一篇操作基础实训.ppt

第一篇 操作基础实训,第一章 操作基础实训第二章 测量误差的基本知识第三章 常用电工电子仪器仪表简介,关闭,第一章 操作基础实训,一实训目的,使理论课教学与实践教学互相配合，巩固和扩展所学的 理论知识。2.培养学生养成理论联系实际的学风和严谨求实的科学态度3.培养学生的电工与电子技术的基本工程素质，尤其应注重实际工作能力的训练，以适应实际工作的需要。4.训练学生基本的实验技能、掌握基本的电工与电子测试技术、实验方法及数据分析和误差处理。5.计算机辅助设计、计算机仿真软件在我国科技领域和工业生产中的应用已日趋普遍。为适应科学技术的高速发展，在 实训教程中引入了计算机仿真技术，使学生能了解、掌握 新技术的发展和应用。,二实训内容,（1）了解电路和电子技术实训的程序（2）了解实训操作技术（3）掌握书写实训报告的基本格式（4）安全操作训练,1.1 实训课的作用和目的,电路与电子技术课程是实践性较强的技术基础课，其配套的实训课是理论联系实际和培养应用型人才的重要手段，在实训课中，除了将介绍必要的实训理论和基本的实验方法外，主要是安排学生自己实践操作，通过实训教学验证和巩固所学的理论知识，学习基本的电工和电子测量技术，学习各种常用的电工与电子仪器、仪表的使用方法，训练学生进行科学实验的基本技能，培养学生解决实际工程问题的能力，为后续的专业学习和将来从事工程技术工作打下一定的基础。,1.1.1实训课的作用,1.1.2 实训课的教学要求,通过实训教学，学生应达到以下教学要求：1.具备根据工程要求，设计、组装和调试基本电路的能力。2.能读懂基本电工与电子电路图，具有分析基本电路功能和作 用的能力。3.会查阅工程设计手册和技术资料，能合理地选择元器件（包括 中规模集成电路MSI），并实际组装接线。4.能够独立确定基本电路的实验步骤。5.掌握常用电工电子测量仪器设备的选择和使用方法。6.掌握测试各种基本电路性能或功能的方法。7.具有分析和发现基本实验一般故障并能自行排除的能力。8.能够独立编写实事求是的具有实验数据、理论分析、计 算结果及实验结论的实训报告。,1.2 电路和电子技术实训操作程序,为保证达到实训课的教学要求，在每次实训课前，学生必须在老师的指导下，认真做好以下预习工作：阅读实训教程，并结合实训原理复习掌握必要的有关理论，明确实训的目的和任务，了解实训的方法和步骤。设计确定实验线路及实验数据的记录表格。选择实验仪器仪表的类型和量程，了解其使用方法。认真思考并回答预习思考题，理解和牢记注意事项。独立完成预习报告，未完成者不得参加实训。,1.2.1 实训课前的准备,1.2.2 实训操作过程,学生应按时到实验室参加实训，认真听取指导教师 的讲解。自觉遵守实验室的规章制度。在实验室内不得高声喧哗，保 持实验场所的安静。不得抽烟、乱丢纸屑、保持环境卫生，并 注意人身及设备安全。实验电路、设备及仪表应合理布局。其布局原则为：连线整齐清楚、调节读数方便、操作安全、避免相互影响。一般情况下直读的仪表、仪器放在操作者的左侧，示波器、信号发生器 等测量仪器放在右侧，严禁仪表歪斜摆放和随意搬动。接线前，应首先了解各种实验仪器、设备和元器件的额定 值、使用方法、电源种类和电压大小。,接线的顺序，可按照先串联后并联的原则，先接无源 部分，再接电源部分，两者之间必须经过开关。接线时应 将所有电源开关断开，并将所有可调设备的旋纽、手柄调至 安全位置，尽可能单手操作。接完线后，须经教师检查后方能 接通电源。闭合电源开关时，要同时注意各仪表是否为正常偏转，若发现异常现象，应立即切断电源，分析查找原因。认真观察实验现象，科学读取数据，随时分析实验结果的合理性，注意培养自己独立分析和解决问题的能力。实验完毕后，先切断电源，然后根据实验要求核对实验数据，经 教师审核认可后再拆除接线，整理好仪器设备将其摆放整齐，请 教师验收后才能离开实验室。,1.2.3 实训课后的整理,实训课后的整理工作是完成对实验的总结，其主要工作 是认真撰写实训报告。实训报告的要求：通过应用所学过的理论知识对自己实验所得数据和观察到的现象实事求是地进行计算、分析和讨论；（写报告必须严肃认真，不经重复实验不得任意修改实验数据，更不能自己编造数据）。根据实验数据用坐标纸认真绘制出相应的实验曲线（必须注明坐标、量纲、比例）回答实训思考题；对实验结果做出结论，并对实验中发现的问题或事故作出分析；实训的心得和体会；简明扼要，文理通顺，书写工整，图表清楚，分析合理，结论正确。并应在实训后三天内交指导教师批阅。,1.3 实训报告的基本格式,所谓实训报告就是按照一定的格式和要求，用来表达实验过程和实验结果的文字材料，是对完成实训项目的总结和概括。因此，撰写实训报告也是对工科学生的一种基本技能训练，报告编写的质量应作为实训成绩的考核依据之一，所以，应给予足够的重视。报告的文体属于说明文，要求采用简练、确切的文字和技术术语恰当地叙述实验过程与实验结果，不要求具有文学性。,实训报告基本格式,实训项目名称 姓名 班级 组号 实训日期 一、实训目的 二、实训原理（简述）及实验线路 三、实训内容和步骤 四、实验数据处理（包括实验数据表格、有关计算公式、实验数据及计算结果的整理、分析和误差原因的估计）五、实验曲线 六、实训仪器和设备 七、实验结论和分析讨论1.实验结论2.回答思考题3.分析实验中发现的问题、现象及事故4.实验的收获及心得体会,1.4 实训操作基本方法指导,首先应将仪器仪表设备合理放置。接线应按照“先串后并”、“先主后辅”、或“先分后合”等原则来进行。即接线次序应按照电路图,先接主要串联电路(从电源的一端开始，按顺序联接至电源的另一端)，然后再联接分支电路。遇到较复杂的电路时（如电子电路），可将电路分成几个较简单的单元，分别联接好后再按电路结构将各单元电路相互联接起来。布线要合理安排，走线要清楚，便于接线和检查。直流电源正极用红色导线，负极用蓝色（或黑色）导线；工程上交流电源A、B、C三相分别用黄色、绿色、红色导线，中线用蓝色导线以示区别。,1.4.1 实验线路的正确连接,线路联接处要牢固可靠，接线端子要相互紧密接触。并且要注意接线的联接片子不要都集中到一点上，特别是电表的接线柱上非不得已不要接两根及以上的导线。若利用无焊接实训电路板（即面包板）来插接电路时，要求接插的动作迅速、接触良好而且布局合理（以避免接入测量表笔等测量时，因布局不合理而造成人为的短路或其他故障）。任何电子电路均应首先调试静态，再测试动态。测试时注意手不能接触测试表笔或探头等的金属部分；最好用高频同轴电缆（或屏蔽导线）作测试线，地线要尽量短一些并要接触良好。在通电的情况下，不得带电拔、插（或焊接）半导体器件。,1.4.2 仪表的合理选择与科学读数,根据待测量的电路类型和被测量的性质，合理地选择测量仪表的类型与 规格（详见3.1）。调整好直流电源电压、信号源的电压，使其极性和大小均符合实训要求。根据待测量的数值大小合理选择仪表的量程，以指针偏转大于满量程的2/3为合 适,在同一量程时指针偏转越大越准确。实训时要注意观察现象，是否存在不正常现象，例如，仪表有没有读数或有没有 超出量程，及时检查处理。读数时，要注意姿势正确，要保持“眼、针、影”三点成一线。读数前，应要了解仪器仪表的量程与刻度值；读数时，当选择的仪表量程与表面 刻度一致时，可以直读；若不一致时，应先按刻度数读出，然后按量程与刻度 之间的倍数关系进行换算。读数时，要根据仪表的准确度等级，读出足够的有效数字位数，不能“少读“或“多读”。如果测量的是一组用来描绘曲线的数据，则应根据所测曲线的大致走 势，合理地选取测试点，特别是一些特殊点，才能保证所测曲 线的准确性。,1.4.3 测量数据曲线的绘制,对需用图形表示的测量结果，在编写实训报告时需要按照测量结果在坐标纸上绘制实验曲线，其特点是直观明了，便于相互比较。正确绘制实验曲线的基本方法为：1.坐标和图纸的选择首先应根据被测量的特性选择合适的坐标，常用的坐标系有：直角坐标(笛卡儿坐标)、半对数坐标、全对数坐标和极坐标等。然后，根据所选坐标选择相应的图纸及合适的比例尺。2.测量数据的图解法分析 在电子测量中，测量的目的往往是在于找出某两个量x和y(或更多个量)之间的函数关系，一般都需要根据测量数据来绘制实验曲线，称为测量数据的图解法分析，也就是研究如何根据测量结果作出一条尽可能反映真实情况的曲线（包括直线），并对该曲线进行定量的分析。,绘制实验曲线的具体方法：(1)正确标注实验数据操作步骤如下：第一步：把有效数据点标注在适当的坐标系中；第二步：按照一定法则(如分组平均法)作出拟合曲线。绘制实验曲线时还应注意以下几个问题：首先应将实验数据列成数表。正确地选择测试点的间隔，使各数据点大体上沿曲线均匀分布。在曲线斜率大和变化规律重要之处，数据点沿x轴的间隔应加密一些，即增加测量点，以便能更确切地显示出曲线的变化细节。因此，最好在正式测试数据之前，预先作一次定性的快速粗测(例如测幅频特性即可如此)，以便掌握实验数据的全面分布情况，做到心中有数。,在适当的坐标系上标出数据点。当图上描绘一种数据时，数据点通常用空心小圆(。)或实心小圆点()标出；当把多种数据绘于同一图上进行比较时，最好分别用不同的标记表示，如小斜十字()、正十字(+)、等边三角形()、正方形()等。标记的几何尺寸一般应在1mm以下，标记的中心应与数据的坐标相吻合。由于实际测量数据均存在误差，所以测量数据易出现离散现象，一般不应直接把各数据点连成一条波动的折线，如图1.1.1中虚线所示；也不应作出一条弯曲甚多的曲线通过数据点，如图1.1.2中虚线所示。而应该运用有关的误差理论，作出一条尽可能靠近各数据点(使剩余误差尽可能小，而且曲线两侧数据点数目相差不多)，而又相当平滑的拟合曲线，如图1.1.1和图1.1.2中的实线所示，这称为曲线的修正。画曲线时，若数据点离散程度不大时，用绘图曲线板或徒手作出初步拟合曲线是可行的，如离散程度大则应采用分组平均法拟合(后述)。,图.图.,图.图.,对于曲线的某些重要细节，应特别加以注意。例如，在极值附近，应尽可能测出真正的极值，为此，测点需更细密，如图1.1.3中-所示，否则可能得不到正确的结果，（如图1.1.3中-所示。）若发现个别离群的数据点，如图1.1.4中-曲线中的A点，应慎重处理，一般应在A点附近补作几次细密的测量，其结果有两种可能，第一，若补测结果如图1.1.4中-所示，则表明原先的测量过于粗略。第二，若结果如图1.1.4中-所示，则可以断定原先所得A点数据是个差错。纵、横坐标比例尺不必相同，也不一定从坐标原点(零值点)开始。坐标比例尺的选择，应以便于读数、分析和使用为原则。例如，同样的数据，图1.1.5(a)就不如图(b)清楚。又如图1.1.6(a)，由于y轴比例尺选得不当，看上去像一条直线，其实却是一条曲线，如图(b)所示。当坐标变量变化范围很宽时，往往采取对数坐标以压缩图幅。,图.,图.,图1.1.7是利用对数坐标绘出的幅频响应曲线的例子，这也是在模拟电路实验中用的较多的一种坐标。,图.,()曲线绘制方法,分组平均画法 前面已经指出，当数据离散程度大时，徒手绘制拟合曲线较难，且因人而异。所以，通常采用下述方法。首先，按x坐标把数据分为若干组(如M组)，求出每组中诸Xn和Yn的平均值，然后连接每组的平均值作出曲线。取平均值的过程就是一种平差的过程，其作用是减弱测量中随机误差的影响，故平均值的离散程度没有单个数据那么大，从而使作图较为方便和准确。分组时对x轴的间隔如何确定才合适，有时需要一点经验。,目测平均绘制法 凭目测取两相邻数据点联线的中点(即两点平均值)作为一个数据点，如图1.1.8所示。也可以取三个相邻数据点所构成的三角形的重心作为一个数据点，仍见图1.1.8所示。当然，还可以取四个相邻点的平均(两两平均后再平均，或四边形的重心)、五点平均(五边形的重心)等。不过，平均后若所得数据点太少也不便于画曲线。用目测平均绘制法，在同一幅图上某处取两点平均，某处取三点(或四点、五点)平均，可相机而行，不必强求一致。,图.,1.5 实训的安全操作训练,1.5.1人身安全操作规则仪器设备应有良好的地线。仪器设备、实验装置中凡通过 强电的连接导线应有良好的绝缘外套，芯线不得外露。接线、拆线或改接电路时都必须在首先断开电源开关的情况下进行，严禁带电操作。应养成先接实验电路后接通电源，实验完毕先断开电源后拆实验电路的良好操作习惯。实验时精神必须集中，同组同学应相互配合，接通电源开关前须通知实验合作者，以防止发生触电事故。接通电源后，人体严禁直接接触电路中的未绝缘的金属导线或连接点等带电部分。在进行高压或具有一定危险的实验时，应有两人以上合作。使用500伏以上的高压电源要特别注意高压危险，例如兆欧计中有500伏或1000伏的高压，切不可用来测量人体的绝缘电阻。万一不小心发生触电事故，应立即切断电源，如距离电源 开关较远，可用绝缘器具将电源线切断，使触电者立 即脱离电源并采取必要的急救措施。,1.5.2 设备安全操作规则实验前应首先了解各种仪器、仪表和设备的规格、性能及 使用方法，并严格按照使用说明规定的操作方法及额定值来 使用。严禁随意乱接乱用，例如，不得用电流表或万用表的电 阻档、电流档去测量电压；功率表的电流线圈不能并联在电路中。实验中要有目的地调节（旋动）仪器设备的开关（或旋钮），切忌心急用力过猛造成损坏。实验时，尤其是刚闭合电源，设备刚投入运行时，要随时注意仪器设备的运行情况，如发现有过量程、过热、冒烟和火花、焦臭味或劈啪声、及出现保险丝熔断等异常现象时，应立即切断电源，在故障未检查出排除前不准再次闭合电源。各种负载的增加和减少，电路参数的调节均应缓慢进行，不能操之过急，酿成事故。,使用36伏以下的低压电源、信号发生器等，也切不可 因其电压值低，不会对人体造成伤害而掉以轻心，以免因 发生短路或过电压造成贵重仪器设备不必要的损坏。各种仪器设备的地线（）应正确联接，以防干扰。要求与大地相接的应妥善接地，不允许接地的严禁接地，以免引起短路，造成不必要的事故。搬动仪器设备时，应轻拿轻放；未经允许不可随意调换仪器设备，更不准擅自拆卸仪器设备。仪器设备使用完毕，应将面板上的各开关和旋纽调置合适的安全位置，如电源应调置零，万用表应调置电压档，电压表量程开关应旋至最高档位等。,1.6 实验故障的检查与排除,产生故障的原因有多种，可归纳如下：电源接线接触不良，输出电压为零；电路连接不正确（例如，少接一根导线，电路未通），或电路接线接触不良，导线或元器件引脚存在短路或断路；元器件或导线的裸露部分相碰造成短路；仪器仪表或元器件本身质量问题或已损坏；元器件的参数不合适（例如拿错）或引脚端接错；测试条件错误；仪表的型号规格错误（例如用交流电流表来测量直流电流）保险丝已熔断；电路或元器件的焊接点已脱焊。,1.6.1 产生实验故障的原因,1.6.2 检查和排除实验故障的基本方法,1.出现故障现象时首先应立即切断电源，关闭所有仪器设 备，避免故障的进一步扩大。2.直观检查法判断实验故障性质 要准确判断发生的实验故障的性质，应了解不同的故障类型所表现出来的不同现象：（1）破坏性故障其现象为出现元器件发热、冒烟、烧焦味及爆炸声等。（2）非破坏性故障其现象为实验电路不工作，即电流表、电压表无读数、指示灯不亮，或电流、电压的波形不正常等。因此，应用直观法观察实际操作时出现的实验故障现象便可对故障性质作出初步判断。,3.对非破坏性故障的检查方法（1）应先切断电源，若电路不工作，则应首先检查供电系统，包括：检查电源插头或接线处接触是否良好、电源线是否断线、保险丝是否熔断等。（2）测量阻值法 仔细检查电路的全部接线是否正确，并可采用测量阻值法检查电路整体是否存在短路或断路故障，即在断开电源的情况下，用万用表欧姆档测量电路输入端口及输出端口的电阻值，以防输入端口短路将直流稳压电源烧坏，或因输出端短路烧坏实验电路元件。,（3）通电测试法 在确认电源系统正常且实验电路内部不存在短路故障后，可采用通电测试法。即接通电源，使用电压表逐点检查测量电路各部分的电压是否正常，并将各点所测得的电压与正常值相比较，分析故障电压和故障原因；有些电路也可以采用波形显示法，即用示波器观察电路各处波形是否正常等，采用此法其前提是明确电路各处的电压、电流的正常工作值及波形情况。（4）从电源端开始，逐点检查逐步缩小故障可能的范围，直到查出故障所在之处或故障元件为止。,4.对破坏性故障的检查方法 对于破坏性故障不能采用通电检查的方法，常用以下几种方法：（1）直观检查法 首先切断电源，仔细检查实验电路的全部接线是否正确，电路有无损坏现象，主要表现在：元器件有无变色、冒烟、烧焦味、半导体器件外壳是否过热等，以此来确定故障点或故障元件。（2）判断确定故障部位 通过对照电路接线图，掌握各部分的工作原理和相互联系。然后，根据出现的故障现象，分析故障可能发生在哪一处，应用万用表的欧姆档检查电路的通断情况，判断有无短路、断路或阻值不正常等情况。,5.对不易测试判断有无故障的元器件的检查方法在检查确定了电路其他部分均正常后，对可能存在故障的元器件（包括集成电路），可用同型号（或技术参数接近的同类器件）正常的元器件来更换，若更换后电路恢复正常工作，则说明原来的元器件存在故障。对于故障元器件在更换前，必须认真分析其损坏的原因，以防止更换后再次造成元器件的损坏。6.排除故障应用上述方法检查确定了故障部位或故障元器件后，便可以根据故障原因采取相应的排除措施。,第2章 测量误差的基本知识,实训目的掌握测量误差的基本知识实训内容实验结果的误差处理实验数据处理,2.1 测量误差的基本概念,在实际测量中，由于测量仪器、工具的不准确，测量方法的不完善以及各种因素的影响，实验中测得的值和它的真实值之间存在着误差。误差公理：一切实验结果都具有误差，误差自始至终存在于一切科学试验过程中。,2.1.1 误差的定义及其表达式 1.绝对误差 绝对误差是一个被测量的测定值与其真值之差，也称为真误差，可用下式表示：X=X-X0 式中，X是被测量的测定值，X0是被测量的真值，X是测量的绝对误差 在实际测量中常常用到校正值的概念，它与绝对误差数值相等，符号相反，即：g=X0 X=-X 在高准确度的仪器仪表中，常常给出校正值或校正曲线，因此，当知道了给出值X及相应的校正值g以后，便可求出被 测量的真值，即：X0=X+g,2.相对误差 绝对误差的表示方法有其不足之处，因为它不能确切地反映出测量的准确程度，由此又引出了相对误差(又称误差率)的概念，定义为：测量的绝对误差与被测量的真值的比值，即：相对误差通常用于衡量测量(或量具及测量仪器)的准确度。相对误差越小，准确度越高。与绝对校正值g相对应，还有相对校正值，它与相对误差等值反号，即：由此可以求出被测量的实际值为：,3.引用误差 引用误差是一种简化的实用方便的相对误差的表现形式，常在多档和连续刻度的仪器和仪表中应用。这类仪表的可测范围不是一个点，而是一个量程。这时若按(1.2.4)算，由于分母的改变，计算很麻烦。为了计算和划分准确度等级的方便，通常取该仪器仪表量程中的测量上限(满刻度值)作为分母。由此引出“引用误差”的概念：绝对误差与测量仪器量程(满刻度值)的百分比称为引用误差，即：式中：引用误差；测量仪表的量程。,通常电工仪表的准确度等级()分为0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5和5.0七级。如果仪表为 级则说明该仪表的最大引用误差不超过，而不能认为它在各刻度点上的示值误差都具有 的精度。设某电表的满刻度值为 XN，测量点 X，则该电表在 X 点邻近处的示值误差为：一般 X XN，X 越接近 XN 时，其测量精度越高。这就是为什么当使用这类仪表测量时，尽可能在仪表满刻度值的2/3以上量程内进行测量的原因。,2.1.2 误差的分类 1.误差的分类 常用的测量误差分类的方法见下表,2.系统误差和随机误差的数学表述(1)系统误差 指在同样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，或在条件改变时,按某一确定的规律变化的误差。例如标准器量值的不准确、仪器示值不准确而引起的误差。在一次测量中，如果系统误差很小，那么测量结果就可以很准确。,(2)随机误差 指在相同的条件下多次测量同一量值时，误差的绝对值和符号均发生变化，没有确定的变化规律，也不能事先预定，但是具有抵偿性的误差。随机误差主要是由于各种影响量，例如电源的波动、磁场的微变、热起伏、空气扰动、气压及温度的变化、测量人员感觉器官的生理变化等一些互不相关的独立因素对测定值的综合影响所造成的。设对某被测量进行了等精度独立的n次测量，得值则测定值的算术平均值为：式中 为样本均值，或称取样平均值。当测量次数 n 趋于无穷时，则取样平均值的极限被定义测定值的数学期望，即:,测定值的数学期望 与测定值真值 之差，被定义为系统误差，即：n 次测量中各次测量值 与其数学期望 之差，被定义为随机误差,即：将上两个式子等号两边相加，得：即各次测量的系统误差和随机误差的代数和等于其绝对误差。,2.2 实验结果的误差处理,2.2.1 系统误差的处理 系统误差将直接影响测量的准确性，为了减小或消除系统误差，通常采用如下方法。校正法 定期对仪器进行检定，并确定校正值的大小，检查各种外界因素，如温度、湿度、气压、电场、磁场等对仪器指示的影响，并作出各种校正公式、校正曲线或图表，用它们对测量结果进行校正，以提高测量结果的准确度。替代法 替代法被广泛应用在测量元件参数上，如用电桥法或谐振法测量电容器的电容量和线圈的电感量。采用这种方法的优点是可以消除对地电容、导线的分布电容、分布电感和电感线圈中的固有电容等影响。,用谐振法测量电容器的电容量 CX 时(见图1.2.1)，由于电感线圈 L0总是存在固有电容 CS。,所以测得的结果已不是真实的电容量 CX，它已被并联的 CS 所偏离。为了消除后者的影响，可把谐振法和替代法结合起来进行测量。测量分两步进行，先将高频信号发生器调谐到回路 L0、CX、CS 的谐振频率上：然后用标准可变电容器 C0 代替 CX，调整 CO 使 L0、C0、Cs 调谐到原来的谐振频率上：,比较以上两式，得到 CXC0，由此可知：标准可变电容器C0的数值就是所要测定的电容器CX 的电容量。,图1.2.1 用替代法测量电容器的电容量,例：,正负误差相消法 这种方法可以消除外磁场对仪表的影响。进行正反两次位置变换的测量，然后将测量结果取平均值。该方法也可用于消除某些直流仪器接头的热电动势的影响，其方法是改变原来的电流方向，然后取正、反两次数据的平均值。注意仪表量程的选择 在仪表准确度已确定的情况下，量程大就意味着仪表偏转很小从而增大了相对误差。因此，合理地选择量程，并尽可能使仪表读数接近满偏位置。选择比较科学的测试法 测量时应按照仪器仪表使用条件的要求来操作 若不按照使用条件的要求进行操作就会带来附加误差，因此，按照仪器仪表使用条件，改善测量环境，防止外界因素的干扰，都可以起到减少系统误差，提高测量准确度的目的。改进读数装置 这是减少人身误差的有效方法。另外，也可采用不同的测量者对同一被测量对象进行测量，可减少测量者个人习惯和生理因素造成的人身误差。取多次测量的算术平均值 可以防止因测量仪器仪表和人为因素的偶发性的明显差错。,2.2.2 随机误差的处理,在精密测量中首先应检查和减小系统误差，然后再来做消除和减小随机误差的工作。由于随机误差是符合概率统计规律的，故可以对它作如下处理:1.采用算术平均值计算 因为随机误差数值时大时小，时正时负，采用多次测量求算术平均值就可以有效地增多误差相互抵消的机会。若把测量次数增加到足够多，则算术平均值就近似等于欲求结果。即 式中 测量结果的算术平均值；n 测量次数；第次的测量值。,2.采用均方根误差或标准偏差来计算 每次测量值与算术平均值之差称为偏差。用偏差的平均数来表示随机误差也是一种方法，正负偏差的代数和在测量次数增大时趋向于零，为了避开偏差的正负符号，可将每次偏差平方后相加再除以测量次数减1得到平均偏差平方和，最后再开方得到均方根误差，即：式中 均方根误差 为了估计测量结果的精密度，又常采用标准偏差这个概念。即：式中 标准偏差。上式表明，测量次数 n 越大测量精密度越高。但与 n 的平方根成反比，因此精密度提高随 n 的增大而减缓，故 n 通常取20就足够了。随机误差超过 3的概率仅为1以下，而小于 3的机率占99以上。对于标准偏差S 也是如此，最大值不易超过 3。可以将测量结果考虑随机误差后写为：,2.2.3 过失误差的处理 过失误差是应该避免的。为了发现和排除过失误差，除了测量者认真仔细以外，还可以注意做好以下的工作：在正式测量之前可以做试探性测量，即进行粗测，以便正式测量时核对；反复对被测量对象进行测量，从而避免单次失误；改变测量方法或测量仪表后测量同一量值；当进行精密测量时，对于大于 3的数据作为过失误差处理，即数据应作废。,2.3 实验数据处理,通过实验获得的实验数据需要进行很好的整理、分析和计算，并从中得到实验的最后结果，找出实验的规律，这个过程称为数据处理。2.3.1 测量中有效数字的处理 在测量数据的记录和计算中，该用几位数字来表示测量或计算结果是有一定规则的，这就涉及到有效数字的表示及其运算规则问题。1.有效数字的概念 在测量中我们必须正确地读取数据，即除末位数字可疑欠准确外，其余各位数字都是准确可靠的。末位数字是估计出来的，因而不准确。例如，用一块50V的电压表(刻度每小格代表1V)测量电压时，指针指在34V和35V之间，可读数为34.5V，其中数字“34”是准确可靠的，称为可靠数字，而最后一位“5”是估计出来的不可靠数字，称为欠准数字，两者结合起来称为有效数字。对于“34.5”这个数，有效数字是三位。,有效数字位数越多，测量准确度越高。如果条件允许的话，能够读成“34.50”，就不应该记为“34.5”，否则降低了测量准确度。反过来，如果只能读作“34.5”，就不应记为“34.50”，后者从表面看好像提高了测量准确度，但实际上小数点后面第一位就是估计出来的欠准确数字，因此第二位就没有意义了。在读取和处理数据时有效数字的位数要合理选择，使所取得的有效数字的位数与实际测量的准确度一致。2.有效数字的正确表示方法 记录测量数值时，只允许保留一位欠准确数字。数字“0”可能是有效数字，也可能不是有效数字。例如0.0542kV前面的两个“0”不是有效数字，它的有效数字是后三位，0.0542kV可以写成54.2V，它的有效数字仍然是三位，可见前面的两个“0”仅与所用的单位有关。又如“20.0”的有效数字是三位，后面的两个“0”都是有效数字。必须注意末位的“0”不能随意增减，它是由测量仪器的准确度来确定的。,大数值与小数值都要用幂的乘积的形式来表示。例如，测得某电阻的阻值为10000，有效数字为三位时，则应记为10.0103或100102。在计算中，常数(如、e等)以及因子的有效数字的位数没有限制，需要几位就取几位。当有效数字位数确定以后，多余的位数应一律按四舍五入的规则舍去，称之为有效数字的修约。3.有效数字的运算规则 加减运算：参加运算的各数所保留的位数，一般应与各数小数点后位数最少的相同。乘除运算：乘除运算时，各因子及计算结果所保留的位数以百分误差最大或有效数字位数最少的项为准，不考虑小数点的位置。乘方及开方运算：运算结果比原数多保留一位有效数字。对数运算：取对数前后的有效数字位数应相等。,2.3.2 实验数据的处理方法 实验测量所得到的记录，经过有效数字修约、有效数字运算等处理后，有时仍不能看出实验规律或结果，因此，必须对这些实验数据进行整理、计算和分析，才能从中找出实验规律，得出实验结果，这个过程称为实验数据处理。常用的实验数据处理的方法有以下三种：1.列表法 就是将实验中直接测量、间接测量和计算过程中的数值依一定的形式和顺序列成表格。其优点是结构紧凑，简单易行，便于比较分析，容易发现问题和找出各电量之间的相互关系和变化规律等。列表时应注意：表格的设计要便于记录、计算和检查；表中所用符号、单位要交待清楚；表中所列数据的有效数字位数要正确。,2.图示法 在一坐标平面内，用一条曲线表示出两个电量之间的关系，称图示法。其优点是比较形象和直观，当两个电量之间的关系不能用一解析函数表示时，却能容易地用图示法表示出来。图示法的关键是要根据所表示的内容及其函数关系选择合适的坐标和比例，画出坐标轴及其刻度值，然后再标点描曲线。坐标轴及其刻度值选择得正确，可以简化作图和数据处理的过程。3.图解法 图解法是在用图示法画出两个电量之间的关系曲线的基础上，进一步利用解析法求出其它未知量的方法。许多电量之间的关系并非是线性的，但可以通过适当的函数变换或坐标变换使其成为线性关系，即把曲线改成直线，然后再用图解法求出其中的未知量。,第3章 常用电工电子仪器仪表简介,一、实训目的 熟悉常用电工电子仪器仪表二、实训内容电工测量仪表的选择与使用。常用电子仪器选择与使用。万用表的基本原理与使用。DA-16型晶体管毫伏表的使用方法。熟悉S101型函数信号发生器。学习COS5020型示波器的使用。,3.1 电测量指示仪表简介,在工程实际的自动控制系统中，通常是根据被控制对象的各种电信号来对其实施自动控制的。电测量就是通过借助各种电工电子仪器仪表，应用科学的测量技术对电路中的电流、电压、电功率及电能等物理量进行测量。3.1.1 常用电工电子仪器仪表的基本知识 电工电子测量仪表分类 电工电子仪表的种类繁多，分类方法也互不相同。按照电工电子仪表的结构和用途常可分为三种。（1）电测量指示仪表 电工测量仪表中，凡利用电磁力使其机械部分动作，并用指针或光标在刻度盘上指示出被测量值大小的仪表就称作电测量指示仪表，是属于直读式仪表。各种交直流电流表、电压表以及万用表等都是指示仪表。,（2）比较式仪表 比较式仪器是将被测量与相应的标准量进行比较的仪表。如各类电桥、电位差计等。其特点是灵敏度和准确度都很高，一般用于高精度测量或校对指示仪表。（3）其他电测量仪表 常见的电测量仪表还有数字式仪表、记录式仪表及用来扩大仪表量程装置的仪表，如分流器、测量用互感器等。这里只介绍指示式仪表。2.电测量指示仪表的分类 在电测量领域中，指示仪表的种类最多，具体分类方式介绍如下。（1）按内部测量机构的结构和工作原理分 有磁电系、电磁系、电动系、感应系、静电系等类型。,（2）按被测电量的性质分有电流表、电压表、功率表、电度表、欧姆表、相位表以及其他多用途的仪表，例如万用表等。（3）按被测量的种类分有直流仪表、交流仪表和交直流两用仪表。（4）按仪表取得读数的方法分有指针式、数字式和记录式等。（5）按准确度等级分有0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、和5.0等七级。一般0.1和0.2级仪表用作标准仪表；0.5级至1.5级的仪表用于实验和实训时的电测量；1.5级至5.0级仪表用于工程测量。（6）按使用方式及使用条件分可分为安装式仪表和可携式仪表，及A、A1、B、B1与C共五组。,（7）按防御外界磁场或电场的性能分 有、四个等级。（8）按外壳防护性能分 可分为普通式、防尘式、防溅式、防水式、水密式、气密式、隔爆式等七种。以上介绍的指示仪表分类方法，从不同角度反映了指示仪表的各种技术性能。在指示仪表的表面标度盘上，通常都标有一些标志符号来表明有关的技术性能，常见的表面符号及含义见下表：,3.1.2 电测量指示仪表结构原理简介 电测量是利用仪表中通入电流后产生的电磁作用力驱动指针偏转。指示式仪表除驱动装置、反作用装置和阻尼装置外，还有指针和刻度盘构成的读数装置，以及起保护作用的外壳和装在外壳上的校正器（调节螺丝等）。在实用中应用最广、数量最大的是指示式仪表。,1.磁电系测量机构 磁电系测量机构如图1.3.1所示。磁电系测量机构具有准确度高、刻度均匀、阻尼强与消耗能量小等优点，可制成0.10.5级的仪表。它的缺点是只能用来测量直流，而且结构复杂，价格较贵，过载能力小。目前用来测量直流量的仪表，测量机构几乎全是磁电系的。,图1.3.1,2.电磁系仪表 电磁系测量机构如图1.3.2所示，它属于推斥式类型。电磁系测量机构具有结构简单、过载能力强与交直流两用等优点。它的缺点是刻度不均匀，测量机构本身的磁场较弱，易受外磁场影响，以致准确度不高。具有这种测量机构的仪表通常为0.5级2.5级。,3.电动系仪表 电动系测量机构如图1.3.3所示。电动系测量机构具有准确度高、使用范围广等优点，一般可制成0.21.0级的仪表。它不仅可测量交直流的电流和电压，还可测量交流电的功率。它的缺点是自身功率较大，过载能力小，且价格较贵。,图1.3.2 图1.3.3,3.2 电工测量仪表的选择与使用,3.2.1 仪表选择 1.类型选择 各种仪表的选择除了根据用途选择仪表的种类外，还应根据使用环境和测量条件选择仪表的型式。如配电盘、开关板上仪表板所用仪表等采用垂直安装方式，而实验室大多选用水平放置方式。2.准确度选择 在使用仪表时，必须合理地选择仪表的准确度。准确度等级为0.1和0.2级的仪表通常作为标准表以校正其他仪表。实验室一般用0.51.5级仪表。生产部门作监视生产过程的仪表一般为1.02.5级。准确度等级为5.0级的仪表，通常只在组合式或多用途仪表上才使用。3.量程选择 仪表量程的选择应根据测量值的可能范围确定。被测量值范围较小要选用较小的量程，这样可以得到较高的准确度。,根据被测量值的大小选择合适量程 有两只毫安表，量程分别为I1m=200mA和I2m=50mA，两表准确度等级均为1.0级，用来测量40mA的电流，则测量结果中可能出现的最大相对误差为：对于量程为200mA的毫安表，可能产生的最大绝对误差I1m为：因此，用此表测40mA的电流可能产生的最大相对误差 为：对于量程为50mA的毫安表，可能产生的最大绝对误差I2m为：因此，用此表测40mA电流可能产生的最大相对误差 为：由以上计算可以看出，用的200mA毫安表测40mA电流比用50mA的毫安表所测得的结果具有更大的最大相对误差。即量程选择对测量结果的准确度有很大影响。,例：,对于同一只仪表，被测量值越小，其测量时准确性就越低 在正常情况下用0.5级量程为 10A 的安培表来测量 8A 电流时，可能产生的最大相对误差 为：而用它来测量 1A 电流时，则可能产生的最大相对误差 为：由此可见对于一只确定的仪表，测量值越小，其测量时准确性越低。因此在选择量程时，应尽量使被测量的值接近于满标值。另一方面，也要防止超出满标值而使仪表受损。因此可取被测量值为满标值的2/3左右。最少也应使被测量的值超过满标值的一半。当被测电流大小无法估计时，可用多量程仪表先置于大量程档，然后根据仪表的指示调整量程，使其达到合适的量程档。,例：,4.仪表内阻 当仪表接入被测电路后，仪表线圈电阻会影响原有电路的参数和工作状态，以致于影响测量的准确性。例如电流表是串联接入被测电路的，仪表内阻增加了电路的阻值，也就相应地减小了原电路的电流，这势必影响测量结果，所以要求电流表内阻越小越好。量程越大，内阻应越小。再如电压表是并联接入被测电路的，它的内阻减小了电路的阻值，使被测电路两端的电压发生变化，影响测量结果，所以要求电压表内阻越大越好。量程越大，内阻应越大。采样式数字电压表具有极高的内阻，对被测电路电压影响很小。,3.2.2 指针式仪表测量中应该注意的一般问题 1.刻度 各种指针式仪表，不论是磁电式、电磁式还是电动式仪表，都采用面板刻度方式显示读数。根据不同的测量原理，面板上的刻度有的是均匀的，有的是不均匀的，例如磁电式仪表指针的偏转角=RI（R为仪表结构常数），即与电流的大小成正比，面板上的刻度是均匀的：而电磁式仪表指针的偏转角=RI2，即与电流的平方成正比，在同一量程内，起始段电流越小，刻度越密，后面电流越大，刻度越稀。再如电动式仪表，它有两个线圈，若是用于测量电流或电压，由于指针的偏转角度与通过两线圈的电流的