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电气测量技术电气测量技术 （56/48学时）学时）第一篇第一篇 电气测量技术概论电气测量技术概论 电气测量技术是人们掌握电气知识、发展电磁理论和电电气测量技术是人们掌握电气知识、发展电磁理论和电磁技术的重要手段。由于电气测量具有测量方便、易于实磁技术的重要手段。由于电气测量具有测量方便、易于实现自动化和遥测等固有优点，它不仅可以直接对现自动化和遥测等固有优点，它不仅可以直接对电磁参量电磁参量进行测量，而且由于传感器技术的发展，几乎所有的进行测量，而且由于传感器技术的发展，几乎所有的“非非电电量量”都可以通过传感器都可以通过传感器转换成电量转换成电量进行测量，所以，它在进行测量，所以，它在各各种测量技术中占有很重要的地位。种测量技术中占有很重要的地位。本篇主要介绍有关电气测量技术的基本概念、基本方法本篇主要介绍有关电气测量技术的基本概念、基本方法和电学量具。和电学量具。第第1章章 电气测量基本知识电气测量基本知识1.1 电气测量概述电气测量概述1.1.1 测量的概念测量的概念 测量测量是人类对自然界的客观事物取得数量概念的一种认是人类对自然界的客观事物取得数量概念的一种认识过程。识过程。当被测量是通过对一个或数个基本量的直接测量或利用当被测量是通过对一个或数个基本量的直接测量或利用物理常数值进行测量时，则称为物理常数值进行测量时，则称为绝对测量绝对测量 通过物理实验方法，将被测量与作为单位的量进行比较通过物理实验方法，将被测量与作为单位的量进行比较的过程，称为的过程，称为相对测量相对测量 测量结果测量结果，通常是用，通常是用数字数字标出的，这个数字就表明了被标出的，这个数字就表明了被测量为测量单位的多少倍。测量为测量单位的多少倍。1.1 电气测量概述电气测量概述 测量测量是将被测量与标准量进行是将被测量与标准量进行比较的过程比较的过程。测量过程一般包括测量过程一般包括三个阶段三个阶段：（1）准备阶段。准备阶段。首先要明确首先要明确“被测量被测量”的性质及测量所的性质及测量所要要达到的目的，然后选定测量方式，选择合适的测量方法及达到的目的，然后选定测量方式，选择合适的测量方法及相应的测量仪器。相应的测量仪器。（2）测量阶段。测量阶段。建立测量仪器所必须的测量条件，慎重建立测量仪器所必须的测量条件，慎重地进行操作，认真记录测量数据。地进行操作，认真记录测量数据。（3）数据处理阶段。数据处理阶段。根据记录的数据，考虑测量条件的根据记录的数据，考虑测量条件的实际情况，进行数据处理，以求得测量结果和测量误差。实际情况，进行数据处理，以求得测量结果和测量误差。研究一个完整的测量过程，主要考虑：研究一个完整的测量过程，主要考虑：（1）测量对象；）测量对象；（2）测量方式和方法；）测量方式和方法；（3）测量设备，真中包括度量器与测量仪器仪表。）测量设备，真中包括度量器与测量仪器仪表。1.1 电气测量概述电气测量概述 测量测量常用的常用的名词术语：名词术语：（1）准确度准确度是指测量结果与被测量真实值间相接近的是指测量结果与被测量真实值间相接近的程度，测量结果准确程度的量度；程度，测量结果准确程度的量度；（2）精密度精密度是指在测量中所测数值重复一致的程度，是指在测量中所测数值重复一致的程度，它表明在同一条件下进行重复测量时，所得到的一组测量它表明在同一条件下进行重复测量时，所得到的一组测量结果彼此之间相符合的程度，测量重复性的量度；结果彼此之间相符合的程度，测量重复性的量度；（3）灵敏度灵敏度是仪器仪表读数的变化量（响应）与相应是仪器仪表读数的变化量（响应）与相应的被测量的变化的比值；的被测量的变化的比值；（4）分辨率分辨率是指仪器仪表所能反映的被测量的最小变是指仪器仪表所能反映的被测量的最小变化值。实际上，分辨率是灵敏度的倒数；化值。实际上，分辨率是灵敏度的倒数；（5）误差误差是指测量结果对被测量真实值的偏离程度；是指测量结果对被测量真实值的偏离程度；（6）量限量限（量程量程）是指仪器仪表在规定的准确度下对是指仪器仪表在规定的准确度下对应于某一测量范围内所能测量的最大值（测量上限测量应于某一测量范围内所能测量的最大值（测量上限测量下限）下限）1.1 电气测量概述电气测量概述1.1.2 电气测量的发展和地位电气测量的发展和地位 电气测量就是借助于各种电气电气测量就是借助于各种电气测量器具测量器具（测量仪器仪（测量仪器仪表、量具及附属设备），对科学技术和工程实际中的各种表、量具及附属设备），对科学技术和工程实际中的各种电磁现象和电磁过程进行电磁现象和电磁过程进行定量分析研究定量分析研究的过程。它的成长的过程。它的成长和发展是与电磁学理论及电磁技术的成长和发展密切相和发展是与电磁学理论及电磁技术的成长和发展密切相关、互相促进的。关、互相促进的。电气测量技术电气测量技术发展过程：发展过程：摩擦生电现象摩擦生电现象 库仑定律库仑定律伏打电池伏打电池欧姆定律欧姆定律电磁电磁感应定律感应定律麦克斯韦方程麦克斯韦方程发电机、电动机现代电子技术发电机、电动机现代电子技术 电磁理论和电磁技术的发展推动着电气测量技术的提电磁理论和电磁技术的发展推动着电气测量技术的提高；而电气测量技术的提高又促进了电磁理论和电磁技术高；而电气测量技术的提高又促进了电磁理论和电磁技术的发展。的发展。1.1 电气测量概述电气测量概述1.1.3 电气测量的任务电气测量的任务 任务：利用一定的任务：利用一定的电气测量器具电气测量器具和和电气测量技术电气测量技术，测量，测量各种各种电磁参量电磁参量。电参量：电量电参量：电量(电压、电流、电功率、电能、电压、电流、电功率、电能、)和电路和电路参数参数(电阻、电感、电容、互感、电阻、电感、电容、互感、)。磁参量：磁量磁参量：磁量(磁通、磁感应强度、磁场强度、磁通、磁感应强度、磁场强度、)和磁和磁路参数路参数(磁阻、磁性材料的磁导率、磁阻、磁性材料的磁导率、)。电气测量器具电气测量器具是为了测量目的而采用的技术装备：是为了测量目的而采用的技术装备：电气测量仪器（仪表）可将被测电磁参量转换成示值电气测量仪器（仪表）可将被测电磁参量转换成示值或其等效信息。或其等效信息。电磁量具以固定形式复现某个量的一个或多个已知量电磁量具以固定形式复现某个量的一个或多个已知量值。值。电气测量技术电气测量技术是为了进行测量而采用的原理、方法、手是为了进行测量而采用的原理、方法、手段和技术措施段和技术措施。1.2 电气测量的方法和分类电气测量的方法和分类1.2.1 根据获得测量结果的过程分类根据获得测量结果的过程分类 1直接测量直接测量 将被测量与作为标准的量具直接比较，或用事先刻度好将被测量与作为标准的量具直接比较，或用事先刻度好的测量仪表进行测量，从而直接获得被测量的数值，这种的测量仪表进行测量，从而直接获得被测量的数值，这种测量方式称为测量方式称为直接测量直接测量。如电流表、电压表测电流、电压。如电流表、电压表测电流、电压 2间接测量间接测量 测量中，通过对与被测量有一定函数关系的几个量进行测量中，通过对与被测量有一定函数关系的几个量进行直接测量，然后再按这个函数关系通过计算而获得被测量直接测量，然后再按这个函数关系通过计算而获得被测量数值，这种测量方式称为数值，这种测量方式称为间接测量间接测量。如用伏安法测电阻，。如用伏安法测电阻，R=U/I。间接测量比直接测量要复杂一些，一般在不能使用直接间接测量比直接测量要复杂一些，一般在不能使用直接测量或直接测量达不到测量要求时，才采用间接测量。测量或直接测量达不到测量要求时，才采用间接测量。1.2 电气测量的方法和分类电气测量的方法和分类 3组合测量组合测量 如果被测量有多个，而且能以某些可测量的不同组合形如果被测量有多个，而且能以某些可测量的不同组合形式（函数关系）表示时，可先通过直接或间接地测量这些式（函数关系）表示时，可先通过直接或间接地测量这些组合的数值，再通过解联立方程组求得未知的被测量数组合的数值，再通过解联立方程组求得未知的被测量数值，这种测量方式称为值，这种测量方式称为组合测量组合测量。例如金属导体的电阻例如金属导体的电阻Rt与温度与温度t之间的函数关系为之间的函数关系为 测出电阻在温度测出电阻在温度t1、t2、t3时的阻值时的阻值Rt1、Rt2、Rt3 求解以上方程组，即可求得求解以上方程组，即可求得、R20的值，从而确定的值，从而确定Rt与与t之间的确切函数关系。之间的确切函数关系。1.2 电气测量的方法和分类电气测量的方法和分类1.2.2 根据所用器具分类根据所用器具分类 1直读测量法直读测量法 用直接指示被测量数值的指示仪表进行测量，能够直接用直接指示被测量数值的指示仪表进行测量，能够直接在仪表上读取读数的测量方法称为在仪表上读取读数的测量方法称为直读测量法直读测量法。度量器具。度量器具不直接参与作用。不直接参与作用。2比较测量法比较测量法 将被测量与度量器具通过较量仪器进行比较，从而获得将被测量与度量器具通过较量仪器进行比较，从而获得被测量数值的方法称为被测量数值的方法称为比较测量法比较测量法。度量器具直接参与作。度量器具直接参与作用。用。（1）平衡法（零值法）平衡法（零值法）这种测量方法是将被测量这种测量方法是将被测量x与已知的标准量与已知的标准量A相比较。在相比较。在测量过程中，连续改变标准量，使它产生的效应与被测量测量过程中，连续改变标准量，使它产生的效应与被测量产生的效应相互抵消或平衡，这种测量方法称为平衡法。产生的效应相互抵消或平衡，这种测量方法称为平衡法。平衡时指示器指零，又称零值法。电桥、电位差计测量。平衡时指示器指零，又称零值法。电桥、电位差计测量。1.2 电气测量的方法和分类电气测量的方法和分类 （2）微差法）微差法 平衡法过程中，被测量平衡法过程中，被测量x与标准量与标准量A不能平衡或标准量不不能平衡或标准量不便于调节，则可以通过测量仪器测量二者的差值便于调节，则可以通过测量仪器测量二者的差值axA或或正比于差值正比于差值a的量，进而根据标准量的数值的量，进而根据标准量的数值A和差值和差值a确定被确定被测量测量x的大小（的大小（xA+a），这种方法就称为微差法。），这种方法就称为微差法。（3）替代法）替代法 将被测量将被测量x与标准量与标准量A分别接入同一测量装置，在标准量分别接入同一测量装置，在标准量替代被测量的情况下，调节标准量使测量装置的工作状态替代被测量的情况下，调节标准量使测量装置的工作状态保持不变，从而可以用标准量的数值来确定被测量的大小保持不变，从而可以用标准量的数值来确定被测量的大小（x=A)），这种方法称为替代法。），这种方法称为替代法。（4）重合法）重合法 重合法是将被测量的一系列均匀交替的信号与某个已知重合法是将被测量的一系列均匀交替的信号与某个已知参考量相比较，当两者的信号出现重合的状态或现象时，参考量相比较，当两者的信号出现重合的状态或现象时，就可以确定被测量的大小。就可以确定被测量的大小。1.2 电气测量的方法和分类电气测量的方法和分类 测量方法间的关系测量方法间的关系 用功率表测功率；用功率表测功率；用电流表、电压表测电阻；用电流表、电压表测电阻；用电桥测电阻；用电桥测电阻；用电位差计测量电流。用电位差计测量电流。1.3 电气测量仪器仪表的分类电气测量仪器仪表的分类 1指示仪表指示仪表 指示仪表是基于直读法来进行测量的仪表指示仪表是基于直读法来进行测量的仪表模拟式仪表模拟式仪表或机电式指示仪表。或机电式指示仪表。2积算仪表积算仪表 积算仪表用以测量与时间有关的量，在测量时间内仪表积算仪表用以测量与时间有关的量，在测量时间内仪表对被测量进行累计。如电度表。对被测量进行累计。如电度表。3较量仪器较量仪器 较量仪器是基于比较法来进行测量的仪器。如电位差计较量仪器是基于比较法来进行测量的仪器。如电位差计和电桥和电桥 4记录仪表和示波器记录仪表和示波器 记录仪表是把被测量与另一变量的函数变化关系连续记记录仪表是把被测量与另一变量的函数变化关系连续记录下来，如录下来，如XY记录仪等。记录仪等。示波器是用来观察和记录变化迅速的被测量的仪器。示波器是用来观察和记录变化迅速的被测量的仪器。1.3 电气测量仪器仪表的分类电气测量仪器仪表的分类 5数字仪表数字仪表 数字仪表是采用逻辑电路，用数码显示被测量的仪表。数字仪表是采用逻辑电路，用数码显示被测量的仪表。近年来数字仪表的种类越来越多，如数字电压表、数字频近年来数字仪表的种类越来越多，如数字电压表、数字频率表、数字相位表、数字万用表、数字电能表等。率表、数字相位表、数字万用表、数字电能表等。6测磁仪器测磁仪器 用于测量基本磁学量及磁性材料磁特性的仪器。用于测量基本磁学量及磁性材料磁特性的仪器。7扩大量限装置扩大量限装置 扩大量限装置是用来扩大电工仪器仪表测量范围的装扩大量限装置是用来扩大电工仪器仪表测量范围的装置。如分流器、附加电阻、测量用互感器、放大器等。置。如分流器、附加电阻、测量用互感器、放大器等。8校验装置校验装置 按一定测量方法和电路，将一些测量仪器、度量器和附按一定测量方法和电路，将一些测量仪器、度量器和附属设备组合而成的整体称为校验装置，它们有指示仪表校属设备组合而成的整体称为校验装置，它们有指示仪表校验装置、电度表校验装置、互感器校验装置、电位差计装验装置、电度表校验装置、互感器校验装置、电位差计装置和电桥装置等。置和电桥装置等。1.4 测量误差及其消除方法测量误差及其消除方法1.4.1 测量误差的分类和来源测量误差的分类和来源 一般可分为系统误差、偶然误差和疏失误差三类。一般可分为系统误差、偶然误差和疏失误差三类。1系统误差系统误差 系统误差是一种在测量过程中或者遵循一定的规律变系统误差是一种在测量过程中或者遵循一定的规律变化，或者保持不变的误差。产生系统误差的化，或者保持不变的误差。产生系统误差的原因原因：（1）测量器具误差）测量器具误差 基本误差基本误差 （2）环境误差）环境误差附加误差附加误差 （3）方法误差）方法误差 （4）人员误差）人员误差 系统误差系统误差决定了测量的决定了测量的正确度正确度。1.4 测量误差及其消除方法测量误差及其消除方法 2随机误差随机误差 随机误差是一种大小和符号都不固定的具有偶然性的误随机误差是一种大小和符号都不固定的具有偶然性的误差，因此也称为偶然误差。产生随机误差的差，因此也称为偶然误差。产生随机误差的原因原因很多，例很多，例如温度、湿度的起伏，电磁场的微变，电源电压、频率的如温度、湿度的起伏，电磁场的微变，电源电压、频率的变化，以及操作人员感觉器官的生理变化等。变化，以及操作人员感觉器官的生理变化等。随机误差随机误差决定了测量的决定了测量的精密度精密度。系统误差和随机误差系统误差和随机误差反映测量的反映测量的准确度。准确度。3疏失误差疏失误差 疏失误差是由于测量过程中操作、读数、记录和计算等疏失误差是由于测量过程中操作、读数、记录和计算等方面的疏失错误所引起的误差，这是一种明显地歪曲测量方面的疏失错误所引起的误差，这是一种明显地歪曲测量结果的误差。结果的误差。凡是含有凡是含有疏失误差疏失误差的实验数据是的实验数据是不可靠不可靠的，应当的，应当剔除剔除。1.4 测量误差及其消除方法测量误差及其消除方法1.4.2 测量误差的消除方法测量误差的消除方法 1 系统误差的消除系统误差的消除 （1 1）引入校正值）引入校正值校正曲线或校正表格校正曲线或校正表格 （2 2）消除产生环境误差（附加误差）的根源）消除产生环境误差（附加误差）的根源 （3 3）采用特殊测量方法）采用特殊测量方法 正负误差补偿法正负误差补偿法 替代法替代法 等时距对称观测法等时距对称观测法测电阻时电源不稳定产生的误差测电阻时电源不稳定产生的误差1.4 测量误差及其消除方法测量误差及其消除方法 消除这种电流线性变化所带来的系统误差，可采用等时消除这种电流线性变化所带来的系统误差，可采用等时距对称观测法。距对称观测法。t1：Ux(t1)I1Rx(I I)Rx t2：Un(t2)I2RnIRn t3：Ux(t3)I3Rx(I I)Rx 取取t1和和t3时刻对应的电压时刻对应的电压Ux的平均值：的平均值：1-3电流随时间变化的曲线电流随时间变化的曲线 1.4 测量误差及其消除方法测量误差及其消除方法 2随机误差的消除随机误差的消除 对于随机误差，不具有确定的规律性，不能用试验的方对于随机误差，不具有确定的规律性，不能用试验的方法加以检查和消除，但随机误差法加以检查和消除，但随机误差遵从统计规律遵从统计规律，可以采用，可以采用概率论和数理统计学的方法加以处理。在足够多次数（约概率论和数理统计学的方法加以处理。在足够多次数（约10次）的测量中，随机误差的算术平均值必然趋近于零。次）的测量中，随机误差的算术平均值必然趋近于零。3对于疏失误差对于疏失误差，由于它是显然的错误，并且常常严重，由于它是显然的错误，并且常常严重地歪曲了测量结果，因此，包含有疏失误差的观测结果是地歪曲了测量结果，因此，包含有疏失误差的观测结果是不可信的，应予不可信的，应予剔除剔除。1.4 测量误差及其消除方法测量误差及其消除方法1.4.3 仪表误差仪表误差 用任何仪器仪表对某一被测量进行有限次的测量都不能用任何仪器仪表对某一被测量进行有限次的测量都不能求得被测量的真值（即实际值），仪器仪表的读数与真值求得被测量的真值（即实际值），仪器仪表的读数与真值之间总存在一定的差值，即之间总存在一定的差值，即测量误差测量误差。1 仪表误差的分类仪表误差的分类 仪表误差可分为基本误差和附加误差两类。仪表误差可分为基本误差和附加误差两类。（1）基本误差）基本误差 仪表在规定的仪表在规定的正常工作条件正常工作条件下进行测量时，由于仅表本下进行测量时，由于仅表本身的结构、制造工艺、材料性能不完善所造成的误差称为身的结构、制造工艺、材料性能不完善所造成的误差称为仪表的基本误差。这种误差是无法消除的，故又称为仪表仪表的基本误差。这种误差是无法消除的，故又称为仪表的的固有误差固有误差。1.4 测量误差及其消除方法测量误差及其消除方法 仪表正常工作条件：仪表正常工作条件：仪表指针调整到机械零位；仪表指针调整到机械零位；仪表按规定的工作位置安放；仪表按规定的工作位置安放；除地磁场外，没有外来的电磁场或铁磁物质的影响；除地磁场外，没有外来的电磁场或铁磁物质的影响；周围温度为周围温度为20或仪表所标注的工作温度；或仪表所标注的工作温度；交流仪表的使用频率和波形符合仪表的规定。交流仪表的使用频率和波形符合仪表的规定。（2）附加误差）附加误差 由于仪表由于仪表偏离偏离其规定的其规定的正常工作条件正常工作条件时所引起的误差称时所引起的误差称为附加误差。使仪表产生附加误差的那些为附加误差。使仪表产生附加误差的那些工作条件的变化工作条件的变化常称为常称为影响量影响量的变化，这些影响量中任何一个超出仪表使的变化，这些影响量中任何一个超出仪表使用的正常规定值，都会使仪表产生附加误差。用的正常规定值，都会使仪表产生附加误差。2 测量误差的几种表达形式测量误差的几种表达形式 （1）绝对误差：绝对误差：测量值测量值Ax 真实值真实值Ai AxA0(Ai用相对真实值用相对真实值A0来代替来代替)绝对误差绝对误差可正可负可正可负，而且还有，而且还有量纲量纲；一般保留一位有效数字一般保留一位有效数字 （2）相对误差相对误差:实际相对误差：实际相对误差：示值相对误差：示值相对误差：相对误差亦可正可负，纯数字；相对误差亦可正可负，纯数字；保留一位或两位有效数字。保留一位或两位有效数字。测量误差是对某一次具体测量好坏的评价。测量误差是对某一次具体测量好坏的评价。1.4 测量误差及其消除方法测量误差及其消除方法1.4 测量误差及其消除方法测量误差及其消除方法 3仪表误差仪表误差 （1）引用误差）引用误差 仪表的准确性能通常用仪表的准确性能通常用引用误差引用误差来衡量。引用误差用仪表来衡量。引用误差用仪表的基本误差与量限之比的百分数来表示，即的基本误差与量限之比的百分数来表示，即 双向标度尺的仪表双向标度尺的仪表 无零位标度尺的仪表无零位标度尺的仪表 对于标度尺为对数、双曲线或指数为对于标度尺为对数、双曲线或指数为3及及3以上的仪表，以上的仪表，引用误差是以工作部分的长引用误差是以工作部分的长度的百分比表示的，即度的百分比表示的，即1.4 测量误差及其消除方法测量误差及其消除方法 （2）仪表的准确度与准确度等级）仪表的准确度与准确度等级 仪表的仪表的准确度准确度是用仪表的是用仪表的最大引用误差最大引用误差 m来表示，来表示，仪表的仪表的准确度等级准确度等级a以以 m的大小来划分，其定义为的大小来划分，其定义为 a=0.1，0.2；0.5，1.0，1.5，2.5，5.0；等等 标准表标准表 实验室用实验室用 工程测量工程测量 仪表的仪表的基本误差（固有误差）基本误差（固有误差）：m仪表量程仪表量程 a%（不随测量值变不随测量值变）仪表误差（准确度）仪表误差（准确度）整体上整体上评价仪表在其评价仪表在其测量范围内测量范围内测量测量的好坏。在使用仪表进行测量时所产生的的好坏。在使用仪表进行测量时所产生的测量误差测量误差 往往低于往往低于仪表的准确度等级。仪表的准确度等级。如果如果Ax越小，越小，越大；越大；Ax越大，越大，越小；当越小；当AxAm时，时，m，这时测量的准确度最高。因此，为了提高测量的准确，这时测量的准确度最高。因此，为了提高测量的准确度，一方面要选择准确度等级度，一方面要选择准确度等级a合适的仪表，更应该注意根据合适的仪表，更应该注意根据被测量被测量Ax的大小选择量限合适的仪表，一般应使被测量的大小选择量限合适的仪表，一般应使被测量Ax Am/2，最好使，最好使Ax 2Am/3。否则所选仪表的准确度等级虽否则所选仪表的准确度等级虽高，但测量的准确度却可能较低。高，但测量的准确度却可能较低。1.4 测量误差及其消除方法测量误差及其消除方法 例例1-1 有两只直流毫安表，它们的准确度等级和量限分别有两只直流毫安表，它们的准确度等级和量限分别为：为：0.5级，级，0500mA；1.5级，级，0100mA现要测现要测50mA的直流电流，选用哪一只表测量的准确度高？的直流电流，选用哪一只表测量的准确度高？解解 用第一只表测量时，测量的绝对误差可能为：用第一只表测量时，测量的绝对误差可能为：m1 a1%Am 0.5%500 2.5(A)相对误差为相对误差为 用第二只表测量时：用第二只表测量时：m2 a2%Am 1.5%100 1.5(A)结论：结论：第二只表测量准确度高！第二只表测量准确度高！1.4 测量误差及其消除方法测量误差及其消除方法第第1章章 电气测量基本知识电气测量基本知识作业：作业：1-2，1-3，1-4，1-5，1-6，1-7第第2章章 电学度量器电学度量器 2.1 度量器度量器 主要内容：主要内容：1、度量器的基本特点；、度量器的基本特点；2、电学标准量具：、电学标准量具：标准电池；标准电阻；标准电感；标准电容。标准电池；标准电阻；标准电感；标准电容。四种电学标准量具的单位定义、结构及其基本四种电学标准量具的单位定义、结构及其基本特性和使用方法。特性和使用方法。2.1 度量器度量器 度量器度量器(或称为量具或称为量具)的定义：的定义：作为作为测量单位测量单位或或测量单位的分数、整数倍测量单位的分数、整数倍的复制体，就的复制体，就是度量器是度量器(或称量具或称量具)。在进行电气测量时，实际上就是将被测在进行电气测量时，实际上就是将被测电学量直接电学量直接或或间间接接与作为测量单位的同类量进行比较，以确定被测电学量与作为测量单位的同类量进行比较，以确定被测电学量的大小。的大小。度量器度量器(或称量具或称量具)的分类：的分类：基准基准度量器度量器(基准器基准器)标准标准度量器度量器(标准器标准器)工作工作度量器度量器(工作量具工作量具)2.1 度量器度量器 1.基准器基准器 它是用现代科学技术所能达到的最高准确度来复现和保它是用现代科学技术所能达到的最高准确度来复现和保存测量单位的度量器，它具有最高的准确度，由国际及各存测量单位的度量器，它具有最高的准确度，由国际及各国的最高计量部门保存。它是国家处理测量事务的准绳和国的最高计量部门保存。它是国家处理测量事务的准绳和基础。基础。在我国，基准器被保存在中国计量科学研究院。在我国，基准器被保存在中国计量科学研究院。基准器又分为国家基准（主基准）、副基准、工作基准基准器又分为国家基准（主基准）、副基准、工作基准等。等。2.1 度量器度量器 电学计量基准器电学计量基准器：电压基准器电压基准器是用经过严格考核挑选，稳定性和其它性能是用经过严格考核挑选，稳定性和其它性能好的饱和标准电池组组成，并以它们成组的标准电池电动好的饱和标准电池组组成，并以它们成组的标准电池电动势的平均值来保存电压单位（伏特，势的平均值来保存电压单位（伏特，V）的量值。）的量值。电阻基准器电阻基准器是用稳定性极好的是用稳定性极好的1 标准电阻组组成，并以标准电阻组组成，并以它们成组的电阻值的平均值来保存电阻单位（欧姆，它们成组的电阻值的平均值来保存电阻单位（欧姆，）的量值。的量值。计算电容基准则计算电容基准则是按是按“汤姆森汤姆森蓝帕德定理蓝帕德定理”制造的交叉制造的交叉电容器，电容量为电容器，电容量为1微微法微微法(pF)。2.1 度量器度量器 2.标准器标准器 它的准确度低于基准器，供计量部门对工作度量器进行它的准确度低于基准器，供计量部门对工作度量器进行检定或标定时使用。按其用途不同又分为一等标准器和二检定或标定时使用。按其用途不同又分为一等标准器和二等标准器。等标准器。3.工作量具工作量具 它是专供日常测量中使用的度量器。按其准确度（或年它是专供日常测量中使用的度量器。按其准确度（或年稳定度）分为若干级别；其级别通常标在铭牌上。在电学稳定度）分为若干级别；其级别通常标在铭牌上。在电学计量中常用的工作量具有标准电池、标准电阻、标准电计量中常用的工作量具有标准电池、标准电阻、标准电容、标准电感等。容、标准电感等。2.1 度量器度量器 4.对度量器的共同要求对度量器的共同要求 （1）复制性好复制性好：制造容易，能较方便地用度量器形式实：制造容易，能较方便地用度量器形式实现测量单位。现测量单位。（2）稳定稳定：能较长期地保持它所复制单位的量值不变化：能较长期地保持它所复制单位的量值不变化或只发生很小的变化。或只发生很小的变化。（3）可靠可靠：外界因素变化：外界因素变化(例如温度例如温度)对其影响小，并能对其影响小，并能进行更正。进行更正。（4）准确准确：有足够的制造精度，在一定条件下，标准值：有足够的制造精度，在一定条件下，标准值与实际值应尽量接近。与实际值应尽量接近。（5）可比性好可比性好：能很方便地与其它标准度量器进行比：能很方便地与其它标准度量器进行比较，便于标定其量值，从而保证其准确度，同时要求使用较，便于标定其量值，从而保证其准确度，同时要求使用方便。方便。2.2 标准电池标准电池 标准电池标准电池是复制电压或电动势单位是复制电压或电动势单位伏特伏特(V)的量具，标的量具，标准电池利用化学作用产生的电动势并不恰好是准电池利用化学作用产生的电动势并不恰好是1伏特，而是伏特，而是稍大于稍大于1伏特伏特(1.0185V1.0195V)，但这个数值准确、稳，但这个数值准确、稳定、受外界影响小，也容易校正。定、受外界影响小，也容易校正。标准电池是一种标准电池是一种化学电池化学电池，电池所用的化学物质均经过，电池所用的化学物质均经过严格提纯，化学成分非常稳定，用量也十分准确。严格提纯，化学成分非常稳定，用量也十分准确。标准电池按电解液的浓度分为标准电池按电解液的浓度分为饱和标准电池饱和标准电池及及不饱和标不饱和标准电池准电池两种。两种。2.2 标准电池标准电池2.2.1 饱和标准电池饱和标准电池 结构：结构：H型和单管型；在任何温度下，型和单管型；在任何温度下，硫酸镉溶液硫酸镉溶液均呈均呈饱和饱和状态。状态。1-汞汞Hg(电池正极电池正极)；2-10%镉汞齐镉汞齐CdHg（电池负极）；（电池负极）；3-硫酸亚硫酸亚汞汞(Hg2 SO4)(去极化剂去极化剂)；4-硫酸镉结晶体硫酸镉结晶体(3Cd SO4.8H2O)；5-硫酸硫酸镉饱和溶液镉饱和溶液(CdSO4)(电解液电解液)；6-铂引线；铂引线；7-玻璃容器；玻璃容器；8-孔塞片孔塞片2.2 标准电池标准电池2.2.1 饱和标准电池饱和标准电池 特点：特点：饱和标准电池的电动势比较稳定，电动势的温度饱和标准电池的电动势比较稳定，电动势的温度系数比较大系数比较大,但可修正。电动势经验公式但可修正。电动势经验公式Et f(t)：国际公式国际公式(1908年沃尔夫提出年沃尔夫提出)中国公式（中国公式（1975，0+40）2.2 标准电池标准电池2.2.2 不饱和标准电池不饱和标准电池 结构：结构：H型和单管型；型和单管型；硫酸镉溶液硫酸镉溶液处于处于不饱和不饱和状态。状态。特点：特点：稳定性较差；但电动势温度系数小，基本不修正稳定性较差；但电动势温度系数小，基本不修正1-汞汞Hg（电池正极）；（电池正极）；2-12.5%镉汞齐镉汞齐CdHg（电池负极）；（电池负极）；3-硫酸亚汞硫酸亚汞(Hg2 SO4)（去极化剂）；（去极化剂）；4-微孔塞片；微孔塞片；5-硫酸镉溶硫酸镉溶液；液；6-石英砂石英砂2.2 标准电池标准电池2.2.3 标准电池的主要技术特性标准电池的主要技术特性（表表21）（1）稳定性：稳定性：饱和标准电池在一年中电动势的允许变化饱和标准电池在一年中电动势的允许变化为几到几十微伏，级别较高；不饱和标准电池在一年中电为几到几十微伏，级别较高；不饱和标准电池在一年中电动势的允许变化上百微伏，级别较低。对于标准电池伏特动势的允许变化上百微伏，级别较低。对于标准电池伏特基准组电动势平均值的年变化约为千万分之二以下。基准组电动势平均值的年变化约为千万分之二以下。（2）内阻：内阻：饱和标准电池内阻较高，一般为饱和标准电池内阻较高，一般为5001000，允许流过的电流极小，允许流过的电流极小，1分钟内允许流过的最大电分钟内允许流过的最大电流仅为流仅为0.11 A；不饱和标准电池内阻稍低，一般不大于；不饱和标准电池内阻稍低，一般不大于500，1分钟内允许通过的电流为分钟内允许通过的电流为110 A。（3）使用温度范围：使用温度范围：级别高的标准电池，保证准确度的级别高的标准电池，保证准确度的温度范围是比较窄，使用和保存时应注意环境温度。温度范围是比较窄，使用和保存时应注意环境温度。2.3 标准电阻标准电阻 标准电阻标准电阻是复制电阻单位是复制电阻单位欧姆（欧姆（）的量具。的量具。对标准电阻的要求：准确度高，稳定性好，可靠性好。对标准电阻的要求：准确度高，稳定性好，可靠性好。结构：结构：标准电阻通常由锰铜材料（铜占标准电阻通常由锰铜材料（铜占84，锰占，锰占12，镍占镍占4）绕制的，因为锰铜的电阻系数高（约为）绕制的，因为锰铜的电阻系数高（约为0.000450.000048.m），电阻温度系数低（约为），电阻温度系数低（约为0.00001/C），且），且较为稳定，而且与铜接触热电势小（约为较为稳定，而且与铜接触热电势小（约为1.5 V/C）。）。标准电阻可以做成单个的标准电阻可以做成单个的固定电阻固定电阻，也可以组合成，也可以组合成可变可变电阻箱电阻箱。标准电阻分为标准电阻分为直流标准电阻直流标准电阻和和交流标准电阻交流标准电阻。交流标准。交流标准电阻要采用特殊的绕法以减小它的分布电感电阻要采用特殊的绕法以减小它的分布电感L和分布电容和分布电容C。通常用时间常数。通常用时间常数(L/R CR)来考虑分布电感和分布电容来考虑分布电感和分布电容的影响。的影响。2.3 标准电阻标准电阻 标准电阻标准电阻结构结构 图图2-3 标准电阻结构标准电阻结构 1-绕线骨架；绕线骨架；2-绕在骨架上的锰铜线；绕在骨架上的锰铜线；3-固定端钮的上盖；固定端钮的上盖；4-温度计插孔；温度计插孔；5-电位端钮；电位端钮；6-电流端钮；电流端钮；7-镀镍黄铜或胶木外壳镀镍黄铜或胶木外壳2.3 标准电阻标准电阻2.3.1 固定标准电阻固定标准电阻 标准电阻的标准电阻的名义值名义值一般为一般为10n，n通常是通常是-4+5之间的之间的整数。整数。一套一套0.01级的级的BZ3型标准电阻为型标准电阻为10-3 105，共，共9只。只。标准电阻标准电阻名义值名义值是指温度为是指温度为20 C时的电阻值，若在规定时的电阻值，若在规定温度范围内的其它温度下使用这个标准电阻时，它的电阻温度范围内的其它温度下使用这个标准电阻时，它的电阻值应按下列近似公式计算：值应按下列近似公式计算：标准电阻不得过载，最大允许工作电流估算值：标准电阻不得过载，最大允许工作电流估算值：2.3 标准电阻标准电阻2.3.2 电位端钮和电流端钮电位端钮和电流端钮 标准电阻一般都制成标准电阻一般都制成四端电阻四端电阻，如图，如图24(b)所示。所示。电流端电流端钮钮(C，C)，对应结构图上较粗大的那一对端钮，利用这一，对应结构图上较粗大的那一对端钮，利用这一对端钮可以把标准电阻接入电路中，电流对端钮可以把标准电阻接入电路中，电流I从这对端钮通入从这对端钮通入标准电阻；标准电阻；电位端钮电位端钮(P，P)，对应结构图上较细小的那一，对应结构图上较细小的那一对端钮，位于电流端钮之间，从这一对端钮上接入测量仪对端钮，位于电流端钮之间，从这一对端钮上接入测量仪器得到的电压器得到的电压U只是标准电阻只是标准电阻R上的电压。四端标准电阻的上的电压。四端标准电阻的电阻值为：电阻值为：RU/I 图图2-4 电阻的接线端钮电阻的接线端钮2.3 标准电阻标准电阻2.3.2 可变直流电阻箱可变直流电阻箱 测量中有时需要阻值可以调节的标准电阻，为此，可将测量中有时需要阻值可以调节的标准电阻，为此，可将若干标准电阻安装在一个箱子中，利用转换开关逐级改变若干标准电阻安装在一个箱子中，利用转换开关逐级改变电阻数值，这就是实验室中广泛应用的可变电阻箱。电阻数值，这就是实验室中广泛应用的可变电阻箱。图图2-5 四挡十进位可变电阻箱的线路结构四挡十进位可变电阻箱的线路结构电阻值电阻值 R=3152 2.3 标准电阻标准电阻2.3.2 可变直流电阻箱可变直流电阻箱 5个电阻实现十进位转换的线路结构个电阻实现十进位转换的线路结构(电阻值电阻值 R=1)可变电阻箱分为可变电阻箱分为0.0l，0.02，0.05，0.1，0.2和和0.5等六个等六个等级。等级。基本误差基本误差应符合以下计算式：应符合以下计算式：（aR b）式中，式中，b取取0.002(0.010.05级级)；b取取0.005(0.10.5级级)。图图2-6 可变电阻箱的另一种线路结构可变电阻箱的另一种线路结构2.3 标准电阻标准电阻2.3.4 交流标准电阻交流标准电阻 用于交流测量的标准电阻，其阻值、允许通过的电流、用于交流测量的标准电阻，其阻值、允许通过的电流、使用温度范围等基本上与直流标准电阻相同，但在绕制方使用温度范围等基本上与直流标准电阻相同，但在绕制方法上有所不同，这时要考虑减小分布电感法上有所不同，这时要考虑减小分布电感L和分布电容和分布电容C，即减小时间常数即减小时间常数 L/RRC。通常采用的绕制方式有双线。通常采用的绕制方式有双线并绕方式和交叉绕制方式。使用交流标准电阻时还要注意并绕方式和交叉绕制方式。使用交流标准电阻时还要注意它的使用频率范围。例如国产它的使用频率范围。例如国产ZX32型交流电阻箱的时间常型交流电阻箱的时间常数数(1550)10 8s，用于，用于020000Hz的频率范围。的频率范围。2.3 标准电阻标准电阻2.3.5 标准电阻的使用和维护标准电阻的使用和维护 标准电阻的主要技术特性、用途及使用条件如表标准电阻的主要技术特性、用途及使用条件如表22