電工儀表與測(cè)量

課程簡(jiǎn)介第一部分：電工儀表與測(cè)量

電流、電壓、功率、電能、電路參數(shù)的測(cè)量第二部分：常用電子儀器與測(cè)量方法

電子電壓表、電子示波器的使用1.1測(cè)量的基本概念1.1.1測(cè)量的意義

日常生活中處處離不開(kāi)測(cè)量科學(xué)的進(jìn)步和發(fā)展離不開(kāi)測(cè)量，離開(kāi)測(cè)量就不會(huì)有真正的科學(xué)。

沒(méi)有望遠(yuǎn)鏡就沒(méi)有天文學(xué)，沒(méi)有顯微鏡就沒(méi)有細(xì)胞學(xué)，沒(méi)有指南針就沒(méi)有航海事業(yè)1.1.2測(cè)量的基本概念（續(xù)）測(cè)量的內(nèi)涵

①測(cè)量對(duì)象：被測(cè)客體中的相應(yīng)的量值信息；測(cè)量目的：從被測(cè)對(duì)象取得一個(gè)定量的認(rèn)識(shí)；②測(cè)量過(guò)程:通過(guò)實(shí)驗(yàn)去認(rèn)識(shí)對(duì)象的過(guò)程③測(cè)量方法：比較；A.直接比較B.間接比較；C.需要測(cè)量?jī)x器；④測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)：同類(lèi)已知單位。⑤測(cè)量結(jié)果：最終能表示給測(cè)量主體（人）1.1.2測(cè)量的定義1.狹義測(cè)量的定義測(cè)量是為了確定被測(cè)對(duì)象的量值而進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)過(guò)程。在測(cè)量過(guò)程中，人們借助專(zhuān)門(mén)的設(shè)備，把被測(cè)對(duì)象直接或間接地與同類(lèi)已知單位進(jìn)行比較，取得用數(shù)值和單位共同表示的測(cè)量結(jié)果。

測(cè)量結(jié)果＝測(cè)量數(shù)值.測(cè)量單位，即：1.1.2測(cè)量的定義（續(xù)）被測(cè)物體的重量等于標(biāo)準(zhǔn)砝碼的重量被測(cè)物體的重量從度盤(pán)上讀數(shù)，因?yàn)椋瑥椈沙佣缺P(pán)上的刻度是事先與標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較的結(jié)果。1.1.1測(cè)量的意義（續(xù)）生產(chǎn)發(fā)展離不開(kāi)測(cè)量農(nóng)業(yè)社會(huì)中，需要丈量土地、衡量谷物，就產(chǎn)生了長(zhǎng)度、面積、容積和重量的測(cè)量；掌握季節(jié)和節(jié)候，出現(xiàn)了原始的時(shí)間測(cè)量器具，并有了天文測(cè)量。現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中，處處離不開(kāi)測(cè)量例如，一個(gè)大型鋼鐵廠(chǎng)需要約2萬(wàn)個(gè)測(cè)量點(diǎn)在高新技術(shù)和國(guó)防現(xiàn)代化建設(shè)中則更是離不開(kāi)測(cè)量例如，每種新設(shè)計(jì)的飛機(jī)，需要測(cè)試飛機(jī)高速飛行中受氣流沖擊作用下的性能，通過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)測(cè)定機(jī)身、機(jī)翼的受力和振動(dòng)分布情況，以驗(yàn)證和改進(jìn)設(shè)計(jì)。測(cè)量方式分類(lèi)1、直接測(cè)量：電磁量與度量器直接在比較儀器中比較或用指示儀表測(cè)量，可直接讀出被測(cè)量值。特點(diǎn)：測(cè)出的數(shù)據(jù)就是被測(cè)量本身的值。2、間接測(cè)量：先測(cè)中間量，再利用公式計(jì)算被測(cè)量值。3、組合測(cè)量：對(duì)中間量的一次測(cè)量無(wú)法求得被測(cè)量值時(shí)，改變測(cè)量條件，測(cè)出其他未知數(shù)聯(lián)立求解。1.1.3測(cè)量的基本要素1.測(cè)量的基本要素 被測(cè)對(duì)象、測(cè)量?jī)x器、測(cè)量技術(shù)、測(cè)量人員和測(cè)量環(huán)境

1.1.3測(cè)量的基本要素（續(xù)）2.測(cè)量過(guò)程——基本要素之間的互動(dòng)關(guān)系論證階段:

測(cè)量的主體（測(cè)量人員）根據(jù)測(cè)試任務(wù)的要求、被測(cè)對(duì)象的特點(diǎn)、屬性，及現(xiàn)有儀器設(shè)備狀況，擬定合理的測(cè)試方案。設(shè)計(jì)階段*選擇測(cè)試儀器，組建測(cè)試系統(tǒng)。*制定出測(cè)試策略（測(cè)量算法）和操作步驟（測(cè)試程序）實(shí)施階段*對(duì)儀器和系統(tǒng)實(shí)施測(cè)試操作（發(fā)控制命令），按照邏輯和時(shí)序完成測(cè)量過(guò)程，取得測(cè)量數(shù)據(jù);*分析測(cè)量誤差并顯示測(cè)量出結(jié)果。1.1.3測(cè)量的基本要素（續(xù)）3.被測(cè)對(duì)象——信息廣義的測(cè)量是信息的獲取，信息反映了事物的運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)及其變化方式。信息又可分為自然信息和社會(huì)信息兩大類(lèi)。4.測(cè)量?jī)x器系統(tǒng)——量具和儀器測(cè)量?jī)x器系統(tǒng)包括量具、測(cè)試儀器、測(cè)試系統(tǒng)及附件等5.測(cè)量的主體——測(cè)量人員手動(dòng)：由測(cè)量主體（測(cè)量人員）直接參與完成自動(dòng)：測(cè)量主體交給智能設(shè)備（計(jì)算機(jī)等）完成，但測(cè)量策略、軟件算法、程序編寫(xiě)需由測(cè)量人員事先設(shè)計(jì)好。1.1.3測(cè)量的基本要素（續(xù)）6.測(cè)試技術(shù)測(cè)量中所采用的原理、方法和技術(shù)措施。

7.測(cè)量環(huán)境測(cè)量過(guò)程中人員、對(duì)象和儀器系統(tǒng)所處空間的一切物理和化學(xué)條件的總和。包括溫度、濕度、力場(chǎng)、電磁場(chǎng)、輻射、化學(xué)氣霧和粉塵，霉菌以及有關(guān)電磁量（工作電壓、源阻抗、負(fù)載阻抗、地磁場(chǎng)、雷電等）的數(shù)值、范圍及其變化。1.1.3測(cè)量的基本要素（續(xù)）環(huán)境對(duì)測(cè)量的影響A.環(huán)境對(duì)被測(cè)對(duì)象的影響：某些被測(cè)對(duì)象客體（如器件、電路或系統(tǒng)）的性能特性對(duì)環(huán)境變化較為敏感或非常敏感，因此，原則上測(cè)量應(yīng)在被測(cè)對(duì)象的正?；蝾~定工作條件下進(jìn)行。B.環(huán)境對(duì)儀器系統(tǒng)的影響：環(huán)境可能直接或間接地影響到儀器系統(tǒng)本身的某個(gè)工作特性，進(jìn)而影響測(cè)量結(jié)果，造成測(cè)量誤差。特別是某些測(cè)量器具的量程廣、頻段寬，而內(nèi)部的元器件數(shù)目甚多，且對(duì)外界影響相當(dāng)敏感，錯(cuò)綜復(fù)雜的影響量所產(chǎn)生的不良效應(yīng)有時(shí)會(huì)成為測(cè)量的嚴(yán)重問(wèn)題。1.1.3測(cè)量的基本要素（續(xù)）C.環(huán)境對(duì)測(cè)量人員的影響：高溫、嚴(yán)寒、潮濕、悶氣、嘈雜、照明不適當(dāng)?shù)炔涣脊ぷ鳝h(huán)境，會(huì)對(duì)測(cè)量人員的身心產(chǎn)生不良影響，從而引起不同程度的人身誤差乃至差錯(cuò)。應(yīng)采取適當(dāng)?shù)目刂拼胧?，盡量減少由于環(huán)境影響而產(chǎn)生的誤差。恒溫、恒濕、穩(wěn)壓和防震。抗干擾、防噪聲的措施，如接地、屏蔽、隔離、濾波等。儀器應(yīng)能盡量適應(yīng)惡劣環(huán)境和大范圍變化環(huán)境。儀器以工作環(huán)境條件的不同要求分為三組：I組：良好的環(huán)境條件，溫度+10～+35oC，相對(duì)濕度80%（在35oC上），只允許有輕微的振動(dòng)。II組：一般的環(huán)境條件，溫度－10～+40oC，相對(duì)濕度80%（在40oC上），允許一般的振動(dòng)和沖擊。III組：惡劣的環(huán)境條件，溫度－40～+55oC，相對(duì)濕度90%（在35oC上），允許頻繁的搬動(dòng)和運(yùn)輸中受到較大的沖擊和振動(dòng)。I組:高精度計(jì)量用儀器II組:通用儀器III組:野外、機(jī)載等儀器1．2計(jì)量的基本概念1.2.1計(jì)量的定義和意義

為使在不同的地方，用不同的手段測(cè)量同一量時(shí)，所得的結(jié)果一致，就要求統(tǒng)一的單位、基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)量器具。

1.計(jì)量的定義計(jì)量是一種特殊形式的測(cè)量，它把被測(cè)量與國(guó)家計(jì)量部門(mén)作為基準(zhǔn)或標(biāo)準(zhǔn)的同類(lèi)單位量進(jìn)行比較，以確定合格與否，并給出具有法律效力的《檢定證書(shū)》。計(jì)量是利用技術(shù)和法制手段實(shí)現(xiàn)單位統(tǒng)一和量值準(zhǔn)確可靠的測(cè)量。計(jì)量的三個(gè)主要特征是統(tǒng)一性、準(zhǔn)確性和法制性。計(jì)量包含了為達(dá)到統(tǒng)一和準(zhǔn)確一致所進(jìn)行的全部活動(dòng)，如單位的統(tǒng)一、基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)的建立、進(jìn)行量值傳遞、計(jì)量監(jiān)督管理、測(cè)量方法及其手段的研究等。1.2.1計(jì)量的定義和意義（續(xù)）2.計(jì)量與測(cè)量的關(guān)系測(cè)量發(fā)展的客觀(guān)需要才出現(xiàn)了計(jì)量。測(cè)量是計(jì)量應(yīng)用的重要途徑。沒(méi)有測(cè)量，計(jì)量將失去價(jià)值為了保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，必須定期對(duì)儀器進(jìn)行檢定和校準(zhǔn)，這個(gè)過(guò)程就是計(jì)量。計(jì)量的任務(wù)是確定測(cè)量結(jié)果的可靠性。計(jì)量是測(cè)量的基礎(chǔ)和依據(jù)。沒(méi)有計(jì)量，也談不上測(cè)量。計(jì)量和測(cè)量相互配合，才能在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。計(jì)量工作是國(guó)民經(jīng)濟(jì)中一項(xiàng)極為重要的技術(shù)基礎(chǔ)工作，它在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)技術(shù)、國(guó)防建設(shè)以及人民生活等各個(gè)方面起著技術(shù)保證和技術(shù)監(jiān)督的作用。1．2．2單位和單位制

根據(jù)定義而令系數(shù)為1的量稱(chēng)為單位。單位是表征測(cè)量結(jié)果的重要組成部分，又是對(duì)兩個(gè)同類(lèi)量值進(jìn)行比較的基礎(chǔ)。英呎——feet1．2．2單位和單位制（續(xù)）1960年第十一屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)上正式通過(guò)國(guó)際單位制SI。1984年2月國(guó)務(wù)院頒布了《中華人民共和國(guó)法定計(jì)量單位》，決定我國(guó)法定計(jì)量單位以國(guó)際單位制為基礎(chǔ)。SI有7個(gè)基本單位1．2．2單位和單位制（續(xù)）1.國(guó)際單位制（SI）的組成國(guó)際單位制基本單位

1．2．2單位和單位制（續(xù)）國(guó)際單位制是由國(guó)際單位制單位、國(guó)際單位制詞頭和國(guó)際單位制的十進(jìn)倍數(shù)單位三部分組成。國(guó)際單位制詞頭表示使單位增大或縮小的十進(jìn)倍數(shù)。例：-9

1．2．3基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)

1.基準(zhǔn)基準(zhǔn)用來(lái)復(fù)現(xiàn)某一基本測(cè)量單位的量值，只用于鑒定各種量具的精度，不直接參加測(cè)量。(1)一級(jí)基準(zhǔn)，又稱(chēng)主基準(zhǔn)和國(guó)家基準(zhǔn)具有最高水平的基準(zhǔn)。一個(gè)國(guó)家只有一個(gè)。(2)二級(jí)基準(zhǔn)，又稱(chēng)副基準(zhǔn)副基準(zhǔn)的量值精度由主基準(zhǔn)確定，用以代替主基準(zhǔn)向下傳遞或代替主基準(zhǔn)參加國(guó)際比對(duì)(3)三級(jí)基準(zhǔn)，又稱(chēng)工作基準(zhǔn)工作基準(zhǔn)用來(lái)直接向下屬標(biāo)準(zhǔn)量具進(jìn)行量值傳遞，用以檢定下屬計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)量具的精確度。1．2．3基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)（續(xù)）2.標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)工作基準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)出不同等級(jí)的便于經(jīng)常使用的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)量具或儀器，簡(jiǎn)稱(chēng)標(biāo)準(zhǔn)。計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)確度等級(jí)在工作基準(zhǔn)之下，工作計(jì)量器具之上。按精度高低又分為一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)、二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)這些標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)常性地對(duì)日常工作儀器進(jìn)行檢定，確定其量值的精確度大小。除標(biāo)準(zhǔn)器具外，還有標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。1．2．3基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)（續(xù)）3.幾個(gè)術(shù)語(yǔ)（1）計(jì)量器具：凡是能用以直接或間接測(cè)出被測(cè)對(duì)象量值的量具、計(jì)量?jī)x器和計(jì)量裝置都統(tǒng)稱(chēng)為計(jì)量器具。計(jì)量器具按作用可分為計(jì)量基準(zhǔn)、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)和工作計(jì)量器具三類(lèi)。（2）計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具：準(zhǔn)確度低于計(jì)量基準(zhǔn)，用于檢定計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)或工作計(jì)量器具的計(jì)量器具。（3）工作計(jì)量器具：工作崗位上使用，不用于進(jìn)行量值傳遞，而是直接用來(lái)測(cè)量被測(cè)對(duì)象量值的計(jì)量器具。1．2．3基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)（續(xù)）（4）比對(duì)：在規(guī)定條件下，對(duì)相同準(zhǔn)確度等級(jí)的同類(lèi)基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)或工作計(jì)量器之間的量值進(jìn)行比較，其目的是考核量值的一致性。（5）檢定：是用高一等級(jí)準(zhǔn)確度的計(jì)量器具對(duì)低一等級(jí)的計(jì)量器具進(jìn)行比較，以達(dá)到全面評(píng)定被檢計(jì)量器具的計(jì)量性能是否合格的目的。一般要求計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)確度為被檢者的1/3到1/10。（6）校準(zhǔn)：校準(zhǔn)是指被校的計(jì)量器具與高一等級(jí)的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)相比較，以確定被校計(jì)量器具的示值誤差（有時(shí)也包括確定被校器具的其他計(jì)量性能）的全部工作。（7）量值的傳遞：指一個(gè)物理量單位通過(guò)各級(jí)基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)及相應(yīng)的輔助手段準(zhǔn)確地傳遞到日常工作中所使用的測(cè)量?jī)x器、量具，以保證量值統(tǒng)一的全過(guò)程。電工儀表組成與基本原理一、模擬指示儀表：1、組成：被測(cè)量測(cè)量線(xiàn)路測(cè)量機(jī)構(gòu)a.測(cè)量線(xiàn)路：把被測(cè)量轉(zhuǎn)換為可被測(cè)量機(jī)構(gòu)接受的過(guò)渡量b.測(cè)量機(jī)構(gòu)：把過(guò)渡量轉(zhuǎn)換為指針角位移，是儀表的核心過(guò)渡量指針偏移角c.過(guò)渡量的選擇看儀表的類(lèi)型2、測(cè)量機(jī)構(gòu)：（以磁電系為例）

按作用功能分類(lèi)如下：a.產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的驅(qū)動(dòng)裝置：一般電磁場(chǎng)強(qiáng)弱由被測(cè)量大小決定，分布狀態(tài)與可動(dòng)不分所處位置有關(guān)。M=F(x,a)b.產(chǎn)生反作用力矩的控制裝置：偏轉(zhuǎn)角越大，反作用力矩越大c.產(chǎn)生阻尼力矩的阻尼裝置：吸收振蕩能量，為盡快讀數(shù)數(shù)字儀表組成與基本原理組成:被測(cè)量測(cè)量電路A/D轉(zhuǎn)換數(shù)字顯示器電壓Ua.測(cè)量線(xiàn)路：將被測(cè)模擬量轉(zhuǎn)換為便于進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的另一模擬量，一般是直流電壓b.數(shù)字顯示器：把轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量用數(shù)碼形式顯示出來(lái)1．3測(cè)量誤差的基本概念

1.3.1測(cè)量誤差的定義測(cè)量的目的:獲得被測(cè)量的真值。真值:在一定的時(shí)間和空間環(huán)境條件下，被測(cè)量本身所具有的真實(shí)數(shù)值。測(cè)量誤差:所有測(cè)量結(jié)果都帶有誤差。1.3.2測(cè)量誤差的來(lái)源（1）儀器誤差：由于測(cè)量?jī)x器及其附件的設(shè)計(jì)、制造、檢定等不完善，以及儀器使用過(guò)程中老化、磨損、疲勞等因素而使儀器帶有的誤差。（2）影響誤差：由于各種環(huán)境因素（溫度、濕度、振動(dòng)、電源電壓、電磁場(chǎng)等）與測(cè)量要求的條件不一致而引起的誤差。（3）理論誤差和方法誤差：由于測(cè)量原理、近似公式、測(cè)量方法不合理而造成的誤差。（4）人身誤差：由于測(cè)量人員感官的分辨能力、反應(yīng)速度、視覺(jué)疲勞、固有習(xí)慣、缺乏責(zé)任心等原因，而在測(cè)量中使用操作不當(dāng)、現(xiàn)象判斷出錯(cuò)或數(shù)據(jù)讀取疏失等而引起的誤差。（5）測(cè)量對(duì)象變化誤差：測(cè)量過(guò)程中由于測(cè)量對(duì)象變化而使得測(cè)量值不準(zhǔn)確，如引起動(dòng)態(tài)誤差等。1.3.3測(cè)量誤差的表示方法測(cè)量誤差有絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差兩種表示方法。1.絕對(duì)誤差（1）定義：由測(cè)量所得到的被測(cè)量值與其真值之差，稱(chēng)為絕對(duì)誤差

實(shí)際應(yīng)用中常用實(shí)際值A(chǔ)（高一級(jí)以上的測(cè)量?jī)x器或計(jì)量器具測(cè)量所得之值）來(lái)代替真值。絕對(duì)誤差：有大小，又有符號(hào)和量綱1.3.3測(cè)量誤差的表示方法（續(xù)）（2）修正值與絕對(duì)誤差的絕對(duì)值大小相等，但符號(hào)相反的量值，稱(chēng)為修正值測(cè)量?jī)x器的修正值可以通過(guò)上一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的檢定給出，修正值可以是數(shù)值表格、曲線(xiàn)或函數(shù)表達(dá)式等形式。被測(cè)量的實(shí)際值1.3.3測(cè)量誤差的表示方法（續(xù)）2.相對(duì)誤差一個(gè)量的準(zhǔn)確程度，不僅與它的絕對(duì)誤差的大小，而且與這個(gè)量本身的大小有關(guān)。例：測(cè)量足球場(chǎng)的長(zhǎng)度和成都市到綿陽(yáng)市的距離，若絕對(duì)誤差都為1米，測(cè)量的準(zhǔn)確程度是否相同？（1）相對(duì)真誤差、實(shí)際相對(duì)誤差、示值相對(duì)誤差相對(duì)誤差：絕對(duì)誤差與被測(cè)量的真值之比相對(duì)誤差是兩個(gè)有相同量綱的量的比值，只有大小和符號(hào)，沒(méi)有單位。1.3.3測(cè)量誤差的表示方法（續(xù)）實(shí)際相對(duì)誤差：用實(shí)際值A(chǔ)代替真值A(chǔ)0

示值相對(duì)誤差：用測(cè)量值X代替實(shí)際值A(chǔ)1.3.3測(cè)量誤差的表示