《電氣測試技術(shù)》第一章

1、電氣測試基本技術(shù)電氣測試基本技術(shù)第一章第一章 電氣測量基本知識電氣測量基本知識Technology of Electric Measurement郭長興郭長興短號：短號：679528考核方式考核分類考核分類考核方式考核方式考核時(shí)間考核時(shí)間成績成績過程考核過程考核平時(shí)成績平時(shí)成績作業(yè)、出勤、態(tài)度、作業(yè)、出勤、態(tài)度、紀(jì)律等紀(jì)律等不定期考核不定期考核20%20%實(shí)驗(yàn)成績實(shí)驗(yàn)成績操作及報(bào)告操作及報(bào)告按學(xué)時(shí)安排按學(xué)時(shí)安排20%20%綜合考核綜合考核主要考核學(xué)生主要考核學(xué)生對該門課程的對該門課程的掌握情況掌握情況以閉卷、筆試的形以閉卷、筆試的形式式120120分鐘分鐘60%60%第2頁第3頁 第一章 電氣

2、測量基本知識內(nèi)容概要內(nèi)容概要電氣測量的概念、分類電氣測量的概念、分類測量誤差測量誤差常用電源的分類和參數(shù)常用電源的分類和參數(shù)電阻器、電感器、電容器電阻器、電感器、電容器測量數(shù)據(jù)處理測量數(shù)據(jù)處理電氣測量安全規(guī)則及觸電防護(hù)急救電氣測量安全規(guī)則及觸電防護(hù)急救 電工儀表與電氣測量是從事電氣專業(yè)的技術(shù)人員必須掌握的一門知識。 電工及電氣測量就是借助于測量設(shè)備，把未知的電量或磁量與作為測量單位的同類標(biāo)準(zhǔn)電量或標(biāo)準(zhǔn)磁量進(jìn)行比較，從而確定未知電量或磁量（包括數(shù)值和單位）的過程。第4頁 1.電氣測量的概念、分類1.1 電氣測量的概念電氣測量的概念 如電流、電壓、功率、電能如電流、電壓、功率、電能和磁通量的測量和

3、磁通量的測量基本電磁量 如電阻、電感、電容、阻抗、如電阻、電感、電容、阻抗、品質(zhì)因數(shù)、損耗因數(shù)品質(zhì)因數(shù)、損耗因數(shù)電路參數(shù) 信號的波形、頻率、相位等信號的波形、頻率、相位等電信號特性第5頁 1.電氣測量的概念、分類1.2 電氣測量的內(nèi)容電氣測量的內(nèi)容準(zhǔn)備階段準(zhǔn)備階段 明確被測對象的性質(zhì)及測量的目的明確被測對象的性質(zhì)及測量的目的 選定測量方式、方法及儀器、儀表選定測量方式、方法及儀器、儀表測量階段測量階段 建立儀器、儀表必須的測量條件建立儀器、儀表必須的測量條件 測量操作，并記錄數(shù)據(jù)測量操作，并記錄數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理 對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理 求得測量結(jié)果及誤差求得測量結(jié)果及誤差第6頁 1.

4、電氣測量的概念、分類1.3 電氣測量的過程電氣測量的過程以測量結(jié)果的以測量結(jié)果的獲得方式分類獲得方式分類直接測量直接測量間接測量間接測量組合測量組合測量以測量過程的以測量過程的特點(diǎn)分類特點(diǎn)分類直讀測量直讀測量法法比較測量比較測量法法第7頁 1.電氣測量的概念、分類1.4 電氣測量的分類電氣測量的分類 以測量結(jié)果的獲得方式分類：1.直接測量 指儀表讀出值就是被測的電磁量，例如用電流表測量電流(串聯(lián))，用電壓表測量電壓（并聯(lián)）。2.間接測量 指要利用某種中間量與被測量之間的函數(shù)關(guān)系，先測出中間量，再算出被測量。例如用伏安法測電阻。3.組合測量 指被測量與中間量的函數(shù)式中還有其他未知數(shù)，須通過改變測

5、量條件，得出不同條件下的關(guān)系方程組，然后解聯(lián)立方程組求出被測量的數(shù)值。例如精密電阻與溫度之間的關(guān)系。第8頁 1.電氣測量的概念、分類第9頁 1.電氣測量的概念、分類 以測量過程的特點(diǎn)分類：1.直讀測量法 利用儀表直接讀取測量數(shù)據(jù)。2.比較測量法 將被測量與度量器放在比較儀器上進(jìn)行比較，從而求得被測量的數(shù)值。包括：零位測量法、微差測量法、替代測量法零位測量法：比較儀表指零時(shí)，從度量器讀出被測量的數(shù)值。微差測量法：從比較儀求得差值，根據(jù)度量器數(shù)值和比較差值，求得被測量的數(shù)值。替代測量法：將已知量與被測量先后置于同一測量裝置中，若兩次測量裝置都處于相同狀態(tài)，可認(rèn)為被測量等于已知量，再從已知量讀出被測

6、量值。 在科學(xué)實(shí)驗(yàn)和工程實(shí)踐中，任何測量結(jié)果都含有誤差。由于誤差存在的必然性和普通性，人們只能將它控制到盡量低的程度而無法消除它。因此我們根據(jù)需要對誤差的來源和測量誤差的性質(zhì)進(jìn)行分類，便于研究。第10頁 2.測量誤差2.1 測量誤差的概念測量誤差的概念測量誤差測量誤差，即測量示值與被測量物理量真值之間的差別。真值真值，即被測物理量具有的真實(shí)大小。第11頁 2.測量誤差1.儀器、儀表誤差 即儀器儀表本身及其附件引起的誤差例如，儀器儀表本身的電氣或機(jī)械性能不完善、零點(diǎn)和增益漂移、非線性、刻度不準(zhǔn)確以及標(biāo)準(zhǔn)量不穩(wěn)定等所引起的誤差均屬于儀器儀表誤差儀器儀表誤差。 2. 影響誤差 即由于各種環(huán)境因素與儀

7、器儀表所要求的使用條件不一致而造成的誤差。例如，由于溫度、濕度、大氣壓、電磁場、電源電壓及頻率等波動(dòng)所造成的誤差均屬于影響誤差影響誤差。 2.2 誤差的來源誤差的來源第12頁 2.測量誤差3. 方法誤差 即由于測量方法不合理所造成的誤差例如，用低輸入電阻的儀表測量高內(nèi)阻回路的輸出電壓所引起的誤差屬于方法誤差方法誤差。4. 理論誤差 即由于儀器儀表所依據(jù)的理論或公式本身不完善或者是近似的所引起的誤差。例如，用均值表測量非正弦信號電壓，須進(jìn)行波形換算，其定度系數(shù)為： 由于結(jié)果是無理數(shù)，所取得的1.11是個(gè)近似值所造成的誤差屬于理論誤差理論誤差。11. 122K5.人身誤差 即由于測量者的分辨力、視

8、覺疲勞、習(xí)慣或缺乏責(zé)任心等因素引起的誤差。人身誤差是由于人為因素造成的，欲減小人身誤差必須加強(qiáng)責(zé)任心加強(qiáng)責(zé)任心。 第13頁 2.測量誤差第14頁 2.測量誤差2.3 測量誤差的分類測量誤差的分類常用的誤差分類方法，見下表測量誤差分類系統(tǒng)誤差基本誤差附加誤差隨機(jī)誤差疏失誤差第15頁測量誤差的分類方法 2.測量誤差第16頁1.系統(tǒng)誤差 在測量過程中所產(chǎn)生的大小恒定或按一定的規(guī)律變化的誤差。產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的原因有以下幾種：基本誤差：由于儀表本身不完善產(chǎn)生的誤差附加誤差：由于儀表使用不當(dāng)而產(chǎn)生的誤差方法誤差：由于測量方法不正確或者由于測量依據(jù)的理論不完善等原因產(chǎn)生的誤差人身誤差：由于測量人員的感覺不完善

9、而產(chǎn)生的誤差 2.測量誤差減小系統(tǒng)誤差的方法：減小系統(tǒng)誤差的方法：1.對測量結(jié)果引入修正值2.選擇適當(dāng)?shù)臏y量方法，使系統(tǒng)誤差能夠抵消而不會帶入測量值中第17頁 2.測量誤差2.隨機(jī)誤差 在相同條件下，多次重復(fù)測量同一被測量，其誤差的大小和符號均是無規(guī)律變化的誤差。產(chǎn)生隨機(jī)誤差的原因由于許多復(fù)雜的因素微小變化的總和引起的。例如：實(shí)驗(yàn)時(shí)溫度的隨機(jī)波動(dòng)、螺旋測微計(jì)測力在一定范圍內(nèi)隨機(jī)變化、讀數(shù)時(shí)的視差影響隨機(jī)誤差表征了測量結(jié)果的精密度，隨機(jī)誤差小，精密度高，反之，精密度低。減小隨機(jī)誤差的方法：減小隨機(jī)誤差的方法：使用統(tǒng)計(jì)方法當(dāng)測量次數(shù)足夠多時(shí)，大多數(shù)隨機(jī)誤差是服從正態(tài)分布正態(tài)分布的。服從正態(tài)分布規(guī)律

10、的隨機(jī)誤差具有下列特點(diǎn)（如下圖所示）： 單峰性 絕對值小的誤差比絕對值大的誤差出現(xiàn)的概率大，在誤差 處，出現(xiàn)的概率最大。 有界性 絕對值大于某一數(shù)值的誤差幾乎不出現(xiàn)，故可認(rèn)為隨機(jī)誤差有一定的界限。第18頁0 對稱性 大小相等符號相反 的誤差出現(xiàn)的概率大致相同。 抵償性 正、負(fù)誤差是相互抵消的，因此隨機(jī)誤差的代數(shù)和趨于或者等于零。 2.測量誤差第19頁 2.測量誤差3.疏失誤差 在相同條件下，對同一被測量進(jìn)行多次測量，可能有某些測量結(jié)果明顯偏離了被測量的真值，所形成的誤差。由于測量過程中的某些疏忽大意造成的。例如：實(shí)驗(yàn)時(shí)錯(cuò)誤讀數(shù)、儀器有缺陷、環(huán)境干擾等應(yīng)避免出現(xiàn)粗大誤差。減小隨機(jī)誤差的方法：減小

11、隨機(jī)誤差的方法：如出現(xiàn)粗大誤差，應(yīng)分析粗大誤差產(chǎn)生的原因。處理數(shù)據(jù)時(shí)，剔除異常數(shù)據(jù)。第20頁2.4 誤差的表示方法誤差的表示方法1.絕對誤差 是指測量示值與被測物理量真值之差，表示為 。式中，AX是被測量的測定值， A0是被測量的真值， 是測量的絕對誤差0 xAA 注意：1、絕對誤差有單位，與被測相同 2、絕對誤差有大小和正負(fù) 3、絕對誤差不反映測量的準(zhǔn)確程度 2.測量誤差第21頁修正值定義：與絕對誤差的數(shù)值相等而符號相反的量值稱為修正值，用 來表示，則：修正值 是通過檢定（或校準(zhǔn)）由上一級標(biāo)準(zhǔn)（或基準(zhǔn)）以表格、曲線、公式或數(shù)字等形式給出的。因此，用修正值與儀表的示值相加，可算出被測量的實(shí)際值

12、，即： 可見，用修正值可以減小測量誤差，得到更接近于被測量真值的實(shí)際值。 應(yīng)該指出，使用修正值必須在儀表檢定的有效期內(nèi)。修正值本身也有誤差。 0 xCAA C0 xAACC 2.測量誤差第22頁 2.測量誤差 例11 某電路中的電流為10A，用甲電流表測量時(shí)的讀數(shù)為9.8A，用乙電流表測量時(shí)其讀數(shù)為10.4A。試求兩次測量的絕對誤差。 解 由式（1-2）可得： 甲表測量的絕對誤差為： A 乙表測量的絕對誤差為： A第23頁2.相對誤差 絕對誤差與被測量實(shí)際值A(chǔ)0之比的百分?jǐn)?shù)，即0100%100%xAA 例例 測量兩個(gè)電壓，實(shí)際值測量兩個(gè)電壓，實(shí)際值 ， ，儀表的，儀表的示值分別為示值分別為 ，

13、 其絕對誤差分別為：其絕對誤差分別為：很顯然，雖然二者的絕對誤差相同，但是二者測量的精精確度卻相差甚遠(yuǎn)確度卻相差甚遠(yuǎn)，因此有必要引入相對誤差的概念。 100V1U5V2U101V1xU6V2xU1V100)V-(101111UUUx1V5)V-(6222UUUx 2.測量誤差第24頁3.引用誤差 絕對誤差與測量儀器量程(滿刻度值)的百分比稱為引用誤差，即 式中： 引用誤差； 測量儀表的量程。 NMA引用誤差是用來表示儀表本身性能好壞的，它表明了儀表基本誤差的數(shù)值。一只合格的儀表，在正常工作條件下，其最大引用誤差應(yīng)小于允許的數(shù)值。 2.測量誤差第25頁表征系統(tǒng)誤差的大小。測量的測得值與其表征系統(tǒng)

14、誤差的大小。測量的測得值與其“真值真值”的接的接近程度。從測量誤差的角度來說，正確度所反映的是測近程度。從測量誤差的角度來說，正確度所反映的是測得值的系統(tǒng)誤差。正確度高，不一定精密度高。也就是得值的系統(tǒng)誤差。正確度高，不一定精密度高。也就是說，測得值的系統(tǒng)誤差小，不一定其隨機(jī)誤差亦小。說，測得值的系統(tǒng)誤差小，不一定其隨機(jī)誤差亦小。正確度正確度指在多次精密測量中，測量讀數(shù)重復(fù)一致的程度，表征指在多次精密測量中，測量讀數(shù)重復(fù)一致的程度，表征即隨機(jī)誤差的大小。在相同條件下，對被測量進(jìn)行多次即隨機(jī)誤差的大小。在相同條件下，對被測量進(jìn)行多次反復(fù)測量，測得值之間的一致反復(fù)測量，測得值之間的一致(符合符合)

15、程度。從測量誤差程度。從測量誤差的角度來說，精密度所反映的是測得值的隨機(jī)誤差。精的角度來說，精密度所反映的是測得值的隨機(jī)誤差。精密度高，不一定正確度密度高，不一定正確度(見下見下)高。也就是說，測得值的高。也就是說，測得值的隨機(jī)誤差小，不一定其系統(tǒng)誤差亦小。隨機(jī)誤差小，不一定其系統(tǒng)誤差亦小。精密度精密度表示測量中系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差兩者的綜合影響。被測表示測量中系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差兩者的綜合影響。被測量的測得值之間的一致程度以及與其量的測得值之間的一致程度以及與其“真值真值”的接近程的接近程度，即是精密度和正確度的綜合概念。從測量誤差的角度，即是精密度和正確度的綜合概念。從測量誤差的角度來說，精確

16、度度來說，精確度(準(zhǔn)確度準(zhǔn)確度)是測得值的隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤是測得值的隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差的綜合反映。差的綜合反映。 準(zhǔn)確度準(zhǔn)確度 2.測量誤差第26頁l精密度、正確度與準(zhǔn)確度（又稱精確度）精密度、正確度與準(zhǔn)確度（又稱精確度） 2.測量誤差這三個(gè)名詞分別用來反映隨機(jī)誤差、系統(tǒng)誤差和綜合誤差的大小。系統(tǒng)誤差小稱之為正確度高，隨機(jī)誤差小稱之為精密度高。準(zhǔn)確度高則是指系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差都比較小，指既“正確”又“精密”的測量。第27頁 3.常用電源的分類和參數(shù)常用的實(shí)驗(yàn)電源直流電源交流電源其他電源一、常用的實(shí)驗(yàn)電源：二、電源的參數(shù)：直流電源的參數(shù)：額定電壓和額定電流交流電源的參數(shù)：除額定電壓和額定電流外，

17、還有頻率和功率因數(shù)脈沖電源的參數(shù)：電壓幅度、周期和脈沖寬度第28頁 3.常用電源的分類和參數(shù)三、標(biāo)準(zhǔn)電池1.主要技術(shù)主要技術(shù)：電解液濃度（飽和式和不飽和式）、年穩(wěn)定性2.使用注意事項(xiàng)使用注意事項(xiàng)：按規(guī)定的溫度存放和使用、不能過載、禁止搖晃和振動(dòng)、保存好檢定證書和檢定數(shù)據(jù)第29頁 3.常用電源的分類和參數(shù) 一、電阻器第30頁 4.電阻器、電感器、電容器標(biāo)準(zhǔn)阻值與允許誤差、額定功率、額定電流、最大工作電壓主要技主要技術(shù)參數(shù)術(shù)參數(shù)固定電阻器和可調(diào)電阻器分類分類直接表示法、色環(huán)表示法參數(shù)表參數(shù)表示方法示方法第31頁 4.電阻器、電感器、電容器第32頁 4.電阻器、電感器、電容器第33頁 4.電阻器、電

18、感器、電容器第34頁 4.電阻器、電感器、電容器第35頁 4.電阻器、電感器、電容器電感量、品質(zhì)因數(shù)、額定電流主要技術(shù)參數(shù)低頻扼流圈、高頻電感線圈、色碼電感分類分類 二、電感器第36頁 4.電阻器、電感器、電容器第37頁 4.電阻器、電感器、電容器 三、電容器標(biāo)稱容量、耐壓強(qiáng)度、絕緣電阻、損耗因數(shù)主要技術(shù)參數(shù)介質(zhì)分類；變化情況分類分類分類第38頁1.逐差法逐差法 逐差法是對等間距測量的有序數(shù)據(jù)，進(jìn)行逐項(xiàng)或相等間隔相減得到結(jié)果。它計(jì)算簡便，并可充分利用數(shù)據(jù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)，總結(jié)規(guī)律，是物理實(shí)驗(yàn)中常用的一種數(shù)據(jù)處理方法使用條件：使用條件：（1）自變量）自變量x是等間距變化是等間距變化（2）被測物理量

19、之間函數(shù)形式可以寫成）被測物理量之間函數(shù)形式可以寫成x的多項(xiàng)式：的多項(xiàng)式： m0mmmxay分類分類逐項(xiàng)逐差（用于驗(yàn)證被測量之間是否存在多項(xiàng)逐項(xiàng)逐差（用于驗(yàn)證被測量之間是否存在多項(xiàng)式函數(shù)關(guān)系）式函數(shù)關(guān)系）分組逐差（用于求多項(xiàng)式的系數(shù)）分組逐差（用于求多項(xiàng)式的系數(shù)） 5.測量數(shù)據(jù)處理第39頁 設(shè)實(shí)驗(yàn)中，等間隔的在彈簧下加砝碼（如每次加一克），共加9次，分別記下對應(yīng)的彈簧下端點(diǎn)的位置L0 L1 L2 L9 ，則可用逐差法進(jìn)行以下處理應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例（1）驗(yàn)證函數(shù)形式是線性關(guān)系）驗(yàn)證函數(shù)形式是線性關(guān)系 看看L1 L2 L9是否基本相等是否基本相等.當(dāng)當(dāng) Li基本相等時(shí)基本相等時(shí),就就驗(yàn)證了外力與彈簧

20、的伸長量之間的函數(shù)關(guān)系是線性的，即驗(yàn)證了外力與彈簧的伸長量之間的函數(shù)關(guān)系是線性的，即F=k L用此法可檢查測量結(jié)果是否正確，但注意的是必須用逐項(xiàng)逐差用此法可檢查測量結(jié)果是否正確，但注意的是必須用逐項(xiàng)逐差899122011LLLLLLLLL （1.61）把所得的數(shù)據(jù)逐項(xiàng)相減把所得的數(shù)據(jù)逐項(xiàng)相減 5.測量數(shù)據(jù)處理(2)求物理量數(shù)值求物理量數(shù)值現(xiàn)計(jì)算每加一克砝碼現(xiàn)計(jì)算每加一克砝碼 時(shí)彈簧的平均伸長量時(shí)彈簧的平均伸長量從上式可看出用逐項(xiàng)逐差，中間的測量值全部抵消了，只從上式可看出用逐項(xiàng)逐差，中間的測量值全部抵消了，只有始末二次測量起作用，與一次加九克砝碼的測量完全等有始末二次測量起作用，與一次加九克砝

21、碼的測量完全等價(jià)。價(jià)。若用逐項(xiàng)逐差若用逐項(xiàng)逐差（1.61）得到：）得到：899122011LLLLLLLLL 9LL9LLLLLL9LLLL09891201921 再求平均再求平均 5.測量數(shù)據(jù)處理 為了保證多次測量的優(yōu)點(diǎn)，只要在數(shù)據(jù)處理方法上作些組合，仍為了保證多次測量的優(yōu)點(diǎn)，只要在數(shù)據(jù)處理方法上作些組合，仍能達(dá)到多次測量減小誤差的目的。所以我們采用分組逐差。能達(dá)到多次測量減小誤差的目的。所以我們采用分組逐差。 通?？蓪⒌乳g隔所測的值分成前后兩組，前一組為通?？蓪⒌乳g隔所測的值分成前后兩組，前一組為L0 L1 L2 L3 L4 后一組為后一組為L5 L6 L7 L8 L9 前前后后兩兩組組對

22、對應(yīng)應(yīng)項(xiàng)項(xiàng)相相減減495162051LLLLLLLLL 再再取取平平均均值值 40iii5491605521)LL(515LLLLLL5LLLL 由此可見，分組逐差和逐項(xiàng)逐差不同，這時(shí)每個(gè)數(shù)據(jù)都用上了，有利于由此可見，分組逐差和逐項(xiàng)逐差不同，這時(shí)每個(gè)數(shù)據(jù)都用上了，有利于減小誤差。但注意：這里的減小誤差。但注意：這里的 是增加五克時(shí)彈簧的平均伸長量。是增加五克時(shí)彈簧的平均伸長量。L 5.測量數(shù)據(jù)處理第42頁1.最小二乘法最小二乘法 即數(shù)據(jù)的直線擬合。它計(jì)算簡便用作圖法進(jìn)行擬合帶有相當(dāng)大的主觀隨意性，用最小二乘法進(jìn)行直線擬合優(yōu)于作圖法。如果能找到一條最佳的擬合直線，那么這條擬合直線上各個(gè)相應(yīng)點(diǎn)的值與測量值之差的平方和在所有擬合直線中是最小的。 最小二乘法的原理：最小二乘法的原理： 5.測量數(shù)據(jù)處理 : 通過實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)，等精度等精度地測得一組互相獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（地測得一組互相獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（xi，yi，i =1，2k），設(shè)此兩物理量），設(shè)此兩物理量 x、y 滿足線性關(guān)系，且假滿足線性關(guān)系，且假定實(shí)驗(yàn)誤差主要出現(xiàn)在定實(shí)驗(yàn)誤差主要出現(xiàn)在yi上，設(shè)擬合直線公式為上，設(shè)擬合直線公式為 y = f(x) =a0+ a1 x 。則測量值和最佳值（回歸直線上對應(yīng)坐標(biāo)）的則測量值和最佳值（回歸直線上對應(yīng)坐標(biāo)）的偏差偏差01()iiiivyyyaa x2