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1、电磁测量与检测技术,第一章 电磁测量的基本知识,第一章 电磁测量的基本知识,第一节 电磁测量的基本概念,一、表示测量仪表和测量结果性能的参数,1.灵敏度 仪表输出信号的变化量与输入信号的变化量x之比成为 仪表的灵敏度，用S表示，即,灵敏度的倒数成为仪表常数，用C表示,2.准确度 准确度是指测量仪表的测量结果与被测量的真实值接近的程 度。,3.精密度 精密度是指多次测量时，歌词测量值之间接近的程度，它是 衡量测量仪表在重复测量时质量好坏的参数。显然，精密度高不 一定准确度高。,4.精确度 精确度是准确度和精密度的综合概括，能全面衡量测量结果 的优劣程度。,准确度反映的是系统误差的大小，系统误差越
2、小，测量结果 越准确；精密度反映的是偶然误差的大小，偶然误差越小，测量 结果的精密度就越高。,5.不确定度 不确定度是测量结果包含的一个参数，用来表示被测量值可 能的分散程度。不确定度越小，表明测量结果的质量越高。不确 定度的表示有以下三种方法：,6.稳定度 稳定度是指在规定的工作条件保持不变的情况下，测量仪表 的性能在一定的时间内保持不变的能力。,7.可靠性 可靠性是指测量仪表受外界因素影响时，测量结果变化的程 度。,二、单位制,三、仪表的型号,四、仪表中的符号,五、度量器,度量器是测量单位的复制体，也成为量具。根据准确度的高 低，度量器分为基准器、标准器和工作量具。电磁测量中的标准 器主要
3、包括标准电池、标准电阻、标准电容和标准电感。,1.标准电池,饱和式标准电池：准确度等级较高，电动势随时间变化引 起的变化很小，但随温度变化引起的变化较大，即温度系 数大。,不饱和式标准电池：准确度等级较低，电动势随时间变化 引起的变化较大，但随温度变化引起的变化很小。,保存和使用标准电池应注意的问题（教材p.56）,2.标准电阻,对标准电阻的要求是准确度高、稳定性好、可靠性强。,保存和使用标准电阻应注意的问题（教材p.7）,3.标准电容,对标准电容的要求是准确度高、稳定性好、线性度好、损耗 因数小。,损耗因数：,教材p.7式（1-4）是错误的。,式中：R为电容的等值并联漏电阻。,标准电容的三端
4、结构：使用时将屏蔽端赋以适当的电位，可 以消除杂散电容的影响。,保存和使用标准电容应注意的问题（教材p.7）,4.标准电感,对标准电容的要求是准确度高、稳定性好、线性度好、品质 因数高。,品质因数：,式中：R为电感线圈的等值电阻。,标准电感包括标准自感和标准互感。,保存和使用标准电感应注意的问题（教材p.8）,第二节 仪表和测量方法的分类,一、仪表的分类,分类方法：,(1)按被测量的种类：分为电压表、电流表、功率表等 (2)按被测量随时间的变化：分为交流表、直流表、交直流两用表； (3)按使用方式：分为便携式、安装式等； (4)按工作原理：分为磁电系、电磁系、电动系、感应系、静电系等； (5)
5、按测量方式：分为直读式仪表和比较式仪表； (6)按准确度等级： (7)按使用环境条件： (8)按外壳防护性能： (9)按仪表防御外界磁场或电场影响的性能： (10)按读数装置： (11)按可动部分的支承方式： (12)按机械结构的形式： ,二、测量方法的分类,1.直接测量：测量结果从仪表的指示机构一次直接获得，称 为直接测量。 2.间接测量：先对与被测量有关的物理量进行直接测量，然 后根据他们之间的函数关系通过计算求出被测量,称为间接测量。 选择间接测量的几种情况： (1)不能直接测量； (2)直接测量的条件不具备； (3)间接测量的结果比直接测量更准确。 3.组合测量：在测量过程中，需要改变
6、测量条件进行多次测 量，根据直接测量和间接测量的结果,结联立方程组求出被测量， 称为组合测量。,第三节 测量误差,一、误差的分类,1.系统误差（规律误差） 系统误差产生的原因： (1)仪表本身不完善 (2)测量方法不当 (3)使用不当 (4)实验者的影响 (5)环境条件影响,系统误差的消除方法见第六节。,工程上常采用对被测量进行多次重复测量取算数平均值作为 测量结果，以消除可能存在的偶然误差。,2.偶然误差（随机误差） 偶然误差误差的特征： (1)有界性 (2)单峰性 (3)对称性 (4)抵偿性,3.疏失误差（粗大误差） 测量结果与实际值明显不符，产生的主要原因是实验者粗心 大意（读错或记错数
7、据、计算错误），仪表出现故障等。这样的 结果不可取用，应剔除。,以打靶为例，说明三种误差的性质,用弹着点分布说明三种误差的性质,二、系统误差的表示,1.绝对误差：被测量的测量值X与实际值A之差成为绝对误差, 用表示，即 =XA,3.引用误差：工程上采用引用误差来表示测量仪表的准确度。 绝对误差与测量仪表的量程之比的百分数成为引用误差，用n表 示，即,2.相对误差：绝对误差与实际值之比的百分数成为相对误差， 用表示，即,三、偶然误差的表示,一系列直接测量值与最佳值的差值称为剩余误差或残余误差, 简称残差，即,其中A为测量结果的最佳值，即一系列测量结果的算术平均值，可 认为是真值。,偶然误差一般用
8、精密度表示，精密度用剩余误差计算，有三 种表示方法： 1.均方根误差(标准差) 2.或然误差 3.算术平均误差,第四节 直读仪表的准确度等级,一、仪表的准确度,用最大引用误差来表示仪表的准确度，即,用K来描述仪表的准确度等级，K级的仪表表示它的最大引用误差 不超过K%，显然K值越小，仪表的准确度越高。,二、仪表准确度等级的确定,三、仪表的修正值,绝对误差的负值称为仪表的修正值，用表示，即,测量值与修正值相加就可以得到实际值。,第五节 系统误差的合成与估计,一、直接测量中误差的估计,在直接测量中，由仪表产生的最大相对误差为,二、间接测量中误差的合成与估计,需进行几次不同量或不同数值的测量，然后根
9、据它们所共同 遵循的公式计算出最后结果。每次测量的误差，都将对最后结果 有所影响。,设被测量y与直接测量诸量x1,x2,xn之间的函数关系为,y=f(x1,x2, ,xn),令x1,x2, ,xn分别代表测量x1,x2, ,xn时的误差，y代 表由x1,x2, ,xn 引起的被测量y中的误差，则,y+ y=f(x1+x1, x2+x2, ,xn+xn),将上式右端按泰勒级数展开，并略去高阶导数项后，得,所以：,相对误差：,在最不利的条件下，结果中的各项误差同号，可能出现的最 大误差按绝对值合成法进行：,1.加减法,2.乘除法,当单项项数较少时，这种可能性较大，采用该方法比较合适；当 单项项数较
10、多时，这种可能性很小，采用该法就有点保守了，一 般采用几何合成法进行估计，即：,1.加减法,2.乘除法,第六节 系统误差的消除,一、误差修正（引入校正值）,系统误差有规律可循，在相同条件下进行测量时是不变的。 因此可采用一些办法将此恒定因素的影响消除，保证测量结果的 准确性。在工程上，当系统误差被减小到可以忽略时，通常可认 为它已被消除。,二、消除误差源,三、特殊方法（实验方法）,1.替代法 2.正负误差抵消法 3.等时距对称消去法 4.差值法,第七节 测量结果的数据处理,关于有效数字及实验数据处理，在中学的有关课程中已有介 绍，在大学物理实验课中也应有说明，现将教材中的要点开列如 下，以供回
11、顾和复习，并在实践中应用。,一、有效数字的意义,有效数字、欠准数字（存疑数字）、无效数字、可靠数字,在读书和记录数据时，应注意以下几个问题：,(1)有效数字与小数点无关； (2)记录数据时，只需保留一位欠准数字； (3)0在数字之间或在数字之末都是有效数字，但在数字之前 不是有效数字； (4)对于很大的书和很小的数，通常采用数字乘以10n的形式 表示数据， 10n前面的数字为有效数字。,二、数据的取舍 四舍五入原则,4舍6入，遇5的处理原则如下：,三、有效数字的运算,1.加减运算：哪个数据欠准数字的数位最高，运算结果就取 那个数位作为欠准数字位，其它数字均按四舍五入原则处理。,不删略运算：先对
12、数据进行运算，再作四舍五入处理； 删略运算：先对数据按四舍五入原则处理，再进行计算。,2.乘除运算：运算结果的有效数字取决于有效数字最少的一 项，一般要求比有效数字最少的数据多保留一位。,3.乘方、开方运算：要求运算结果的有效数字比原数据多保 留一位。,4.对数运算：要求运算结果的有效数字与原数据相同。,第八节 直读仪表测量机构中的力矩,测量仪表主要由测量电路、测量机构和指示机构组成。,测量机构中的三个力矩：,一、转动力矩：驱动仪表的可动部分发生偏转的力矩。,二、反作用力矩：与转动力矩方向相反并与之平衡的力矩， 使仪表的可动部分有一个固定的偏转。,三、阻尼力矩：阻尼力矩的特点是，其大小要与活动部分的 偏转速度成正比，其方向要与该速度的方向相反，即,阻尼力矩只有在仪表的可动部分偏转过程中存在，当仪表的 可动部分稳定在平衡点时便消失，因此，阻尼力矩不影响转动力 矩和反作用力矩的平衡。,阻尼力矩的三种状态：过阻尼、欠阻尼和临界阻尼。,测量机构的三要素： 产生转动力矩的装置叫做驱动装置； 产生反作用力矩的装置叫做控制装置； 产生阻尼力矩的装置叫做阻尼装置。,本章习题：p.19,1-3，1-6，1-8， 1-9，1-11，1-15,第一章结束,
