电工仪表与测量的基本知识

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1、电气测量技术山东科技大学 蒲海涛 15853170108 东楼204课程介绍l电气测量技术、电工测量、电磁测量、电工仪 表及测量、电工仪表l电气测量技术是研究各种电磁量（电量+磁量 ）的测量方法，相应仪表的原理、结构、使用 操作技术以及测量误差与数据处理的技术。l课程电工仪表技术+测量技术；l与其它相关课程电子测量技术、传感器原理与检测技术、非电量电 测技术、检测与转换、机械量电测量、现代测试技 术等。研究对象：应用领域l电气测量技术对从事电气技术工作的人员来说 是十分必要的；不论是电气设备的安装、调试 、实验、运行、维修；还是对电气产品进行检 验、测试、鉴定都会涉及电磁测量方面的技术 问题

2、。l应用于工农业生产、生活、国防、科研等各领 域。如，变电所、配电室、发电厂、电力监控 网、火箭发射中心、家用电能计量表等。学习学习电气测量技术电气测量技术这门课的目的：这门课的目的：掌握电气测量的基本原理和方法，认识新型掌握电气测量的基本原理和方法，认识新型 电气测量仪器的基本原理和应用技术。电气测量仪器的基本原理和应用技术。1. 1. 能够根据被测对象的特点制定合理的测量方案能够根据被测对象的特点制定合理的测量方案 2. 2. 能够准确选择和使用测量仪器能够准确选择和使用测量仪器 3. 3. 严格正确地处理测量数据，获取最佳的测量结果严格正确地处理测量数据，获取最佳的测量结果 要求：要求：

3、了解基本概念、掌握基本原理、熟悉基本方法了解基本概念、掌握基本原理、熟悉基本方法部分电工仪表图片部分电工仪表图片电气测量仪器的发展的阶段1.20世纪50年代以前，机械式的模拟指示仪器 （如指针式万用表、晶体管电压表等）；2.20世纪50年代左右，电子式的模拟指示仪器 （如数字式电压表、数字频率计等）；3.20世纪70年代初，智能仪器；4.20世纪80年代以后，虚拟仪器（检测技术与 计算机技术有机结合）；发展趋势l数字化l网络化l智能化l小型化目 录第1章 电工仪表与测量的基本 知识 第2章 电流与电压的测量 第3章 功率与电能的测量 第4章 频率与相位的测量 第5章 电路参数的的测量 第6章

4、磁的测量 第7章 电子电压表 第8章 电子示波器 第9章 智能仪器与虚拟仪器第一章 电工仪表与测量的基本知识l第一节 测量方法的分类l第二节 电工仪表的分类l第三节 电工仪表的组成和基本原理l第四节 测量误差及其表示方法l第五节 工程上最大测量误差的估计及系统误差的消除l第六节 随机误差的估计 本章要点2本章第一、二、三节主要介绍有关仪表的基本概念与工作原理，掌握有关变换的概念，了解各类仪表在测量过程中，都是通过变换，把被测电磁量转换为可阅读的数字或机械偏移，以达到测量的目的。2本章第四、五、六节主要是介绍产生误差的原因、误差的估计、误差的表示方法，以及如何在测量中减少误差。测量总论1、测量的

5、意义 日常生活中处处离不开测量科学的进步和发展离不开测量，离开测量就不会有真正的科学。一、测量的基本概念一、测量的基本概念没有望远镜就没有 天文学，没有显微 镜就没有细胞学， 没有指南针就没有 航海事业 生产发展离不开测量 农业社会中，需要丈量土地、衡量谷物，就产生了长度、面积、容积和重量的测量；掌握季节和节候，出现了原始的时间测量器具，并有了天文测量。现代化的工业生产中 ，处处离不开测量。例如，一个大型钢铁厂需要约2万个测量点。在高新技术和国防现代化建设中则更是离不开测量例如，每种新设计的飞机，需要测试飞机高速飞行中受气流冲击作用下的性能，通过风洞试验测定机身、机翼的受力和振动分布情况，以验

6、证和改进设计。1.狭义测量的定义2测量是为了确定被测对象的量值而进行的实验过程。2在测量过程中，人们借助专门的设备，把被测对象直接或间接地与同类已知单位进行比较，取得用数值和单位共同 表示的测量结果。二、测量的定义二、测量的定义 测量结果测量数值.测量单位，即：2测量的内涵 测量对象：被测客体中的相应的量值信息；测量目的：从被测对象取得一个定量的认识； 测量过程: 通过实验去认识对象的过程 测量方法：比较；A.直接比较 B.间接比较；C.需要测量仪器； 测量标准：同类已知单位。 测量结果：最终能表示给测量主体（人）被测物体的重量等于标 准砝码的重量被测物体的重量从度盘上读数，因为，弹簧秤度盘被

7、测物体的重量从度盘上读数，因为，弹簧秤度盘 上的刻度是事先与标准量进行比较的结果。上的刻度是事先与标准量进行比较的结果。2.广义测量的定义2广义地讲，测量不仅对被测的物理量进行定量的测量，而且还包括对更广泛的被测对象进行定性、定位的测量。例如故障诊断、无损探伤、遥感遥测、矿藏勘探、地震源测定、卫星定位等。2而测量结果也不仅仅是由量值和单位来表征的一维信息，还可以用二维或多维的图形、图像来显示被测对象的属性特征、空间分布、拓朴结构等。 2广义测量原理可以从信息获取过程来说明，包括信息的感知和信息识别两个环节。 1.测量的基本要素 三、测量的基本要素三、测量的基本要素被测对象、测量仪器、测量技术、

8、测量人员和测量环境被测对象、测量仪器、测量技术、测量人员和测量环境2.测量过程基本要素之间的互动关系2论证阶段测量的主体（测量人员）根据测试任务的要求、被测对象的特点、属性，及现有仪器设备状况，拟定合理的测试方案。2设计阶段* 选择测试仪器，组建测试系统。* 制定出测试策略（测量算法）和操作步骤（测试程序）2实施阶段* 对仪器和系统实施测试操作（发控制命令），按照逻辑和时序完成测量过程，取得测量数据;* 分析测量误差并显示测量出结果。3.被测对象信息2广义的测量是信息的获取，信息反映了事物的运动的状态及其变化方式。信息又可分为自然信息和社会信息两大类。4.测量仪器系统量具和仪器2测量仪器系统包

9、括量具、测试仪器、测试系统及附件等5.测量的主体测量人员2手动：由测量主体（测量人员）直接参与完成2自动：测量主体交给智能设备（计算机等）完成，但测量策略、软件算法、程序编写需由测量人员事先设计好。6.测试技术2测量中所采用的原理、方法和技术措施，总称为测试技术。2根据定义而令系数为1的量称为单位。2单位是表征测量结果的重要组成部分，又是对两个同类量值进行比较的基础。四、单位和单位制四、单位和单位制国际单位制 （SI）International System of Units21980年由国际计量大会（CGPM）采纳和推荐的一种一贯单 位制。 注： SI是国际单位制的国际通用符号。 2目前，国

10、际单位制下7个基本单位： 4 长 度 米 M 4 质 量 千克（公斤） Kg 4 时 间 秒 S 4 电 流 安培 A 4 热力学温度 开尔文 K 4 物质的量 摩尔 Mol 4 发光强度 坎德拉 cdSI基本单位的定义 2米：光在真空中（1/299792458s）时间间隔内所经过路 径的长度。第17届国际计量大会（1983）2千克：国际千克原器的质量。第1届国际计量大会（ 1889）和第3届国际计量大会（1901）2秒：铯-133原子基态的两个超精细能级之间跃迁所对应 的辐射的9192631770个周期的持续时间。第13届国际计 量大会（1967），决议12安培：在真空中，截面积可忽略的两根

11、相距1 m的无限长 平行圆直导线内通以等量恒定电流时，若导线间相互作 用力在每米长度上为210-7 N，则每根导线中的电流为 1 A。国际计量委员会（1946）决议2。第9届国际计量 大会（1948）批准SI基本单位的定义2开尔文：水三相点热力学温度的1/273.16。第13届国际 计量大会（1967），决议42摩尔：是一系统的物质的量，该系统中所包含的基本单元 （原子、分子、离子、电子及其他粒子，或这些粒子的特 定组合）数与0.012 kg碳-12的原子数目相等。第14届国 际计量大会（1971），决议32坎德拉：是一光源在给定方向上的发光强度，该光源发出 频率为5401012 Hz的单色辐

12、射，且在此方向上的辐射强 度为（1/683）W/sr。第16届国际计量大会（1979），决 议3国际单位制（SI）的导出单位2 国际单位制中具有专门名称的导出单位量4 平面角 弧度 rad4 立体角 球面度 sr4 频率 赫兹 Hz4 力（重力、压力） 牛顿 N4 压强（应力） 帕斯卡 Pa4 能量（功、热） 焦耳 J4 功率（辐射通量） 瓦特 W国际单位制（SI）的导出单位4 电荷量 库仑 0C 4 电位（电压、电动势） 伏特 V 4 电容 法拉 F 4 电阻 欧姆 4 电导 西门子 S 4 磁通量 韦伯 Wb 4 磁通量密度磁感应强度 特斯拉 TH 4 电感 亨利 H国际单位制（SI）的导

13、出单位4 摄氏温度 摄氏度 0C4 光通量 流明 lm4 光照度 勒克斯 lx4 放射性活度 贝可勒尔 Bq4 吸收剂量 戈瑞 Gy4 剂量当量 希沃特 Sv第一节 测量方法的分类一、测量方式分类一、测量方式分类测量方式测量方式直接测量直接测量间接测量间接测量组合测量组合测量指被测量与中间量的函数式中还有其指被测量与中间量的函数式中还有其 他未知数，须通过改变测量条件，得他未知数，须通过改变测量条件，得 出不同条件下的关系方程组，然后解出不同条件下的关系方程组，然后解 联立方程组求出被测量的数值。联立方程组求出被测量的数值。指要利用某种中间量与被测量之间的指要利用某种中间量与被测量之间的 函数

14、关系，先测出中间量，再算出被函数关系，先测出中间量，再算出被 测量。例如用伏安法测电阻。测量。例如用伏安法测电阻。指仪表读出值就是被测的电磁量，例指仪表读出值就是被测的电磁量，例 如用电流表测量电流，用电压表测量如用电流表测量电流，用电压表测量 电压。电压。二、测量方法(即数据读取方法)分类测量方法测量方法直读法直读法比较法比较法利用仪表直接读取测量数据。利用仪表直接读取测量数据。零值法零值法较差法较差法替代法替代法将已知量与被测量先后置于同一测将已知量与被测量先后置于同一测 量装置中，若两次测量装置都处于量装置中，若两次测量装置都处于 相同状态，可认为被测量等于已知相同状态，可认为被测量等于

15、已知 量，再从已知量读出被测量值。量，再从已知量读出被测量值。从比较仪求得差值，根据度量器数从比较仪求得差值，根据度量器数 值和比较差值，求得被测量的数值值和比较差值，求得被测量的数值 。比较仪表指零时，从度量器读出比较仪表指零时，从度量器读出 被测量的数值被测量的数值将被测量与度量器放在比较仪器上进将被测量与度量器放在比较仪器上进 行比较，从而求得被测量的数值。行比较，从而求得被测量的数值。第二节 电工仪表的分类 2模拟指示仪表是将被测电磁量转换为可动部分的角位移，然后根据可动部分指针在标尺上的位置直接读出被测量的数值。一、模拟指示仪表一、模拟指示仪表二、数字仪表二、数字仪表2数字仪表是将被测电磁量转换为电压，再转换为数字量，并以数字方式直接显示。2（1）根据测量机构的工作原理分类 可以把仪表 分为电磁系、磁电系、电动系、感应系、静电系 和整流系等。 4 磁电式C、 整流式L、 热偶式E、电 磁式T、 电动式、铁磁电动式D