電氣與電子測量技術(shù)-測量基本概念

1、電氣與電子測量技術(shù)測量基本概念第1頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)47分，星期五2 教材和參考書目1 電氣與電子測量技術(shù) 自編教材 電子工業(yè)出版社 2現(xiàn)代測試技術(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)代檢測技術(shù)與測試系統(tǒng)設(shè)計(jì) 劉君華 西安交大出版社5 電氣測量 陳立周 機(jī)械工業(yè)出版社其他：傳感器和電氣測量的相關(guān)書籍第2頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)47分，星期五3課程目標(biāo) 通過本課程的學(xué)習(xí)，了解電氣和電子測量技術(shù)的基本概念、測量系統(tǒng)的構(gòu)成和分析方法，掌握常用測量系統(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

2、路，掌握建立電氣測量系統(tǒng)的原則與方法，并對電氣測量技術(shù)的發(fā)展趨勢有所了解。 第3頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)47分，星期五4課程主要內(nèi)容（7個(gè)部分）一 測量基礎(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 測量系統(tǒng)中的調(diào)理電路（第4章）五 電氣測量技術(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）第4頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)47分，星期五5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： 平時(shí) 10（作業(yè)，課堂提問，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：

3、 ：3000/電氣與電子測量技術(shù)用戶名，密碼：cljs第5頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)47分，星期五6緒 論第6頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)47分，星期五7緒 論測量地位和作用測量儀器發(fā)展歷程第7頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)47分，星期五8測量的地位和作用第8頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)47分，星期五9測量在科學(xué)研究中作用門捷列夫 (1834-1907) 科學(xué)始于測量,沒有測量，便沒有精密的科學(xué)。第9頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)47分，星期五10 信息技術(shù)包括測量技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)，測量技術(shù)是信息技術(shù)的關(guān)鍵和基礎(chǔ)。錢

4、學(xué)森(1911-2009 )測量在科學(xué)研究中作用第10頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)47分，星期五11日常生活中處處離不開測量 家用電器數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)：自動(dòng)對焦(紅外測距)數(shù)字體溫計(jì)：溫度測量自動(dòng)感應(yīng)燈：亮度測量空調(diào)、冰箱、電飯煲：溫度測量醫(yī)療衛(wèi)生電子血壓計(jì)：壓力檢測 普通轎車：約安裝幾十到近百只測量傳感器. 豪華轎車：測量傳感器數(shù)量可多達(dá)二百余只. 汽車第11頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)47分，星期五12農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，需要丈量土地、衡量谷物，就產(chǎn)生了長度、面積、容積和重量的測量；中國：秦始皇，商鞅變法，統(tǒng)一度量衡現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中處處需要測量一架飛機(jī)中： 300

5、0個(gè)測量傳感器；一個(gè)大型石油化工廠：6000個(gè)測量傳感器； 一個(gè)大型鋼鐵廠： 20000個(gè)測量傳感器。測量在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用第12頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)47分，星期五13測量在電力行業(yè)中的應(yīng)用電廠發(fā)電機(jī)組：檢測參數(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)測量傳感器電網(wǎng)運(yùn)行：成千上萬個(gè)電氣量測量傳感器第13頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)47分，星期五14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）歐洲和美國均提出各自發(fā)展智能電網(wǎng)的目標(biāo)和路線圖國家電網(wǎng)公司和

6、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)劃第14頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)47分，星期五15智能電網(wǎng)目標(biāo)IBM： 利用傳感器對發(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)通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行收集、整合，通過對數(shù)據(jù)的分析、挖掘，達(dá)到對電網(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（監(jiān)測電網(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）我國國家電網(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

7、網(wǎng)高度集成而形成的新型電網(wǎng)。第15頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)47分，星期五16智能變壓器第16頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)47分，星期五17測量儀器的發(fā)展第17頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)47分，星期五18 測量儀器發(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)，測量結(jié)果是依靠指針顯示測量儀器的發(fā)展歷程第18頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)47分，星期五19 第二代 分立電子儀器 （上世紀(jì)5、60年代）測量儀器的發(fā)展歷程以電子管，晶體管為基礎(chǔ)采用了電子測量技術(shù)測量模擬信號(hào)第19頁，共48頁，202

8、2年，5月20日，5點(diǎn)47分，星期五20測量儀器的發(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)果第20頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)47分，星期五21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的軟件組成主要問題是功能固定，應(yīng)用不靈活測量儀器的發(fā)展歷程第21頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)47分，星期五22第五代 虛擬儀器以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，是測量技術(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完成各種測試和測量的應(yīng)

9、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）測量儀器的發(fā)展歷程第22頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)47分，星期五23第一章 測量的基礎(chǔ)知識(shí)第23頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)47分，星期五24第一章 測量基礎(chǔ)知識(shí)測量的基本概念測量方法現(xiàn)代測量系統(tǒng)的組成靜態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性第24頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)47分，星期五25測量的基本概念第25頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)47分，星期五26測量概念和定義測量：人們借助專門的設(shè)備，將被測量量和同類標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，得到測量結(jié)果的一個(gè)過程。 第26頁，共48頁，2022年，5月

10、20日，5點(diǎn)47分，星期五27單位有明確定義和名稱并命其數(shù)值為1的固定量；單位量值大小是約定或法定的英呎feet1 米（1790年，法國政府規(guī)定：通過巴黎地球子午線長度的4千萬分子1） （1983年，國際計(jì)量大會(huì)：光在真空中1s時(shí)間內(nèi)傳播距離的1/299792485）第27頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)47分，星期五28 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

11、“導(dǎo)出單位”。單位制第28頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)47分，星期五29國際單位制(SI)長度 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)物單位)m-光在真空中1s時(shí)間內(nèi)傳播距離的1/299792485SI 基本單位：（m）（kg）（s）（A）（K）（mol）（cd） A-無限長導(dǎo)線恒定電流，每米長度相互作用力2x10-7NK-水三相點(diǎn)熱力學(xué)溫度1/273.16mol-微觀粒子的數(shù)量千克原器第29頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)47分，星期五30SI導(dǎo)出單位第30頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)47分，星期五31測量方法分類第31頁

12、，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)47分，星期五32測量方法分類按測量結(jié)果獲得方法分為: 直接測量 間接測量 組合測量第32頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)47分，星期五33直接測量 從測量儀表直接獲取測量結(jié)果。測量結(jié)果：20.1 mm第33頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)47分，星期五34直接測量按測量讀數(shù)方式分為直讀測量法 從儀器（儀表）讀數(shù)直接獲取測量結(jié)果。 特點(diǎn)：過程簡單 、迅速、直觀、明了, 一般來說準(zhǔn)確度較低。比較測量法 將被測量直接與標(biāo)準(zhǔn)量比較，根據(jù)比較結(jié)果獲得測量值。 典型：替代法，零位法，微差法。 特點(diǎn)：標(biāo)準(zhǔn)量直接參與，測量準(zhǔn)確度高；測量設(shè)備較貴，過

13、程復(fù)雜。第34頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)47分，星期五35典型的比較測量方法替代法方法：在相同條件下，將被測量與已知標(biāo)準(zhǔn)量先后置于同一測量裝置中，若先后兩次測量裝置都處于相同狀態(tài)，可認(rèn)為被測量等于已知量。ERx+IARN特點(diǎn)： 不受測量系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)誤差的影響，可獲得比較高的測量精度。 測量過程較復(fù)雜，花費(fèi)時(shí)間較長。E+IA替代法測電阻第35頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)47分，星期五36典型的比較測量方法零位(零值)法方法：利用指零機(jī)構(gòu)的作用，使用被測量和已知標(biāo)準(zhǔn)量兩者達(dá)到平衡，根據(jù)指零機(jī)構(gòu)示值為零來確定被測量等于標(biāo)準(zhǔn)量值。特點(diǎn)： 測量過程比較復(fù)雜，在測量時(shí)，要進(jìn)行

14、平衡操作，花費(fèi)時(shí)間長天平測質(zhì)量第36頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)47分，星期五37典型的比較測量方法微差(偏差)法方法： 被測量值與標(biāo)準(zhǔn)量大體平衡，將被測的未知量與已知的標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，并取得被測量與標(biāo)準(zhǔn)量差值。特點(diǎn)：測量精度高反應(yīng)快，特別適用于在線控制參數(shù)的檢測基準(zhǔn)量：20.00 mm測量值：+0.08 mm結(jié) 果：20.08 mm第37頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)47分，星期五38間接測量如測導(dǎo)線的電阻率（單位長度、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)算獲取測量結(jié)果的方法。 特點(diǎn)：測量過程復(fù)雜、費(fèi)時(shí)。第38頁，共48頁，

15、2022年，5月20日，5點(diǎn)47分，星期五39組合測量（聯(lián)立測量）如測量熱電阻溫度系數(shù)： 在應(yīng)用儀表進(jìn)行測量時(shí)，若被測物理量必須經(jīng)過求解聯(lián)立方程組，才能得到最后結(jié)果，則稱這樣的測量為組合測量（聯(lián)立測量）。Rt1R0（1At1Bt12） Rt2R0（1At2Bt22） 參數(shù)A，BRtR0（1AtBt2） 第39頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)47分，星期五40注意1：同一物理量可以有不同的測量方法如測電阻方法： 萬用表 (直接測量） 伏安法（RU/I)（間接測量）注意2：間接測量誤差由多個(gè)測量量合成。第40頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)47分，星期五41時(shí)域測量：（瞬態(tài)測量

16、）以時(shí)間為主要研究對象，主要測量被測量隨時(shí)間的變化的規(guī)律。 例：用示波器測量脈沖信號(hào)的上升沿、下降沿、脈寬等。頻域測量：（穩(wěn)態(tài)測量）以頻率為主要研究對象，主要測量被測量隨頻率的變化的規(guī)律。例：頻譜分析儀測量信號(hào)的頻譜。數(shù)據(jù)域測量：（邏輯量測量）以數(shù)字電路的邏輯狀態(tài)為主要研究對象。例：邏輯分析儀測量數(shù)字電路的邏輯狀態(tài)、時(shí)序等。根據(jù)測量性質(zhì)分類第41頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)47分，星期五42 接觸式測量與非接觸式測量；根據(jù)是否與被測介質(zhì)接觸分類紅外測溫接觸式測溫第42頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)47分，星期五43 靜態(tài)測量與 動(dòng)態(tài)測量根據(jù)被測量變化快慢分類電壓波動(dòng)手持式電壓表第43頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)47分，星期五44在線測量與離線測量根據(jù)測量對象是否工作分類電力變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)（測量油中氣體和微水含量）電力變壓器油氣相色譜儀第44頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)47分，星期五現(xiàn)代電氣測量系統(tǒng)的基本組成第45頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)47分，星期五現(xiàn)代電氣測