電磁測量課件第一章第1頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一目錄第一章電磁測量的基本知識第二章直流電壓和電流的測量第三章交流電壓和電流的測量第四章功率和電能的測量第五章直流電阻的測量第六章交流參數(shù)的測量第七章數(shù)字測量技術(shù)第八章虛擬儀器技術(shù)第九章磁性測量技術(shù)第2頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一第一章電磁測量的基本知識第一節(jié)電磁測量的基本概念第二節(jié)儀表和測量方法的分類第三節(jié)測量誤差第四節(jié)直讀儀表的準(zhǔn)確度等級第五節(jié)測量誤差的合成與估計第六節(jié)系統(tǒng)誤差的消除第七節(jié)測量結(jié)果的數(shù)據(jù)處理第八節(jié)直讀儀表測量機(jī)構(gòu)中的力矩第3頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一第一節(jié)電磁測量的基本概念

一、表示測量儀表和測量結(jié)果性能的參數(shù)

1．靈敏度儀表輸出信號的變化量與輸入信號的變化量的比值

2．準(zhǔn)確度測量儀表的測量結(jié)果與被測量的真實值接近的程度。

3．精密度多次測量時，各次測量值之間接近的程度。

4．精確度準(zhǔn)確度和精密度的綜合概括，是全面衡量測量結(jié)果優(yōu)劣的程度。第4頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一

5．不確定度

6．穩(wěn)定度在規(guī)定的工作條件保持不變的情況下，測量儀表的性能在一定時間內(nèi)保持不變的能力。

7．可靠性測量儀表受外界因素影響時，測量結(jié)果變化的程度。

（1）標(biāo)準(zhǔn)不確定度。用概率分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差表示的不確定度稱為標(biāo)準(zhǔn)不確定度，用u表示。（2）合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度。用各不確定度分量合成的標(biāo)準(zhǔn)不確定度稱為合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度用uC表示。（3）擴(kuò)展不確定度。用合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的倍數(shù)表示的不確定度稱為擴(kuò)展不確定度，用U

表示。第5頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一二、單位制1．國際單位制(SI)構(gòu)成國際單位制SI單位SI單位的十進(jìn)倍數(shù)單位SI基本單位（7個）SI導(dǎo)出單位包括SI輔助單位在內(nèi)的具有專門名稱的SI導(dǎo)出單位（21個）組合形式的SI導(dǎo)出單位列表列表2．我國法定計量單位的構(gòu)成

我國的法定計量單位由所有國際單位制中的單位和部分非國際單位制單位構(gòu)成。第6頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一三、儀表的型號

1．安裝式儀表的型號組成用途號設(shè)計序號系列代號形狀第一位代號

形狀第二位代號

第7頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一形狀第一位代號：按儀表面板形狀最大尺寸編制形狀第二位代號：按儀表外殼形狀尺寸編制系列代號：按儀表的工作原理編制

C:表示磁電系T:表示電磁系D:表示電動系G:表示感應(yīng)系L:表示整流式Q:表示靜電系用途號：按被測量編制如：V:電壓表A:電流表W:功率表舉例：42C3-A

設(shè)計序號為3的磁電系電流表，形狀代號42可在產(chǎn)品目錄查得其外形尺寸和安裝開孔尺寸。第8頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一２．便攜式儀表的型號組成與安裝式儀表區(qū)別：無形狀代號

舉例：T62-V

設(shè)計序號為62的電磁系電壓表另有：系列代號前加一個漢語拼音字母表示類別如：Q表示電橋P

表示數(shù)字式

四、儀表中的符號列表第9頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一五、度量器度量器：測量單位的復(fù)制實體分類：基準(zhǔn)器（基準(zhǔn)量具）標(biāo)準(zhǔn)器（標(biāo)準(zhǔn)量具）工作量具

準(zhǔn)確度高低電磁測量中的標(biāo)準(zhǔn)器：標(biāo)準(zhǔn)電池、標(biāo)準(zhǔn)電阻、標(biāo)準(zhǔn)電容、標(biāo)準(zhǔn)電等。第10頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一１.標(biāo)準(zhǔn)電池電動勢一般為1.0185V～1.0195V

構(gòu)成：硫酸鎘溶液和電極分類：飽和式和不飽和式特點(diǎn)：飽和式：準(zhǔn)確度等級較高，電動勢隨溫度變化較大，隨時間變化較小。不飽和式：準(zhǔn)確度等級較低，電動勢隨時間變化較大

，隨溫度變化較小。圖示標(biāo)準(zhǔn)電池的結(jié)構(gòu)如圖所示。第11頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一（a）（b）標(biāo)準(zhǔn)電池的結(jié)構(gòu)示意圖（a）飽和式；（b）不飽和式正極負(fù)極玻璃容器硫酸鎘飽和溶液硫酸鎘結(jié)晶體硫酸亞汞硫酸鎘不飽和溶液返回

使用和保存標(biāo)準(zhǔn)電池應(yīng)注意以下幾個問題：

（1）標(biāo)準(zhǔn)電池在一分鐘內(nèi)允許通過的電流不超過10μs。

（2）飽和式標(biāo)準(zhǔn)電池的電動勢在一年內(nèi)允許的變化值只有幾十微伏，不飽和式標(biāo)準(zhǔn)電池的電動勢變化值較在以上。第12頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一（3）使用和存放標(biāo)準(zhǔn)電池地點(diǎn)的溫度和濕度應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)電池技術(shù)特性的要求。（4）標(biāo)準(zhǔn)電池應(yīng)避開光源、熱源、冷源的直接作用。（5）標(biāo)準(zhǔn)電池只能允許通過微小電流，不能讓人體同時接觸標(biāo)準(zhǔn)電池的正極和負(fù)極，絕對不允許用電壓表和萬用表直接測量標(biāo)準(zhǔn)電池的電動勢。（6）標(biāo)準(zhǔn)電池不得倒置、搖晃和震動。（7）標(biāo)準(zhǔn)電池的正負(fù)極不能反接。（8）必須妥善保存標(biāo)準(zhǔn)電池的出廠標(biāo)定證書，定期到有關(guān)部門進(jìn)行檢定，并保存歷年的檢定數(shù)據(jù)，因為這是衡量標(biāo)準(zhǔn)電池技術(shù)性能的依據(jù)。第13頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一２.標(biāo)準(zhǔn)電阻

要求：準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性好、可靠性強(qiáng)。（1）直流標(biāo)準(zhǔn)電阻直流標(biāo)準(zhǔn)電阻分為定值標(biāo)準(zhǔn)電阻和變值標(biāo)準(zhǔn)電阻（標(biāo)準(zhǔn)電阻箱）直流標(biāo)準(zhǔn)電阻在溫度+20℃時的電阻值為R20

，在溫度

t

時的電阻為。

變值標(biāo)準(zhǔn)電阻的準(zhǔn)確度低于定值標(biāo)準(zhǔn)電阻

第14頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一

為了消除接觸電阻和引線電阻的影響，低值標(biāo)準(zhǔn)電阻一般都制成四端形式，高值標(biāo)準(zhǔn)電阻一般都制成三端形式，如圖所示。RR(a)R(b)(c)

標(biāo)準(zhǔn)電阻（a）兩端電阻；（b）四端電阻；（c）三端電阻R低值標(biāo)準(zhǔn)電阻的電流端鈕較大且在外側(cè)；電壓端鈕較小且在內(nèi)側(cè)，使用時不得接錯。使用高值標(biāo)準(zhǔn)電阻時，屏蔽端鈕應(yīng)賦以合適的電位，以消除漏電阻的影響。第15頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一（2）交流標(biāo)準(zhǔn)電阻低值標(biāo)準(zhǔn)電阻多采用雙線并繞的方法，中值和高值電阻可以采用交叉并繞的方法，如圖。iiii雙線并繞交叉并繞雙線并繞的方法減小了電感的效應(yīng)，交叉并繞的方法既減小了電感效應(yīng)又減小了電容效應(yīng)。第16頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一

保存和使用標(biāo)準(zhǔn)電阻時應(yīng)注意以下幾個問題：①標(biāo)準(zhǔn)電阻應(yīng)在規(guī)定的技術(shù)條件下使用，如溫度、濕度等。②避免強(qiáng)烈振動，否則會導(dǎo)致電阻變形，引起電阻值的變化。③不得超過額定功率。④注意交流標(biāo)準(zhǔn)電阻的適應(yīng)頻率范圍。

3．標(biāo)準(zhǔn)電容要求：準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性好、線性度好、損耗因數(shù)小。損耗因數(shù)第17頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一制作標(biāo)準(zhǔn)電容時對介質(zhì)的要求：損耗小、膨脹系數(shù)盡量小。保存和使用標(biāo)準(zhǔn)電容時注意的問題：（1）應(yīng)在規(guī)定的技術(shù)條件下使用，如溫度、濕度等；（2）正確賦以屏蔽端電位；（3）不得超過額定電壓；（4）注意引線電容帶來的誤差。式中的R是電容的等值并聯(lián)漏電阻。第18頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一4．標(biāo)準(zhǔn)電感要求：準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性好、線性度好、品質(zhì)因數(shù)高。品質(zhì)因數(shù)

電感線圈的等值電阻制作標(biāo)準(zhǔn)電感時要求：等值電阻小、骨架材料絕緣性能好，膨脹系數(shù)小。保存和使用時應(yīng)注意的問題：（1）應(yīng)在規(guī)定的技術(shù)條件下使用，如溫度、濕度等；（2）不得超過額定電流；（3）注意適應(yīng)頻率范圍；（4）遠(yuǎn)離鐵磁及金屬物體。第19頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一第二節(jié)儀表和測量方法的分類一、儀表的分類根據(jù)被測量的種類分類：電壓表、電流表、功率表、電能表頻率表、相位表、電阻表等根據(jù)被測量是否隨時間的變化而變化分類：直流表、交流表、交直流兩用表根據(jù)使用方式分類：便攜式、安裝式根據(jù)儀表的測量方式分類：直讀式儀表和比較式儀表第20頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一

1．直讀式儀表被測量通過儀表的測量電路和測量機(jī)構(gòu)，直接反映在儀表的指示機(jī)構(gòu)上。這種儀表稱為直讀式儀表，它本身不包含標(biāo)準(zhǔn)量，而是事先與標(biāo)準(zhǔn)量比較再進(jìn)行刻度，如電壓表、電流表等。

優(yōu)點(diǎn)：使用方便、造價低、測量省時。缺點(diǎn)：準(zhǔn)確度較低。

2．比較式儀表用標(biāo)準(zhǔn)量與被測量直接進(jìn)行比較而獲得測量結(jié)果，這種儀表稱為比較式儀表。顯然，比較式儀表本身必須包含標(biāo)準(zhǔn)量，電橋、電位差計都屬于此類儀表。

優(yōu)點(diǎn)：準(zhǔn)確度高。缺點(diǎn)：造價高、測量費(fèi)時。第21頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一二、測量方法的分類

1．直接測量測量結(jié)果從儀表的指示機(jī)構(gòu)上一次直接獲得，稱為直接測量。

2．間接測量先對與被測量有關(guān)的物理量進(jìn)行直接測量，然后根據(jù)它們之間的函數(shù)關(guān)系通過計算求出被測量，稱為間接測量。在下列情況采用間接測量：＞＞返回對被測量進(jìn)行測量之前，必須根據(jù)工程需要對儀表進(jìn)行選擇，儀表的選擇非常重要，如果選擇的儀表不合適，測量結(jié)果的誤差可能很大，甚至沒有意義。第22頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一（1）不能直接測量；（2）直接測量的條件不具備；（3）間接測量的結(jié)果比直接測量更準(zhǔn)確。

3．組合測量在測量過程中，需要改變測量條件進(jìn)行多次測量，根據(jù)直接測量和間接測量的結(jié)果，解聯(lián)立方程組求出被測量，稱為組合測量。測量方法的選擇與儀表的選擇同等重要，即使在同一種類的測量方法當(dāng)中，仍有很多具體的測量方法。同樣，在實際測量時，要根據(jù)具體情況選擇合適的測量方法。第23頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)測量誤差

一、誤差的分類

按照誤差來源分為工具誤差和方法誤差；按照工作條件分為基本誤差和附加誤差；按照誤差性質(zhì)分為系統(tǒng)誤差、偶然誤差和疏失誤差。

1.系統(tǒng)誤差

在一定的測量條件下，誤差的大小和符號保持恒定或按照某種已知的函數(shù)規(guī)律變化，這種誤差稱為系統(tǒng)誤差。產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的原因有以下幾個方面：（1）儀表本身不完善；（2）測量方法不當(dāng)；（3）使用不當(dāng)；（4）人身的影響；（5）環(huán)境條件的影響。第24頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一

系統(tǒng)誤差是客觀存在的，但有一定規(guī)律，可以采取必要的措施，將其消除或減小。

2.偶然誤差在一定的測量條件下，多次測量同一個量，誤差的大小和符號不定，不存在已知的變化規(guī)律，也不可預(yù)知，這種誤差稱為偶然誤差。產(chǎn)生偶然誤差的原因主要是電源電壓或頻率無規(guī)則波動和環(huán)境條件的瞬態(tài)變化。

偶然誤差具有以下特征：（1）有界性；（2）單峰性；（3）對稱性；（4）抵償性。偶然誤差與出現(xiàn)的概率密度呈正態(tài)分布規(guī)律，如圖。

第25頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一偶然誤差的分布＋－y()0

工程上常采用對被測量進(jìn)行多次重復(fù)測量取其算術(shù)平均值作為測量結(jié)果以消除偶然誤差。

3.疏失誤差

測量結(jié)果與實際值明顯不符所對應(yīng)的誤差稱為疏失誤差。產(chǎn)生這種誤差的原因主要是讀錯數(shù)或記錯數(shù)、計算錯誤、儀表出現(xiàn)故障等。第26頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一二、系統(tǒng)誤差的表示

1．絕對誤差

2．相對誤差

3．引用誤差對于雙向標(biāo)度尺的儀表

第27頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一對于無零位標(biāo)度尺的儀表

三、偶然誤差的表示一系列直接測量值的算術(shù)平均值，就是該系列測量的最佳值一系列直接測量值與最佳值的差值稱為剩余誤差或殘余誤差，簡稱殘差第28頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一偶然誤差一般用精密度表示，精密度用剩余誤差計算，有三種表示方法：

1．均方根誤差（標(biāo)準(zhǔn)差）一系列測量結(jié)果的均方根誤差為

貝塞爾公式均方根誤差表示對同一被測量進(jìn)行多次測量所得結(jié)果的分散性，也稱為測量列中單次測量的標(biāo)準(zhǔn)偏差。對同一被測量進(jìn)行多次測量時，測量列算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差為第29頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一2．或然誤差當(dāng)時，或然誤差為

3．算術(shù)平均誤差

當(dāng)時，

＞＞返回第30頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一第四節(jié)直讀儀表的準(zhǔn)確度等級

一、儀表的準(zhǔn)確度最大引用誤差

用K來描述儀表的準(zhǔn)確度等級。顯然，值越小，儀表的準(zhǔn)確度越高。

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：電流表和電壓表的準(zhǔn)確度等級分為0.05、0.1、0.2、0.3、0.5、1、1.5，2、2.5、3、5共11個等級；功率表分為0.05、0.1、0.2、0.3、0.5、1、1.5、2、2.5、3.5共10個等級；

……＞＞返回第31頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一二、儀表準(zhǔn)確度等級的確定

一般采用標(biāo)準(zhǔn)表與被確定等級的儀表在相同的條件下同時測量同一個量，被測量的變化范圍為0～Am，取標(biāo)準(zhǔn)表的讀數(shù)作為實際值，被確定等級的儀表的讀數(shù)作為測量值，然后逐點(diǎn)計算絕對誤差，找出最大絕對誤差，再計算最大引用誤差，根據(jù)值與國標(biāo)對照，最后確定儀表的準(zhǔn)確度等級。

三、儀