第一章第一章 电工仪表与测量的基本知识电工仪表与测量的基本知识第一节第一节 测量方法的分类测量方法的分类第二节第二节 电工仪表的分类电工仪表的分类第三节第三节 电工仪表的组成和基本原理电工仪表的组成和基本原理第四节第四节 测量误差及其表示方法测量误差及其表示方法第五节第五节 工程上最大测量误差的估计工程上最大测量误差的估计及及 系统误差的消除系统误差的消除第六节第六节 随机误差的估计随机误差的估计 Electrical Measure本章要点本章要点 本章第一、二、三节主要介绍有关本章第一、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，以达到测为可阅读的数字或机械偏移，以达到测量的目的。量的目的。 本章第四、五、六节主要是介绍产本章第四、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。示方法，以及如何在测量中减少误差。第一节第一节 测量方法的分类测量方法的分类一、一、测量方式分类测量方式分类测测量量方方式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关系，先测出中间量，再通过计函数关系，先测出中间量，再通过计算求出被测量。例如用伏安法测电阻。算求出被测量。例如用伏安法测电阻。指指仪仪表表读读出出值值就就是是被被测测的的电电磁磁量量，例例如如用用电电流流表表测测量量电电流流，用用电电压压表表测测量量电压。电压。返回本章首页二、测量方法二、测量方法(即数据读取方法即数据读取方法)分类分类测测量量方方法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。返回本章首页曹冲称象曹冲称象替代法实例替代法实例返回本章首页第二节第二节 电工仪表的分类电工仪表的分类 一、模拟指示仪表一、模拟指示仪表 模拟指示仪表是将被测电磁量转换为可动部分的角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。被测量的数值。 二、数字仪表二、数字仪表 数字仪表是将被测电磁量转换为电压或脉冲个数，再数字仪表是将被测电磁量转换为电压或脉冲个数，再转换为数字量，并以数字方式直接显示。转换为数字量，并以数字方式直接显示。 三、比较仪器三、比较仪器 指指使使用用电电桥桥、补补偿偿等等方方法法，将将标标准准度度量量器器与与被被测测量量置置于于比比较较仪仪器器中中进进行行比比较较，从从而而求求得得被被测测量量。这这类类仪仪器器除除需需要要仪仪表表本本体体外外（如如电电桥桥、电电位位差差计计等等）还还需需要要检检流流设备、度量器等参与。设备、度量器等参与。 四、智能仪表与虚拟仪表四、智能仪表与虚拟仪表 智智能能仪仪表表是是在在指指示示仪仪表表中中内内嵌嵌单单片片机机或或微微处处理理器器，使使它它具具备备有有自自动动调调节节、自自运运算算、和和多多功功能能的的能能力力。虚虚拟拟仪仪表表则则是是仪仪表表硬硬件件和和计计算算机机的的结结合合，利利用用计计算算机机强强大大的的存存储量和软件组成测量系统。储量和软件组成测量系统。返回本章首页第三节第三节 电工仪表的组成和基本原理电工仪表的组成和基本原理一、模拟指示仪表的组成一、模拟指示仪表的组成返回本章首页模拟指示仪表中的三大部件模拟指示仪表中的三大部件1.产生转动力矩的装置：产生转动力矩的装置：利用电磁力的有磁电式、电磁式、电动式、感应式、振动式等。利用电荷作用力的有静电式等。2.产生反作用力矩的装置：产生反作用力矩的装置：主要有游丝、悬丝等。3.产生阻尼力矩的装置：产生阻尼力矩的装置：可以利用电磁阻尼、空气阻尼、油阻尼等。返回本章首页二、数字仪表的组成二、数字仪表的组成 返回本章首页通过通过A/D 转换转换将电压转换为将电压转换为数字脉冲数字脉冲由于由于 A/D 转换的对转换的对象必须是电压象必须是电压,所以需所以需要测量线路将被测量要测量线路将被测量转换为电压转换为电压数字脉冲数字脉冲经经译码加到译码加到显显示器示器第四节第四节 测量误差及其表示方法测量误差及其表示方法 一、测量误差的分类一、测量误差的分类测测量量误误差差 分类分类系统误差系统误差基基本本误误差差：由由仪仪表表结结构构造造成的误差成的误差附附加加误误差差：偏偏离离规规定定的的工工作作条件造成的误差条件造成的误差随随机机误误差差：偶偶发发原原因因引引起起大大小小方方向向都都不不确确定定的的误误差差疏疏忽忽误误差差：测测量量人员疏忽造成人员疏忽造成返回本章首页 二、测量误差的表示方法二、测量误差的表示方法1. 绝对误差绝对误差用测量值与被测量真值之间的差值所表示的用测量值与被测量真值之间的差值所表示的误差称为绝对误差。误差称为绝对误差。 2.2.相对误差相对误差绝绝对对误误差差与与被被测测量量真真值值之之比比，称称为为相相对对误差。误差。返回本章首页 3. 3. 引用误差引用误差 以绝对误差以绝对误差与仪表上量限的比值所表示的与仪表上量限的比值所表示的误差称为引用误差，其中绝对误差若取可能出误差称为引用误差，其中绝对误差若取可能出现的最大值则称为最大引用误差，可以用来评现的最大值则称为最大引用误差，可以用来评价仪表性能价仪表性能, ,即仪表的准确度等级。即仪表的准确度等级。返回本章首页4.、正确度、精密度、准确度、正确度、精密度、准确度 正确度：正确度：表征系统误差的大小。表征系统误差的大小。 精密度：精密度：指在多次精密测量中，测量读数重复指在多次精密测量中，测量读数重复一致的程度，表征即随机误差的大小。一致的程度，表征即随机误差的大小。 准确度：准确度： 表示测量中系统误差和随机误差两者表示测量中系统误差和随机误差两者的综合影响，系统误差小称之为正确度高，随的综合影响，系统误差小称之为正确度高，随机误差小称之为精密度高，准确度高则是指系机误差小称之为精密度高，准确度高则是指系统误差和随机误差都比较小。指既统误差和随机误差都比较小。指既“正确正确”又又“精密精密”的测量。可见准确度可以表示测量结的测量。可见准确度可以表示测量结果与被测真值的一致程度。果与被测真值的一致程度。 返回本章首页第五节第五节 工程上最大测量误差的估计及系工程上最大测量误差的估计及系统误差的消除统误差的消除一、一、直接测量方式的最大误差直接测量方式的最大误差若直接测量所用仪表的准确度为若直接测量所用仪表的准确度为 K ，则直接，则直接测量可能出现的相对误差最大值不会超过测量可能出现的相对误差最大值不会超过 K 值值。返回本章首页二、间接测量方式的最大误差二、间接测量方式的最大误差 1、被测量为、被测量为n个中间量之和个中间量之和返回本章首页2、被测量为两个中间量之差最大误差不仅与各中间量的相对误差有关，而且与中间量之差有关，差越小，被测量y的相对误差就越大。例如在并联电路中，用测到的总电流与一个支路电流去求得另一支路的电流，这种方法不可取。返回本章首页3、被测量为若干中间量之积或商、被测量为若干中间量之积或商返回本章首页三、系统误差的消除方法三、系统误差的消除方法从制造角度：从制造角度：改进仪表结构和制造工艺，如减少转动部分的改进仪表结构和制造工艺，如减少转动部分的摩擦，加强对外界电磁场的屏蔽等。这也是消除摩擦，加强对外界电磁场的屏蔽等。这也是消除系统误差最根本的办法。系统误差最根本的办法。 从使用角度从使用角度： 使用者无法改变仪表的结构，只能在使用中采使用者无法改变仪表的结构，只能在使用中采用比较法、正负误差补偿法、利用校正值等来减用比较法、正负误差补偿法、利用校正值等来减小误差，例如测量后将仪表调转小误差，例如测量后将仪表调转 180，重测一次，重测一次，用两次测量平均值作为测量值，以消除地磁的影用两次测量平均值作为测量值，以消除地磁的影响，或利用校正值求得被测量的真值。响，或利用校正值求得被测量的真值。返回本章首页第六节第六节 随机误差的估计随机误差的估计一一.随机误差的特点随机误差的特点随机误差是由一些偶发原因引起的误差，例如电磁随机误差是由一些偶发原因引起的误差，例如电磁场微变、热起伏、空气扰动、大地微振等。在一组测场微变、热起伏、空气扰动、大地微振等。在一组测量数据列中，随机误差通常呈正则分布，表现为有界量数据列中，随机误差通常呈正则分布，表现为有界性、单峰性和正负误差出现几率相等的特点。性、单峰性和正负误差出现几率相等的特点。 随机误差值一般都比较小，工随机误差值一般都比较小，工 程上的测量可以不予考虑。只有程上的测量可以不予考虑。只有 在精密实验时才需要进行计算。在精密实验时才需要进行计算。 计算前计算前 首先要进行多次测量，首先要进行多次测量， 取得大量数据，然后按以下步取得大量数据，然后按以下步 骤进行骤进行。返回本章首页二、计算步骤二、计算步骤第一步第一步：先从多次测量值中求得其算术平均先从多次测量值中求得其算术平均值。值。 第二步第二步：求出每次测量值的剩余误差，并求出每次测量值的剩余误差，并且只有测量列的剩余误差总和为且只有测量列的剩余误差总和为 0 时，才说时，才说明所计算的算术平均值是正确的。否则必须明所计算的算术平均值是正确的。否则必须重算重算返回本章首页第三步第三步：用贝塞尔公式求出标准差的估计值：用贝塞尔公式求出标准差的估计值第四步第四步：三倍标准差的估计值称为极限误差，：三倍标准差的估计值称为极限误差，应检查测量列中的剩余误差，是否有超过极限误应检查测量列中的剩余误差，是否有超过极限误差差 的数据，如有则该项测量值属于坏值应的数据，如有则该项测量值属于坏值应予剔除，然后按以上步骤重新计算。予剔除，然后按以上步骤重新计算。 第五步第五步：求算术平均值的标准差，并用：求算术平均值的标准差，并用 表表示测量结果的可信赖程度。示测量结果的可信赖程度。返回本章首页