电气测量第一章电工仪表与测量的基本知识.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,*,第一章 电工仪表与测量的基本知识,第一节 测量方法的分类,第二节 电工仪表的分类,第三节 电工仪表的组成和基本原理,第四节 测量误差及其表示方法,第五节,工程上最大测量误差的估计,及,系统误差的消除,第六节,随机误差的估计,Electrical Measure,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,测量方法的分类,一、,测量方式分类,测量方式,直接测量,间接测量,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,(,即数据读取方法,),分类,测量方法,直读法,比较法,利用仪表直接读取测量数据。,零值法,较差法,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 电工仪表的分类,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,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,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 电工仪表的组成和基本原理,一、模拟指示仪表的组成,模拟指示仪表中的三大部件,1.,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：,主要有游丝、悬丝等。,3.,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,被测电流,I,在可动线圈中流过时产生电磁力,F,，使可动线圈以轴为中心转动，由此产生,与电流,I,成比例的驱动力矩,M,d,，带动指针偏转，从仪表的标尺分度读数测得电流。,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,A/D,转换,将电压转换为,数字脉冲,由于,A/D,转换的对,象必须是电压,所以需,要测量线路将被测量,转换为电压,数字脉冲经,译码加到显,示器,第四节,测量误差及其表示方法,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,1.,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.,相对误差,绝对误差,与被测量真值之比，称为相对误差。,相对误差分类1,）相对真误差、实际相对误差、示值相对误差,相对真误差：绝对误差与被测量的真值之比,实际相对误差：用实际值,A,代替真值,A,0,示值相对误差：用测量值,X,代替实际值,A,3.,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。,我国电工仪表共分七级 ：,0.1,，,0.2,，,0.5,，,1.0,，,1.5,，,2.5,及,5.0,。如果仪表,为,K,级,，则说明该仪表的最大引用误差不超,过,K%,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，指针最好能偏转在,不小于满度值,2/3,以上的区域。,测量点的最大相对误差,:,测量误差例题,例,某待测电流约为,100mA,，现有,0.5,级量程为,0,400mA,和,1.5,级量程为,0,100mA,的两个电流表，问用哪一个电流表测量较好？,用,1.5,级量程为,0,100mA,电流表测量,100mA,时的最大相对误差为,4.,、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,：,精密度：,准确度：,返回本章首页,4.,测量结果的评定,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 工程上最大测量误差的估计及系统误差的消除,一、,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,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：,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误差,若被测量为,n,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,R,、端电压,V,和电流,I,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？,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,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 随机误差的估计,一,.,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,第一步,：先从多次测量值中求得其算术平均值。,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,：用贝塞尔公式求出标准差的估计值,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,：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,】,对某电压进行了,16,次等精度测量，测量数据中已记入修正值，列于表中。要求给出包括误差在内的测量结果表达式。,第,31,页,【,例,】,用温度计重复测量某个不变的温度，得,11,个测量值的序列（见下表）。求测量值的平均值及其标准偏差。,解：平均值,用公式,计算各测量值残差列于上表中,实验偏差,标准偏差,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,