1、電子測量及儀器基礎(chǔ)知識 電子測量及儀器基礎(chǔ)知識一、電子測量和誤差基礎(chǔ)二、直流電流和電壓測量三、交流電流和電壓測量四、功率和電能量測量五、常用測量儀器介紹六、常用元器件測量一、電子測量和誤差基礎(chǔ)電子測量及儀器基礎(chǔ)知識測量目的：得到或確定被測量的真實數(shù)值（大小、單位），由于方法、手段和條件的限制，往往只能得到其近似值；測量誤差的表示：測量得到的近似值和真值的差；絕對誤差：測量值A(chǔ)x與真值A(chǔ)o 的差值 Ax Ao或 測量值A(chǔ)x與標(biāo)準(zhǔn)表的示值（實際值）A 的差值 Ax A 注意其大小和符號相對誤差：絕對誤差與實際值A(chǔ)的比值，用表示 /A100% ，或 /Ax100%（測量值）一、電子測量和誤差基礎(chǔ)電子

2、測量及儀器基礎(chǔ)知識引用（滿度）誤差： 測量儀表在其測量范圍內(nèi)，各刻度處的絕對誤差變化不大，為了表示儀表本身的準(zhǔn)確度，引入引用誤差的概念。 n /Am100%誤差修正： 在實際測量儀器的使用和設(shè)計中，常采用修正值來提高測量準(zhǔn)確度。修正值C，與大小相等，符號相反。 C= ，A=Ax C 在數(shù)字儀表中，常用軟件方法進(jìn)行誤差修正。 一、電子測量和誤差基礎(chǔ)電子測量及儀器基礎(chǔ)知識測量準(zhǔn)確度：包含精密度和正確度兩個概念。一、電子測量和誤差基礎(chǔ)電子測量及儀器基礎(chǔ)知識 測量儀器的準(zhǔn)確度等級：根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)：GB76762的規(guī)定，電流表、電壓表的準(zhǔn)確度共分為13級，見下表。準(zhǔn)確度等級0.050.10.2（0.3）0

3、.51.0（1.5)基本誤差 限（）0.050.1 0.20.30.51.01.5準(zhǔn)確度等級2.0（2.5）（3.0）5.01020基本誤差 限（）2.02.53.05.01020一、電子測量和誤差基礎(chǔ)電子測量及儀器基礎(chǔ)知識 測量儀器的準(zhǔn)確度等級：功率表和無功功率表的準(zhǔn)確度等級共分為10級：為0.05，0.1，0.2，0.3，0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，3.5級。含義：儀器的最大引用誤差必須小于等于準(zhǔn)確度等級所允許的誤差。實際相對測量誤差可能會大于準(zhǔn)確度規(guī)定的最大誤差。為保證較高的準(zhǔn)確度，測量應(yīng)盡可能在接近滿度的位置進(jìn)行。一、電子測量和誤差基礎(chǔ)電子測量及儀器基礎(chǔ)知識 測量誤差的分類

4、系統(tǒng)誤差：遵循一定規(guī)律可重現(xiàn)的誤差儀器本身的固有誤差；因測量方法引入的誤差；附加誤差（非工作條件引入的誤差，運(yùn)行檢查）；測量人員的感官誤差；系統(tǒng)誤差必須控制在允許范圍內(nèi)，否則必須進(jìn)行補(bǔ)償修正。隨機(jī)誤差：沒有規(guī)律，不可預(yù)知的因素引起的測量誤差，一般較實際相對測量誤差可能會小一個數(shù)量級，無法控制。在一般檢驗工作中不作為重點控制。一、電子測量和誤差基礎(chǔ)電子測量及儀器基礎(chǔ)知識 測量誤差的分類粗大誤差：由于操作人員疏忽造成的誤差，如操作失誤、讀數(shù)或記錄錯誤。其數(shù)值可能遠(yuǎn)大于系統(tǒng)誤差，必須避免，數(shù)據(jù)必須剔除。二、模擬萬用表原理和使用電子測量及儀器基礎(chǔ)知識 三用表（電壓、電流和電阻） 使用攜帶方便，用指針的

5、偏轉(zhuǎn)顯示測量值，精度一般。 基本構(gòu)成：表頭（帶刻度的面板）； 測量線路；轉(zhuǎn)換開關(guān)。 二、模擬萬用表原理和使用電子測量及儀器基礎(chǔ)知識 直流電流表：高靈敏度直流電流表為基本表；并聯(lián)分流電阻擴(kuò)大其量程；分流電阻等于基本表內(nèi)阻R0的（n-1）分之一，n為擴(kuò)大的倍數(shù)?；痉秶?06102A。二、模擬萬用表原理和使用電子測量及儀器基礎(chǔ)知識直流電流表實際構(gòu)成：分流電阻成環(huán)形，使表頭阻尼不變；串聯(lián)接入，接觸電阻對分流無影響；保證準(zhǔn)確度；分流電阻要求有較高的精度；二、模擬萬用表原理和使用電子測量及儀器基礎(chǔ)知識直流電流表電流表串入被測回路電流表內(nèi)阻越小越好；從較高檔位開始，避免損壞；電流流入端接正表筆；從負(fù)載的

6、低壓側(cè)接入，保證安全；必要時可采用間接法測量。二、模擬萬用表原理和使用電子測量及儀器基礎(chǔ)知識直流電壓表：電流表為基本表；串聯(lián)分壓電阻擴(kuò)大其量程；分壓電阻等于基本表內(nèi)阻R0的（n-1）倍，n為擴(kuò)大的倍數(shù)?；痉秶?02103V。二、模擬萬用表原理和使用電子測量及儀器基礎(chǔ)知識直流電壓表：實際原理圖；靈敏度指標(biāo) k/V 表征了電壓表的內(nèi)阻；高壓檔2500V，單獨設(shè)端子接入。二、模擬萬用表原理和使用電子測量及儀器基礎(chǔ)知識直流電壓表電壓測量：電壓表并入被測支路或元件；電壓表內(nèi)阻越大越好（k /V)；符合儀表工作條件；高電位端接正表筆；從較高檔位開始，避免損壞儀表；對于高壓測量，注意安全防護(hù)（表筆一端接

7、公共端，另一端單手測量）。二、模擬萬用表原理和使用電子測量及儀器基礎(chǔ)知識交流電壓表： 直流電壓表為基本表；增加檢波電路將交流轉(zhuǎn)為直流；表頭特性正比于波形的均值；調(diào)正分流系數(shù)，使其顯示被測量的有效值；有效值 0.707，全波均值0.6，半波均值0.3二極管引入的非線性，帶來小量程刻度非線性。高壓檔單獨設(shè)置，注意安全。二、模擬萬用表原理和使用電子測量及儀器基礎(chǔ)知識交流電壓測量：注意頻率范圍，一般可在50-5000Hz范圍內(nèi)使用；示值與輸入波形的均值成正比；對非正弦波測量將會引入波形誤差；工作條件（溫度、濕度、氣壓）；內(nèi)阻（輸入阻抗）；精度較直流電壓測量明顯降低。二、模擬萬用表原理和使用電子測量及儀

8、器基礎(chǔ)知識歐姆表原理：提供電池做測試電源；中值電阻的作用；電流表指示測量值，刻度非線性；二、模擬萬用表原理和使用電子測量及儀器基礎(chǔ)知識歐姆表原理：實際原理圖；虛線框內(nèi)為基本電流表；改變檔位分流電阻，使其總并聯(lián)值等于各檔位中值電阻；800可調(diào)電阻為調(diào)零電阻；高阻檔，單獨提供高電壓測試電源。二、模擬萬用表原理和使用電子測量及儀器基礎(chǔ)知識電阻測量：零位調(diào)整（電池電壓變動時）；選擇正確檔位，使阻值在中間部位讀數(shù)；不能帶電進(jìn)行測量；應(yīng)將元件一端從電路中斷開（切忌兩手捏住電阻兩端進(jìn)行測量）；二、模擬萬用表原理和使用電子測量及儀器基礎(chǔ)知識萬用表使用注意事項：檢查和調(diào)整指針的機(jī)械零位；正確選擇測量功能類別；正

9、確選擇測量檔位，為避免過載，適當(dāng)使用大檔位試測；為減小誤差，應(yīng)使指針在滿度2/3處讀數(shù)，測電阻在中值電阻附近讀數(shù)；嚴(yán)禁在通電狀態(tài)下轉(zhuǎn)換開關(guān)；高壓測量，單手進(jìn)行；三、其它幾種模擬儀表的原理和應(yīng)用電子測量及儀器基礎(chǔ)知識兆歐表（搖表）原理：測量設(shè)備的絕緣電阻；由手搖發(fā)電機(jī)產(chǎn)生測試電壓（500,1000.2500V）；由磁電式比率表指示絕緣電阻；不工作時，指針位置任意；2個繞向相反的線圈分別接固定電阻和待測設(shè)備；三、其它幾種模擬儀表的原理和應(yīng)用電子測量及儀器基礎(chǔ)知識兆歐表（搖表）使用注意事項：測量設(shè)備的絕緣電阻；按檢驗要求選用相應(yīng)電壓和測量等級的兆歐表；被測設(shè)備應(yīng)切斷電源，并進(jìn)行充分放電；短路時，指針

10、應(yīng)指零；開路時應(yīng)指無窮；待測端子接入L（線）E（地）之間，必要時接入G（屏蔽）；搖速120r/min，保持均勻，指針穩(wěn)定后讀數(shù)；因測試電壓高，應(yīng)注意安全，拆線時應(yīng)注意先對地放電。四、數(shù)字萬用表原理和使用電子測量及儀器基礎(chǔ)知識四、數(shù)字萬用表原理和使用電子測量及儀器基礎(chǔ)知識 數(shù)字式電壓、電流表、歐姆表基本原理把待測模擬量轉(zhuǎn)換為直流電壓，再經(jīng)A/D變換轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，然后進(jìn)行處理和顯示；四、數(shù)字萬用表原理和使用電子測量及儀器基礎(chǔ)知識數(shù)字式直流電壓表基本原理：A/D變換（積分式、比較式）雙積分式A/D變換原理四、數(shù)字萬用表原理和使用電子測量及儀器基礎(chǔ)知識數(shù)字式直流電壓表基本原理：A/D變換（積分式、比較

11、式） 雙積分式A/D變換原理采樣階段（積分），T1固定，Vom正比于被測電壓；比較階段（積分），Vr固定，計數(shù)值正比于Vom；運(yùn)放的使用，虛地，保證了線性充放電；電路簡單，造價低，測量速度較低。四、數(shù)字萬用表原理和使用電子測量及儀器基礎(chǔ)知識數(shù)字式交流電壓表基本原理：AC/DC變換（均值、峰值、真有效值）均值檢波AC/DC變換原理四、數(shù)字萬用表原理和使用電子測量及儀器基礎(chǔ)知識數(shù)字式交流電壓表基本原理：AC/DC變換（均值、峰值、真有效值）均值檢波AC/DC變換原理采樣運(yùn)放，可以檢出幅度很小的信號：在vx的負(fù)半周，若略去極性只看數(shù)值，則有： vxiA RA ，vo IB RB ，且iAiBi，最后

12、可得：靈敏度可以做到0.1mV，頻率上限約為1KHz10MHz四、數(shù)字萬用表原理和使用電子測量及儀器基礎(chǔ)知識數(shù)字式交流電壓表基本原理：AC/DC變換（均值、峰值、真有效值）峰值檢波AC/DC變換原理四、數(shù)字萬用表原理和使用電子測量及儀器基礎(chǔ)知識數(shù)字式電壓、電流表基本原理：AC/DC變換（均值、峰值、真有效值）真有效值變換原理模擬運(yùn)算變換：乘法器、積分器和開方器；數(shù)字采樣變換（AD637專用芯片，優(yōu)于0.1%）熱電轉(zhuǎn)換變換四、數(shù)字萬用表原理和使用電子測量及儀器基礎(chǔ)知識數(shù)字式電壓、電流表基本原理：I/V變換四、數(shù)字萬用表原理和使用電子測量及儀器基礎(chǔ)知識數(shù)字式電壓、電流表基本原理：R/V變換四、數(shù)字

13、萬用表原理和使用電子測量及儀器基礎(chǔ)知識數(shù)字式儀表特點：精確度高；輸入阻抗高：可達(dá)G ，輸入電容10pF量級；讀數(shù)方便，自動判斷極性；交流表有其頻率范圍，一般在工頻 1KHz，最高可達(dá)10MHz；交流電壓、電流表一般以有效值標(biāo)度，對于正弦波有效，對于非正弦波要考慮修正；對于交流電壓和電流，過高的幅值，通過互感器來轉(zhuǎn)換。誤差表示：Vx(VxVm） (Vx/Vx) = (%+ Vm/Vx) Vx(Vxn個字）四、數(shù)字萬用表原理和使用電子測量及儀器基礎(chǔ)知識交流測量注意非正弦量引入誤差五、功率和電能量測量電子測量及儀器基礎(chǔ)知識功率的定義：直流電路的功率：P=UI ；正弦電路的功率：uUm sin t，I

14、 = I m sin (t）pu i Um sin t I m sin ( t） UI cos UI cos（2 t ）（U I為有效值） UI cos （1-cos2t) UI sin sin（2 t ） （1) pRpx 分別為電阻和電抗上消耗的瞬時功率五、功率和電能量測量電子測量及儀器基礎(chǔ)知識功率的定義：有功功率（平均功率，W ， kW）電路、器件實際消耗的平均功率（在一周期內(nèi)對（1)式求平均）， 無功功率（容性、感性，var，kvar）；無功功率由儲能元件造成，本身不消耗能量，在一個周期內(nèi)均值為零。工程上將其幅值定義為無功功率，（1）式第二項的幅值： Q = U I sin 五、功率和

15、電能量測量電子測量及儀器基礎(chǔ)知識功率的定義：視在功率（設(shè)備、電路可吸收的最大功率，VA）： SUI ；S= sqrt（P2Q2）；PS cos ，QSsin ；功率因數(shù)： cos 五、功率和電能量測量電子測量及儀器基礎(chǔ)知識功率的測量：模擬式儀表，常用電動式功率表單相測量有功功率：電流線圈與負(fù)載串聯(lián)，電壓線圈經(jīng)限流電阻與負(fù)載并聯(lián)； *為同名端，必須接在一起；可測交流、直流功率。二表法測量三相有功功率：可以證明， 總有功功率 pp1p2五、功率和電能量測量電子測量及儀器基礎(chǔ)知識功率的測量：模擬式儀表，常用電動式功率表二表法測量三相無功功率可以證明 QQ1Q2 3UI sin 五、功率和電能量測量電

16、子測量及儀器基礎(chǔ)知識功率的測量：交流采樣原理 單相有功對電壓電流的乘積求平均； 三相有功采樣二表法對二個電壓、二個電流的乘積的和求平均； 將連續(xù)量離散化后得右式：自動跟蹤頻率，進(jìn)行等間隔采樣，保證精度；無功移相90度進(jìn)行計算，通常每周期采36點，多采1/4周期，需采45點；計算功能利用FPGA、DSP實現(xiàn)。五、功率和電能量測量電子測量及儀器基礎(chǔ)知識電能量測量模擬儀表電能量測量（略）電子式電能量測量 積分式電能量測量在交流采樣的基礎(chǔ)上，對有功和無功功率積分，可得積分電量（不能用于結(jié)算，積分周期一般取一分鐘）；計量芯片電能量測量（可作為計量器具）五、功率和電能量測量電子測量及儀器基礎(chǔ)知識電能量測量

17、 電子式電能量測量 計量芯片電能量測量（可作為計量器具）要點：輸入交流電壓、電流； A/D變換； 離散數(shù)字運(yùn)算得到單相或多相有功、無功功率； P/F變換，得到頻率與功率成正比的脈沖信號（FH瞬時功率，F(xiàn)L平均功率）； 對脈沖信號進(jìn)行計數(shù)得到電量值； 以上功能已可以封裝在一顆芯片內(nèi)完成（單相、三相）。五、功率和電能量測量電子測量及儀器基礎(chǔ)知識電能量測量電子式電能量測量 ATT7022B多功能防竊電基波諧波三相電能專用計量芯片適用于三相三線和三相四線應(yīng)用；集成了6路二階A/D變換器、以及所有功率、能量、有效值、功率因數(shù)以及頻率測量的數(shù)字信號處理電路；可測量各相及合相總有功、無功、視在功率；有功、無功電量；各相電流、電壓有效值，功率因數(shù)、相角、頻率等參數(shù)；充分滿足三相復(fù)費(fèi)率多功能電能表的要求；精度：在1000:1的動態(tài)范圍內(nèi)，非線性誤差小于0.1%； 有功測量滿足0.2S 和 0.5S；無功測量滿足2級和3級； 電壓、電流有效值精度優(yōu)于0.5%。五、功率和電能量測量電子測量及儀器基礎(chǔ)知識電子式電能量測量 ATT7022B