电气测量期末复习.ppt

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电气测量技术 复习,南京信息工程大学,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 系统误差的消除与随机误差的估计,第六节 工程上最大测量误差的估计,Electrical Measure,测量方法的分类,根据,测量手段,来分为,直接测量,、,间接测量,和,组合测量（联立测量）,；,根据,测量方式,来分可分为,偏差式（,直读式）,测量、,平衡式（零位式）,测量和,微差式,测量。,微差式测量方法的优点,是,反应快，测量精度高,，既适用于测量缓变信号，也适用于测量迅速变化的信号，因此，在实验室和工程测量中都得到广泛应用。,测量仪表的基本功能：,测量仪表应具有,变换,、,选择,、,比较,和,显示,四种功能。,仪表的基本性能：,主要是衡量仪表测量能力的那些指标，如,精确度,、,稳定性,、,测量范围,、,输入输出特性,等。,测量仪表的结构,直接变换型结构,平衡变换型结构,差动变换型结构,平衡变换型结构有两个变换回路，形成一个深度负反馈的闭环系统。,直接变换型仪表由几个组成环节串联连接而成，信息的变换只沿一个方向进行，是一个开环系统。,1.1.5.3,差动变换型结构,差动变换型结构由,、,和,三个回路组成。,差动变换型仪表的灵敏度较高。,表征仪表静态特性的指标有,灵敏度,、,线性度,、,重复性,和,滞环,四个指标。,测量仪表的输入输出特性,任何仪表都有,时间常数,和,时延,，可用一阶或二阶加时延环节的特性来描述仪表的动态特性。,电工仪表的分类,返回本章首页,1,模拟指示仪表,2,数字仪表,3,比较仪器,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。由测量线路和测量机构两大部分组成。,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,。,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。,1.,产生转动力矩的,驱动装置,：,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,控制装置,：,主要有游丝、悬丝等。,3.,产生阻尼力矩的,阻尼装置,：,可以利用电磁阻尼、空气阻尼、油阻尼等。,模拟指示仪表中测量机构的三大部件,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,数字仪表的组成,测量误差及其表示方法,研究测量误差的,目的,是要在认识和掌握误差规律的基础上,指导设计,、,制造,和,使用测量仪表,。,要解决一项测量任务：,1,）,分析,被测对象和被测量的,特性；,2,）选用,适当的测量,仪表,和,测量方法,，,组成合理的测量系统；,3,）对测量结果进行数据处理和作出恰当的评价,。,测量误差及其表示方法,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,定义：,在,相同条件下,多次测量,同一量值,时，误差的,绝对值和符号保持不变,，或者,改变测量条件,时，,按一定规律变化,的误差称为系统误差。,b),系统误差是有,规律性,的误差。通过仔细分析和研究，产生系统误差的规律是可以掌握的。因此，,可,设法,减小或消除系统误差,。,c),系统误差表征了测量结果的,准确度,，系统误差愈小，准确度愈高，反之亦然。,1.,系统误差,（简称系差）,在,相同条件下多次重复测量同一被测量,，其误差的,大小和符号均是无规律变化的误差,称为随机误差。,产生随机误差的原因是由于,许多复杂的因素微小变化的总和引起,的。,随机误差表征了测量结果的,精密度,，随机误差小，精密度高，反之，精密度低。,当测量次数足够多时，,大多数,随机误差是,服从正态分布的。,2.,随机误差,（,偶然误差,）,a),定义：,在,相同 条件下多次测量同一被测量,时，可能有某些,测量值明显偏离,了被测量的,真（正）值,所形成的误差称为粗大误差。,b),人身误差,是产生粗差的原因之一。此外，由于,测量条件的突然,变化，例如电源电压突变、雷电、机械冲击等是造成粗差的客观原因。,c),凡是被确认,含有粗差的测量结果,称为,坏值,。在测量数据处理时，所有坏值都,必须剔除,。,3.,粗大误差,（简称粗差，,疏忽误差,）,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。,测量误差的表示方法,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。,3.,引用误差,系统误差的消除方法,1.,从产生系统误差的原因采取措施：,仪器仪表的选择、测量方法的选择、环境因素的消减、提高操作水平和责任心；,2.,定期校正，减小缓变系统误差,；,3.,加修正值,；,4.,零位测量法,；,5.,微差法,；,6.,替代法（代换法、交换法等）,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，随机误差通常呈正态分布，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,。,随机误差（偶然误差）的特点,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,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三倍,即 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，用 表示测,量结果的可信赖性。,仪表精度等级的确定,仪表的,精度等级,（,精确度等级,）是指仪表在,规定的工作条件下,允许的,最大相对百分误差,。,按国家标准规定，用最大引用误差来定义和划分仪器仪表的精度等级，,精度等级分为,，,0.05,，,0.1,，,0.25,，,0.35,，,0.5,，,1.0,，,1.5,，,2.5,，,4.0,，,5.0,（,以前只有七种,）,当计算所得与仪表精度等级的分档不等时，应取稍大的精度等级值。仪表的,精度等级通常以,S,来表示,。,例如，,S=1.0,，说明该表的,最大引用误差不超过,1.0%,。,工程上最大测量误差的估计,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,可能,会超过,K,值,。,例,测量一个约,80V,的电压。现有二块电压表，一块量程为,300V,，,0.5,级,，另一块量程,100V,，,1.0,级,，问选择哪一块为好？,解：根据式（,1-32,）,求其最大相对误差。,1,）使用,300V,，,0.5,级,电压表时,2,）使用,100V,，,1.0,级电压表时,可见，用,100V,，,1.0,级电压表测量该电压时，精度比较高，故选用,100V,，,1.0,级电压表较好。,例,设电压、电流和电阻的相对误差分别为 ，可用三种方案间接测量功率 ：；和 。问哪一种测量方案为最佳方案？,解：，其相对误差为：,，则,，则,经过比较，方案的测量误差最小，故方案是最佳测量方案。,第二章 电流与电压的测量,本章主要介绍磁电系、电磁系和电动系三种仪表，以及用它测量电压、电流的方法。,电压表和电流表的附属装置，包括分流器、附加电阻和互感器的结构原理及其计算方法。也是测量电压和电流必须掌握的技术。,电流与电压的测量方法,测量电流、电压一般都用直接测量，即用直读式模拟或数字的电流、电压表。测电流时与被测电路串联，测电压时与被测电路并联，但应注意连接在电路中的位置，如图所示。,电流表线圈应接在低电位端,电压表接地标志应接在低电位端,磁电系仪表,磁电系仪表结构,外磁式磁电系仪表测量机构结构示意图,可动线圈通电后，由于线圈在磁场中受到电磁力矩的作用使指针产生偏转，当可动线圈稳定后，可认为驱动力矩等于反作用力矩，并推出,仪表偏转角与电流关系,为,若,与被测,电压并联，仪表的内阻为,R,，,则仪表,偏转角与电压关系为,磁电系仪表工作原理,D,游丝的反作用力矩系数,电流表,电压表,1.,灵敏度高,、准确度高,、,表耗功率低,由于永久磁铁与铁心,间的气隙小，气隙间的磁感应强度比较强，,所以磁电系仪表有比较高的灵敏度，,可测到,0.1,A,。,且,磁感应强度较强时，驱动力矩大，可采用反作用力矩系数比较大的游丝。得到较大的定位力矩，使摩擦力矩的影响减小。同时内部磁场较大，外磁场的影响被削弱,。,还因为通过仪表的电流小，能降低表耗功率，,对被测电路的影响小。所以磁电系仪表是一种应用广泛具有高,灵敏度高,准确度低表耗功率的仪表。,2.,具有,均匀等分的,刻度,磁电系仪表的指针偏转角与可动线圈的电流成正比，标尺的刻度均匀等分，易于标尺的制作。,3.,使用范围：只能测量直流；除非配上整流装置,技术性能,磁电系仪表可以通过分流器扩大其量程，也可以并联若干个电阻，更换输入接头，可组成多量程的电,流表。,多,量程分流器电路,分流器电路,分流器电路加温度补偿电阻 分流器一般用锰铜制作，其电阻温度变化系数小于青铜等,电流表分流器,如用,n,表示比,值 ，即,分流器电阻的计算,电压表的附加电阻,用,m,表示比值,磁电系检流计,检流计是一种具有极高灵敏度的电流表，,为,提高检流计的灵敏度，动圈采用无骨架结构，减少厚度，既减轻动圈重量，又缩短磁路的工作气隙。使气隙中的磁感应强度增大。,可动部分不用轴和轴承的支撑方式，改用张丝或吊丝悬挂动圈，以消除因轴尖所产生的摩擦，使之可在很小的力矩下都能工作。,对非便携式的检流计，还可以用光标代替指针。,可动部分的运动特性,检流计的,灵敏度高，动圈不用铝制框架,，没有框架的阻尼效果，全靠动圈与外电阻构成的回路产生阻尼。动圈一旦施加了驱动力矩，就会因为惯性冲力摆过平衡点，加上可动部分的重量轻、阻力小，又没有轴承磨擦力，所以在定位力矩作用下，会在平衡点左右摇摆不停，不能很快停在平衡位置上，这种摇摆甚至会延续了几分钟或者几十分钟,。,电磁系仪表,驱动力矩：吸引型的驱动力矩是利用线圈通电后，对可动铁心产生吸引力，使指针偏转。推斥型则靠线圈同时对固定、可动铁心进行磁化，由于磁化的极性相同，产生互斥而形成驱动力矩。,吸引型,推斥型,电磁系仪表结构有,吸引型,和,推斥型,两种形式,2.,如果通以交流电，则,与瞬时值平方成正比,，或交流有效值平方成正比，所以,电磁系仪表可用于测量交流，并与直流共用同一标尺,。,改变电流量程,改变电压量程,电磁系仪表技术性能,3.,改变电流量程，可改变线圈的安匝数。改变电压量程，可改变线圈的附加电阻。,1.,由于指针偏转角与被测电流的平方成正比，所以,标尺呈平方律特性，前密后疏。,电动系仪表,作为电压或电流表使用时，如果两线圈电流都等于被测电流，且互感变化率为常数，则指针偏转角与被测电流平方成正比，或与交流有效值平方成正比。,如作为功率表使用，指针偏转角正比于被测功率。,1.,和电磁系一样,刻度呈平方律特性,，可用于测量直流也可以测量交流，或交直流两用。,准确度高于电磁系。,小量程电流表，固定线圈可与可动线圈串联,大量程电流表，固定线圈可,与可动线圈并联,电压表根据量程串联,不同的附加电阻,电动系仪表的技术性能,3.,作为电压表使用时,，可以根据量程大小，串联不同的附加电阻。,2.,作为,小量程电流表使用时，固定线圈与可动线圈串联，,但作为,大量程使用时,，由于可动线圈不允许通过大电流，故,可动线圈只能与固定线圈并联,。,测量用互感器,互感器主要用于扩大交流电 流表、电压表、功率表和电能表的量程，而且具有如下特点,1.,隔离高压。,2.,降低表耗。,3.,节省设备投资。,4.,可减少指示仪表的规格（可统一使用,4A,、,100V,的表芯，配上不同的互感器，可组成各种不同量程的电压、电流表）,。,高压部分,低压部分,电压互感器二次绕组不许短路。,电流互感器二次绕组不许开路。,钳式电流表是电流互感器和电流表的组合，可以在不断开交流电路，并在设备仍运行的条件下，测量交流电流,。,返回本章首页,钳式电流表,万用电表,万用表是利用多刀多投转换开关，改变电路连接方式，测量不同量程的电压、电流或电阻。,直流电位差,计,直流电位差计由三个回路组成。其中,回路,称为校准回路,回路,称为测量回路,回路,称为工作电流回路。,校准回路：,利用回路中的标准电池用来校准工作电流，当开关,S,合向回路,时，调节,R,改变工作电流，若检流计指零，则说明标准电池的电动势与工作电流在,电阻,上的压降 相互补偿，使 。,工作电流回路：,包括辅助电源，调节工作电流用的可变电阻、测量电阻和工作调定电阻。工作回路主要任务是提供一个稳定的工作电流，使电阻 和 能得到一个稳定的压降。,测量回路：,当开关,S,合向,回路,时，调节测量电阻，以改变左端,ab,二点间的压降（注意：此时不能再调节,R,，,否则工作电流将发生变化），若检流计指零，则表明,从 可求出被测电压值。,1.,利用补偿原理,:,电位差计的平衡是利用电动势互相补偿的原理，因此平衡时不从测量回路取用电流，从而消除被测电源的内阻、导线电阻、接触电阻对测量的影响。校准回路也一样，不从标准电池取用电流，保持了标准电池电动势的稳定。,电位差计特点,由于标准电池的电动势比较稳定，调定电阻和测量电阻的左端,ab,部分选用高准确度和高稳定度的电阻，所以测量准确度可以达到 ,0.001%,。,2.,采用高准确度的元件：,在式,中,电流表与电压表的使用,与选择,一、选择仪表类型,要根据被测电流、电压的性质,，是交流还是直流，是否正弦波、波形是否对称选择合适的仪表。若测量对象是非正弦波，而使用按正弦波刻度的电流、电压表，一般还需要将测量结果作必要的换算，以求得正确值。,二、选择仪表准确度,要根据测量误差要求,，选择仪表的准确度和相应配套扩程设备的准确度。,例如选用互感器的准确度要比仪表本身的准确度,高出,23,倍。,三、选择量程,要根据被测量的大小选择仪表的量程，,一般不要使用标尺的前四分之一段,。,四、选择内阻,要根据被测电路的阻抗大小，选择仪表的内阻，,避免接入时影响电路状态,。,五、选择工作条件,要根据使用环境，选择适合该环境使用的电压电流表，,如是否要求防尘、防爆,。,第三章 功率和电能的测量,第一节 功率和电能的测量方法,第二节 电动系功率表,第三节 低功率因数功率表,第四节 三相功率的测量,第五节 感应系电能表及电能的测量,第六节 三相有功电能表,第七节 三相无功电能表和无功电能的测量,第八节 静止式电子电能表,第九节 电子式三相电能表,Electrical Measure,本章,要点,本章介绍,电动系功率表,、,低功率因数功率表,、,三相功率表,、,感应系电能表,的原理与使用方法,其中,工作原理可作一般了解,，,测量方法,以及测量时的,电路连线,，包括单相与三相，有功与无功的功率表、有功与无功电能表都,必须熟练掌握,。,功率和电能的测量方法,一、功率测量方法,1.,直接法,：,测量功率可直接用,电动系功率表,、,数字功率表,或,三相功率表,，测量三相功率还可以用,单相功率表接成两表法或三表法,，虽然有求和过程，但一般仍将它归为直接法,。,2.,间接法：,直流,可通过测量电压、电流间接求得功率。,交流,则需要通过电压、电流和功率因数求得功率。,二、电能测量方法,1.,直接法：,直接测量电能，,直流,可使用电动系电能表，,交流,用感应系或电子电能表。,2.,间接法：,电能测量一般不用间接法,，,只有在功率稳定不变的情况下用功率表和记时时钟进行测量。,扩大功率表电流量程,固定线圈串联 固定线圈并联,但功率表的固定线圈只有两个，因此这种办法只能扩大量程一倍。,扩大功率表量程可分别为扩大电流量程或扩大电压量程，扩大电流量程可将两个固定线圈从串联改为并联，量程可相应扩大一倍。,扩大电压量程可改变可动线圈的串联附加电阻，阻值不同时，可得到不同的电压量程，但工程上使用的电压等级都是按标准规定的，,所以功率表的电压量程也都取标准值。,扩大功率表电压量程,功率表正确接线应,遵守“电源端”守则,，即接线时应将“电源端”接在电源的同一极性上。,*号,表示“电源端”,功率表正确接线,适用与负载较大的场合,适用与负载较小的场合,功率表的错误接线,电源端*不接同,一极性的错误,可动,线圈与固定线圈间存在电位差的错误,低功率因数功率表提供三个额定值，即,额定电压、额定电流和额定功率因数,。使用时除电压、电流不得超过额定值外，还应注意,1.,若被测功率因数大于额定功率因数,，要注意,指针是否超过满度,2.,若被测功率因数小于额定功率因数,，要注意指针虽未超过满度，,电流圈的电流可,能超过额定值。为此测量功率时最好再用一个电流表监视电流状态。,使用低功率因数功率表的注意点：,用单相功率表测三相功率,一表法：,适用于,电压、负载对称的系统,。三相负载的总功率，等于功率表读数的三倍。,二,表,法：,适用于三相三线制,，通过电流线圈的电流为线电流，加在电压线圈上的电压为线电压，三相总功率等于两表读数之和。,1.,负载对称并为阻性时，两表读数相等。,2.,负载对称且功率因数为,0.5,，有一只功率表读数为,0,。,3.,负载对称且功率因数小于,0.5,，一只功率表读数为负值。,适用于三相四线制，电压、负载不对称的系统，被测三相总功率为三表读数之和，即,三表法：,将两只或三只单相功率表的可动线圈装在一个公共转轴上即组成,两元件或三元件,的三相功率表，其公共转轴的转矩直接反映三相总功率，因此可从标尺上直接读出三相功率。,二、用三相功率表测三相功率,两,元件三相功率表结构,三相有功电能表,感应式三相有功电能表，是利用两只或三只单相有功电能表，将铝盘装在一个公共轴上，使转数直接反映三相电能。积算器的示值就是三相总电能，连接方法与功率表的两表法或三表法相同,。,三相无功电能表和无功电能的测量,无功功率一般无需测量，但电力系统为了限制用户滥用无功电能，对装机容量大的用户，采取无功电能收费政策，促使用户采取措施提高功率因数。为此要对这种用户加装无功电能表。,静止式电子电能,表,单相静止式电子电能表结构,图中乘法器和频率变换器可选用专用集成电路。步进电动机和字轮也有单独的部件产品，所以电子电能表实际是,在电能表专用集成电路和字轮部件的基础上，,配置相应的取样电路构成，生产工艺简单，可靠性高，已开始取代过去生产工艺复杂、耗材多的感应系电能表,。,电子式三相电能表,常用的三相电子电能表，一般不配置单片机及相关接口，只要在电能表专用集成电路之后，用字轮进行计度即可。,三相电能表的取样电路,三相电子电能表是在单相基础上，分别对三相计量后求和。其结构与单相同。但三相多为高压、大负载的用户，所以一般需要通过电流、电压互感器取样。,第四章 频率和相位的测量,第一节 频率的测量方法,第二节 电动系频率表,第三节 相位的测量方法,第四节 电动系相位表,第五节,电子数字频率计,频率的测量方法,工频的测量,用振簧式频率计,用变换式频率计,用电动系频率计,低频和高频的测量,差拍法,李沙育图形测频率,混频法,1.,比较法,将被测频率与标准频率相比较，通过检测差拍、李沙育图形或混频后的频率求得被测频率。,2.,无,源,测量法,谐振回路测频率,文氏电桥测频率,无源测量法是指测量电路不需要另加电源，直接用被测信号进行测量如,文氏电桥测频率 和谐振回路测频率。,3.,计数法,计数法测频率（高频）,计数法测周期,(,低频,),计数法可适用于工频、低频与高频，由于集成化程度的提高，计数器电路体积小，价格便宜，几乎取代了所有其他形式的测频仪器。,第二节电动系频率表,一、结构,电动系频率表采用,比率表型结构,，两个可动线圈在空间错开,90,。无工作时呈随遇平衡状态。被测频率等于固定线圈回路的谐振频率时，指针停在标尺中心，即固定线圈轴线位置，标尺两边示值分别为大于或小于谐振频率的值。,A,固定线圈,B,可动线圈,标尺特性,。,0,1,即固定线圈轴线位置,位于标尺中心,指针,偏转角,率时,当被测频率等于谐振频,=,=,a,w,w,C,L,。,，,顺时针偏转,指针将,为负角,则,若被测频率,0,C,1,-,L,0,a,w,w,w,w,相位的测量方法,1,.,直接法：,可用指示仪表，例如变换式、电动式或数字式相位表进行测量。,2.,间接法：,通过测量电压、电流、功率求得,I,、,U,间的相位角。,3.,比较法：,可以用示波器测量两个波形间的相位差。,电子数字频率计,一、硬件计数频率计,硬件计数频率计其结构如下图所示，被测信号通过整形转换为频率相同的脉冲，然后对脉冲进行计数，把频率测量转换为脉冲个数的测量。计数器可选用专用的集成电路，外围再配上显示器、放大整形以及电源电路。,1.,结构,软件计数是指用单片机软件进行计数而构成的频率计，它由单片机，以及外围配置的显示器件、放大整形、电源等电路组成。,二、软件计数频率计,整形放大,：,将任意波形的被测信号，转换为前沿陡峭的脉冲，以利计数。,计数,：,由单片机内部的计数单元完成，每当被测信号从低到高变化时，将计数器加,1,，并由内部时钟计时，每一秒所计的变化次数，就等于被测信号的频率。,数码转换与显示：,读出的频率值由软件将它转换为七段码，送,LED,数码管显示。,2.,软件计数频率计工作原理,第五章,电路参数的测量,第一节 电路参数的测量方法,第二节 直流单电桥,第三节 直流双电桥,第四节 交流阻抗电桥,第五节 变压器比率臂电桥,第六节 带电测温装置,第七节 兆欧表,第八节 接地电阻测量仪,本章要点,要求能根据参数类型正确选择仪器，掌握仪器的使用规范与正确的测量步骤。,兆欧表和,接地电阻测量仪是安装、维修现场所必备工具，要求熟悉它的使用方法。,了解变压器比率臂电桥和,带电测温装置。,电路参数的测量方法,电路参数的测量方法,用,欧姆表、电容表测电,阻、电容,电桥法,补偿法,利用谐振原理测量电感、电容,直流参数,交流参数,用电压、电流表即伏安法测量电阻,用,电压、电流、功率表,或功率因数表即三表法,测量交流参数,直读法,比较法,谐振法,间接法,三、单电桥特点,1.,当,被测,电阻小于,10,欧时，引线电阻、电桥连接处接触电阻已经影响到桥臂的电阻值和测量的准确度。因此测量小于,10,的电阻时，单电桥已不适用，必须选用双电桥。,2.,电桥的平衡条件,是通过检流计的电流 为,0,，所以指零检流计应有足够的灵敏度。但开始测量时灵敏度不能太高，以免损坏仪表，只能在接近平衡后逐步提高它的灵敏度。,双电桥特点,1.,电位接头的引线电阻与接触电阻包含在比率臂电阻中，若使比率臂电阻大于,10,，,则相比之下引线电阻与接触电阻可略去不计。,2.,电流接头引线电阻与接触电阻包含在 中，电桥平衡过程，大小既不影响电桥的平衡条件，也与测量结果无关。,3.,在遵循双电桥接线规则的情况下,可以用来测量小于,10,，,直至,0.0001,的电阻，例如测量电机绕组的电阻。,一、交流阻抗电桥的的结构与工作原理,单、双电桥只能测量电阻，,测量交流参数要用交流阻抗电桥。交流阻抗电桥的四个桥臂由交流阻抗元件组成，适当配置各桥臂阻抗性质，调节各桥臂参数使电桥平衡，可求得,或,兆欧表的使用,如果绝缘材料表面有漏电流，该电流通过兆欧表动圈会计入测绝缘电阻中，因此遇到外表面不洁的绝缘材料，测量时要用一个保护圈与绝缘的外表面相连，保护圈通过导线接兆欧表的“屏蔽”接线柱，避免漏电流通过动圈给测量造成的影响。,接地电阻测量仪的工作原理,接地电阻测量仪是利用补偿原理工作的，发电机经互感器接在,E,、,C,间，若被测接地极电阻为 ，则产生的电压为 。,二次绕组在标准电阻,R,左边,产生的电压为 其中,K,为互感器变比。,调节,R,，,使检流计指零，表示两电压相互补偿。,可见从标准电阻,R,的刻度示值，和互感器变比可读出被测接地电阻值。,磁测量包括两个方面,一,.,磁场测量,测量某个空间或某个位置的磁场强度、或磁感应强度。,二,.,磁性材料的磁性能测量,磁性材料的磁性能表现在它的,磁化曲线和磁滞回线,上，所以测量磁性材料的磁性能，实际上就是测定磁化曲线和磁滞回线。,由于材料在直流状态下和在交流状态下的表现各异，所以要根据需要，按实际工作条件，测量其直流磁特性或交流磁特性。,第六章 磁的测量,用冲击检流计测量磁通,高斯计,是利用半导体的霍尔效应来测量磁感应强度的仪器。,第七章 电子电压表,第一节 电子电压表的结构与特点,第二节 电子电压表的检波电路,第三节 电子电压表实例,第四节 电子电压表的使用,第五节 电子数字电压表,第六节 数字电压表实例,本章要点,本章主要介绍,模拟式和数字式电子电压表。前者是在传统的,磁电系电压表,基础上，增加了,检波、放大,等电子电路，提高它的,频率范围、灵敏度和输入阻抗,。后者则是从根本上改变传统仪表的读数方式，采用模数转换和数字显示技术，完全消除了因可动部件引发的误差，改变了制造仪表的生产工艺。,一、,电,子电压表,特点,1.,利用,检波电路,提高测量的,频率范围,传统的,磁电系电压表只能测量直流或低频,。电子电压表则通过检波将被测电压转换为直流，使得本来只能测直流的磁电系电压表、也可以测量高频交流。,2.,利用,放大电路,提高仪表,灵敏度和量程范围,虽然,磁电系电压表,的灵敏度可达到,毫伏级,，但通过仪表的放大电路之后，,可扩展到微伏级,。,3.,利用,放大电路,提高仪表的,输入阻抗,提高输入阻抗可降低表耗，减少测量仪表对被测电路的影响，电子电压表可以利用电子输入电路提高输入阻抗。,1.,放大,-,检波式,这种方式采取放大在前，检波在后，,可以提高仪表的灵敏度，测量微弱电压,。但频率范围受放大器限制，,一般用于,低频电压表。,2.,检波,-,放大式,这种方式采取检波在前，放大在后，由于被测电压一开始就转换为直流，所以频率范围不受放大器限制，,可用于测量,视频、超高频电压。,二、,电,子电压表的,结构,3.,调制式,检波在前的电压表，,检波后已将信号转换为直流，只能使用,直流放大器，,而,直流放大器的放大倍数因漂移会受到很大限制,，为此,利用,斩波器,先将它转换为低频交流，然后用低频交流放大器进行放大,，放大后再通过解调恢复为直流，这种方式,既能采用检波在前,，又能,避免使用,直流放大器。,4.,外差式,这种方法先,通过混频,，将被测频率转换为固定的,中频,，经中频放大后再通过检波恢复为直流。,既能解决放大在前,频率范围,受到限制的缺点，又能解决检波在前仪表的,灵敏度,不足的问题,。,多用于高频和超高频的测量,。,电,子电压表的检波电路,电子电压表是利用,检波电路,把被测电压的,峰值,或,平均值,或,有效值,转换为直流电压,，然后,用磁电系进行测量,，所以,检波电路是电子电压表的核心,，它有以下几种形式。,一、峰值检波,1.,开路式峰值检波,开路式检波电路是利用二极管将电容器充电至峰值，它必须满足以下条件：,RC,T,满足该条件，其指示仪表的,指针偏转角将与被测电压峰值,成正比,。,开路式,峰值检波电路,R,i,二极管的正向电阻,R,i,2.,闭路式（并联式）峰值检波,闭路式检波电路如果满足以下条件：,RC,RC,则其指示仪表指针的,偏转角将与被测电压交流峰值成正比。,闭路式峰值检波电路,3.,峰,-,峰值检波,峰,-,峰值检波电路利用被测电压的正半波对 充电充至电压正半波的最大值为止，然后在负半波期间，被测电压与,电压串接后对,充电，因此,电压可充至峰,-,峰值。指示仪表指针偏转角将与被测电压的峰,-,峰值成正比。,峰,-,峰值检波电路,二、平均值检波,1.,半波平均值检波,特点：由于仪表可动部分的惯性，指针偏转角将正比于交流电压正半波平均值。,特点：由于交流电压正半波由二极管形成闭路，指针的偏转角将正比于交流电压负半波平均值。,2.,全波平均值检波,电路特点：正、负半波的电压所产生的电流，以同一方向流过电流表,P,，,P,的指针偏转角,正比于交 流电压全波平均值。（全波平均值一般是指一个周期内，取电压瞬时值的绝对值平均所得。）,3.,具有负反馈的线性平均值检波,也就是输出电流平均值，与输入电压平均值成线性的正比关系,。,2,2,2,2,1,1,1,R,U,I,R,u,R,u,R,u,i,u,u,K,K,u,K,，,icp,ocp,i,o,f,o,i,i,o,=,=,=,=,-,=-,换成平均值,即,当开环放大倍数足够大,b,b,b,b,2,0,2,1,2,1,2,R,u,i,i,R,R,R,，,i,R,，,i,R,，,，,。,f,f,o,f,=,=,+,=,b,b,可求得,的输出电流,并等于通过,的电流为,电阻,通过反馈,设反馈系数为,如图所示,负反馈线性放大器电路,成,与均值检波电路组,波由负反馈线性放大器,负反馈的线性平均值检,负反馈的线性平均值检波电路连接,在线性放大器的基础上将 换成接有指示仪表的全波均值检波，即组成具有负反馈的线性平均值检波电路。在该电路中通过指示仪表的电流等于输出电流的一半，若将它化为平均值。可得,可见，若开环放大倍数足够大，反馈电阻又比较准确，,输出到指示仪表的电流将正比于输入电压,。,2,2,9,.,0,5,.,0,5,.,0,5,.,0,R,U,I,R,U,I,I,i,C,icp,ocp,ccp,*,*,=,=,=,换成电流有效值,三、有效值检波,真正的有效值检波，,需要采用能直接反映有效值的传感器,，例如热电偶等，才能用来测量任意波形的有效值。而利用正弦波有效值与平均值或峰值的关系，按有效值刻度的,平均值或峰值电压表，只能用于测量正弦波,。,电,子电压表的使用,使用电子电压表应注意以下几点,:,一、,按峰值刻度的,开路,峰值检波电压表,，读数与波形无关。,二、,按峰值刻度的,闭路,峰值检波电压表,，读数与波形是否有直流分量有关，,读出的是交流分量峰值,。,三、,按峰,-,峰值刻度的,闭路,峰值检波电压表,，,读数与波形以及是否有直流分量无关,。,四、,按有效值刻度的各种类型电压表,，,只适用于测量正弦波有效值,，如果被测电压不是正弦波或含有直流分量，首先要按检波电路型式，从读数求得驱动电压值。然后按照被测电压波形，求得驱动电压值与有效值关系，将驱动电压转换为真正的有效值。（使用有效值传感器的电压表除外）,电子数字电压表有以下几种类型,:,一、电压,-,时间变换型,又,称,斜坡型,，它将不同被测电压值,转换为不同的时间间隔，用这个时间,间隔的起止点，控制进入计数器的脉,冲个数，使显示器能显示出不同数值。,二、电压,-,频率变换型,将不同被测电压值转换为不同频率的信号，再转换为同频率的脉冲进入计数器并显示，所显示的频率值就代表电压值,。,将,被测电压与数码开关送出的基准电压进行比较,，如果基准电压小于被测电压，则将基准电压逐次递加，直至基准电压逼近被测电压并等于被测电压为止，这时显示器所显示的数码寄存器基准电压就是被测电压。,三、逐次逼近比较型,第八章 电子示波器,第一节 电子示波器的类型和基本工作原理,第二节 示波管,第三节 液晶显示器,第四节 示波管电源,第五节 示波器的,Y,通道,第六节 示波器的,X,通道,第七节 通用示波器的典型电路,第八节 示波器的应用,第九节 描绘特性曲线的专用示波器,第十节 数字示波器,第一节 电子示波器的类型和基本工作原理,数字示波器,模拟示波器,通用示波器,取样示波器,多束示波器,特殊示波器,实时,显示数字读出示波器,数字存储示波器,实时显示与存储示波器,逻辑示波器,一、,电子示波器,分类,电子示波器,一,、,Y,通道的技术性能,由于被测信号要从示波器的,Y,通道输入，因此它的性能直接影响示波器的测量准确度，所以要求,Y,通道,1.,频率宽度：,必须满足测量对象的需要，例如测量视频信号至少要有,6MHz,带宽。,2.,输入阻抗：,例如,5MHz,带宽,的示波器，其,输入电阻,至少,必须大于,1M,，,输入电容小于,40,F,。,3.,灵敏度：,一般示波器,Y,灵敏度约为毫伏级，特殊的场合要求,Y,通道,灵敏度能达到微伏级。,4.,非线性失真：,一般要求小于,3%10%,。,5.,抗干扰与抗漂移能力：,Y,通道应具备,抗干扰与抗漂移能力。,二,、,Y,通道的结构,Y,通道包括探头、衰减、放大、电子开关与延迟线,。,1.,探头：,提高输入阻抗，补偿输入引线对频率特性的影响。,2.,衰减器：,调节,Y,通道的灵敏度。,3.,前置放大与输出级：,增加,Y,通道放大倍数，提高灵敏度。,4.,电子开关：,双踪显示时，用于选择,A,通道或,B,通道。,5.,延迟线：,延迟,Y,通道信号到达偏转板的时间，防止,Y,通道信号比扫描信号到达偏转板的时间早，使被测信号开始部分无法显示。,三、,Y,通道的调节,1,衰减调节,:,通常利用,RC,分压衰减器，改变,RC,值，达到改变,Y,通道的输出幅度的目的，调节时应注意正确补偿。,2.,幅度微调,:,衰减调节通常作为输出幅度的粗调，还要通过调节,放大器的放大倍数对输出幅度进行微调。两者结合以后可使荧光,屏所显示的波形大小适中，以便于观察。,四、双踪显示,如示波器有两个,Y,通道，可以通过电子开关，打开其中一个通道，显示该通道的波形，也可以同时打开两个通道，实现双踪显示，双踪显示有交替和断续两种方式，如果交换周期等于扫描周期，则每次扫描都可以有一个完整的扫描波形，称为交替。如果交换周期小于扫描周期，显示波形会呈现为断续状，称为断续。,X,通道的技术性能,1.,扫描电压幅度：,为便于观察，一般示波管要求扫描线长度有,10cm,，,液晶显示器要求占满显示板。,因此要求,X,通道的输出电压达到,100V,以上。,2.,扫描电压线性：,一般示波器要求,X,通道的非,线性失真小于,3%-10%,。,3.,扫描速度调节范围,:,扫描速度要与被测信号的频率相适应，至少能观察到一个完整的波形，若,Y,通道最高频率为,0 100MHz,，,扫描速度调节范围要,1s 0.01,s,，,调节扫速实际上就是调节扫描波的正程时间。,第八节 示波器的应用,一,、用于测量波形的电压与周期,波形电压,=,在,Y,轴所占格数,Y,轴偏转因数,波形周期,=,在,X,轴所占格数,X,轴偏转因数,二、用于测量李沙育图形,Y,轴加电压,X,轴加电压,当两电压的频率相同时，所形成的轨迹方程为,利用本式可以测量两电压的相位差，若频率不同图形与图形方程都比较复杂。但,可以根据与,Y,、,X,轴的交点数推算两频率的比值,。,1.,频率比值为,1:2,时形成的李沙育图形,求频率比可以在李沙育图形上引进一条水平线和一条垂直线，注意不要通过交点，也不要相切，力求交点最多。则,Y,向交点数,/,X,向交点数,=,X,通道信号频率,/,Y,通道信号频率,2.,频率相同相位不同形成的李沙育图形,三、调辉法测量周期,调辉法必须使用示波器,的,Z,轴通道，将,标准时间间隔脉冲加在,Z,轴,，就会在被测波形上嵌入加亮的时间标志，从而测出被测波形的周期,。,加亮的时间标志,用,方波,测量网络的频率特性,将方波信号输入被测网络输入端，用示波器观察网络输出端的波形。可以评估网络的频