電工技術(shù)電氣測量

1、第十章 電氣測量測量的基本概念電壓、電流、功率和阻抗的測量模擬式基本電工儀表萬用表非電量電測技術(shù)返 回10.1 測量的基本概念測量用專門的儀器或設(shè)備，通過實驗和計算求 得被測量的值。一測量儀表的基本性能 1精確度 儀表的精確度（簡稱儀表的精度）是指儀表的精密度及準確度。它與儀表的測量誤差密切相關(guān)，儀表的測量誤差越大則儀表的精確度越低；反之 ，儀表的測量誤差越小則儀表的精確度越高下 頁上 頁返 回 a. 穩(wěn)定度（時漂） 在測量條件不變的情況下，一段時間中，由儀表內(nèi)部隨機性變動，周期性變動，漂移等因素引起的示值變化，用穩(wěn)定度來表示。一般以儀表精密度數(shù)值和時間長短一起表示。例如：某儀表電壓指示值在2

2、4小時內(nèi)變化了1.3mV，則穩(wěn)定度可表示為1.3mV/24h。 2 穩(wěn)定性 b. 影響量 由溫度、濕度、氣壓、振動、磁場、電源電壓等外界環(huán)境變化引起儀表指示值的變化，統(tǒng)稱為影響量下 頁上 頁返 回又如：一個電壓表由于環(huán)境溫度每變化一度，其示 值變化0.1mV，可表示為0.1mV /。 例如：某儀表由于電源電壓變化10而引起指示值 變化0.02mA。 則此影響量應(yīng)表示為0.02mA /u10；3. 儀表的線性度 線性度是儀器的輸出量與輸入量之間的實際關(guān)系曲線偏離直線的程度，又稱為非線性誤差。下 頁上 頁返 回4. 儀表的靈敏度 儀表的靈敏度是其在穩(wěn)態(tài)下輸出增量y與輸入增量x的比值 或 在被測量變

3、化相同的情況下，靈敏度高則輸出大，所以靈敏度高的儀表可以分辨出更小的輸入變化 下 頁上 頁返 回5. 動態(tài)特性 許多被測量隨時間的變化非?？?。這就要求測量儀表的輸出對被測量的變化有足夠快的響應(yīng)。 通常用時域的單位階躍響應(yīng) （上升時間、響應(yīng)時間、過沖量等），或頻域的頻率特性（幅頻特性、相頻特性）來描述儀表的動態(tài)響應(yīng)特性。下 頁上 頁返 回二測量誤差 在科學實驗和工程實踐中，任何測量結(jié)果都含有誤差，而誤差的大小又直接影響到測量的精確程度。人們不可能完全消除誤差，但可以通過掌握誤差規(guī)律，采取各種方式控制和減小誤差，從而得到更精確的測量結(jié)果。 1. 誤差定義 絕對誤差：測量值 x 與被測量的真值 A

4、之差下 頁上 頁返 回相對誤差：相對誤差是絕對誤差x與被測量真值A(chǔ) 之比的百分數(shù)引用誤差：絕對誤差x與測量儀表的滿刻度值xm之 比的百分數(shù)下 頁上 頁返 回 我國的電工儀表就是按最大引用誤差來劃分其準確等級的，分為0.1, 0.2, 0.5, 1.0, 1.5, 2.5 及 5.0 共 7 級 ， 如果儀表為 S 級，該儀表的引用誤差不超過 S% 2. 誤差的分類及減小誤差的方法 根據(jù)誤差的性質(zhì)及其產(chǎn)生的原因，測量誤差可分為系統(tǒng)誤差和隨機誤差。下 頁上 頁返 回系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的原因：儀表工作原理的不完善；儀表本身的材料、零部件、工藝及加工精度等方面有缺陷；測試時儀表的安裝或擺放的方法不正確及儀表

5、用法的不正確；環(huán)境因素的影響；測量人員的不良習慣等。在了解了系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的原因及其特點的基礎(chǔ)上，可以從以下幾個方面考慮來減小系統(tǒng)誤差。 系統(tǒng)誤差：在相同條件下，多次測量同一量時，誤差的絕對值和符號保持恒定，或測試條件改變時，按一定規(guī)律隨條件變化的誤差，稱為系統(tǒng)誤差，簡稱系差。下 頁上 頁返 回1）方法誤差或理論誤差的消弱 2）儀器裝置誤差的消弱 3）人員誤差的消弱 隨機誤差: 在相同條件下，多次測量同一個量時，每一次測量誤差的大小和符號均是隨機的，不可預(yù)知的，這一類誤差稱為隨機誤差，簡稱隨差。隨機誤差服從統(tǒng)計規(guī)律，大多數(shù)隨機誤差是正態(tài)分布的。 下 頁上 頁返 回隨機誤差的分布具有如下特點： 1

6、）單峰性2）有界性 3）對稱性 除了選用精密度較高的儀表外，進行多次測量，用多次測量的算術(shù)平均值作為最終測量值，是減小隨機誤差提高測量精密度的一個有效的方法。下 頁上 頁返 回10.2 模擬式基本電工儀表 模擬式電工儀表為直讀儀表，它把各種被測電量轉(zhuǎn)化為儀表指針的偏轉(zhuǎn)角，因而可根據(jù)指針在刻度盤上的位置直接讀出被測量的大小。 當被測電量接入測量機構(gòu)時，電磁力產(chǎn)生使可動部分轉(zhuǎn)動的力矩（電磁力矩 TD）。電磁力矩與被測電量具有一定函數(shù)關(guān)系。下 頁上 頁返 回 為了把電磁力矩轉(zhuǎn)化為一個偏轉(zhuǎn)角度，常采用彈性元件游絲（螺旋彈簧）或張絲來產(chǎn)生一個反作用力矩，彈性力矩 T 滿足胡克定律。 為了使可動部分盡快停

7、到平衡位置以便讀數(shù)，加入阻尼環(huán)節(jié)（電磁阻尼、空氣阻尼或油阻尼等）阻尼力矩TP，它總是與運動的方向相反，大小與運動速度成正比 。下 頁上 頁返 回根據(jù)轉(zhuǎn)動定理 當儀表可動部分靜止時 下 頁上 頁返 回一磁電式儀表 1 永久磁鐵2 極掌3 圓柱鐵心4 可動線圈5 游絲6 指針7 平衡器8 調(diào)零器9 轉(zhuǎn)軸 磁電式儀表的特點是：刻度均勻，靈敏度和準確度高，消耗電能少，受外界磁場的影響小，承受過載能力弱，價格較高。磁電式儀表為直流表， 為電流的平均值下 頁上 頁返 回二電磁式儀表 1 線圈2 固定鐵芯3 轉(zhuǎn)軸4 可動鐵芯5 游絲6 指針7 阻尼片8 平衡錘9 磁屏蔽 電磁式儀表是交直流兩用表 電磁式儀表

8、的主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，過載能力強。缺點是準確度和靈敏度不高，非線性刻度，消耗功率較大，頻率范圍不寬（主要用于工頻50Hz）。下 頁上 頁返 回三電動式儀表 電動式電壓表、電流表： 電動式儀表的優(yōu)點是既可測量直流也可測量交流，測量精度高；缺點是受外界磁場的影響較大，承受過載的能力較弱 。電動勢儀表為交直流兩用表下 頁上 頁返 回1、固定線圈2、可動線圈3、指針4、阻尼器葉片5、螺旋彈簧6、阻尼器 電動式 功率表：下 頁上 頁返 回10.3 電壓、電流、功率和阻抗的測量一電流的測量 電流表的構(gòu)成下 頁上 頁返 回二電壓的測量 電壓表的構(gòu)成 三功率的測量用伏安法測功率：下 頁上 頁返 回用

9、功率表測功率三相功率測量三相四線制三相三線制下 頁上 頁返 回四電阻的測量 1用萬用表或多用表的歐姆檔測量電阻 2用電壓表和電流表測量電阻 3用直流單電橋（惠斯登電橋）測量電阻 下 頁上 頁返 回小電阻測量 直流雙電橋（開爾文電橋）下 頁上 頁返 回大電阻測量兆歐表（搖表）下 頁上 頁返 回5阻抗的測量 交流電橋的平衡條件 測量電容測量電感交流電橋下 頁上 頁返 回10.4 萬用表一模擬式萬用表 下 頁上 頁返 回測量直流電流的等效電路 下 頁上 頁返 回測量直流電壓的等效電路 下 頁上 頁返 回交流電壓的測量電路 下 頁上 頁返 回電阻的測量電路 下 頁上 頁返 回被測電阻為零時電流最大（滿

10、偏轉(zhuǎn)）被測電阻無窮大時電流為零（指針不動）被測電阻等于內(nèi)阻時，電流為最大值的一半（半偏）此時精度最高下 頁上 頁返 回二數(shù)字式萬用表 數(shù)字萬用表采用了模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ A/D）和數(shù)字顯示屏來代替了模擬式萬用表中的磁電式表頭A/D 轉(zhuǎn)換器和數(shù)字顯示屏一起就構(gòu)成了一個數(shù)字式電壓表，所以數(shù)字式萬用表是由數(shù)字式電壓表測量電路、轉(zhuǎn)換開關(guān)及表殼所組成。測量電路用來把各種被測量轉(zhuǎn)換為直流電壓，再由電壓表將其轉(zhuǎn)換為測量數(shù)值。數(shù)字萬用表的測量電路中包含有集成運算放大器等電子元器件，它的靈敏度、準確度都高于模擬萬用表，功能也更多。 下 頁上 頁返 回10.5 非電量電測技術(shù)電氣量：電壓、電流、電阻 等非電量：位移、速

11、度、加速度、力、應(yīng)變、 溫度、濕度、壓力、流量等。 采用電測的方法對非電量測量據(jù)有更高的準確度、靈敏度以及更寬的測量范圍；具有較高的反應(yīng)速度，具有比較寬的頻率范圍；從被測對象下 頁上 頁返 回取用功率小，甚至完全不取用功率，減小了測量裝置對測量對象的影響，提高了測量精度；便于與調(diào)節(jié)裝置配合構(gòu)成自動調(diào)節(jié)和自動控制系統(tǒng)；能連續(xù)地進行測量，便于自動記錄以及進行遙測和遙控；能方便的與微型計算機一起構(gòu)成智能化儀器或計算機測量系統(tǒng)等。 下 頁上 頁返 回一電位器式位移傳感器 在測量儀表的電阻值遠大于電位器式位移傳感器的電阻值時下 頁上 頁返 回二電阻應(yīng)變式傳感器 金屬導(dǎo)體的電阻 當應(yīng)變片發(fā)生變形時，l、A 及 都將發(fā)生變化，在變形不大時 如果為固定電阻下 頁上 頁返 回三熱電偶傳感器 把兩種不