電氣測(cè)量技術(shù)

電氣測(cè)量技術(shù)第1頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二測(cè)量：是通過實(shí)驗(yàn)方法對(duì)客觀事物取得定量數(shù)據(jù)的過程。測(cè)量的分類：光學(xué)測(cè)量、力學(xué)測(cè)量、幾何量測(cè)量、化學(xué)測(cè)量、電氣測(cè)量、醫(yī)學(xué)測(cè)量、生物學(xué)測(cè)量、磁測(cè)量等。

電氣測(cè)量的對(duì)象：電流、電壓、電功率、相位、頻率、電阻、電感、電容、電路時(shí)間常數(shù)等。電氣測(cè)量技術(shù)的特點(diǎn)：（1）準(zhǔn)確度高（5）可以進(jìn)行遙測(cè)（2）測(cè)量速度快（6）容易和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)（3）測(cè)量范圍廣合實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量（4）量程范圍廣第2頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二電氣測(cè)量技術(shù)的內(nèi)容（1）電量的測(cè)量方法；（2）電氣測(cè)量?jī)x器、儀表的設(shè)計(jì)與制造；（3）電量的量值傳遞。第3頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

第一節(jié) 測(cè)量基礎(chǔ)知識(shí)

一、測(cè)量方法的分類1.按測(cè)量方式分類（1）直接測(cè)量

（2）間接測(cè)量

直接測(cè)量是指將被測(cè)電量與度量器直接在比較儀器中進(jìn)

行比較，或使用事先已有刻度的指示儀表進(jìn)行測(cè)量，直接得

出被測(cè)量的數(shù)值的測(cè)量方法。

先測(cè)出中間量，再通過公式計(jì)算，算出被測(cè)量的值，這

就叫做間接測(cè)量。第4頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

可將被測(cè)量和另外幾個(gè)量組成聯(lián)立方程，通過測(cè)量這幾個(gè)量來最后求解聯(lián)立方程，從而得出被測(cè)量的大小。（3）組合測(cè)量2．按測(cè)量數(shù)據(jù)讀取方法分類（1）直讀法

直接從電測(cè)量?jī)x表的刻度盤上讀取測(cè)量數(shù)據(jù)的方法稱為直讀法。（2）比較測(cè)量法

1）零值法：比較儀表指零時(shí)，從度量器讀出被測(cè)量的數(shù)值。第5頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

2）較差法：從比較儀求得差值，再根據(jù)度量器數(shù)值和比較差值，經(jīng)計(jì)算求得被測(cè)量的數(shù)值。

3）替代法：將已知量與被測(cè)量先后置于同一測(cè)量裝置中，若先后兩次測(cè)量裝置都處于相同狀態(tài)，可認(rèn)為被測(cè)量等于已知量，然后從已知量讀出被測(cè)量值。二、測(cè)量的誤差1、測(cè)量誤差的分類（1）系統(tǒng)誤差第6頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

1）基本誤差：指儀表在規(guī)定的工作條件下，由于儀表本身結(jié)構(gòu)不完善而產(chǎn)生的一種固有誤差。

2)附加誤差：指儀表使用時(shí)偏離規(guī)定的工作條件而造成

的誤差。（2）隨機(jī)誤差 隨機(jī)誤差又稱為偶然誤差，它是由偶發(fā)原因引起的一

種大小、方向都不確定的誤差。（3）疏失誤差（粗大誤差）

疏失誤差是指在一定測(cè)量條件下，測(cè)量明顯地偏離實(shí)際值所形成的誤差稱為疏失誤差,又稱為粗大誤差。第7頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二2．測(cè)量誤差的表示方法（1）絕對(duì)誤差 測(cè)量值（通過測(cè)量得到的被測(cè)量的數(shù)值

）與被測(cè)量真值

(被測(cè)量的真實(shí)值

)

之間的代數(shù)差稱為絕對(duì)誤差。（2）相對(duì)誤差絕對(duì)誤差與真值的比稱為相對(duì)誤差。第8頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二（3）引用誤差（基準(zhǔn)誤差） 測(cè)量值的絕對(duì)誤差與儀表上量限的比稱為引用誤差（基準(zhǔn)誤差）。

引用誤差

最大引用誤差

最大相對(duì)誤差第9頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

例12-1用0.5級(jí)電流表測(cè)量名義值為2A的電流。儀表有3A，5A兩檔量程可選，應(yīng)選哪個(gè)量程更好？

解：評(píng)價(jià)測(cè)量的優(yōu)劣，通常用測(cè)量的相對(duì)誤差來比較。 當(dāng)使用

3A

量程時(shí)，最大可能相對(duì)誤差為

顯然選3A的量程比5A更合適。當(dāng)使用

5A

量程時(shí)，最大可能相對(duì)誤差為第10頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

例12-2為測(cè)量略低于100V的電壓，現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室中有兩只電壓表，表1是0.5級(jí)0～300V，表2是1.0級(jí)0～100V，為使測(cè)量更準(zhǔn)確，選擇哪只電壓表更合適？

解：同理，我們還是用測(cè)量的相對(duì)誤差來比較測(cè)量的優(yōu)劣。 選擇表1，則最大可能相對(duì)誤差為 選擇表2，則最大可能相對(duì)誤差為

第11頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

雖然從儀表準(zhǔn)確度的角度，表1

要優(yōu)于表2，但對(duì)于該被測(cè)量而言，顯然應(yīng)該選擇表2。 三、不確定度 測(cè)量的目的是為了確定被測(cè)量的量值。測(cè)量結(jié)果的質(zhì)量(品質(zhì))是量度測(cè)量結(jié)果可信程度的最重要的依據(jù)。表征合理地賦予被測(cè)量之值的分散性、與測(cè)量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)，稱為測(cè)量不確定度。第12頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二 1．標(biāo)準(zhǔn)不確定度 以標(biāo)準(zhǔn)差表示的測(cè)量不確定度，稱為標(biāo)準(zhǔn)不確定度，用符號(hào)

u

表示，它不是由測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)引起的不確定度，而是指不確定度以標(biāo)準(zhǔn)差來表征被測(cè)量之值的分散性。 2．?dāng)U展不確定度 用標(biāo)準(zhǔn)差的倍數(shù)或說明了置信水平的區(qū)間的半寬表示的測(cè)量不確定度，稱為擴(kuò)展不確定度，通常用符號(hào)

U

表示。第13頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二第二節(jié) 測(cè)量誤差的估計(jì)及數(shù)據(jù)處理

準(zhǔn)確度：測(cè)量值與結(jié)果的偏離程度，表征系統(tǒng)誤差的大小。

精密度：指多次重復(fù)測(cè)量中，測(cè)量值重復(fù)一致的程度。表征

隨機(jī)誤差的大小。

精確度：指測(cè)量結(jié)果與真值符合一致的程度，表征系統(tǒng)誤差

和隨機(jī)誤差的綜合大小。第14頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

(a)

表明數(shù)據(jù)均值（近似真值）偏離真值Ａ遠(yuǎn)，且數(shù)據(jù)的離散性大；前者說明測(cè)量的系統(tǒng)誤差大，準(zhǔn)確度差；后者說明隨機(jī)誤差大，即精密度差（重復(fù)性差）。

(b)

表明數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值偏離真值近，系統(tǒng)誤差小，即準(zhǔn)確度好，而隨機(jī)誤差與（a）差不多，既精密度差。

(c)

與圖(b)相反，數(shù)據(jù)均值偏離真值較遠(yuǎn)，系統(tǒng)誤差大，正確度差而數(shù)據(jù)又相對(duì)密集，隨機(jī)誤差小，說明重復(fù)性好，既精密度好。 (d)

表明數(shù)據(jù)相對(duì)真值Ａ密集，系統(tǒng)誤差小，隨機(jī)誤差也小。即精確度好。第15頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二準(zhǔn)確度、精密度差準(zhǔn)確度好、精密度差準(zhǔn)確度差、精密度好準(zhǔn)確度、精確度、精密度好第16頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二1．直接測(cè)量方式的最大誤差2．間接測(cè)量方式的最大誤差設(shè)被測(cè)量量與個(gè)直接測(cè)得量，，，具有如下函數(shù)關(guān)系：若直接測(cè)得量的絕對(duì)誤差用，，，表示，引起被測(cè)量的誤差為，則有第17頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二將上式展開成泰勒級(jí)數(shù)，并略去高階量得：故有：將上式兩邊同除以y，得到被測(cè)量相對(duì)誤差的關(guān)系式為式中，為直接測(cè)量量的局部相對(duì)誤差；為局部相對(duì)誤差的傳遞函數(shù)。第18頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

兩種特殊情況：（1）被測(cè)量為個(gè)直接測(cè)量量之和兩端除以，并取最大值若直接測(cè)得量的絕對(duì)誤差用，，，表示，則有第19頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二總電阻的最大絕對(duì)誤差出現(xiàn)在兩個(gè)電阻的絕對(duì)誤差同時(shí)取最大值時(shí)則最大相對(duì)誤差為例

12-3

兩個(gè)標(biāo)稱值均為1000?的電阻、串聯(lián)，已知這兩個(gè)電阻的絕對(duì)誤差分別為，求總電阻的最大相對(duì)誤差。解：根據(jù)電阻串聯(lián)公式有第20頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二（2）被測(cè)量y為兩個(gè)量之差

被測(cè)結(jié)果為兩量之差時(shí)，可能的最大相對(duì)誤差不僅與各個(gè)測(cè)量結(jié)果的相對(duì)誤差有關(guān)，而且與兩個(gè)已知量之差有關(guān)。若兩量之差越大，被測(cè)量可能的最大相對(duì)誤差越小，反之兩量之差越小，則相對(duì)誤差急驟上升。設(shè),為被測(cè)量有關(guān)的直接測(cè)量量，被測(cè)量為第21頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二解：1）2）可見兩量相差越小，可能出現(xiàn)的相對(duì)誤差越大。例12-4

電路如圖所示，測(cè)得第一支路電流，，總電流，。（1）求和可能最大相對(duì)誤差。（2）若，，和可能最大相對(duì)誤差又是多少？第22頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二（3）被測(cè)量為個(gè)量之積或商

若考慮最不利的情況，當(dāng) 同符號(hào)時(shí)，可能最大的相對(duì)誤差為若直接測(cè)得量的相對(duì)誤差用，表示，則有第23頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

例12-5用間接法求某一電阻消耗的電能，設(shè)測(cè)量電壓的相對(duì)誤差為 ，測(cè)量電阻的相對(duì)誤差為 ，測(cè)量時(shí)間的相對(duì)誤差為 ，求計(jì)算電能Ｗ的可能最大相對(duì)誤差。解：電能計(jì)算公式為最大可能相對(duì)誤差為第24頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二第三節(jié)模擬指示儀表

模擬指示儀表是最常見的一種電工儀表，其工作原理是將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成可動(dòng)部分的角位移，然后利用可動(dòng)的部分的指針在標(biāo)尺上的位置直接讀出被測(cè)量的數(shù)值。第25頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

次序被測(cè)量的種類

儀表名稱

符號(hào)

電流表毫安表電壓表

千伏表功率表千瓦表

歐姆表兆歐表1電流2電壓3電功率4電阻AmAVkVWkWM第26頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二一、表征模擬指示儀表指標(biāo)及性能的符號(hào)1．模擬電工儀表的型號(hào)組成

用途號(hào)：表示測(cè)量的對(duì)象。

設(shè)計(jì)序號(hào)（數(shù)字）：指儀器的設(shè)計(jì)序號(hào)。

系列序號(hào)：指儀表工作原理的代號(hào)。C表示磁電系，T表示電磁系，D表示電動(dòng)系，G表示感應(yīng)系，L表示整流系，Q表示靜電系。用途號(hào)（國(guó)際通用符號(hào)）設(shè)計(jì)序號(hào)（數(shù)字）系列代號(hào)（漢語拼音字母）形狀第二位代號(hào)（數(shù)字0可省略）形狀第一位代號(hào)（數(shù)字）第27頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二2．準(zhǔn)確定等級(jí)3．儀表其它常用符號(hào)及含義形狀第一位代號(hào)：按儀表的面板形狀最大尺寸編制。形狀第二位代號(hào)：按儀表的外殼形狀尺寸編制。目前我國(guó)直讀式電工測(cè)量?jī)x表按照準(zhǔn)確度分為7個(gè)等級(jí)。儀表準(zhǔn)確度等級(jí)0.10.20.51.01.52.55.0基本誤差(%)±0.1±0.2±0.5±1.0±1.5±2.5±5.0

第28頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二符號(hào)意義~~3~

或~2kV或?或~~直流交流交直流三相交流儀表絕緣試驗(yàn)電壓2000V儀表直立放置儀表水平放置儀表傾斜60°度放置60°電工儀表常用符號(hào)及含義見書所示。第29頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二二、模擬指示儀表的組成和基本原理

測(cè)量線路的作用是將被測(cè)量轉(zhuǎn)換為測(cè)量機(jī)構(gòu)可接受的中間物理量。

測(cè)量機(jī)構(gòu)是將中間物理量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的指針偏轉(zhuǎn)角。測(cè)量機(jī)構(gòu)主要由三大部件組成：

（1）產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的裝置：利用儀表中通入電流后產(chǎn)生電磁作用，使可動(dòng)部分受到轉(zhuǎn)矩而發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)力矩與通入的電流之間存在一定的函數(shù)關(guān)系。測(cè)量線路測(cè)量機(jī)構(gòu)被測(cè)量過渡電量指針偏轉(zhuǎn)角第30頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

（2）產(chǎn)生反作用力矩的裝置：

為了使偏轉(zhuǎn)角與被測(cè)量成一

定比例，儀表中還有一個(gè)與

偏轉(zhuǎn)角成比例的反作用力矩。

反作用力矩主要由游絲、懸絲等產(chǎn)生。NS第31頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

（3）產(chǎn)生阻尼力矩的裝置

為了使儀表的可動(dòng)部分能迅速靜止于平衡位置，縮短測(cè)量時(shí)間，還需要一個(gè)阻尼力矩。阻尼力矩只在指針轉(zhuǎn)動(dòng)過程中才起作用，指針達(dá)到平衡時(shí)，該力矩為零。（a）空氣阻尼器(b)電磁阻尼第32頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩和反作用力矩達(dá)到平衡時(shí)，即指針偏轉(zhuǎn)到一定的位置，偏轉(zhuǎn)角與被測(cè)量成正比。三、常用的模擬指示式儀表

根據(jù)產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的原理不同，模擬指示式儀表又可分為磁電式、電磁式、電動(dòng)式、感應(yīng)式、振動(dòng)式、靜電式等。第33頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二型式符號(hào)被測(cè)量的種類磁電式整流式電磁式電動(dòng)式電流的種類與頻率電流、電壓、電阻電流、電壓電流、電壓電流、電壓、電功率、功率因數(shù)、電能量直流工頻和較高頻率的交流直流和工頻交流直流及工頻與較高頻率的交流第34頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二1．磁電系儀表外磁式磁電系儀表結(jié)構(gòu)圖線圈在磁場(chǎng)中受力NSFSNF轉(zhuǎn)動(dòng)方向第35頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二儀表偏轉(zhuǎn)角與電流關(guān)系：電流靈敏度：?jiǎn)挝槐粶y(cè)量所對(duì)應(yīng)的偏轉(zhuǎn)角。磁電式儀表的電流靈敏度為：磁電式儀表廣泛地應(yīng)用于直流電流和直流電壓的測(cè)量。與整流元件配合，還可測(cè)量交流電流和電壓的測(cè)量。與交換電路配合，還可測(cè)量功率、頻率、相位等。與傳感器配合還可測(cè)量多種非電量，如溫度、壓力等。式中：B為空氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度，S為線圈所圍的面積，N為線圈匝數(shù)，D為游絲反作用力矩系數(shù)，，當(dāng)儀表結(jié)構(gòu)確定后，是一個(gè)常數(shù)。第36頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

磁電系儀表的特點(diǎn)：準(zhǔn)確度高；靈敏度高；刻度均勻；功耗??；抗干擾能力強(qiáng)；過載能力??；只能測(cè)量直流。磁電系儀表常用來測(cè)量直流電流、直流電壓及電阻。儀表常數(shù)：?jiǎn)挝黄D(zhuǎn)角所對(duì)應(yīng)的被測(cè)量的大小。從式中看到它與電流靈敏度互為倒數(shù)關(guān)系。第37頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二2．電磁系儀表吸引型電磁系儀表312450推斥式電磁式儀表可動(dòng)鐵片固定鐵片第38頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

電磁系儀表是測(cè)量交流電壓與交流電流的最常用的一種儀表。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、過載能力強(qiáng)、造價(jià)低廉以及交直流兩用等一系列優(yōu)點(diǎn)。電磁系儀表結(jié)構(gòu)有吸引型和推斥型兩種形式。當(dāng)電磁力與游絲產(chǎn)生的反作用力矩平衡時(shí)，儀表偏轉(zhuǎn)角與電流的關(guān)系為式中，為系統(tǒng)的自感隨偏轉(zhuǎn)角的變化率，K為與結(jié)構(gòu)有關(guān)的參數(shù)。K如果為常數(shù)，刻度具有平方律特性，適當(dāng)選擇鐵心形狀，調(diào)節(jié)鐵心與線圈的相對(duì)距離，可使刻度基本均勻。第39頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

電磁系儀表即可用于測(cè)量直流，也可以用于測(cè)量交流。因?yàn)榫€圈電流方向改變時(shí)，線圈磁極性和鐵心磁極性同時(shí)改變，而保持受力方向不變。

電磁式儀表的特點(diǎn):

1.交直流兩用；儀表結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；

2.儀表中鐵磁物質(zhì)存在著磁滯誤差，靈敏度較低；

3.受外磁場(chǎng)影響大，抗干擾能力差；功耗大；感抗大、不易用于高頻測(cè)量。

電磁系儀表常被用來測(cè)量交流電壓與交流電流。第40頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二3．電動(dòng)系儀表螺旋彈簧固定線圈可動(dòng)線圈空氣阻尼器產(chǎn)生阻尼力電動(dòng)系儀表用于交流精密測(cè)量及作為標(biāo)準(zhǔn)表，與電磁系相比最大區(qū)別是以可動(dòng)線圈代替可動(dòng)鐵心，可以消除磁滯和渦流的影響，使它的準(zhǔn)確度得到提高。第41頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二當(dāng)電磁力與游絲產(chǎn)生的反作用力矩平衡時(shí)，儀表偏轉(zhuǎn)角與電流的關(guān)系為式中，為可動(dòng)線圈和固定線圈所通電流的相位差，M12為可動(dòng)線圈和固定線圈之間的互感。第42頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二電動(dòng)式儀表常用于精確測(cè)量電壓、電流、功率還可以測(cè)量功率因數(shù)、頻率、電容、電感和相位差。

電動(dòng)式儀表的特點(diǎn):

1.準(zhǔn)確度高；可以交直流兩用；

2.易受外磁場(chǎng)影響；

3.本身消耗的功率較大；4.過載能力小；5.電動(dòng)系電流表、電壓表的標(biāo)度尺刻度不均勻。

第43頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

第四節(jié) 數(shù)字式儀表

測(cè)量是獲得信息的重要手段。在信息化社會(huì)中，要求測(cè)量的精度高、速度快，并能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)量。同時(shí)，被測(cè)對(duì)象范圍也不斷擴(kuò)大，由單一物理量擴(kuò)展為多個(gè)物理量，由靜態(tài)量擴(kuò)展為動(dòng)態(tài)量。數(shù)字化測(cè)量技術(shù)正是適應(yīng)這一需要而發(fā)展起來的。數(shù)字式儀表具有測(cè)量速度快、精確度高、輸入阻抗高、吸收被測(cè)量功率少、操作方便、方便與計(jì)算機(jī)結(jié)合等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。數(shù)字化測(cè)量是將被測(cè)量（通常為模擬量）轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，直接送到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理或?qū)崟r(shí)控制。數(shù)字化測(cè)量技術(shù)廣泛應(yīng)用于數(shù)字儀表、非電量測(cè)量、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、自動(dòng)控制等各個(gè)領(lǐng)域。

第44頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二被測(cè)量通過相應(yīng)的轉(zhuǎn)換器，可轉(zhuǎn)換成都市頻率、直流電壓或脈沖數(shù)碼，頻率和脈沖數(shù)碼可直接用頻率計(jì)或計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)顯示，而直流電壓則需進(jìn)一步的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為頻率、周期等。第45頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二一、數(shù)字電壓表的構(gòu)成第46頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二數(shù)字電壓表主要由以下幾個(gè)部分構(gòu)成：（1）輸入電路包括衰減器、前置放大器、切換開關(guān)等。（2）數(shù)字電壓表的電源

中高檔的DVM用220V交流電源供電，小型手持式采用干電池供電。（3）數(shù)字顯示器

有發(fā)光二極管、等離子體和液晶顯示器、熒光數(shù)碼管等。（4）A/D轉(zhuǎn)換器

將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的器件，是電壓表的重要部件。（5）電子計(jì)數(shù)器

用來記錄脈沖個(gè)數(shù)。第47頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二A/D轉(zhuǎn)換器和電子計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)和原理。1．A/D轉(zhuǎn)換器將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的器件稱為?！獢?shù)轉(zhuǎn)換器。主要分為比較式和積分式。比較式轉(zhuǎn)換速度快，抗干擾性差；積分式轉(zhuǎn)換速度慢，抗干擾性強(qiáng)。數(shù)字電壓表通常使用雙積分式的A/D轉(zhuǎn)換器。2.電子計(jì)數(shù)器也稱為數(shù)字頻率計(jì)，用來記錄脈沖個(gè)數(shù)。電子計(jì)數(shù)器通常由四部分組成。

（1）輸入通道包括放大、整形電路。第48頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

（2）時(shí)間基準(zhǔn)電路由晶體振蕩器和分頻器組成。

（3）控制電路控制電路在所選擇的基準(zhǔn)時(shí)間內(nèi)打開控制門，允許整形后的被測(cè)脈沖信號(hào)輸入到計(jì)數(shù)器中。

（4）計(jì)數(shù)器和顯示器對(duì)控制門輸出的信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，并顯示計(jì)數(shù)值。

二、數(shù)字電壓表的主要技術(shù)參數(shù)(1)測(cè)量范圍和量程(2)分辨力第49頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二(3)抗干擾能力

指DVM能夠讀取的被測(cè)電壓的最小變化值，或顯示器末位跳一個(gè)字所需的輸入電壓值。

例如有一數(shù)字萬用表的電壓的最小量程為20mV，最大顯示數(shù)為19999。所以分辨力為

外部干擾分為串模干擾和共模干擾兩種。(4)輸入阻抗

輸入阻抗指DVM在工作狀態(tài)下，從輸入端看進(jìn)去的輸入電路的等效電阻。第50頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二DVM的顯示位數(shù)是以完整的顯示數(shù)字的多少來確定的。(5)顯示位數(shù)(6)測(cè)量速度 測(cè)量速度指在單位時(shí)間內(nèi)，儀表以規(guī)定的準(zhǔn)確度完成的最大測(cè)量次數(shù)。(7)誤差的表示DVM的誤差通常用絕對(duì)誤差來表示。第51頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二三、DT-830數(shù)字萬用表

第52頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二第53頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二測(cè)量范圍（1）直流電壓分為五檔:200mV,2V,20V,200V,1000V。（2）交流電壓分為五檔:200mV,2V,20V,200V,750V。（3）直流電流分為五檔:200V,2mA,20mA,200mA,10A。（4）交流電流分為五檔:200V,2mA,20mA,200mA,10A。（5）電阻分為六檔:200,2k,20k,200k,2M,20M第54頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二第五節(jié)比較式儀表

比較式儀器用于比較法測(cè)量，主要指使用電橋、補(bǔ)償?shù)确椒?，將?biāo)準(zhǔn)度量器與被測(cè)量置于比較儀器中進(jìn)行比較，從而求得被測(cè)量。一、直流電位差計(jì)1、直流電位差計(jì)工作原理(1)

校準(zhǔn)回路（回路1）第55頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

（2）測(cè)量回路（回路2）

（3）工作電流回路（回路3）主要任務(wù)是提供一個(gè)穩(wěn)定的工作電流。

電位差計(jì)利用了補(bǔ)償原理，它的平衡是利用電動(dòng)勢(shì)互相補(bǔ)償，因此平衡時(shí)不從測(cè)量回路取用電流，從而消除被測(cè)電源的內(nèi)阻、導(dǎo)線電阻、接觸電阻對(duì)測(cè)量的影響。校準(zhǔn)回路也一樣，不從標(biāo)準(zhǔn)電池取用電流，保持了標(biāo)準(zhǔn)電池電動(dòng)勢(shì)的穩(wěn)定。電位差計(jì)還采用高準(zhǔn)確度的元件，由于標(biāo)準(zhǔn)電池的電動(dòng)勢(shì)比較穩(wěn)定，調(diào)定電阻和測(cè)量電阻的左端ab部分選用高準(zhǔn)確度和高穩(wěn)定度的電阻，所以測(cè)量準(zhǔn)確度可以達(dá)到±0.001%。第56頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二2、實(shí)用電位差計(jì)的結(jié)構(gòu)（1）標(biāo)準(zhǔn)電池的電動(dòng)勢(shì)易受溫度的影響，實(shí)用電位差計(jì)的工作調(diào)定電阻通常由兩部分電阻構(gòu)成，一部分為固定，一部分為可調(diào)，可調(diào)部分作為溫度補(bǔ)償電阻，以補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)電池因溫度而發(fā)生的變化。（2）根據(jù)測(cè)量結(jié)果所需的準(zhǔn)確度，選擇合適的測(cè)量線路和有足夠靈敏度的檢流計(jì)。以保證電路未完全補(bǔ)償時(shí)，能為觀察者所覺察。第57頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二3、電位差計(jì)的技術(shù)指標(biāo)

直流電位差計(jì)的準(zhǔn)確度等級(jí)分為： 實(shí)驗(yàn)型：0.001，0.002，0.005，0.01，0.02，0.05。 攜帶型：0.02，0.05，0.1，0.2。（3）測(cè)量電阻應(yīng)在很寬的范圍內(nèi)變化，而且能夠準(zhǔn)確讀數(shù)，例如要讀出五位數(shù)或六位數(shù)，大多電位差計(jì)采用十進(jìn)制電阻盤，以便能讀出多位讀數(shù)，但也有用滑線電阻盤的。

（4）電位差計(jì)的測(cè)量是分兩步進(jìn)行，電源的穩(wěn)定性極其重要，多采用穩(wěn)壓電源。第58頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

二.直流電橋

在工程和科研實(shí)踐中，直流電阻是一個(gè)重要的電參量，當(dāng)測(cè)量誤差要求小于1%時(shí)，采用直流平衡電橋比較合適。直流電橋按結(jié)構(gòu)可分為單電橋和雙電橋。1、直流單臂電橋

E–+PR4R3R1R2IgRxR第59頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二2．直流雙臂電橋直流雙電橋也是由檢流計(jì)、比率臂和比較臂組成。其工作原理見書。第60頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二第六節(jié)電壓和電流的測(cè)量

測(cè)量電流、電壓一般都用直接測(cè)量，即用直讀式模擬或數(shù)字的電流、電壓表。測(cè)電流時(shí)與被測(cè)電路串聯(lián)，測(cè)電壓時(shí)與被測(cè)電路并聯(lián)。I負(fù)載AU負(fù)載V+–第61頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二一、直流電流、電壓的測(cè)量

測(cè)量直流電流、電壓多用磁電系儀表，磁電系表頭允許通過的電流較小，通常要采用分流器擴(kuò)大其量程。也可以并聯(lián)若干個(gè)電阻，更換輸入接頭，組成多量程的電流表。I負(fù)載RshRcIc設(shè)通過電流表線圈的電流與被測(cè)電流的關(guān)系為可推出量程擴(kuò)大倍數(shù)與分流器電阻值的關(guān)系式第62頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

例12-6有一只磁電系表頭，滿偏電流為500μA，內(nèi)阻為500Ω，現(xiàn)在要把它制成限量為1A的電流表，問應(yīng)選阻值為多少的分流電阻？

解：分流系數(shù)為 可以得出分流電阻為第63頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

擴(kuò)大電壓表量程可以串聯(lián)附加電阻，如圖所示。串聯(lián)附加電阻后，可將電壓量程擴(kuò)大為U，由下式求得

用m表示比值，代表串聯(lián)附加電阻后電壓表量程擴(kuò)大的倍數(shù)，可求得串聯(lián)的附加電阻值U負(fù)載+–RcRad+–UcIc第64頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二二、交流電流、電壓的測(cè)量1．交流低頻電流、電壓的測(cè)量測(cè)量低頻的交流電流與電壓常用電磁系儀表，電磁系表頭能通過較大的電流，所以電磁系電流表擴(kuò)大量程不采用分流器，只要改變線圈匝數(shù)就能改變量程。對(duì)于多量程的電流表，通常將固定線圈分成幾段，通過改變其串并聯(lián)結(jié)構(gòu)，做成不同的量程。

第65頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二電磁系交流電流表、電壓表還可采用電流互感器、電壓互感器擴(kuò)大量程測(cè)量大電流和高電壓。

（a）串聯(lián)基本量程（b）并聯(lián)基本量程第66頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二2．交流高頻電流、電壓的測(cè)量

對(duì)于交流高頻電壓和電流的精密測(cè)量要使用電動(dòng)系儀表，當(dāng)電動(dòng)系儀表的固定線圈和可動(dòng)線圈串聯(lián)，就可以做為低量程電流表。對(duì)于大量程的電流表，由于可動(dòng)線圈不允許通過大電流，故可動(dòng)線圈與固定線圈為并聯(lián)結(jié)構(gòu)。第67頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

電動(dòng)系儀表的固定線圈和可動(dòng)線圈與附加電阻串聯(lián)起來應(yīng)構(gòu)成了電壓表。改變附加電阻的大小就可以擴(kuò)大量程。電流與電壓的精密測(cè)量還可以采用比較法，直流可以用直流電位差計(jì)，其準(zhǔn)確度約為0.005%～0.1%。而交流一般先將交流電流或電壓轉(zhuǎn)換為直流量，然后再用直流電位差計(jì)測(cè)量。

第68頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二第七章功率和電能的測(cè)量

一、功率的測(cè)量功率測(cè)量方法通常有直接和間接法二種。直接法指直接用電動(dòng)系功率表、數(shù)字功率表或三相功率表直接測(cè)量。間接法則指通過測(cè)量電壓、電流、電壓及功率因素間接求得功率。（一）電動(dòng)系功率表第69頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二測(cè)量功率時(shí)，電動(dòng)系儀表的固定線圈與負(fù)載串聯(lián)，反映負(fù)載電流，儀表的可動(dòng)線圈與負(fù)載并聯(lián)，反映負(fù)載電壓。已知電動(dòng)系測(cè)量機(jī)構(gòu)的偏轉(zhuǎn)角與被測(cè)量的關(guān)系為即偏轉(zhuǎn)角與被測(cè)的功率成正比。如果、為交流，則同樣可推出可動(dòng)線圈的偏轉(zhuǎn)角正比于負(fù)載功率。第70頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二二、電能測(cè)量方法

測(cè)量電能的方法通常有直接法和間接法兩種。直接法指的是直接用電能表測(cè)量電能，直流可使用電動(dòng)系電能表，交流用感應(yīng)系或電子電能表。而間接法很少用，只有在功率穩(wěn)定不變的情況下用功率表和記時(shí)時(shí)鐘進(jìn)行測(cè)量，再通過計(jì)算間接得到電能的大小。感應(yīng)系電能表按結(jié)構(gòu)不同有切線型和射線型兩種。第71頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二第八章 電阻、電容與電感的測(cè)量

一、交流電橋的工作原理U~交流電橋平衡時(shí)有要滿足交流阻抗電橋的平衡，四個(gè)橋臂的阻抗大小和性質(zhì)要按一定條件配置，否則不可能達(dá)到平衡。常用的電橋有維恩電橋、西林電橋、串聯(lián)歐文電橋和馬克斯威爾電橋。Z4Z3Z1Z2IgZx第72頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二第73頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二二、電容的測(cè)量測(cè)量電容的電路如圖所示，電橋平衡的條件為R0R4RxR2C0Cx第74頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二三、電感的測(cè)量測(cè)量電感的電橋又稱為海氏電橋。電橋平衡的條件為R5R4RxR2C4Lx即第75頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二第九節(jié)頻率和周期的測(cè)量

頻率是交流電的基本參量之一。交流電路中的阻抗，交流電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速等參量都與頻率有關(guān)，電力系統(tǒng)將頻率作為電能質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)。我國(guó)電力系統(tǒng)的額定頻率為50Hz，通常稱之為工頻。工頻測(cè)量可采用電動(dòng)系頻率計(jì)、變換式頻率計(jì)、振簧式頻率計(jì)等模擬指示儀表實(shí)現(xiàn)，但是最常用的是使用電子計(jì)數(shù)器進(jìn)行的數(shù)字測(cè)量法，簡(jiǎn)稱為計(jì)數(shù)法。計(jì)數(shù)法可適用于工頻、低頻與高頻，由于集成化程度的提高，計(jì)數(shù)器電路體積小，價(jià)格便宜，幾乎取代了所有其他形式的測(cè)頻儀器。第76頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二一、計(jì)數(shù)法測(cè)頻率第77頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

如果被測(cè)量信號(hào)的周期為Tx，經(jīng)過放大整形成脈沖信號(hào)后，周期保持不變，

在

這段時(shí)間內(nèi)進(jìn)入計(jì)數(shù)器的脈沖個(gè)數(shù)

為式中k為分頻倍數(shù)?？梢?，被測(cè)信號(hào)頻率與成正比，與k反比，我們可以利用分頻器，通過改變開門時(shí)間就可以改變頻率計(jì)的量限。顯然，計(jì)數(shù)器測(cè)量和顯示的是在這段時(shí)間內(nèi)被測(cè)量頻率的平均值。即第78頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二二、計(jì)數(shù)法測(cè)量周期第79頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

在 這段時(shí)間內(nèi)進(jìn)入計(jì)數(shù)器的脈沖個(gè)數(shù)為

被測(cè)量信號(hào)的周期為Tx