四章节电磁量测量技术

《四章节电磁量测量技术》由会员分享，可在线阅读，更多相关《四章节电磁量测量技术（44页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第四章第四章 电磁量测量技术电磁量测量技术 第一节第一节 电压的测量电压的测量第二节第二节 电流的测量电流的测量第三节第三节 阻抗的测量阻抗的测量第四节第四节 功率的测量功率的测量第五节第五节 频率的测量频率的测量第六节第六节 磁场的测量磁场的测量1电压测量是电测量与非电测量的基础；电压测量是电测量与非电测量的基础； 电测量中，许多电量的测量可以转化为电压测量：电测量中，许多电量的测量可以转化为电压测量：表征电信号能量的三个基本参数：电压、电流、功率表征电信号能量的三个基本参数：电压、电流、功率其中：电流、功率其中：电流、功率 电压，再进行测量电压，再进行测量非电测量中，物理量非电测量中，物理

2、量 电压信号，再进行测量电压信号，再进行测量如：温度、压力、振动、（加）速度如：温度、压力、振动、（加）速度第一节第一节 电压的测量电压的测量一、电压测量的重要性一、电压测量的重要性2第一节第一节 电压的测量电压的测量 二、直流电压的测量二、直流电压的测量1、直流电压测量系统组成：、直流电压测量系统组成：输入电路：对输入电压衰减输入电路：对输入电压衰减/ /放大、变换、钳位等。放大、变换、钳位等。A/DA/D转换器：实现模拟电压到数字量的转换，核心部件。转换器：实现模拟电压到数字量的转换，核心部件。数字显示器：显示模拟电压的数字量结果；数字显示器：显示模拟电压的数字量结果；逻辑控制电路：在统一

3、时钟作用下，完成内部电路的协调有序工作。逻辑控制电路：在统一时钟作用下，完成内部电路的协调有序工作。32、输入电路、输入电路放大电路：放大电路：OP07OP07，1010倍倍衰减网络：衰减网络：1KV1KV200mV200mV输入电路：放大、衰减、量程切换、钳位保护、滤波输入电路：放大、衰减、量程切换、钳位保护、滤波+-+NR0Ruo(t)ui(t)C1C2R2R1RCRC有源滤波器：有源滤波器：( (二阶低通滤波器二阶低通滤波器) )43 3、模数转换器、模数转换器(AD574)(AD574)：分辨率：分辨率：1212位（逐次比较）；位（逐次比较）；非线性误差：小于非线性误差：小于1/2LS

4、B1/2LSB或或1LSB1LSB；转换速率：转换速率：25us25us；电压输入范围：电压输入范围：10V10V、20V20V、5V5V和和10V10V；电源电压：电源电压：15V15V和和5V5V；数据输出格式：数据输出格式：1212位位/8/8位；位； 5n显示位数显示位数n完整显示位完整显示位：能够显示：能够显示0-90-9的数字。的数字。n非完整显示位非完整显示位( (俗称半位俗称半位) )：只能显示：只能显示0 0和和1 1（在最高位上）。（在最高位上）。n如如4 4位位电电压压表表，具具有有4 4位位完完整整显显示示位位，其其最最大大显显示示数数字字为为99999999。n而而

5、位位（4 4位位半半）电电压压表表，具具有有4 4位位完完整整显显示示位位，1 1位位非非完完整整显示位，其最大显示数字为显示位，其最大显示数字为19999 19999 。4 4、直流电压表主要性能指标、直流电压表主要性能指标1426n量程量程n基基本本量量程程：无无衰衰减减或或放放大大时时的的输输入入电电压压范范围围，由由A/DA/D转转换换器量程范围确定。器量程范围确定。n通过对输入电压（按通过对输入电压（按1010倍）放大或衰减，可倍）放大或衰减，可扩展其他量程扩展其他量程。n分辨力分辨力n用每个字对应的电压值来表示，即用每个字对应的电压值来表示，即V/V/字。字。n不不同同的的量量程程

6、上上能能分分辨辨的的最最小小电电压压变变化化的的能能力力不不同同，显显然然，在最小量程上具有最高分辨力在最小量程上具有最高分辨力。n例例如如，3 3位位半半的的电电压压表表，在在200mV200mV最最小小量量程程上上，可可以以测测量量的的最最大大输输入入电电压压为为199.9mV199.9mV，其其分分辨辨力力为为0.1mV/0.1mV/字字（即即当当输输入电压变化入电压变化0.1mV0.1mV时，显示的末尾数字将变化时，显示的末尾数字将变化“1 1个字个字” ）。）。4、直流电压表主要性能指标、直流电压表主要性能指标7三、交流电压的测量三、交流电压的测量1、交流电压的表征方法、交流电压的表

7、征方法峰值：以零电平为参考的最大电压幅值峰值：以零电平为参考的最大电压幅值 （用（用VpVp表示表示 ）。）。平均值：数学上定义平均值：数学上定义 相当于交流电压相当于交流电压u(tu(t) )的的直流分量直流分量。有效值：交流电压在一个周期有效值：交流电压在一个周期T T内，通过某纯电阻负载内，通过某纯电阻负载R R所产生的热量，所产生的热量， 与一个直流电压在同一负载上产生的热量相等时，与一个直流电压在同一负载上产生的热量相等时， 则该直流电压的数值就表示了交流电压的有效值。则该直流电压的数值就表示了交流电压的有效值。从测量角度定义：从测量角度定义：8交流电压的交流电压的波形系数波形系数K

8、F：交流电压的交流电压的波峰系数波峰系数KP：为表征同一信号的峰值、有效值及平均值的关系，引入为表征同一信号的峰值、有效值及平均值的关系，引入波形系数及波峰系数。波形系数及波峰系数。9波峰系数和波形系数波峰系数和波形系数n对理想的正弦交流电压对理想的正弦交流电压u(t)=Vpsin(t)，若，若=2/Tn对理想的正弦交流电压对理想的正弦交流电压u(t)=Vpsin(t)，若，若=2/T102、交流电压的测量方法、交流电压的测量方法（1）峰值检测电路：）峰值检测电路：由由二极管峰值检波电路二极管峰值检波电路完成，有二完成，有二极管串联（极管串联（a)a)和并联（和并联（b b）两种形式。）两种形

9、式。原理：原理：通过二极管通过二极管正向快速充电正向快速充电达到输入电压的峰值，而二极管达到输入电压的峰值，而二极管反反向截止时向截止时“保持保持”该峰值。该峰值。11n要求：要求： 式式中中，Rs和和rd分分别别为为等等效效信信号号源源u(t)的的内内阻阻和和二二极极管管正正向向导导通通电电阻阻，C为为充充电电电电容容（并并联联式式检检波波电电路路中中C还还起起到到隔隔直直流流的的作作用用），RL为等效负载电阻，为等效负载电阻，Tmin和和Tmax为为u(t)的最小和最大周期。的最小和最大周期。二极管峰值检波电路工作原理：二极管峰值检波电路工作原理：峰值检波电路的输出存在较小的波动，其峰值检

10、波电路的输出存在较小的波动，其平均值略小于实际平均值略小于实际峰值峰值。特点：特点：检波器的输出电压和交流电压的峰值成正比，灵敏度较低，几十毫伏；检波器的输出电压和交流电压的峰值成正比，灵敏度较低，几十毫伏； 测量上限取决于检波二极管的方向击穿电压。测量上限取决于检波二极管的方向击穿电压。 工作频率范围取决于检波二极管的高频特性。工作频率范围取决于检波二极管的高频特性。u(t) 峰值检波峰值检波 放大放大 驱动表头驱动表头 峰值电压表原理：峰值电压表原理：12（2）平均值检测电路）平均值检测电路原理：由二极管桥式整流电路完成。原理：由二极管桥式整流电路完成。形式：全波整流形式：全波整流(a)(

11、a)和半波整流和半波整流(b)(b)。整流电路输出直流电流整流电路输出直流电流I I0 0的平均值与被测输入电压的平均值与被测输入电压u(tu(t) )的平均值成正比；的平均值成正比；输出信号与输出信号与u(tu(t) )的波形无关；的波形无关；电容电容C C用于滤除整流后的交流成分，避免指针摆动。用于滤除整流后的交流成分，避免指针摆动。13n以全波整流电路为例，以全波整流电路为例，I I0 0的平均值为的平均值为 式中，式中，T T为为u(t)u(t)的周期，的周期，r rd d和和r rm m分别为检波二极管的正向导通电阻分别为检波二极管的正向导通电阻和电流表内阻，可视为常数（它反映了检波

12、器的灵敏度）。和电流表内阻，可视为常数（它反映了检波器的灵敏度）。n于是，于是，I I0 0的平均值的平均值 与与u(t)u(t)的平均值的平均值 成正比。成正比。 （2）平均值检测原理）平均值检测原理u(t) 放大放大 均值检波均值检波 驱动表头驱动表头均值电压表原理：均值电压表原理：特点：特点： 频率范围受放大器带宽限制，频率范围受放大器带宽限制，20Hz-10MHz； 灵敏度受放大器噪声限制，可做到毫伏级。灵敏度受放大器噪声限制，可做到毫伏级。14（3）有效值检测电路）有效值检测电路利用模拟运算的集成电路检波方法：利用模拟运算的集成电路检波方法：通过多级运算器级连实现：通过多级运算器级连

13、实现：模拟乘法器（平方）模拟乘法器（平方）积分积分开方开方比例运算。比例运算。AD536AAD536A：真有效值：真有效值- -直流转换单片集成电路：直流转换单片集成电路： 可将任复杂波形的真有效值转换成直流输出；可将任复杂波形的真有效值转换成直流输出； 最大误差最大误差0.20.2； 低功耗：低功耗：1.2mA1.2mA静态电流；静态电流；有效值电压表：有效值电压表：不受波形失真影响，但频率范围不受波形失真影响，但频率范围受转换器限制。受转换器限制。15（4）电压表的刻度特性和误差分析）电压表的刻度特性和误差分析n当当输输入入u(tu(t) )为为正正弦弦波波时时，读读数数即即为为u(tu(

14、t) )的的有有效效值值V V（而而不不是是该纯正弦波的峰值该纯正弦波的峰值VpVp）。）。n对对于于非非正正弦弦波波的的任任意意波波形形，读读数数没没有有直直接接意意义义（既既不不等等于于其其峰峰值值VpVp也也不不等等于于其其有有效效值值V V）。但但可可由由读读数数换换算算出出峰峰值值和和有效值。有效值。峰值电压表的刻度特性峰值电压表的刻度特性:电电压压表表刻刻度度特特性性：各各类类电电压压表表的的示示值值都都是是按按正正弦弦波波有有效效 值来定度的。值来定度的。16n换算关系归纳如下：换算关系归纳如下： 式中，式中，为峰值电压表读数，为峰值电压表读数，KpKp为波形的波峰因数。为波形的

15、波峰因数。 n波形误差：若将读数波形误差：若将读数直接作为直接作为有效值有效值，产生的误差。，产生的误差。17n当当输输入入u(tu(t) )为为正正弦弦波波时时，读读数数即即为为u(tu(t) )的的有有效效值值V V（而不是该纯正弦波的均值）。（而不是该纯正弦波的均值）。n对对于于非非正正弦弦波波的的任任意意波波形形，读读数数没没有有直直接接意意义义（既既不不等等于于其其均均值值也也不不等等于于其其有有效效值值V V）。但但可可由由读读数数换算出均值和有效值。换算出均值和有效值。均值电压表的刻度特性均值电压表的刻度特性:（4）电压表的刻度特性和误差分析）电压表的刻度特性和误差分析18n换算

16、关系归纳如下：换算关系归纳如下： 式中，式中，为均值电压表读数，为均值电压表读数，K KF F为波形因数。为波形因数。n波形误差：若将读数波形误差：若将读数直接作为直接作为有效值有效值，产生的误差，产生的误差19有效值电压表的刻度特性有效值电压表的刻度特性: 理理论论上上不不存存在在波波形形误误差差，因因此此也也称称真真有有效效值值电电压压表表（读数与波形无关）。（读数与波形无关）。（4）电压表的刻度特性和误差分析）电压表的刻度特性和误差分析205 5）实例分析）实例分析 例例 用用具具有有正正弦弦有有效效值值刻刻度度的的峰峰值值电电压压表表测测量量一一个个方方波波电电压压，读读数数为为 1.

17、0V1.0V，问如何从该读数得到方波电压的有效值？问如何从该读数得到方波电压的有效值？ 解解 根据上述峰值电压表的刻度特性，由读数根据上述峰值电压表的刻度特性，由读数=1.0V=1.0V， 第一步，假设电压表有一正弦波输入，其有效值第一步，假设电压表有一正弦波输入，其有效值=1.0V=1.0V； 第二步，该正弦波的峰值第二步，该正弦波的峰值=1.4V=1.4V； 第三步，将方波电压引入电压表输入，其峰值第三步，将方波电压引入电压表输入，其峰值V Vp p=1.4V=1.4V； 第四步，查表可知，方波的波峰因数第四步，查表可知，方波的波峰因数 K Kp p=1=1， 则该方波的有效值为：则该方波

18、的有效值为： V=V=V Vp p/K/Kp p=1.4V=1.4V。 波形误差为：波形误差为：( (可见若不换算，波形误差是很大的可见若不换算，波形误差是很大的) )215 5）实例分析）实例分析例例 用用具具有有正正弦弦有有效效值值刻刻度度的的均均值值电电压压表表测测量量一一个个方方波波电电压压，读读数数为为 1.0V，问该方波电压的有效值为多少？问该方波电压的有效值为多少？ 解解 根据上述均值电压表的刻度特性，由读数根据上述均值电压表的刻度特性，由读数=1.0V=1.0V，第一步，假设电压表有一正弦波输入，第一步，假设电压表有一正弦波输入， 其有效值其有效值 =1.0V=1.0V；第二步

19、，该正弦波的均值第二步，该正弦波的均值 =0.9=0.9V=0.9=0.9V；第三步，将方波电压引入电压表输入，第三步，将方波电压引入电压表输入， 其均值其均值 0.9V0.9V；第第四四步步，查查表表可可知知，方方波波的的波波形形因因数数 =1=1，则则该该方方波波的的有有效效值值为为: : 0.9V 0.9V。波形误差为波形误差为22第二节第二节 电流的测量电流的测量一、欧姆法测量电流（一、欧姆法测量电流（I/V变换 ）原理：将被测电流通过一个已知的取样电阻，原理：将被测电流通过一个已知的取样电阻， 测量电阻两端的电压即可得到被测电流。测量电阻两端的电压即可得到被测电流。 既可以测量直流，

20、也可以测量交流；既可以测量直流，也可以测量交流； 不同量程的电流可以选择不同的取样电阻。不同量程的电流可以选择不同的取样电阻。通过量程开关选择取样电阻：通过量程开关选择取样电阻：通过量程开关选择取样电阻：通过量程开关选择取样电阻：1k1k1k1k、100100100100、10101010、1111、0.10.10.10.1，便可测量电流：便可测量电流：便可测量电流：便可测量电流：200A200A200A200A、2mA2mA2mA2mA、20mA20mA20mA20mA、200mA200mA200mA200mA、2A2A2A2A输出电压：输出电压：输出电压：输出电压：200mv200mv20

21、0mv200mv恒恒流流源源( (可可调调) )A A/ /D DR Rx xIr-+A Am mp p取取样样电电阻阻23二、霍尔法测量电流二、霍尔法测量电流霍尔零磁通电流传感器（霍尔零磁通电流传感器（闭环霍尔电流传感器闭环霍尔电流传感器 ）： 原理：原理：电流流过导线，周围会感生出磁场，霍尔器件检测由电流感电流流过导线，周围会感生出磁场，霍尔器件检测由电流感生的磁场生的磁场, ,霍尔输出电流放大后通过补偿线圈，产生相反的磁场，霍尔输出电流放大后通过补偿线圈，产生相反的磁场，使磁芯中磁通为使磁芯中磁通为0，达到平衡后，由，达到平衡后，由Is测量导线通过的电流。测量导线通过的电流。Honeyw

22、ell CSNP661Honeywell CSNP661霍霍尔电流流传感器：感器： 额定定电流（有效流（有效值）/ 50A / 50A 测量范量范围（峰（峰值）/ 0/ 090A 90A 额定定输出出 /50mA /50mA 工作工作电压 /1215VDC1215VDC（5%5%） 精确度精确度/ / 0.5% 0.5% 线性度性度 /0.1% 0.1% 24二、霍尔法测量电流二、霍尔法测量电流25第三节第三节 阻抗的测量阻抗的测量一、阻抗的概念一、阻抗的概念阻抗：对于无源线性一端口网络，阻抗：对于无源线性一端口网络， 当它在角频率为的正弦电源激励下处于稳态时，当它在角频率为的正弦电源激励下处

23、于稳态时， 端口的电压相量和电流相量的比值：端口的电压相量和电流相量的比值：Z为复数，也称为复阻抗为复数，也称为复阻抗 公式也称为复数形式的欧姆定律公式也称为复数形式的欧姆定律 26单个元件的阻抗：单个元件的阻抗： 电阻：电阻： 电容：电容： 电感：电感： 27二、伏安法测量阻抗二、伏安法测量阻抗伏安法：在元件两端加上电压，元件内有电流通过，伏安法：在元件两端加上电压，元件内有电流通过， 分别测量电压和电流，计算得出阻抗：分别测量电压和电流，计算得出阻抗：特点：特点： 使用简单；使用简单； 频率范围频率范围 ：10KHz10KHz100MHz100MHz 28原理：用交流电桥测量阻抗；原理：用

24、交流电桥测量阻抗； 电桥电源电桥电源E E用指定频率的正弦信号用指定频率的正弦信号, , 平衡条件由四个桥臂的复数阻抗决定：平衡条件由四个桥臂的复数阻抗决定： 三、电桥法测量阻抗三、电桥法测量阻抗D特点：特点： 高精度，高精度，0.1%0.1%典型值；典型值； 需要手动调整平衡；需要手动调整平衡； 频率范围频率范围 ：直流：直流300MHz300MHz 例：例：若若Z1和和Zx为串联电容，为串联电容，Z2和和Z3为纯电阻，则构成串联电容电桥或称维恩电为纯电阻，则构成串联电容电桥或称维恩电桥。根据电桥平衡条件得：桥。根据电桥平衡条件得：29四、谐振法测量阻抗四、谐振法测量阻抗原理：原理：利用回路

25、的谐振现象测量高频元件参量。利用回路的谐振现象测量高频元件参量。 特点：特点： 可测很高的可测很高的Q Q值；值； 需要调谐到谐振；需要调谐到谐振； 阻抗测量精度低；阻抗测量精度低； 频率范围频率范围 ：10kHz10kHz70MHz70MHzVRXDUTDUTLXECVOSC串联谐振回路：串联谐振回路：改变电容改变电容C C直到电路谐振直到电路谐振谐振时谐振时 仅有仅有R RX X存在存在, ,电压、电流达到最大，电压、电流达到最大，频率：频率：30第四节第四节 功率的测量功率的测量一、功率的概念一、功率的概念功率：单位时间内电路所做的功的大小功率：单位时间内电路所做的功的大小 功率越大，单

26、位时间内耗能越多。功率越大，单位时间内耗能越多。单位：瓦特（单位：瓦特（W W），表示在），表示在1 1秒内完成秒内完成1 1焦耳功所需的功率焦耳功所需的功率 ； 毫瓦（毫瓦（mWmW），瓦特的千分之一，），瓦特的千分之一，1W=1000mW1W=1000mW； 分贝瓦分贝瓦( (dBWdBW) )，表示以，表示以1 1瓦为参考电平来描述功率的对数式单位；瓦为参考电平来描述功率的对数式单位； 分贝毫瓦分贝毫瓦( (dBmWdBmW) )，表示以，表示以1 1毫瓦为参考电平，描述功率的对数单位；毫瓦为参考电平，描述功率的对数单位； 如：如：1 1瓦可记为瓦可记为0 0分贝瓦或分贝瓦或3030分贝

27、毫瓦分贝毫瓦, , 10 10微瓦可记为微瓦可记为-50-50分贝瓦或分贝瓦或-20-20分贝毫瓦分贝毫瓦 31二、功率的测量二、功率的测量1 1、伏安法：伏安法：测量负载上的电压、电流来代替直接测量功率：测量负载上的电压、电流来代替直接测量功率： 适用于直流和低频交流适用于直流和低频交流 2 2、能量法：能量法：把电磁能量变换成热、电、力、光等易于测量的能量。把电磁能量变换成热、电、力、光等易于测量的能量。 适用于高频和微波功率的测量适用于高频和微波功率的测量如电能热能：量热式功率计、测热电阻功率计和热电式功率计如电能热能：量热式功率计、测热电阻功率计和热电式功率计测热电阻法测热电阻法( (

28、测辐射热器法测辐射热器法) )： 利用某些对温度敏感的电阻元件利用某些对温度敏感的电阻元件 在吸收电磁能量后阻值变化的特性在吸收电磁能量后阻值变化的特性 来测量功率来测量功率 323、功率表法功率表法：电动式功率表：电动式功率表 适合于直流电功率、单相交流功率的测量适合于直流电功率、单相交流功率的测量 电动式功率表电路电动式功率表电路电动功率表接线电动功率表接线符号符号33三相交流功率的测量三相交流功率的测量 三相交流电功率的测量方法三相交流电功率的测量方法 二表法 三表法 一表法（三相对称负载）（三相对称负载）三相三线制负载三相三线制负载（三相不对称负载）（三相不对称负载）34第五节第五节

29、频率的测量频率的测量一、一、计数法测量频率原理计数法测量频率原理原理：就是在一定的时间间隔内，原理：就是在一定的时间间隔内， 对被测信号对被测信号进行计数，进行计数， 计数器的闸门的开启计数器的闸门的开启时间时间受控受控， 若若计数器的计数值计数器的计数值N， 被测信号的频率为被测信号的频率为： 低频信号：为了获得较多的测量位数及测量精度，采用较长的闸门时间；低频信号：为了获得较多的测量位数及测量精度，采用较长的闸门时间；高频信号：高频信号： 可以利用变频（混频）可以利用变频（混频）电路对被测信号进行降频处理电路对被测信号进行降频处理， 然然后再进行计数测量后再进行计数测量，以降低对器件速度的

30、要求以降低对器件速度的要求。35二、计数法测频系统组成二、计数法测频系统组成 放大整形：放大整形：将模拟变化信号变为标准的方波或窄脉冲施密特触发器；将模拟变化信号变为标准的方波或窄脉冲施密特触发器；闸门电路：闸门电路：控制进入计数器的脉冲，对预定时间之内的脉冲计数与门；控制进入计数器的脉冲，对预定时间之内的脉冲计数与门；门控电路：门控电路：产生门控信号，控制闸门的开闭，即计数的开始和结束；产生门控信号，控制闸门的开闭，即计数的开始和结束；计数电路：计数电路：计录脉冲的个数，实现频率测量计数器，要求高速、准确。计录脉冲的个数，实现频率测量计数器，要求高速、准确。36三、计数法测量频率的误差三、计

31、数法测量频率的误差 1 1、量化误差：、量化误差： 闸门时间闸门时间T T0 0和被测量和被测量f f互不相关，互不相关， 且且f f通常不是通常不是f f0 0的整数（的整数（N N）倍，）倍， 因此计数时不可避免存在误差：因此计数时不可避免存在误差：产生原因：产生原因：由于闸门开启和关闭的时间与被测信号不同步引起（亦即由于闸门开启和关闭的时间与被测信号不同步引起（亦即开门和关门时刻与被测信号出现的时刻是随机的），使得在闸门开始开门和关门时刻与被测信号出现的时刻是随机的），使得在闸门开始和结束时刻有一部分时间零头没有被计算在内而造成的测量误差。和结束时刻有一部分时间零头没有被计算在内而造成的

32、测量误差。372 2、触发误差（转换误差）：、触发误差（转换误差）：n 输入信号都需放大、整形等，若被测信号叠加有干扰信号，则信号输入信号都需放大、整形等，若被测信号叠加有干扰信号，则信号的触发点就可能变化，由此产生的测量误差。的触发点就可能变化，由此产生的测量误差。如图如图, ,周期为周期为TxTx的输入信号，触发电平在的输入信号，触发电平在A1A1点，但在点，但在A1A1点上有干扰点上有干扰信号信号( (幅度幅度VnVn),),提前触发提前触发, ,周期周期TxTxTxTx三、计数法测量频率的误差三、计数法测量频率的误差38三、计数法测量频率的误差三、计数法测量频率的误差3 3、标准频率误

33、差：、标准频率误差： 闸门时间由基准频率信号产生，它是频率测量的参考基准，闸门时间由基准频率信号产生，它是频率测量的参考基准， 标准频率准确度和短期稳定度将直接影响测量结果，标准频率准确度和短期稳定度将直接影响测量结果， 通常要求标准频率误差小于测量误差的一个数量级。通常要求标准频率误差小于测量误差的一个数量级。39第六节第六节 磁场的测量磁场的测量一、一、磁场测量的基本概念磁场测量的基本概念 应应用用：磁磁场场测测量量问问题题在在工工业业生生产产、科科学学研研究究、医医学学、生生物物学学等等许许多多领领域域均均有有涉涉及及，如如磁磁探探矿矿、磁磁悬悬浮浮列列车车、地地质质勘勘探探、磁磁导导航

34、航、导导弹弹导导航航、同同位位素素分分离离、质质谱谱仪仪、电电子子束束与与离离子子束束加加工工装装置置、受受控控热热核核反反应应、人人造造地球卫星、地球卫星、“心磁图心磁图”与与“脑磁图脑磁图”等。等。磁场测量方法：磁场测量方法： 电磁感应法、核磁共振法电磁感应法、核磁共振法 霍耳效应法、磁通门法霍耳效应法、磁通门法 磁光效应法磁光效应法 超导量子干涉法超导量子干涉法 力矩磁强计等力矩磁强计等 40二、电磁感应法二、电磁感应法原理：法拉第电磁感应定律：原理：法拉第电磁感应定律： 线圈在均衡磁场中切割磁力线运动时，线圈在均衡磁场中切割磁力线运动时， 在线圈中将产生感应电势：在线圈中将产生感应电势

35、： W-匝数匝数 -磁通量磁通量旋转线圈磁强计：旋转线圈磁强计： 在被测的在被测的恒定磁场恒定磁场中，放置一个小检测线圈，并令其作匀速旋转。中，放置一个小检测线圈，并令其作匀速旋转。 通过测量线圈的通过测量线圈的电动势电动势, ,可计算出磁通密度或磁场强度。可计算出磁通密度或磁场强度。 测量范围为测量范围为0.10.1毫特到毫特到1010特。误差为特。误差为0.10.11 1。冲击检流计：冲击检流计： 将检测线圈突然翻转或快速移到无场区，将检测线圈突然翻转或快速移到无场区， 按冲击法原理测量磁通密度。按冲击法原理测量磁通密度。 41旋转线圈磁强计旋转线圈磁强计：B0U(t)线圈匝数：N；线圈截

36、面积：A；角速度： 42三、磁通门法三、磁通门法原理：由高磁导率原理：由高磁导率软磁材料软磁材料制成的铁心，同时受交变及恒定两种磁场作用，制成的铁心，同时受交变及恒定两种磁场作用， 由于由于磁化曲线磁化曲线的非线性，以及铁心工作在曲线的非对称区，的非线性，以及铁心工作在曲线的非对称区， 使得缠绕在铁心上的检测线圈感生的电压中含有偶次谐波分量，使得缠绕在铁心上的检测线圈感生的电压中含有偶次谐波分量， 此谐波电压与恒定磁场强度成比例，此谐波电压与恒定磁场强度成比例， 通过测量检测线圈的谐波电压，计算出磁场强度。通过测量检测线圈的谐波电压，计算出磁场强度。 特点：主要用于测量弱磁场，分辨力可达特点：主要用于测量弱磁场，分辨力可达100皮特。皮特。 H0+H和H0-H 43四、霍尔法四、霍尔法RH-霍尔系数霍尔系数(材料材料) d霍尔片厚度霍尔片厚度磁场磁场(B) + 导体或半导体导体或半导体(l,b,d) + 电流电流(I) 正交正交两侧面形成横向电势两侧面形成横向电势 霍霍尔电势尔电势原理霍尔效应：原理霍尔效应：测量磁场：交变磁场、恒定磁场、非均匀磁场测量磁场：交变磁场、恒定磁场、非均匀磁场 ；测量范围：测量范围：1微特微特10特特误差：误差： 0.15 44