2015电气测量技术(1-测量与测量误差)
电气测量技术-教案
2013.02.26
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电气测量技术
1、测量
2、测量：被测量 电气参数 电器特性
3、测量：标准量 基准 量具 电学量具
4、测量：测量过程 三个阶段 三要素 测量处理
➢ 测量方法 作业：1）查阅参考资料
2）组建团队，构思 Project。
2013.02.26
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电气测量技术
1、应变测量系统的应用
2、应变传感器
R 金属电阻应变片 R
x t
x 2f cos(2ft)
x
1LSB
uref 2n
f
1 2n1
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电气测量技术
应变测量系统设计-参数设计
1、参数设计
传感器
ΔU
调理电路 U0
数据采集系
➢ 应变传感器参数：1000 欧姆
统
➢ 调理电路：单臂桥、差动半桥、差动全桥、电流或电压、有源？
➢ 根据指标：（20000µε、1µε），求调理电路输出电压ΔU
➢ AD 转换位数、极性、转换速度(ADS1118.pdf)
➢ 设计放大电路参数(AD623.pdf)
2、衡量指标
1）静态指标：
➢ 零位（偏置电压 OFFSET）
➢ 灵敏度
➢ 分辨率
➢ 量程与范围
➢ 迟滞
➢ 重复性
➢ 线性度
➢ 准确度
➢ 可靠性
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电气测量技术
➢ 稳定性和影响系数
➢ 随机误差分布特征
➢ 正态 ➢ t 分布 ➢ 均匀分布
➢ 随机变量特征参数
➢ 数学期望 ➢ 方差/标准差
➢ 随机误差的估计
➢ 算术平均值原理 ➢ 标准偏差估计
电气测量实验报告(精选)
引言概述：电气测量实验是电气工程领域的重要实践环节之一。
本文将对“精选”的电气测量实验进行详细的报告，旨在阐述实验的目的、原理、过程和结果，并对实验中的一些细节进行详细描述和分析。
通过本文，读者将能够更好地理解电气测量实验的重要性和应用价值。
正文内容：1.实验目的：1.1了解电气测量的基本概念1.2掌握电气测量仪器的使用方法1.3熟悉常见电气量的测量原理1.4学习实验数据的处理和分析方法1.5分析实验结果，对测量误差进行评估2.实验原理：2.1电压和电流的测量原理2.2电阻和电功率的测量原理2.3电感和电容的测量原理2.4温度和湿度的测量原理2.5频率和相位的测量原理3.实验过程：3.1实验前的准备工作3.2建立实验电路3.3调节仪器，校准测量误差3.4进行实验数据采集3.5实验后的数据处理和分析4.实验结果与讨论：4.1分析电压和电流测量结果的准确性4.2讨论不同电阻测量方法的优缺点4.3分析电感和电容的测量结果的准确性4.4探讨温度和湿度的测量误差来源4.5对频率和相位测量结果的分析和评估5.实验总结：5.1总结实验中的重要观点和实验结果5.2归纳实验中的关键问题及其解决方法5.3讨论实验中可能存在的不确定因素5.4对实验的整体进行评价，并提出改进建议5.5展望电气测量技术的未来发展方向结论：通过本次电气测量实验，我们深入理解了电气测量方法和原理，掌握了电气测量仪器的使用方法。
实验结果的分析和讨论帮助我们认识到了测量误差的来源和评估方法。
此实验为我们今后从事电气工程领域的研究和实践打下了坚实的基础。
我们应该继续深入学习和研究，不断挖掘电气测量技术的潜力，并在实践中不断优化和提升测量精度和可靠性。
就这份报告而言，我们也可以做出一份小小的总结，指出本次实验在实验目的、实验原理、实验过程、实验结果与讨论、实验总结等方面做得不错。
同时，我们还可以展望下一阶段的研究和实践工作，提出一些建议，以期能够进一步提高电气测量技术的研究和应用水平。
电气测量课后习题1
1-1、测量的定义是什么？测量结果表示包含哪些内容？答：通过使用一个经过标准单位标定的仪器或设备，或者通过与一个已知规模大小的物体相比较来确定大小、数量或程度。
测量的具体方法是由被测量的参数类型、量值的大小、所要求的测量准确度、测量速度的快慢、进行测量所需要的条件以及其他一系列因素决定的。
每个物理量都可以用具有不同特点的多种方法进行测量。
1-3、直接测量方法和间接测量方法有何不同？直接测量：被测量可以通过测量仪表给出的测量示值直接得到；间接测量：被测量与可测量之间存在已知的某种确定数学关系通过计算得到。
1-4、什么是测量系统的静态特性？表征测量系统静态特性的主要指标有哪些？它们是如何定义的？ 答：传感器的静态特性是指被测量的值处于稳定状态时传感器的输出与输入之间的关系，指标：灵敏度、线性度、迟滞、重复性等。
1-5、什么是测量系统的动态特性？表征测量系统动态特性的主要指标有哪些？它们是如何定义的？ 答: 动态特性反映的是测量系统对变化输入信号的快速响应的能力, 如可以用响应时间, 上升时间等来定量描述. 2-1、测量误差分哪几类？它们各有什么特点？答：可分为随机误差、系统误差和粗大误差3类。
（1）随机误差是在一定测量条件下多次测量同一量值时，其绝对值和符号（即正与负），以不可预定的方式变化着的误差。
随机误差的特点是具有随机性。
在大多数情况下随机误差是符合正态分布规律的。
为了减小随机误差的影响，通常采取多次测量然后取算术平均值的方法。
（2）系统误差是在测量过程中多次测量同一量值时，所产生的误差大小和符号固定不变或按一定规律变化的误差。
系统误差的特点是误差恒定或遵循一定的规律变化。
在实际测量过程中，测量者都应想方设法避免产生系统误差，如果难以避免，应设法加以消除或尽可能使其减小。
（3）粗大误差是在测是过程中出现的超出规定条件的预期误差。
粗大误差的特点是误差数值较大，测量结果明显不准。
在测量过程中是不允许产生粗大误差的，若发现有粗大误差则应按图样尺寸要求报废。
电气测量技术-电气测试技术（1）
电气测量技术
19
绪论
1.5.4 标准电阻
标准电阻是复现和保存电阻单位“欧姆”的实体
通常标准电阻是锰铜丝绕制的， 标准电阻能够准确复现欧姆量值。
Why?
由于锰铜丝电阻系数高，电阻温 度系数小，制作工艺科学，所以锰 铜丝标准电阻的阻值稳定、结构简 单、热电效应&残余电感&寄生电 容小，能够准确复现欧姆量值。
电气测量技术
24
绪论
1.6.2 误差表达形式
; 绝对误差：如果用 Ax 表示测量结果，A0 表示被测量的 真值，则绝对误差 △ 可表示为
Δ = Ax − A0
Δ = Ax − A
; 相对误差：通常以百分数 γ 来表示，即
γ = Δ ×100%
A0
实际相对误差
因为A0难以测得，有时用 Ax 代替 A0 ，则
电气测量技术
11
绪论
1.4-1 测试结果的表示
测量的结果
I=5A
单位
数值
测量单位
基本单位
独立定义的单位
一定物理关系
如米、千克、秒和安培
导出单位
电气测量技术
12
绪论
1.4-1 测试结果的表示
• 测量的前提：
– 被测的量必须有明确的定义； – 测量标准必须事先通过协议确定。
• 没有明确定义 （如：气候的“舒适度”或人的“智 力”等 ）的量，在上述的意义上是不可测的。
电气测量技术
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绪论
1.0 概述
本章节基本要求
• 掌握误差分析和数据处理的方法； • 正确理解测量和测量单位； • 了解电学基准和电学标准量具。
电气测量技术
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绪论
1.0 概述
电气测量中系统误差的产生原因分析及消除方法
电气测量中系统误差的产生原因分析及消除方法1.仪器仪表的误差：仪器仪表在制造、校准和使用过程中都会存在一定的误差，如指示误差、滞后误差、非线性误差等。
这些误差会直接影响到测量结果的准确性。
2.环境因素的影响：环境因素如温度、湿度、电磁干扰等都会对测量系统产生影响。
例如，温度变化会导致仪器的灵敏度变化，湿度变化会导致电阻器的阻值变化，电磁干扰会产生电磁场噪声。
3.测量对象本身的特性：测量对象的非理想特性也会引起系统误差。
例如，元件的温度系数、非线性特性、频率响应不均匀等都会对测量结果产生影响。
4.测量电路的影响：测量电路的参数对测量结果也会产生一定的误差。
例如，电源电压的波动、电源电阻、线路阻抗等都会影响测量的准确性。
针对系统误差的产生原因，可以采取以下措施来消除或减小系统误差：1.使用高精度的仪器仪表：选择精度高、性能稳定的仪器仪表可以减小仪器本身的误差。
在测量之前对仪器进行校准和调整，可以提高测量的准确性。
2.控制环境因素：在测量过程中尽量控制环境因素的影响。
例如，保持温度稳定、控制湿度、避免电磁干扰等。
3.选择合适的测量方法：根据测量对象的特性选择合适的测量方法，以减小测量误差。
例如，对于频率响应不均匀的测量对象，可以采用频率补偿技术来减小误差。
4.进行校正和补偿：通过对测量系统进行校正和补偿，可以减小测量误差。
例如，使用校准仪对仪器进行周期性校准，对测量电路进行补偿等。
5.重复测量和数据处理：通过多次重复测量并进行数据处理，可以减小随机误差，并提高测量结果的准确性。
例如，采用平均法、拟合方法等。
综上所述，电气测量中的系统误差是由多种原因所引起的，可以通过选择合适的仪器仪表、控制环境因素、采用合适的测量方法、进行校正和补偿以及重复测量和数据处理等方法来消除或减小误差，提高测量结果的准确性。
电气测量技术课程设计
电气测量技术课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解并掌握电气测量的基本原理，包括电压、电流、电阻的测量方法。
2. 学生能够掌握常见测量仪器的使用方法，如万用表、示波器等。
3. 学生能了解电气测量中的误差来源，并掌握减少误差的基本方法。
技能目标：1. 学生能够正确使用万用表、示波器等测量仪器进行电气测量。
2. 学生能够进行简单的电路搭建，并进行相关电气参数的测量。
3. 学生能够分析测量数据，解决简单的电气测量问题。
情感态度价值观目标：1. 学生能够认识到电气测量技术在工程实践中的重要性，增强对电气工程领域的兴趣。
2. 学生在学习过程中培养严谨、细致的实验态度，提高团队协作能力。
3. 学生能够关注电气测量技术的发展，培养创新意识和探索精神。
分析课程性质、学生特点和教学要求，本课程旨在让学生通过理论学习与实践操作相结合的方式，掌握电气测量的基本知识和技能。
课程目标具体、可衡量，有助于学生和教师在教学过程中明确预期成果，并为后续的教学设计和评估提供依据。
二、教学内容1. 电气测量基本原理：包括电压、电流、电阻的测量原理，以及相关的欧姆定律、基尔霍夫定律等基础知识。
- 教材章节：第一章 电气测量基本概念与原理2. 常见测量仪器的使用方法：详细介绍万用表、示波器、电桥等测量仪器的结构、原理及操作方法。
- 教材章节：第二章 常用测量仪器及其使用方法3. 电气测量误差分析及处理：分析电气测量中误差的来源，介绍减少误差的方法和技巧。
- 教材章节：第三章 电气测量误差分析与处理4. 实践操作：安排学生进行电路搭建，进行电压、电流、电阻等参数的测量，并对测量数据进行处理和分析。
- 教材章节：第四章 电气测量实践操作5. 电气测量技术在工程中的应用：通过案例分析，让学生了解电气测量技术在实际工程中的应用。
- 教材章节：第五章 电气测量技术的应用教学内容按照教学大纲进行安排和进度，确保学生能够系统、科学地掌握电气测量技术的基本知识和技能。
电气测量的特点和方法
电气测量的特点和方法测量的方法测量的过程实际上是一个比较的过程。
(就是以同性质的的标准量与被测量比较，并确定被测量对标准量的倍数)标准量也称单位量.标准单位量的实体称为度量器度量器就是测量单位或测量单位分数、整数倍的复制体。
电气测量是泛指以电磁技术为手段的电工测量和电子技术为手段的电子测量的电工电子系统的综合测量。
一、测量方式的分类1、 直接测量——指被测量与度量器直接在比较仪器中进行比较。
从而求得被测量的数值。
特点:测量出数值就是被测量本身的值.例如用电流表测电流。
2、 间接测量——利用被测量与某种中间量之间的函数关系,先测出中间量，然后通过计算公式，算出被测量的值.例如用伏安法测量电阻，先测出被测电阻两端的电压和通过该电阻的电流,再用欧姆定律，间接计算出电阻的数值。
特点：手续繁多,花费时间长在下列情况下才进行间接测量。
A 、 直接测量不方便。
（例如直接测量晶体管集电极电流c I 很不方便，可直接测量集电极电阻（c R ）上的电压Rc U 再用cRC c R U I =算出） B 、 直接测量误差大.C 、 缺乏直接测量仪器3、 组合测量—-使各个被测量的未知量以不同的组合形式出现，通过直接测量和间接测量所获得的数据,再求解一组联合方程组而求得被测量数值。
例如：测量标准电阻的电阻温度系数βα和标准电阻的电阻值与温度t 之间的数值关系为：()[]220)20(201-+-+=t t R R t βα因此：可在20度、21t t 和三个温度下分别测量三个电阻值，再求解方程组。
特点手续繁多,较花费时间但容易达到较高的精度，通常在实验室中使用。
二、测量方法分类1、 直读法——用电测量仪器仪表直接读取被测量数值的方法.例如：利用万能表测量电流电压都属于这种方法。
特点：测量过程简单、迅速。
但准确度受仪表误差的限制。
2、 比较法——将被测量与标准量具置于比较仪器上进行比较特点：量具直接参与测量过程。
比较法又分为三种A 、 零值法——被测量与已知量进行比较时两种量对仪器的作用相消为零的方法 例如用电桥测电阻，具体电路当调节电阻0R 使电桥公式021R R R R x =保持恒等时，指令仪表P 的读数为零. 零值法的测量精确度决定于标准量的精确度和指零仪的灵敏度。
电气测量技术 项目1 电工仪表与测量的基本知识
学习任务1.1
学习任务1.1认识电工仪表的分类、型号和标志
（1）指示仪表指示仪表是将被测量转换为仪表可动部分的机械偏转角，通过指示器直接指示
出被测量数值的仪表。因此是可以携带的仪表，其准确
度较高，价格较贵，适用于电气试验、精密
测量及仪表检定。
学习任务1.1
学习任务1.1认识电工仪表的分类、型号和标志
（1）指示仪表指示仪表是将被测量转换为仪表可动部分的机械偏转角，通过指示器直接指示 出被测量数值的仪表。因此，指示仪表又称为直读或机械式仪表。它可以按以下方法分类。
1）按结构和工作原理分类，可分为磁电系、电磁系、电动系、感应系、静电系及整流系仪表等。 2）按被测量的名称分类，可分为电流表（安培表、毫安表和微安表）、电压表（伏特表、毫伏 表）、功率表、电能表、频率表、相位表、功率因数表、绝缘电阻表以及其他多种用途的仪表，如 万用表等。 3）按被测电流的种类分类，可分为直流表、交流表和交直流两用表。 4）按使用方法分类，可分为安装式、便携式仪表。安装式仪表通常固定安装在开关板或电气设 备面板上，一般测量误差较大，价格也较低，适用于一般工业测量。
6）按外壳防护性能分类，可分为普通式、
防尘式、防溅式、防水式、气密式、水密式、
隔爆式等类型。
7）按仪表对电磁场的防御能力分类，可
分为I、II、III、IV四个等级。 8）按仪表使用条件分类，可分为A、B和C
安装式仪表
便携式仪表
三组。
学习任务1.1
学习任务1.1认识电工仪表的分类、型号和标志
（2）比较仪表比较仪表是将被测量与同类标准量进行比 较来得到被测量数值的仪表。按照电流性质不同，比较仪表 可分为直流比较仪表和交流比较仪表两大类，直流电桥和直 流电位差计属于直流比较仪表。交流电桥属于交流比较仪表。
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电气工程学院
1 . 测 量
1.3 单位制和量具
① SI的组成 ② ③ ④
7个基本单位 2个辅助单位—弧度（rad）;球面度（sr） 具有专门名称的导出单位—V、C、F… SI单位的倍数的单位,用“接头词+SI单位”表示.
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电气工程学院
1 . 测 量分贝”的引入 ② “分贝”的定义 ③ 关于“分贝”的几点说明 ④ 常出现的分贝值
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1 . 测 量
噪声××分贝（dB）的含义？
噪声对人的影响 噪声的危害：听力,神经和心血管是噪声最易损害的三大系统。 30～40分贝是比较安静正常； >50分贝就会影响睡眠和休息； >70分贝易造成心烦意乱，精神不集中，影响工作效率，甚至 发生事故； 长期工作或生活在90分贝以上的噪声环境，会严重影响听力和 导致其他疾病的发生。
洗衣机、缝纫机噪声为50~80分贝，电风扇的噪声为 30～65分贝，空调机、电视机为70分贝。 电气工程学院
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1 . 测 量
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电气工程学院
1 . 测 量
dB(A),A表示的是A计权下测量的数据,是目前国内相关噪声法律法规 中规定的.由于人耳听到的声音最接近A计权，所以一般使用dB（A ） 电气工程学院 21
◆ 时域测量与频域测量
4 3 vu /(8dBμV/div) /(200V/div) u/ (40dBμV/div) 2 1
6
5
4
3 2 1 0 -1
0
-1
-2
-3
-4 f /(50kHz/div) t /(20μs/div)
-2 0
1
2
3
1-2 图 1-4
4 5 6 7 f /(1MHz/div)
1.3 单位制和量具
（2）量具 作为比较基准的实物,并且是能体现测量单位大小的实物. 基 准 器—用现代科学技术水平能达到的最高准确度来 复现和保存计量单位的计量器具. 标准量具—按国家规定的准确度等级,作为检定依据的计 量器具. 工作量具—供给日常测量使用的计量器具
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电气工程学院
1 . 测 量
8
9 10
图 1-3
7
电气工程学院
1 . 测 量
◆ 常见信号波形图及频谱
图 1-5
8
电气工程学院
1 . 测 量
◆ 数据域测量
图 1-6
9
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1 . 测 量
▲ 时域和频域测量的应用
① EMI设计 ② 器件选用
③ 计算功率因数
PF P / S cos
I1 1 THD i2 cos 1
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1 . 测 量
1.3 单位制和量具
（1）单位制
• 单位制是为了保证测量结果可靠、具有可比性的必要条件.
• 1960年第十一届国际计量大会上正式通过国际单位制SI. • 1984年2月国务院颁布了《中华人民共和国法定计量单位 》，决定我国法定计量单位以国际单位制为基础.
单位制—“基本单位”+“导出单位”的总和.
PF cos 1
I1
2 I n n 1
10
THDi
2 I n n2
I1
100
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1 . 测 量
◆ 时域和频域测量的应用
图 1-7 单相桥式整流滤波时的交流输入电流电压功率
11
电气工程学院
1 . 测 量
◆ 时域和频域测量的应用
A
a b c
6
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电气工程学院
1 . 测 量
1.3 单位制和量具
电压类的分贝定义:
在纯电阻的情况,功率与电压存在如下的关系 由P=U2/R，得 P2/ P1[dB]=10lg[(U22/R2)/ U12/R1)=20lg (U2/ U1) （R1=R2） 故，定义 U2/U1[dB]=20lg (U2/ U1) 同理，定义I2/ I1[dB]=20lg (I2/ I1)
第一章
测量及测量误差
本 章 要 求
●加深对测量的理解； ●掌握常用测量方法的特点和应用场合； ●掌握误差的分类、特点，发现和减小误差的基本 方法； ●理解引用误差的引入，理解仪表的准确度等级与 测量误差的关系，掌握引用误差和仪表的准确度 等级的在测量在的应用； ●了解“分贝”的概念，掌握测量结果或物理量的“ 分 贝”表示。
1 . 测 量
1.3 单位制和量具
为何引入“分贝”？
—人体对声光电等刺激的感觉强弱恰恰正比于这些刺激人体的 相应量的物理功率水准的对数值;——可以简化计算、压缩数值.
“分贝”的定义（原始定义）? 分为功率类的分贝和电压类的分贝 功率类的分贝定义:
"两个同类功率量或可与功率类比的量之比值的常用对数乘以 10".可与功率类比的量通常是指电流平方、电压平方、质点速度平 方、声压平方、位移平方、速度平方、加速平方、力平方、振幅平 方、场强和声能密度等”. （P2/P1）dB=10log(P2/P1)
A
40
L a b c
21 18
D
+
C
RL
30
20
15
12
i/A
i/A
10 0 -10
PF≈0.95
9
6 3 0
-20
-30 -40
t /(10ms/div)
0 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
f /(200Hz/div)
B-电网侧的电流波形 图1-9
13
C-电路网侧的电流频谱 电气工程学院
1 . 测 量
图1-10
C
+
RL
u/(100V/div), i/(5A/div)
u i
5 4 3 i/A 2
PF≈0.69
1 0
t /(4ms/div)
0 1
2
3
4 5 6 7 8 f /(200Hz/div)
9 10
B-电网侧电压和电流的波形 图1-8
12
C-电网侧电流的频谱 电气工程学院
1 . 测 量
◆ 时域和频域测量的应用
大区国家计量中心 省级计量所 市（地）计量所 县（区）计量所
工矿企业、商店、研究院 所、医院、学校等
4
电气工程学院
1 . 测 量
1.2 测量方法
（1）按测量结果的获得方式 （2）按测量读数的获得方式
（3）按被测量的性质
5
电气工程学院
1 . 测 量
◆时域测量
图 1-1
6
电气工程学院
1 . 测 量
2
电气工程学院
1 . 测 量
1.1 测量及测量的三要素
仪器 + 方法 被测量 标准量
定量信息（数量）
计量？ 计量的三个主要特征?
3
电气工程学院
1 . 测 量
国 家 标 准 Ⅰ 级 Ⅱ 级 Ⅲ 级 工 作 标 准 中国计 量院
中国测 试院
国家标 物中心 国 家 专 业 计 量 站 分 站
授权基准 实验室 行 业 计 量 中 心 国 防 计 量 中 心