电气测量电工仪表与测量的基本知识.pptx

本章要点本章要点 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，把被测电磁量转换为可阅读的数字或机械偏移，以达到测量的目的。本章第四、五、六节主要是介绍产生误差的原因、误差的估计、误差的表示方法，以及如何在测量中减少误差。了解测量误差了解测量数据处理的基本方法第一节第一节 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函数关系，先测出中间量，再算出被测量。例如用伏安法测电阻。指仪表读出值就是被测的电磁量，例如用电流表测量电流，用电压表测量电压。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。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，从度量器读出被测量的数值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。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。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，再转换为数字量，并以数字方式直接显示。三、比较仪器三、比较仪器 指使用电桥、补偿等方法，将标准度量器与被测量置于比较仪器中进行比较，从而求得被测量。这类仪器除需要仪表本体外（如电桥、电位差计等）还需要检流设备、度量器等参与。返回本章首页第三节第三节 电工仪表的组成和基电工仪表的组成和基本原理本原理一、模拟指示仪表的组成一、模拟指示仪表的组成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。指示式仪表指示式仪表 被测电流被测电流I I在可动线圈中流过在可动线圈中流过时产生电磁力时产生电磁力F F，使可动线圈以轴为中，使可动线圈以轴为中心转动，由此产生心转动，由此产生与电流与电流I I成比例的驱成比例的驱动力矩动力矩M Md d，带动指针偏转，从仪表的，带动指针偏转，从仪表的标尺分度读数测得电流。标尺分度读数测得电流。二、数字仪表的组成二、数字仪表的组成问题：数字显示有几种？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 测量误差及其表示测量误差及其表示方法方法 一、测量误差的分类一、测量误差的分类测量误差分类系统误差基本误差：由仪表结构造成的误差附加误差：偏离规定的工作条件造成的误差随机误差：偶发原因引起大小方向都不确定的误差疏忽误差：测量人员疏忽造成 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误差称为绝对误差。2.2.相对误差相对误差绝对误差与被测量真值之比，称为相对误差。相相对误差分差分类uu1 1 1 1）相对真误差、实际相对误差、示值相对误差）相对真误差、实际相对误差、示值相对误差）相对真误差、实际相对误差、示值相对误差）相对真误差、实际相对误差、示值相对误差 相对真误差：相对真误差：相对真误差：相对真误差：绝对误差与被测量的真值之比绝对误差与被测量的真值之比绝对误差与被测量的真值之比绝对误差与被测量的真值之比实际相对误差：实际相对误差：实际相对误差：实际相对误差：用实际值用实际值用实际值用实际值A A A A代替真值代替真值代替真值代替真值A A A A0 0 0 0 示值相对误差：示值相对误差：示值相对误差：示值相对误差：用测量值用测量值用测量值用测量值X X X X 代替实际值代替实际值代替实际值代替实际值A A A A 3.3.引用误差引用误差 以绝对误差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现的最大值则称为最大引用误差，可以用来评价仪表性能,即仪表的准确度等级。我我我我国电工仪表共分七级国电工仪表共分七级国电工仪表共分七级国电工仪表共分七级 ：0.10.10.10.1，0.20.20.20.2，0.50.50.50.5，1.01.01.01.0，1.51.51.51.5，2.52.52.52.5及及及及5.05.05.05.0。如果仪表为。如果仪表为。如果仪表为。如果仪表为K K K K级，则说明该仪表的最大级，则说明该仪表的最大级，则说明该仪表的最大级，则说明该仪表的最大引用误差不超过引用误差不超过引用误差不超过引用误差不超过K%K%K%K%引用误差引用误差引用误差引用误差:在使用这类仪表测量时，应选择适当的量程，使示值尽可能接近于满值，在使用这类仪表测量时，应选择适当的量程，使示值尽可能接近于满值，在使用这类仪表测量时，应选择适当的量程，使示值尽可能接近于满值，在使用这类仪表测量时，应选择适当的量程，使示值尽可能接近于满值，指针最好能偏转在指针最好能偏转在指针最好能偏转在指针最好能偏转在不小于满度值不小于满度值不小于满度值不小于满度值2/32/32/32/3以上的区域。以上的区域。以上的区域。以上的区域。测量点的最大相对误差测量点的最大相对误差测量点的最大相对误差测量点的最大相对误差:测测量量量量误误差例差例差例差例题题 例例例例 某某某某待待待待测测测测电电电电流流流流约约约约为为为为100mA100mA100mA100mA，现现现现有有有有0.50.50.50.5级级级级量量量量程程程程为为为为0 0 0 0400mA400mA400mA400mA和和和和1.51.51.51.5级级级级量量量量程程程程为为为为0 0 0 0100mA100mA100mA100mA的的的的两两两两个个个个电电电电流流流流表表表表，问问问问用用用用哪哪哪哪一一一一个个个个电电电电流流流流表表表表测量较好？测量较好？测量较好？测量较好？用用用用1.51.51.51.5级量程为级量程为级量程为级量程为0 0 0 0100mA100mA100mA100mA电流表测量电流表测量电流表测量电流表测量100mA100mA100mA100mA时的最大相时的最大相时的最大相时的最大相对误差为对误差为对误差为对误差为 4.、正确度、精密度、准确度、正确度、精密度、准确度表征系统误差的大小。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。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“正确”又“精密”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。正确度正确度：精密度：精密度：准确度：准确度：返回本章首页4.测量结果的评定测量结果的评定正确度、精密度、准确度正确度、精密度、准确度表征系统误差的大小。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。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“正确”又“精密”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。第五节第五节 工程上最大测量误差工程上最大测量误差的估计及系统误差的消除的估计及系统误差的消除一、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K，则直接测量可能出现的相对误差最大值不会超过K 值。测量结果的数据处理测量结果的数据处理有效数据的舍入原则有效数据的舍入原则通常采用如下的舍入原则：“四舍六入，当等于五时采用偶数的法则，”即当在测量结果中需要保留n位有效数字时，若第n+1位恰好为5时，则要看第n位，若第n位为偶数时，则第n+1位舍去，若第n位为奇数时，则第n位加1。例如右侧数据处理：需要注意的是：需要注意的是：测量数据中末位的零代表的是测量结果的精度（误差），因此，末位的零不能去掉二、间接测量方式的最大二、间接测量方式的最大误差误差若被测量为若被测量为n个中间量之和个中间量之和若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。若被测量为若干中间量之积或商问题：用间接法测量电阻的消耗的功率时，需测量电阻问题：用间接法测量电阻的消耗的功率时，需测量电阻问题：用间接法测量电阻的消耗的功率时，需测量电阻问题：用间接法测量电阻的消耗的功率时，需测量电阻R R R R、端电压端电压端电压端电压V V V V和电流和电流和电流和电流I I I I三个量中的两个量，如何根据电阻、电压或三个量中的两个量，如何根据电阻、电压或三个量中的两个量，如何根据电阻、电压或三个量中的两个量，如何根据电阻、电压或电流的误差来推算功率的误差呢？电流的误差来推算功率的误差呢？电流的误差来推算功率的误差呢？电流的误差来推算功率的误差呢？利用误差传递公式：例如已知电阻上的电压、电流的相对误差分别为，问：电阻消耗功率P的相对误差是多少？解：因为电阻消耗功率为P=UI所以电阻消耗功率的相对误差为例题三、系统误差的消除方法三、系统误差的消除方法从制造角度：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。这也是消除系统误差最根本的办法。从使用角度；使用者无法改变仪表的结构，只能在使用中采用比较法、正负误差补偿法等来减小误差，例如测量后将仪表调转180，重测一次，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。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。计算前首先要进行多次测量，取得大量数据，然后按以下步骤进行。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值。第二步第二步：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0时，才说明所计算的算术平均值是正确的。否则必须重算这里n测量次数；m算术平均值的最末一位的小数的位数第三步第三步：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，应检查测量列中的剩余误差，是否有超过极限误差的数据，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。第五步第五步：求算术平均值的标准差，并用表示测量结果的可信赖程度。返回本章首页【例例例例】对对对对某某某某电电电电压压压压进进进进行行行行了了了了16161616次次次次等等等等精精精精度度度度测测测测量量量量，测测测测量量量量数数数数据据据据中中中中已已已已记记记记入入入入修修修修正正正正值值值值，列于表中。要求给出包括误差在内的测量结果表达式。列于表中。要求给出包括误差在内的测量结果表达式。列于表中。要求给出包括误差在内的测量结果表达式。列于表中。要求给出包括误差在内的测量结果表达式。第30页 【例例】用温度计重复测量某个不变的温度，得用温度计重复测量某个不变的温度，得1111个测量值的序列（见个测量值的序列（见下表）。求测量值的平均值及其标准偏差。下表）。求测量值的平均值及其标准偏差。解：解：平均值平均值 用公式用公式 计算各测量值残差列于上表中计算各测量值残差列于上表中 实验偏差实验偏差 标准偏差标准偏差 随机误差的统计特性及减少方法随机误差的统计特性及减少方法随机误差的统计特性及减少方法随机误差的统计特性及减少方法有限次测量的数学期望和标准偏差的估计值有限次测量的数学期望和标准偏差的估计值有限次测量的数学期望和标准偏差的估计值有限次测量的数学期望和标准偏差的估计值