯(lián)接，通常用兩只功率表測(cè)量三相功率，故稱兩聯(lián)接還是三角形聯(lián)接，通常用兩只功率表測(cè)量三相功率，故稱兩瓦計(jì)。瓦計(jì)。 兩瓦計(jì)適用于三相三線制電路，不使用三相四線制電路。兩瓦計(jì)適用于三相三線制電路，不使用三相四線制電路。（二）無(wú)功功率的測(cè)量（二）無(wú)功功率的測(cè)量 對(duì)稱三相三線制供電的三相負(fù)載，可以用兩瓦計(jì)法測(cè)得讀書(shū)對(duì)稱三相三線制供電的三相負(fù)載，可以用兩瓦計(jì)法測(cè)得讀書(shū)求得負(fù)載的無(wú)功功率，如下式：求得負(fù)載的無(wú)功功率，如下式：)(321PPQ)(321211PPPPtg 對(duì)稱三相電路的無(wú)功功率還可以用一只無(wú)功功率表來(lái)測(cè)對(duì)稱三相電路的無(wú)功功率還可

16、以用一只無(wú)功功率表來(lái)測(cè)量。將功率表的電流線圈串接于任一火線，而電壓線圈跨接量。將功率表的電流線圈串接于任一火線，而電壓線圈跨接到另外兩相火線之間。如下圖所示：到另外兩相火線之間。如下圖所示：八、電能的測(cè)量八、電能的測(cè)量 電能的測(cè)量主要有兩種方法：電能的測(cè)量主要有兩種方法： （1）間接法：電能測(cè)量一般不用間接法，只有在功率穩(wěn)定）間接法：電能測(cè)量一般不用間接法，只有在功率穩(wěn)定不變的情況下用功率表和計(jì)時(shí)時(shí)鐘進(jìn)行測(cè)量。不變的情況下用功率表和計(jì)時(shí)時(shí)鐘進(jìn)行測(cè)量。 （2）直接法：直流可用電動(dòng)系電能表，交流用感應(yīng)系或電）直接法：直流可用電動(dòng)系電能表，交流用感應(yīng)系或電子電能表。子電能表。九、功率因數(shù)的測(cè)量九、功率因數(shù)的測(cè)量十、諧波的測(cè)量十、諧波的測(cè)量（一）諧波測(cè)量的基本要求（一）諧波測(cè)量的基本要求（1）諧波測(cè)量方法和數(shù)據(jù)處理必須遵照）諧波測(cè)量方法和數(shù)據(jù)處理必須遵照1993年國(guó)家頒布的標(biāo)準(zhǔn)年國(guó)家頒布的標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14549-93，即，即電能質(zhì)量公用