電氣測量技術(shù)

電氣測量技術(shù)概述1、測量測量經(jīng)典論述俄國門捷列夫：”沒有測量，就沒有科學(xué)“英國庫克：“測量是技術(shù)生命的神經(jīng)系統(tǒng)”測量與測量方法定義:所謂測量就是被測量和同類標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較的一個實(shí)驗(yàn)過程。同類標(biāo)準(zhǔn)的參與方式可以是直接的，也可以是間接的直接參與：天平稱重量、電位差計(jì)測電壓等。間接參與：電流表測電流、壓力表測壓力。電流表在出廠前,已經(jīng)與標(biāo)準(zhǔn)量(標(biāo)準(zhǔn)電流)進(jìn)行比較,以獲得定標(biāo)和校準(zhǔn).1、測量電磁測量是通過直接或者間接的方法,將被測的電磁量與同類的標(biāo)準(zhǔn)單位量進(jìn)行比較,以確定被測電磁量的大小測量結(jié)果的表示測量結(jié)果由兩部分組成，即測量單位和與此測量單位相適應(yīng)的數(shù)字值。一般表達(dá)式為X={X}●x0其中X為測量結(jié)果{X}為數(shù)字值x0為測量單位1、測量測量過程準(zhǔn)備階段：在對測量對象的性質(zhì)、特點(diǎn)、測量條件認(rèn)真分析的前提下，根據(jù)對被測量結(jié)果的準(zhǔn)確度要求選擇恰當(dāng)?shù)臏y量方法和測量設(shè)備，從而擬定出測量過程及測量步驟。測量階段：在了解測量設(shè)備的特性、使用方法的前提下，按照已擬定出的測量過程及測量步驟進(jìn)行測量，科學(xué)而嚴(yán)肅地記錄數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理階段：按照選定的測量方法及理論計(jì)算出被測量的測試結(jié)果的估計(jì)值；根據(jù)誤差傳遞理論，對測量結(jié)果估計(jì)值的不確定度作出合理的評定。測量手段量具：體現(xiàn)計(jì)量單位的器具。量具中一小部分可直接參與比較，如尺子、量杯等。多數(shù)量具要用專門設(shè)備才能發(fā)揮比較的功能，如利用標(biāo)準(zhǔn)電阻器測量電阻時，需要借助于電橋。儀器：泛指一切參與測量工作的設(shè)備。包括各種直讀儀器、非直讀儀器、量具、測試信號源、電源設(shè)備以及各種輔助設(shè)備，如電壓表、頻率表、示波器等。電橋圖片測量手段測量裝置：由幾臺測量儀器及有關(guān)設(shè)備所組成的整體，用以完成某種測量任務(wù)。測量系統(tǒng)：由若干不同用途的測量儀器及有關(guān)輔助設(shè)備所組成，用以多種參量的綜合測試。測量方法按照測量結(jié)果的獲得方式分直接測量法：從儀表的讀數(shù)直接獲取測量結(jié)果的方法。如：電壓表測量電壓。用預(yù)先按標(biāo)準(zhǔn)量標(biāo)定好的儀器對被測量進(jìn)行測量或用標(biāo)準(zhǔn)量直接與被測量進(jìn)行比較，從而從儀器的指示機(jī)構(gòu)的讀數(shù)直接獲得被測量之值的一種測量方法。示例：電流表測量電流、用電橋測量電阻等。優(yōu)點(diǎn)：測量出的數(shù)據(jù)就是被測量本身的值，測量過程簡單快速，應(yīng)用比較廣泛。測量方法間接測量法：由儀表的讀數(shù)，按照一定的函數(shù)關(guān)系經(jīng)計(jì)算而獲取測量結(jié)果的方法。通過對與被測量有函數(shù)關(guān)系的其他量的測量而通過計(jì)算得到被測量值的測量方法。示例：伏安法測電阻，通過測量電阻器兩端的電壓和通過電阻器兩端的電流，根據(jù)歐姆定律，可以算出被測電阻器的阻值。間接測量間接測量法適用范圍：該方法測量過程復(fù)雜費(fèi)時一般應(yīng)用在以下情況：直接測量不方便；間接測量比直接測量的結(jié)果更為準(zhǔn)確；沒有直接測量的儀表。測量方法組合測量法：在測量兩個或兩個以上相關(guān)的未知數(shù)時，通過改變測量條件而獲得一組含有測量讀數(shù)和未知數(shù)的方程組，求解進(jìn)而獲取測量結(jié)果的方法。如：電阻的溫度系數(shù)測量。測量方法按測量性質(zhì)分時域測量也叫瞬態(tài)測量，主要是測量被測量隨時間的變化規(guī)律。例：示波器測量脈沖信號的上升沿、下降沿、過沖、平頂?shù)洹⒚}沖寬度等。頻域測量：也叫穩(wěn)態(tài)測量，主要是測量被測量隨頻率的變化規(guī)律。例：用頻譜分析儀測量信號的頻譜；函數(shù)分析儀測量單元電路的幅頻特性、相頻特性等。數(shù)據(jù)域測量：也叫邏輯量測量。例：邏輯分析儀測量數(shù)字電路的邏輯狀態(tài)、時序等。2、測量單位及測量基準(zhǔn)要使測量結(jié)果準(zhǔn)確、可靠和一致，需滿足以下條件：統(tǒng)一的計(jì)量單位，它應(yīng)該有足夠的科學(xué)性和公認(rèn)的定義，并有一定的換算關(guān)系，目前實(shí)行的國際單位制按照規(guī)定的定義，能夠復(fù)現(xiàn)出需要的物理量單位或標(biāo)準(zhǔn)要有正確的測量方法具有把基本單位和同類量相比較的裝置，并能把基本單位量值逐級按傳遞系統(tǒng)傳遞到測量現(xiàn)場測量單位及測量基準(zhǔn)為什么統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)？在日常生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中，經(jīng)常要使用一些物理量來表示物質(zhì)及其運(yùn)動的多少、大小、強(qiáng)度等。例如，1m布、2kg糖、30s等等。有了米、千克這樣的計(jì)量單位，就能表達(dá)這些東西的數(shù)量。由于世界各國、各民族的文化發(fā)展的不同，往往會形成各自的單位制，如英國的英制、法國的米制等。因而使得同一個物理量常用不同的單位來表示。例如，壓強(qiáng)的單位有千克／平方厘米、磅／平方英寸、標(biāo)準(zhǔn)大氣壓、毫米汞柱、巴、托等多種。這樣多的單位在換算過程中很容易出現(xiàn)差錯，這對于國際科學(xué)技術(shù)的交流和商業(yè)往來是非常不方便的。因此，就有了實(shí)行統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的必要。單位及單位制單位：是以定量表示同類量而約定采用的特定量。說明：數(shù)值等于1，其量值大小是約定的，或用法令形式規(guī)定的。舉例：長度單位米，法國政府1790年規(guī)定，沿通過巴黎的地球子午線長度的四千萬分之一為1米。1983年，第17屆國際計(jì)量大會有將米的定義改為：米是光在真空中在1/299792458秒的時間間隔里所經(jīng)過的距離。單位及單位制基本單位與導(dǎo)出單位世界上的物理量很多，可以選擇一些少數(shù)的相互獨(dú)立的物理量，使其他物理量都通過這些量組合而定義。這些少數(shù)的物理量就叫做“基本量”。而把通過物理法則組合構(gòu)成的物理量稱為“導(dǎo)出量”?；玖康膯挝槐环Q為“基本單位”這類單位由公認(rèn)的國際計(jì)量機(jī)構(gòu)根據(jù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展水平給出的獨(dú)立的定義導(dǎo)出量的單位被稱為“導(dǎo)出單位”，它是由基本單位遵循物理法則組合而成。單位及單位制單位制基本單位確定以后，就可按一定的關(guān)系用它們構(gòu)成一系列導(dǎo)出單位，這樣基本單位與導(dǎo)出單位就形成了一個完整的單位體系，這一單位體系的集合稱之為單位制。目前絕大多數(shù)國家公認(rèn)并使用的是國際單位制。單位及單位制國際單位制我國法定的計(jì)量單位單位制的發(fā)展歷程1960年以來，國際計(jì)量會議以米、千克、秒制為基礎(chǔ)，制定了國際單位制（簡稱SI）。國際單位制是在米制基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，于1960年第11屆國際計(jì)量大會通過。目前已有80多個國家宣布采用國際單位制，工業(yè)比較發(fā)達(dá)的國家?guī)缀跞坎捎昧藝H單位制。1977年5月，我國國務(wù)院頒布了《中華人民共和國計(jì)量管理?xiàng)l例（試行）》，并在第三條中明確規(guī)定“我國的基本計(jì)量制是米制（即公制），逐步采用國際單位制”。1981年4月，經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)頒發(fā)了《中華人民共和國計(jì)量單位名稱與符號方案（試行）》，要求在全國各地試行。單位及單位制－國際單位制國際單位制的構(gòu)成SI單位SI基本單位SI導(dǎo)出單位SI輔助單位SI詞頭符號:SI,來自法文的leSystèmeinternationald'unités單位及單位制－國際單位制SI基本單位有7個,分別是:長度米m質(zhì)量千克kg時間秒s電流安培A熱力學(xué)開爾文K物質(zhì)的量摩爾mol發(fā)光強(qiáng)度坎德拉cd單位及單位制－國際單位制長度:米(m)1.1790年5月由法國科學(xué)家組成的特別委員會，建議以通過巴黎的地球子午線全長的四千萬分之一作為長度單位——米2.1960年第十一屆國際計(jì)量大會：“米的長度等于氪－86原子的2P10和5d1能級之間躍遷的輻射在真空中波長的1650763．73倍”。3.1983年10月在巴黎召開的第十七屆國際計(jì)量大會：“米是1／299792458秒的時間間隔內(nèi)光在真空中行程的長度”

質(zhì)量：千克（kg）千克定義為國際千克原器的質(zhì)量。時間：秒（s）1967年的第13屆國際度量衡會議上通過了一項(xiàng)決議，采納以下定義代替秒的天文定義：一秒為銫-133原子基態(tài)兩個超精細(xì)能級間躍遷輻射9,192,631,770周所持續(xù)的時間。國際原子時是根據(jù)以上秒的定義的一種國際參照時標(biāo)，屬國際單位制(SI)。單位及單位制－國際單位制電流：安[培]（A）

安培是一恒定電流，若保持在處于真空中相距1米的兩無限長，而圓截面可忽略的平行直導(dǎo)線內(nèi)，則兩導(dǎo)線之間產(chǎn)生的力在每米長度上等于2×10-7牛頓。該定義在1948年第九屆國際計(jì)量大會上得到批準(zhǔn)，1960年第十一屆國際計(jì)量大會上，安培被正式采用為國際單位制的基本單位之一。安培是為紀(jì)念法國物理學(xué)家A.-M.安培而命名的。熱力學(xué)溫度：開[爾文]（K）

開爾文英文是Kelvin簡稱開，國際代號K，熱力學(xué)溫度的單位。開爾文是國際單位制（SI）中7個基本單位之一，以絕對零度（0K）為最低溫度，規(guī)定水的三相點(diǎn)的溫度為273.16K，1K等于水三相點(diǎn)溫度的1／273.16。熱力學(xué)溫度T與人們慣用的攝氏溫度t的關(guān)系是T＝t＋273.15，因?yàn)樗谋c(diǎn)溫度近似等于273.15K，并規(guī)定熱力學(xué)溫度的單位開（K)與攝氏溫度的單位攝氏度（℃)完全相同。開爾文是為了紀(jì)念英國物理學(xué)家LordKelvin而命名的。單位及單位制－國際單位制發(fā)光強(qiáng)度：坎[德拉]（cd）坎德拉是一光源在給定方向上的發(fā)光強(qiáng)度，該光源發(fā)出頻率為540×1012赫茲的單色輻射，而且在此方向上的輻射強(qiáng)度為1／683瓦特每球面度．定義中的540×1012赫茲輻射波長約為555nm，它是人眼感覺最靈敏的波長．物質(zhì)的量：摩[爾]（mol）表示組成物質(zhì)微粒數(shù)目多少的物理量（物質(zhì)的量是一個專用名詞，不可分割和省略）摩爾是物理量物質(zhì)的量的單位根據(jù)科學(xué)測定，12克12C所含的C原子數(shù)為6.0220943×1023用符號NA表示，稱阿伏加德羅常數(shù)阿伏加德羅常數(shù)（NA）近似值6.02×10∧23定義：凡是含有阿伏加德羅常數(shù)個結(jié)構(gòu)微粒（約6.02×10∧23）的物質(zhì)，其物質(zhì)的量為1摩。單位及單位制－國際單位制SI導(dǎo)出單位在選定了基本單位之后,按物理量之間的關(guān)系,由基本單位相乘,相除的形式構(gòu)成的單位稱為導(dǎo)出單位.頻率赫[茲]Hz力；重力牛[頓]N壓力，壓強(qiáng)帕[斯卡]Pa能量；功；熱焦[耳]J功率；輻射通量瓦[特]W電荷量庫[侖]C電位；電壓；電動勢伏[特]V電容法[拉]F電阻歐姆Ω電導(dǎo)西[門子]S磁通量韋[伯]Wb磁通量密度、磁感應(yīng)強(qiáng)度特[斯拉]T電感亨[利]H攝氏溫度攝氏度℃光通量流[明]lm光照度勒[克斯]lx放射性活度貝可[勒爾]Bq吸收劑量戈[瑞]Gy劑量當(dāng)量希[沃特]Sv單位及單位制－國際單位制頻率：赫[茲]（Hz）在1秒時間間隔內(nèi)發(fā)生一個周期過程的頻率，即1Hz=1s^-1力；重力：牛[頓]（N）使一千克質(zhì)量的物體產(chǎn)生1米每二次方秒加速度的力，即1N=1kg·m/s^2壓力，壓強(qiáng)：帕[斯卡]（Pa）等于1牛頓每平方米，即1Pa=1N/m^2能量；功；熱：焦[耳]（J）當(dāng)1牛頓力的作用點(diǎn)在力的方向上移動1米距離所作的功，即1J=1N·m功率；輻射通量瓦[特]W在1秒時間間隔內(nèi)產(chǎn)生1焦耳能量的功率，即1W=1J/s電荷量：庫[侖]（C）一安培電流在1秒時間間隔內(nèi)所運(yùn)送的電量，即1C=1A·s電位；電壓；電動勢：伏[特]（V）流過1安培恒定電流的導(dǎo)線內(nèi)，如兩點(diǎn)之間所消耗的功率為1瓦特時，這兩點(diǎn)之間的電位差為1伏［特］，即1V=1W/A單位及單位制－國際單位制電容：法[拉]（F）當(dāng)電容器充1庫侖電量時，它的兩極板之間出現(xiàn)1伏特的電位差，即1F=1C/V電阻：歐[姆]（Ω）一導(dǎo)體兩點(diǎn)之間的電阻，當(dāng)在這兩點(diǎn)間加上1伏特恒定電位差時，在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生1安培電流，而導(dǎo)體內(nèi)不存在任何電動勢，即1Ω=1V/A電導(dǎo)：西[門子]（S）電導(dǎo)在數(shù)值上等于電阻的倒數(shù)，即1S=1/Ω磁通量：韋[伯]（Wb）表征磁場分布情況的物理量。通過磁場中某處的面元dS的磁通量dΦB定義為該處磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小B與dS在垂直于B方向的投影dScosθ的乘積，即1Wb=1T·m^2磁通量密度、磁感應(yīng)強(qiáng)度:特[斯拉](T)垂直于磁場方向的1米長的導(dǎo)線，通過1安培的電流，受到磁場的作用力為1牛頓時，通電導(dǎo)線所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度就是1特斯拉,即1T=1N/(A·m)電感：亨[利]（H）一閉合回路的電感，當(dāng)流過該電路的電流以1安培每秒的速率均勻變化時，在回路中產(chǎn)生1伏特的電動勢，即1H=1V·s/A攝氏溫度：攝氏度（℃）沸點(diǎn)定為一百度，冰點(diǎn)定為零度，其間分成一百等分，一等分為一度，即1℃=1K-273.15光通量：流[明]（lm）發(fā)光強(qiáng)度為1坎德拉(cd)的點(diǎn)光源，在單位立體角（1球面度）內(nèi)發(fā)出的光通量為1流明，即1lm=1cd/sr單位及單位制－國際單位制光照度：勒[克斯]（lx）1流明的光通量均勻分布在1平方米面積上的照度，就是一勒克斯，即1lx=1lm/m^2放射性活度：貝可[勒爾]（Bq）等于1每秒的活度，即1Bq=1s^-1吸收劑量:戈[瑞](Gy)等于1焦耳每千克的吸收劑量，即1Gy=1J/kg劑量當(dāng)量：希[沃特]（Sv）等于1焦耳每千克的劑量當(dāng)量，即1Sv=1J/kg具有專門名稱的SI導(dǎo)出單位總共有19個。有17個是以杰出科學(xué)家的名字命名的，如牛頓、帕斯卡、焦耳等，以紀(jì)念他們在本學(xué)科領(lǐng)域里作出的貢獻(xiàn)。電磁學(xué)量的單位電荷電場強(qiáng)度電位/電壓/電動勢電容介電常數(shù)電阻電導(dǎo)電阻率自感/互感功率磁場強(qiáng)度磁通密度/磁感應(yīng)強(qiáng)度磁通單位及單位制－我國法定的計(jì)量單位國際單位制單位國家選定的非國際單位制單位由以上單位構(gòu)成的組合形式的單位

電路參數(shù)是指電阻、電容和電感三種基本參數(shù)，也是描述網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)的重要參數(shù)。為了實(shí)現(xiàn)對其的精確測量，目前普遍采用數(shù)字化測量，對于電路參數(shù)的數(shù)字化測量是通過把被測參數(shù)轉(zhuǎn)化成直流電壓或頻率后進(jìn)行測量的。以電阻的測量為例：

電阻的測量是指將電阻值轉(zhuǎn)換成直流電壓后進(jìn)行測量。目前主要采用恒流源的方法進(jìn)行測量，即將恒定的電流Is通過被測電阻Rx，測得Rx上的兩端壓降Ux，則Rx=Ux/Is。根據(jù)其產(chǎn)生恒流源的方法的不同又分為電位降法、比例運(yùn)算器法和積分運(yùn)算器法。電磁參量的測量1、比例運(yùn)算器法圖6—1比例運(yùn)算器法測量原理圖比例運(yùn)算放大器的原理如圖6－1所示。圖中UN為基準(zhǔn)源，RN為標(biāo)準(zhǔn)電阻，RX為被測電阻，根據(jù)電路可知：由此可得：適用于微小電阻測量電氣工程概論6.1電磁參數(shù)的測量當(dāng)Ad趨于無窮大時：

2、積分運(yùn)算器法

積分運(yùn)算器法的原理如圖6－2所示。該方法采用積分法，因此適用于高阻的測量，測量范圍為109—1014Ω，測量精度可達(dá)0.1％圖6—2積分運(yùn)算法測量原理圖

設(shè)脈沖的周期為Tc，N為脈沖的個數(shù)，則開門時間ΔT內(nèi)的計(jì)數(shù)值為ΔT＝NTc。電氣工程概論6.1電磁參數(shù)的測量3.用集成芯片7106組成的多量程電阻測量電路

圖6-3示出了使用7106芯片組成的多量程電阻測量電路。其中，電阻R的作用是限制串聯(lián)電阻上流過的電流，以避免在7106芯片輸入端上超過200mv。由電阻R、RN、RX組成的串聯(lián)回路上電流I為

對于雙積分型的A/D轉(zhuǎn)換器，其數(shù)字讀出有如下關(guān)系

由式（6-1）可知，適當(dāng)選取標(biāo)準(zhǔn)電阻RN的值，就可得到不同的電阻測量范圍。若RN＝1k?，則RX被測范圍就可為1－2000?之間。電氣工程概論6.1電磁參數(shù)的測量電氣工程概論6.1電磁參數(shù)的測量（二）電容的測量

傳統(tǒng)的電容測量方法有諧振法和電橋法兩種。隨著數(shù)字化測量技術(shù)的發(fā)展，在測量速度和精度上有很大的改善，電容的數(shù)字化測量常采用恒流法。計(jì)數(shù)器。當(dāng)Uc值大于UR時，比較器輸出零電氣工程概論6.1電磁參數(shù)的測量（三）電感的測量使用交流電橋法雖然能較準(zhǔn)確的測量電感，但交流電橋的平衡過程復(fù)雜，而且通過測量Q值確定電感的方法，誤差較大。采用時間常數(shù)的數(shù)字化測量方法測量電感較簡單實(shí)用。二、頻率和相位的測量（一）頻率的測量

在電子測量技術(shù)中，頻率是一個最基本的參數(shù)，而且頻率測量的精度已經(jīng)達(dá)到了10-13數(shù)量級，是目前物理量中能測量的最精確的參數(shù)之一。因此，在檢測技術(shù)中常常將一些非電量或其它電參量先轉(zhuǎn)換成頻率，然后加以測量，以提高測量精度。目前測量頻率的方法有電橋法、諧振法、差頻法、電子計(jì)數(shù)法等。電氣工程概論6.1電磁參數(shù)的測量（二）相位的測量相位是交流信號的一個重要的參數(shù)，相位的數(shù)字化測量應(yīng)用類似頻率計(jì)測量時間的原理。利用相位-頻率轉(zhuǎn)換器測量的原理如圖6—8所示。圖6—8相位－頻率轉(zhuǎn)換式數(shù)字相位計(jì)原理圖(a)原理圖；(b)轉(zhuǎn)換波形圖電氣工程概論6.1電磁參數(shù)的測量三、電壓的測量從測量的角度來講，一般根據(jù)被測電壓的類型可以分為直流電壓、交流電壓和脈沖電壓。對于直流電壓的測量，相對來講比較簡單，因此，本節(jié)著重介紹交流電壓和脈沖電壓的測量。（一）交流電壓的測量交流電壓可用平均值、有效值、峰值來表征。1、交流電壓平均值的測量交流電壓平均值的表達(dá)式為全波

半波

平均值在電路上的實(shí)現(xiàn)通常使用線性檢波器。為了獲得轉(zhuǎn)換精度高、線性度好、頻率范圍寬和動態(tài)過程短的檢波效果，通常采用運(yùn)算放大器的負(fù)反饋特性克服二極管檢波的非線性，構(gòu)成線性檢波器，也稱平均值檢波器。電氣工程概論6.1電磁參數(shù)的測量2、交流電壓有效值的測量

在實(shí)際應(yīng)用中，交流電壓的有效值比峰值、平均值更為常用。因?yàn)榉钦译妷旱挠行е挡荒苡梅逯祷蚱骄涤枰該Q算。交流電壓u(t)的有效值Urms的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：其有效值的檢波器的電路原理圖如圖6—10所示。A1、A2為差分放大器，A3為倒相器，A4為積分器，M為乘法器。由圖可知電氣工程概論6.1電磁參數(shù)的測量3、交流電壓的峰值的測量對于交流電壓或一些脈沖電壓信號需要進(jìn)行峰值的測量。當(dāng)輸入信號的波峰系數(shù)一定時，將信號的峰值保持一段時間，然后進(jìn)行測量，該變換電路就稱為峰值檢波器或峰值保持器。因此波峰系數(shù)為：對于純交流電壓的波峰系數(shù)為

常見的最基本的峰值檢波器是由一個二極管和一個保持電容組成，如圖6－11所示。慢放電：快充電：電氣工程概論6.1電磁參數(shù)的測量（二）脈沖電壓的測量

脈沖電壓的測量一般指脈沖的幅值測量，當(dāng)脈沖電壓的頻率較高，占空比較大時，可用上述峰值來測量。但是如果被測脈沖電壓的周期T很長而脈沖寬度又很窄，則占空比很小，在用峰值電壓表會產(chǎn)生很大的誤差。需要采用專門的測量方法。圖6—12為脈沖電壓的保持器，當(dāng)被測脈沖ux到來時，運(yùn)算放大器A1的輸出使晶體管V1的飽和導(dǎo)通對保持電容C迅速充電到脈沖的幅值Um，A2為跟隨器，其輸出電壓U0=Um。正脈沖過后，晶體管V1截止，A2的輸入電阻很高，電容C沒有放電電路，所以保持Uc=Um。U0通過反饋電阻Rf反饋到A1反向輸入端，A1輸入為低電平，所以二極管VD截止。欲保持性能好，必須選擇漏電流極小的電容器C。電氣工程概論6.1電磁參數(shù)的測量四、磁測量磁測量包含的范圍很廣，大致可以分為三個方面：（1）對磁場和磁性材料的測量；（2）分析物質(zhì)的磁結(jié)構(gòu)，觀察物質(zhì)在磁場中的各種效應(yīng)；（3）在邊緣學(xué)科領(lǐng)域中，利用磁場與其他物理量的關(guān)系，通過測量磁性來測出其它量。如：磁性檢驗(yàn)、磁粉探傷、磁性診斷和磁性勘探等。電氣工程概論6.1電磁參數(shù)的測量

傳感器是一種能夠感受到規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律再轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置，即是一種以一定的精度把被測量轉(zhuǎn)換為與之有確定對應(yīng)關(guān)系的，便于應(yīng)用的某種物理量的測量裝置。非電量測量的關(guān)鍵技術(shù)就是如何將非電量轉(zhuǎn)換成電量的技術(shù)—傳感技術(shù)。從應(yīng)用的角度出發(fā)，根據(jù)所轉(zhuǎn)換的物理類型可分為：電參量、磁電式、壓電式、光電式、熱電式等。電氣工程概論6.2傳感器技術(shù)傳感器技術(shù)高電壓測量技術(shù)電氣工程概論第六章電氣測量技術(shù)一、穩(wěn)態(tài)高電壓的測量穩(wěn)態(tài)高電壓，主要是指工頻交流高電壓和直流高電壓，測量高電壓的難度在于測量時往往有泄漏的影響、電暈的影響，在交流電壓下還有雜散參數(shù)的影響。電壓高達(dá)數(shù)兆伏時，難度更大。在高壓實(shí)驗(yàn)室中測量交流高電壓的方法很多，目前常用的有下列幾種：1）利用氣體放電測量交流高電壓；2）利用靜電力測量交流高電壓；3）采用電容分壓器系統(tǒng)來測量交流高電壓。以上前兩種均可用來直接測量穩(wěn)態(tài)高電壓，即交流高電壓和直流高電壓。另外采用電阻分壓器系統(tǒng)也可測量直流高電壓。電阻分壓器可參考本節(jié)的”沖擊電壓的測量“中的敘述。各種測量儀表的量程是有限度的，常常通過分壓器來擴(kuò)大儀表的量程，即讓被測電壓的大部分電壓降降落在分壓器的高壓臂上，測量儀表測得的僅是低壓臂上的電壓降，再乘上分壓比即可得被測電壓。電氣工程概論6.3高壓實(shí)驗(yàn)裝置及其測量(一)球隙測量法球隙法主要用于交流電壓、標(biāo)準(zhǔn)全波沖擊電壓(包括雷電波和操作波)和直流電壓的測量。因球隙放電是與電壓峰值相關(guān)的，所以測量的是電壓的峰值。當(dāng)銅球距離與銅球直徑之比大于0.5時，其放電電壓數(shù)值的準(zhǔn)確性較差。圖6-25所示是球隙測量法的接線圖。R1是保護(hù)變壓器用的防振電阻，而R2是與球隙串聯(lián)的保護(hù)電阻。R2的作用有兩方面：一方面可用它來限制球隙放電時流過球極的短路電流，以免球極燒傷而產(chǎn)生麻點(diǎn)；另一方面當(dāng)試驗(yàn)回路出現(xiàn)刷狀放電現(xiàn)象時，可減少或避免因此而產(chǎn)生的瞬態(tài)過電壓所造成的球間隙的異常放電。圖6—25球隙測量法的接線圖C0－試品；G－球隙電氣工程概論6.3高壓實(shí)驗(yàn)裝置及其測量測量球隙作為一種高電壓測量方法的優(yōu)點(diǎn)是：1）可以測量穩(wěn)態(tài)高電壓和沖擊電壓的幅值，幾乎是直接測量超高電壓的唯一設(shè)備；2）結(jié)構(gòu)簡單!容易自制或購買!不易損壞；3）有一定的準(zhǔn)確度，一般認(rèn)為測量交流及沖擊電壓時的不確定度可在3%以內(nèi)。但此測量方法也有許多缺點(diǎn)：1）測量時必須放電，放電時將破壞穩(wěn)定狀態(tài)，可能引起過電壓；2）測量較費(fèi)時間。除了因?yàn)橐ㄟ^多次放電進(jìn)行測量外，施壓過程也不能太快。開始應(yīng)施加相當(dāng)?shù)头档碾妷海恢乱蜷_關(guān)操作瞬間產(chǎn)生球隙放電，然后要緩慢升壓，以使在球隙放電瞬間低壓側(cè)儀表能夠準(zhǔn)確地讀數(shù)；3）實(shí)際使用中，測量穩(wěn)態(tài)電壓要進(jìn)行多次放電，測量沖擊電壓要用50％放電電壓法，比較麻煩；4）要校正大氣條件；5）被測電壓越高，球徑越大，不僅本身越來越笨重，而且影響試驗(yàn)室的建筑尺寸。電氣工程概論6.3高壓實(shí)驗(yàn)裝置及其測量(二)靜電電壓表

通過測量此靜電力的大小或是由此靜電力產(chǎn)生的某一極板的偏移（或偏轉(zhuǎn)）來反映所加電壓大小的表計(jì)稱為靜電電壓表。靜電電壓表可以用來測量低電壓，也可用它直接測量高電壓。靜電電壓表有兩種類型：一種是絕對儀靜電電壓表；另一種是工程上應(yīng)用的靜電電壓表，是非絕對儀。所謂絕對儀靜電電壓表是指，當(dāng)電極S已知的條件下，測量電極之間的作用力f以及極間距l(xiāng)，由此而計(jì)算出電極間所施加的被測電壓的一種精密而復(fù)雜的靜電電壓表。因?yàn)榭梢杂?jì)算出被測電壓，所以不需要其他測量電壓的儀表來為之校定和刻出其電壓刻度。工程上所應(yīng)用的靜電電壓表是非絕對儀，它需要用別的測量儀表來校正和刻出它的電壓刻度。電氣工程概論6.3高壓實(shí)驗(yàn)裝置及其測量

靜電電壓表的優(yōu)點(diǎn)是它基本上不從電路里吸取功率，或是只吸取極小量的無功功率，用以建立極板中的電場和極板對地的雜散電場。由于儀表極板的電容一般僅為幾個到幾十個皮法拉，所以所吸收的功率極小，可以認(rèn)為靜電電壓表的內(nèi)阻抗極大，這是它的最大優(yōu)點(diǎn)。普通高壓靜電電壓表在使用時應(yīng)注意高壓源及引線對表的電場影響，引線應(yīng)水平地從接地極板后側(cè)引入。高壓靜電電壓表不像低壓表那樣四周被封閉起來，所以不宜用于有風(fēng)的環(huán)境中，否則活動電極會被風(fēng)吹動，造成光標(biāo)指示搖晃而形成測量誤差。電氣工程概論6.3高壓實(shí)驗(yàn)裝置及其測量（三）電容分壓器電容分壓器可使用于幾千伏甚至3MV的交流高電壓的廣泛范圍之內(nèi)。電容分壓器有兩種主要形式，一種稱為分布式電容分壓器，它的高壓臂由多個電容元件串聯(lián)組成；另一種稱為集中式電容分壓器，它的高壓臂使用的是一個氣體介質(zhì)的高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器。電容分壓器低壓臂應(yīng)采用低電感結(jié)構(gòu)、低介質(zhì)損耗的電容器。測量的同軸電纜的首端接地屏蔽，應(yīng)與低壓臂的外屏蔽緊密而且緊湊地相連接。同軸電纜的匹配可分為兩種：一為首端匹配，另一為首末兩端匹配。分別見圖6－26和圖6-27。電氣工程概論6.3高壓實(shí)驗(yàn)裝置及其測量電氣工程概論6.3高壓實(shí)驗(yàn)裝置及其測量電氣工程概論6.3高壓實(shí)驗(yàn)裝置及其測量兩圖中R1、R2都等于電纜波阻抗Z，DL為同軸電纜，CRO為示波器，進(jìn)入電纜的波都有在圖6-26中，反射波回到首端時，由于R1=Z，C2較大，在首端不再產(chǎn)生反射波。故在初始時刻的分壓比為當(dāng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，低壓臂分出的電壓為故最終分壓比為電氣工程概論6.3高壓實(shí)驗(yàn)裝置及其測量可見最初分壓比和最終分壓比稍有差異。差異的百分比值為在一般情況下，誤差可被略去不計(jì)。若遇分壓器的電容比較小，電纜又比較長，Ce

與C2相比不能忽略時，可采用圖6－27的回路，此回路中選擇此時初始分壓比和穩(wěn)定后的最終分壓比都為。電氣工程概論6.3高壓實(shí)驗(yàn)裝置及其測量二、沖擊電壓的測量（一）沖擊峰值電壓表在沖擊高壓試驗(yàn)中，試驗(yàn)波形調(diào)好之后，使用峰值電壓表直接讀出沖擊電壓的峰值，可大大簡化測量過程。但是，被測電壓的波形必須是平滑上升的，否則就會產(chǎn)生誤差。一般情況下，峰值表多與示波器并聯(lián)使用以監(jiān)視被測波形。和示波器一樣，峰值表的測量誤差應(yīng)不大于2％，如果保持讀數(shù)在滿刻度的50％以上，則滿刻度的誤差應(yīng)不大于1％。

在理想情況下，圖6-28中整流元件Z導(dǎo)通時電阻為零，在u1上升的階段，電容C上(點(diǎn)2)的電壓u2

和u1完全一樣，二者同時到達(dá)峰值(圖6-29(a))，隨后，整流元件立即閉鎖，u2便一直保持um

值不變。電氣工程概論6.3高壓實(shí)驗(yàn)裝置及其測量如果我們用內(nèi)阻無限大的電壓表PV來測量，便可得出相當(dāng)于峰值Um

的穩(wěn)定指示。而實(shí)際上Z不可能是理想元件，電壓表的內(nèi)阻也不可能無限大，故實(shí)際的測量波形應(yīng)如圖(圖6-29(b))所示。電氣工程概論6.3高壓實(shí)驗(yàn)裝置及其測量(二)電阻分壓器測量系統(tǒng)電阻分壓器可用于測量交流高電壓、直流高電壓和沖擊電壓。由于穩(wěn)態(tài)測量時，電阻損耗較大、易發(fā)熱、影響測量精度，故電阻分壓器較多用于沖擊電壓的測量。圖6－30中，R1和R2分別為分壓器的高低壓臂電阻，DL為同軸電纜，R4

為末端匹配電阻，它與電纜的波阻抗Z相等，R3

為首端匹配電阻，即同軸電纜對于波過程來說，相當(dāng)于一