电气测试技术(1)电子教案.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电气测试技术 第一章 测量的基本概念,*,电气测试技术(1),测量的内涵,测量对象：被测客体中的相应的量值信息；,测量目的：从被测对象取得一个定量的认识；,测量过程：通过实验去认识对象的过程,测量方法：比较；,A.,直接比较,B.,间接比较；,C.,需要测量仪器；,(,见下页,),测量标准：同类已知单位。,测量结果：最终能表示给测量主体（人）,测量基本要素,:,被测对象、测量仪器、测量技术、测量人员和测量环境,2024/12/19 周四,2,电气测试技术 第一章 测量的基本概念,被测物体的重量等于标准砝码的重量。,被测物体的重量从度盘上读数，因为，弹簧秤度盘上的刻度是事先与标准量进行比较的结果。,2024/12/19 周四,3,电气测试技术 第一章 测量的基本概念,测量的基本方程：,被测量的数值与所选定的单位有关。,被测量,x,，单位量,x,0,，测量结果值,A,x,：,x,0,愈大，,A,x,愈小；,x,0,愈小，,A,x,愈大。,同一被测量,x,，不同单位量,x,01,、,x,02,：,用一定单位量测量某一量所得的数值，必须乘上换算因数,K,，得到用新单位表示的该被测量的数值。,2024/12/19 周四,4,电气测试技术 第一章 测量的基本概念,三、单位制和单位,根据定义而令系数为,1,的量称为单位。,单位是表征测量结果的重要组成部分，又是对,两个同类量值进行比较的基础,。,2024/12/19 周四,5,电气测试技术 第一章 测量的基本概念,单位制是为给定量制建立的一组单位。单位制是由一组选定的基本单位和由定义方程式与比例因数确定的导出单位组成的一个完整的单位体制。,基本单位是可以任意选定的。由于基本单位选择的不同，所以组成的单位制也就不同。,多种单位制的并存：市制、英制,多种单位制的并存不仅对国际贸易有阻碍作用，而且不利于各国之间的科学文化交流。因此统一单位制巳成为各国的共同要求。,2024/12/19 周四,6,电气测试技术 第一章 测量的基本概念,国际计量委员会,(CIPM),在,1956,年将经过,21,个国家同意的计量单位制草案命名为国际单位制，以国际通用符号,SI,来表示。,1960,年第,11,届国际计量大会,(CGPM),正式通过了,SI,。,随后一些国际组织，如国际法制计量组织,(OIML),，国际标准化组织,(ISO),和国际电工委员会,(IEC),等也采用了国际单位制。,2024/12/19 周四,7,电气测试技术 第一章 测量的基本概念,（一）国际单位制,(SI),国际单位制由,7,个基本单位,、两个辅助单位和,19,个具有专门名称的导出单位所组成。,所有单位都各有一个主单位和十进倍数（十进分数）的词头组成。,7,个基本单位定义如下：,长度单位,米,(m),光在真空中于,1,299792458s,时间所经过的距离,(1983,年第,17,届国际计量大会通过,),。,质量单位,千克,(kg),质量单位、等于国际千克原器的质量,(1901,年第,3,届国际计量大会规定,),。国际单位制基本单位中唯一保留的实物基准。,2024/12/19 周四,8,电气测试技术 第一章 测量的基本概念,3,时间单位,秒,(s),铯,-133,原子基态的两个超精细,能级之间跃迁,所对应的,辐射,的,9192631770,个,周期的持续时间,(1967,年第,13,届国际计量大会决定,),。,4.,电流强度单位,安,培,(A),一恒定电流，若保持在处于真空中相距,1m,的两无限长而截面可以忽略的平行直导线内，则此两导线之间产生的力在每米长度上等于,2l0,-7,N(1948,年第,9,届国际计量大会确定,),。,5.,热力学温度单位,开,尔文,(K),水的三相点热力学温度的,1,273.16(1967,年第,13,届国际计量大会通过,),。,2024/12/19 周四,9,电气测试技术 第一章 测量的基本概念,6,物质的量的单位,摩,尔,(mol,一系统的物质的量，该系统中所包含的基本单元数与,0.012kg,碳,-12,的原子数目相等,(1971,年第,14,届国际计量大会决定增加的基本单位,),。在使用摩时，应指明基本单元是原于、分子、离子、电子及其它粒子，或是这些粒子的特定组合。,7,发光强度单位,坎,德拉,（,cd,）,发出频率为,540l0,12,Hz,单色辐射的光源在给定方向上的发光强度。而且在此方向上的幅射强度为,(1,683)w,sr1979,年第,16,届国际计量大会规定,),。,2024/12/19 周四,10,电气测试技术 第一章 测量的基本概念,（二）我国的法定计量单位,法定计量单位是由国家以法令形式规定允许使用的计量单位。,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。,我国法定计量单位包括：,(1),国际单位制的基本单位；,(2),国际单位制的辅助单位；,(3),国际单位制中具有专门名称的导出单位,(4),国家选定的非国际单位制单位；,(5),由以上单位构成的组合形式的单位；,(6),由词头和以上单位所构成的十进倍数和分数单位。,2024/12/19 周四,11,电气测试技术 第一章 测量的基本概念,三、测量仪表的基本功能,1,、变换功能,y=F(x),2,、选择功能,y=f(x,u,1,u,2,u,m,),3,、比较功能,4,、显示功能,2024/12/19 周四,12,电气测试技术 第一章 测量的基本概念,一、仪表的基本性能,（一）精确度,精密度、准确度、精确度,(1)精密度。指在一定的测量条件下进行,多次测量时,所得,各测量结果之间,的分散程度。,精密度,随机误差小,例：某温度仪表精密度,0.5，说明多次测量结果的分散程度不大于0.5。,第二节 测量仪表的结构和基本特性,2024/12/19 周四,13,电气测试技术 第一章 测量的基本概念,(2)准确度。表示,测量结果与真值,的一致程度。,例：某电压表准确度,0.5V，说明该表的指示值偏离被测量不会大于0.5V。,准确,度,系统误差小,(3)精确度：精密度和准确度的综合反映。,精密度、准确度中某一个高，另一个低都不能说精确度高！,2024/12/19 周四,14,电气测试技术 第一章 测量的基本概念,例：射击打靶测量精度,不精密,不准确,精密,不准确,不精密,准确,精密,准确,精确度高,2024/12/19 周四,15,电气测试技术 第一章 测量的基本概念,（二）稳定性,稳定度：规定时间内，测量条件不变时，仪表内部随机因素。例如，仪表内部某些因素做周期性变动，引起示值变化。,环境影响（影响系数）：仪表外部环境和工作条件变换所引起的示值不稳定。,测量环境包括温度、湿度、力场、电磁场、辐射、化学气雾和粉尘，霉菌以及有关电磁量（工作电压、源阻抗、负载阻抗、地磁场、雷电等）的数值、范围及其变化。,2024/12/19 周四,16,电气测试技术 第一章 测量的基本概念,二、测量仪表的结构,（一）直接变换型,正向变换回路，各环节传递系数,k,1,k,n,总传递系数：,采用开环方式构成的测量系统，虽然从结构上看比较简单，但是缺点是所有变换器特性的变化都会造成测量误差。,2024/12/19 周四,17,电气测试技术 第一章 测量的基本概念,正向变换回路，各环节传递系数k,1,k,n,，总传递系数：,反向变换回路，各环节传递系数,1,n,，总传递系数：,（二）平衡变换型,系统输出：,整个系统的输入输出关系由反馈系统的特性决定。正向变换特性的变化不会造成测量误差或者说造成的误差很小。精心设计反向回路可以保证较高的稳定性和高精度。,2024/12/19 周四,18,电气测试技术 第一章 测量的基本概念,（三）差动变换型,若干扰信号,u,1,u,2,，,y,2k,3,kx,抗干扰能力较强。,灵敏度高，精心制作,k,3,，可保证较高的精确度。,三个回路，传递函数,k,1,、,k,2,、,k,3,，,k,1,、,k,2,回路组成结构相同。,设,k,1,k,2,k,，得：,y,2k,3,kx,k,3,k,（,u,1,u,2,）,2024/12/19 周四,19,电气测试技术 第一章 测量的基本概念,1.3,测量仪表的输入输出特性,一、静态特性及其性能指标,（一）静态特性,静态特性是指被测量,x,不随时间变化或变化极为缓慢的情况下，测量设备输出量,y,与输入量,x,之间的函数关系，表示为,式中,a,0,，,a,1,，,a,2,a,n,为决定曲线形状的系数,衡量仪表静态特性的重要措标：线性度、灵敏度、滞环和重复性,2024/12/19 周四,20,电气测试技术 第一章 测量的基本概念,1、理想特性,输入输出曲线是经过坐标原点的直线,灵敏度,x,y,0,2024/12/19 周四,21,电气测试技术 第一章 测量的基本概念,2,、具有零点迁移的线性特性,输入输出曲线是在纵轴上的截距为,y,0,的直线，相当于把仪表零点迁移到,y,0,处。,x,y,0,+y,0,-y,0,2024/12/19 周四,22,电气测试技术 第一章 测量的基本概念,3,、只含奇次方非线性特性,y(x)=-y(-x),输入输出曲线对原点对称,在原点附近相当范围内是线性的。,这种特性仪表，在输入量,x,相当大的范围内具有相当宽的近似线性范围。,x,y,0,4,、只含偶次方非线性特性,输入输出曲线不对称。,因为没对称性，其线性范围较窄。一般仪表设计很少采用这种特性。,x,y,0,2024/12/19 周四,23,电气测试技术 第一章 测量的基本概念,5、普遍情况,表达式是,静态特性的多项式代数方程。,输入输出曲线是非线性的。,x,y,0,2024/12/19 周四,24,电气测试技术 第一章 测量的基本概念,（二）静态性能指标,1,、灵敏度,稳态下输出量的增量与输入量的增量之比：,静态特性曲线为线性方程的测量设备，其灵敏度为常数；静态待性曲线为非线性的测量设备，灵敏度是变化的，由静态特性曲线上各点的,斜率,来决定。,2024/12/19 周四,25,电气测试技术 第一章 测量的基本概念,灵敏度表示单位被测量的变化所引起仪表输出指示值的变化量。很显然，灵敏度,k,越高，表示仪表越灵敏。,测量仪表的灵敏度可分为三种情况：,在整个测量范围，灵敏度,k,保持为常数，即灵敏度不随被测量变化；,灵敏度,k,随被测量增加而增加；,灵敏度,k,随被测量输入量增加而减小。,2024/12/19 周四,26,电气测试技术 第一章 测量的基本概念,2、线性度,线性度是测量设备实际特性曲线与参考直线偏离的程度，常用实际特性曲线偏离参考直线的最大偏差,y,m,与量程输出值,y,m,之比的百分数表示：,（,1,）理论线性度,(,绝对线性度,),选通过零点与满量程输出点所作的直线为参考直线或通过两个指定端点的直线作为参考直线时的线性度。,参考直线的确定通常有三种方法，所以有相对应的三种线性度。,2024/12/19 周四,27,电气测试技术 第一章 测量的基本概念,（2）端基线性度(端点线性度),以测量设备多次实测之零输入所得平均值点与满量程输出平均值点所联成的直线为参考直线。,（,3,）最小二乘法线性度,在具有等精度的多次测量中求最可靠值时，是当各测定值的残值的残差平方和为最小时，所求得的值，也就是说，把所有校准点数据都标在坐标图上，用最小二乘法拟合的直线，其校准点与对应的拟合直线上的点之间的残差平方和为最小。最小二乘法有严格的数学依据，尽管计算繁杂，但所得到的拟合直线,精密度高，即误差小,。,2024/12/19 周四,28,电气测试技术 第一章 测量的基本概念,设计者和使用者总是希望非线性误差越小越好，也即希望仪表的静态特性接近于直线，这是因为线性仪表的刻度是均匀的，容易标定，也不容易引起读数误差。现在多采用计算机来纠正检测系统的非线性误差。,请从演示中得出结论：线性度的数值小些好还是大些好？,2024/12/19 周四,29,电气测试技术 第一章 测量的基本概念,3、滞环,滞环是测量设备输出量与先前输入量顺序有关的一种特性。当输入量分别由增加方向、减小方向到达同一量时，两输出量之差称为滞后误差。,常用全量程中最大滞环差值与满量程输出值之比的百分数表示：,产生滞环误差的主要原因是：摩擦力、机械元件之间的游隙、弹性材料变形、磁性材料的磁滞效应等。,2024/12/19 周四,30,电气测试技术 第一章 测量的基本概念,4,重复性,测量设备在相同工作条件下输入量按同一个方向,多次重复测量,，所得的特性曲线的不一致的程度。,重复误差：用多次量程中,最大重复差值,与量程输出值之比的百分数表示：,x,y,0,x,y,0,y,dm,y,cm,y,cm,y,dm,2024/12/19 周四,31,电气测试技术 第一章 测量的基本概念,静态测量,对缓慢变化的对象进行测量亦属于静态测量,_,温度计,最高、最低,4.4,测量方法,2024/12/19 周四,32,电气测试技术 第一章 测量的基本概念,1,、直接测量法,不对与被测量有函数关系的其它量进行测量而能获得被测量值的一种测量方法。可以用预先按已知标准量定度好的直读式测量仪器或比较式仪器对被测量进行测量从而得到被测量值。,例如，用电压表测电压，用电桥测电阻等。,电子卡尺,:,一、按测量方法分,2024/12/19 周四,33,电气测试技术 第一章 测量的基本概念,二、间接测量法,通过对被测量有函数关系的其它量的测量而得到被测量值的测量方法。例如，直接测出电阻的阻值及其两端的电压来确定流过该电阻的电流值。,一般，间接测量需要测量的量较多。测量和计算工作量较大，引起的误差因素也较多。但如果对测量误差进行分析并选择和确定具体的优化测量方法和在比较理想的条件下进行测量，测量结果的准确程度不一定低，有的甚至有较高的准确度。,对多个被测量进行测量，经过计算求得被测量,（,阿基米德测量皇冠的比重）,。,2024/12/19 周四,34,电气测试技术 第一章 测量的基本概念,三、组合测量法,组合测量法是当各未知量能以某些可测量的组合形式表示,(,或改变测量条件来获得这种不同的组合,),时，根据直接测量和间接测量所得的数据，通过解一组联立方程而求出各未知量的数值。,组合测量法实质上仍然是一种间接测量法。组合测量法两个明显的优点：在准确度要求相同的情况下，组合测量需要进行的测量次数较少；系统误差出现的规律变为随机性质。测量结果的准确度有所提高。,例：标准电阻电阻值和温度之间的数值关系,2024/12/19 周四,35,电气测试技术 第一章 测量的基本概念,二、按测量方法分,1,、直读式测量,在测量过程中，利用测量仪表指针相对于刻度初始点的位移,(,即偏差,),来决定检测量的测量方法。,在使用这种测量方法的仪表内并没有标准量具，只有经过标淮量具校准过的标尺或刻度盘。测量时，利用仪表指针在标尺上的示值，读取被测量的数值。它以间接方式实现被测量和标准量的比较。,偏差式测量简单、迅速，但精度不高，这种方法广泛应用于工程测量。,2024/12/19 周四,36,电气测试技术 第一章 测量的基本概念,2、零位测量法,通过调整一个或几个与被测量有已知平衡关系的量，用平衡的方法确定出被测量的值。,零位测量法的一般形式是将被测量与其值为已知的量相比较，而使所选择的已知量和被测量之间的差值为零。差值的指示用零位指示器,(,指零表,),指示。,零位测量法的最大优点是可以用一个固定已知量，通过调整另一已知可调量而确定不同大小的被测量，如用电桥测电阻。,如：电位差计简化等效电路：,2024/12/19 周四,37,电气测试技术 第一章 测量的基本概念,3、微差测量法,将被测量与同它的量值只有微小差别的同类已知量相比较并测出这两个量值间的差值的测量方法。,由于这种方法的特征是测量被测量与已知量之间的差值，所以甚至采用准确度比较低的仪器来测差值时。也能得到高准确度的结果。只有在已知量准确度高。且其值接近被测量值的条件下，才可能实现这种方法。,2024/12/19 周四,38,电气测试技术 第一章 测量的基本概念,思考题,书,p19 1-2,、,1-3,、,1-5,、,1-8,直接测量法、间接测量法与组合测量法各有什么特点？,本章重点内容,测量的基本概念和定义,仪表的基本性能,国际单位制的,7,个基本单位,静态性能指标,测量方法,2024/12/19 周四,39,电气测试技术 第一章 测量的基本概念,此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢,