电子测量和仪器基础.ppt

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1、,电子测量及仪器基础知识,电子测量及仪器基础知识,一、电子测量和误差基础二、直流电流和电压测量三、交流电流和电压测量四、功率和电能量测量五、常用测量仪器介绍六、常用元器件测量,一、电子测量和误差基础,电子测量及仪器基础知识,测量目的：得到或确定被测量的真实数值（大小、单位），由于方法、手段和条件的限制，往往只能得到其近似值；测量误差的表示：测量得到的近似值和真值的差；绝对误差：测量值Ax与真值Ao 的差值 Ax Ao或 测量值Ax与标准表的示值（实际值）A 的差值 Ax A 注意其大小和符号相对误差：绝对误差与实际值A的比值，用表示/A100%，或/Ax100%（测量值）,一、电子测量和误差基

2、础,电子测量及仪器基础知识,引用（满度）误差：测量仪表在其测量范围内，各刻度处的绝对误差变化不大，为了表示仪表本身的准确度，引入引用误差的概念。n/Am100%误差修正：在实际测量仪器的使用和设计中，常采用修正值来提高测量准确度。修正值C，与大小相等，符号相反。C=，A=Ax C 在数字仪表中，常用软件方法进行误差修正。,一、电子测量和误差基础,电子测量及仪器基础知识,测量准确度：包含精密度和正确度两个概念。,一、电子测量和误差基础,电子测量及仪器基础知识,测量仪器的准确度等级：根据国家标准：GB76762的规定，电流表、电压表的准确度共分为13级，见下表。,一、电子测量和误差基础,电子测量及

3、仪器基础知识,测量仪器的准确度等级：功率表和无功功率表的准确度等级共分为10级：为0.05，0.1，0.2，0.3，0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，3.5级。含义：仪器的最大引用误差必须小于等于准确度等级所允许的误差。实际相对测量误差可能会大于准确度规定的最大误差。为保证较高的准确度，测量应尽可能在接近满度的位置进行。,一、电子测量和误差基础,电子测量及仪器基础知识,测量误差的分类系统误差：遵循一定规律可重现的误差仪器本身的固有误差；因测量方法引入的误差；附加误差（非工作条件引入的误差，运行检查）；测量人员的感官误差；系统误差必须控制在允许范围内，否则必须进行补偿修正。随机误差：没有规

4、律，不可预知的因素引起的测量误差，一般较实际相对测量误差可能会小一个数量级，无法控制。在一般检验工作中不作为重点控制。,一、电子测量和误差基础,电子测量及仪器基础知识,测量误差的分类粗大误差：由于操作人员疏忽造成的误差，如操作失误、读数或记录错误。其数值可能远大于系统误差，必须避免，数据必须剔除。,二、模拟万用表原理和使用,电子测量及仪器基础知识,三用表（电压、电流和电阻）使用携带方便，用指针的偏转显示测量值，精度一般。基本构成：表头（带刻度的面板）；测量线路；转换开关。,二、模拟万用表原理和使用,电子测量及仪器基础知识,直流电流表：高灵敏度直流电流表为基本表；并联分流电阻扩大其量程；分流电阻

5、等于基本表内阻R0的（n-1）分之一，n为扩大的倍数。基本范围：106102A。,二、模拟万用表原理和使用,电子测量及仪器基础知识,直流电流表实际构成：分流电阻成环形，使表头阻尼不变；串联接入，接触电阻对分流无影响；保证准确度；分流电阻要求有较高的精度；,二、模拟万用表原理和使用,电子测量及仪器基础知识,直流电流表电流表串入被测回路电流表内阻越小越好；从较高档位开始，避免损坏；电流流入端接正表笔；从负载的低压侧接入，保证安全；必要时可采用间接法测量。,二、模拟万用表原理和使用,电子测量及仪器基础知识,直流电压表：电流表为基本表；串联分压电阻扩大其量程；分压电阻等于基本表内阻R0的（n-1）倍，

6、n为扩大的倍数。基本范围：102103V。,二、模拟万用表原理和使用,电子测量及仪器基础知识,直流电压表：实际原理图；灵敏度指标 k/V 表征了电压表的内阻；高压档2500V，单独设端子接入。,二、模拟万用表原理和使用,电子测量及仪器基础知识,直流电压表电压测量：电压表并入被测支路或元件；电压表内阻越大越好（k/V)；符合仪表工作条件；高电位端接正表笔；从较高档位开始，避免损坏仪表；对于高压测量，注意安全防护（表笔一端接公共端，另一端单手测量）。,二、模拟万用表原理和使用,电子测量及仪器基础知识,交流电压表：直流电压表为基本表；增加检波电路将交流转为直流；表头特性正比于波形的均值；调正分流系数

7、，使其显示被测量的有效值；有效值 0.707，全波均值0.6，半波均值0.3二极管引入的非线性，带来小量程刻度非线性。高压档单独设置，注意安全。,二、模拟万用表原理和使用,电子测量及仪器基础知识,交流电压测量：注意频率范围，一般可在50-5000Hz范围内使用；示值与输入波形的均值成正比；对非正弦波测量将会引入波形误差；工作条件（温度、湿度、气压）；内阻（输入阻抗）；精度较直流电压测量明显降低。,二、模拟万用表原理和使用,电子测量及仪器基础知识,欧姆表原理：提供电池做测试电源；中值电阻的作用；电流表指示测量值，刻度非线性；,二、模拟万用表原理和使用,电子测量及仪器基础知识,欧姆表原理：实际原理

8、图；虚线框内为基本电流表；改变档位分流电阻，使其总并联值等于各档位中值电阻；800可调电阻为调零电阻；高阻档，单独提供高电压测试电源。,二、模拟万用表原理和使用,电子测量及仪器基础知识,电阻测量：零位调整（电池电压变动时）；选择正确档位，使阻值在中间部位读数；不能带电进行测量；应将元件一端从电路中断开（切忌两手捏住电阻两端进行测量）；,二、模拟万用表原理和使用,电子测量及仪器基础知识,万用表使用注意事项：检查和调整指针的机械零位；正确选择测量功能类别；正确选择测量档位，为避免过载，适当使用大档位试测；为减小误差，应使指针在满度2/3处读数，测电阻在中值电阻附近读数；严禁在通电状态下转换开关；高

9、压测量，单手进行；,三、其它几种模拟仪表的原理和应用,电子测量及仪器基础知识,兆欧表（摇表）原理：测量设备的绝缘电阻；由手摇发电机产生测试电压（500,1000.2500V）；由磁电式比率表指示绝缘电阻；不工作时，指针位置任意；2个绕向相反的线圈分别接固定电阻和待测设备；,三、其它几种模拟仪表的原理和应用,电子测量及仪器基础知识,兆欧表（摇表）使用注意事项：测量设备的绝缘电阻；按检验要求选用相应电压和测量等级的兆欧表；被测设备应切断电源，并进行充分放电；短路时，指针应指零；开路时应指无穷；待测端子接入L（线）E（地）之间，必要时接入G（屏蔽）；摇速120r/min，保持均匀，指针稳定后读数；因

10、测试电压高，应注意安全，拆线时应注意先对地放电。,四、数字万用表原理和使用,电子测量及仪器基础知识,四、数字万用表原理和使用,电子测量及仪器基础知识,数字式电压、电流表、欧姆表基本原理把待测模拟量转换为直流电压，再经A/D变换转换为数字量，然后进行处理和显示；,四、数字万用表原理和使用,电子测量及仪器基础知识,数字式直流电压表基本原理：A/D变换（积分式、比较式）双积分式A/D变换原理,四、数字万用表原理和使用,电子测量及仪器基础知识,数字式直流电压表基本原理：A/D变换（积分式、比较式）双积分式A/D变换原理采样阶段（积分），T1固定，Vom正比于被测电压；比较阶段（积分），Vr固定，计数值

11、正比于Vom；运放的使用，虚地，保证了线性充放电；电路简单，造价低，测量速度较低。,四、数字万用表原理和使用,电子测量及仪器基础知识,数字式交流电压表基本原理：AC/DC变换（均值、峰值、真有效值）均值检波AC/DC变换原理,四、数字万用表原理和使用,电子测量及仪器基础知识,数字式交流电压表基本原理：AC/DC变换（均值、峰值、真有效值）均值检波AC/DC变换原理采样运放，可以检出幅度很小的信号：在vx的负半周，若略去极性只看数值，则有：vxiA RA，vo IB RB，且iAiBi，最后可得：灵敏度可以做到0.1mV，频率上限约为1KHz10MHz,四、数字万用表原理和使用,电子测量及仪器基

12、础知识,数字式交流电压表基本原理：AC/DC变换（均值、峰值、真有效值）峰值检波AC/DC变换原理,四、数字万用表原理和使用,电子测量及仪器基础知识,数字式电压、电流表基本原理：AC/DC变换（均值、峰值、真有效值）真有效值变换原理模拟运算变换：乘法器、积分器和开方器；数字采样变换（AD637专用芯片，优于0.1%）热电转换变换,四、数字万用表原理和使用,电子测量及仪器基础知识,数字式电压、电流表基本原理：I/V变换,四、数字万用表原理和使用,电子测量及仪器基础知识,数字式电压、电流表基本原理：R/V变换,四、数字万用表原理和使用,电子测量及仪器基础知识,数字式仪表特点：精确度高；输入阻抗高：

13、可达G，输入电容10pF量级；读数方便，自动判断极性；交流表有其频率范围，一般在工频 1KHz，最高可达10MHz；交流电压、电流表一般以有效值标度，对于正弦波有效，对于非正弦波要考虑修正；对于交流电压和电流，过高的幅值，通过互感器来转换。误差表示：Vx(VxVm）(Vx/Vx)=(%+Vm/Vx)Vx(Vxn个字）,四、数字万用表原理和使用,电子测量及仪器基础知识,交流测量注意非正弦量引入误差,五、功率和电能量测量,电子测量及仪器基础知识,功率的定义：直流电路的功率：P=UI；正弦电路的功率：uUm sin t，I=I m sin(t）pu i Um sin t I m sin(t）UI c

14、os UI cos（2 t）（U I为有效值）UI cos（1-cos2t)UI sin sin（2 t）（1)pRpx 分别为电阻和电抗上消耗的瞬时功率,五、功率和电能量测量,电子测量及仪器基础知识,功率的定义：有功功率（平均功率，W，kW）电路、器件实际消耗的平均功率（在一周期内对（1)式求平均），无功功率（容性、感性，var，kvar）；无功功率由储能元件造成，本身不消耗能量，在一个周期内均值为零。工程上将其幅值定义为无功功率，（1）式第二项的幅值：Q=U I sin,五、功率和电能量测量,电子测量及仪器基础知识,功率的定义：视在功率（设备、电路可吸收的最大功率，VA）：SUI；S=sq

15、rt（P2Q2）；PS cos，QSsin；功率因数：cos,五、功率和电能量测量,电子测量及仪器基础知识,功率的测量：模拟式仪表，常用电动式功率表单相测量有功功率：电流线圈与负载串联，电压线圈经限流电阻与负载并联；*为同名端，必须接在一起；可测交流、直流功率。二表法测量三相有功功率：可以证明，总有功功率 pp1p2,五、功率和电能量测量,电子测量及仪器基础知识,功率的测量：模拟式仪表，常用电动式功率表二表法测量三相无功功率可以证明 QQ1Q2 3UI sin,五、功率和电能量测量,电子测量及仪器基础知识,功率的测量：交流采样原理 单相有功对电压电流的乘积求平均；三相有功采样二表法对二个电压、

16、二个电流的乘积的和求平均；将连续量离散化后得右式：自动跟踪频率，进行等间隔采样，保证精度；无功移相90度进行计算，通常每周期采36点，多采1/4周期，需采45点；计算功能利用FPGA、DSP实现。,五、功率和电能量测量,电子测量及仪器基础知识,电能量测量模拟仪表电能量测量（略）电子式电能量测量 积分式电能量测量在交流采样的基础上，对有功和无功功率积分，可得积分电量（不能用于结算，积分周期一般取一分钟）；计量芯片电能量测量（可作为计量器具）,五、功率和电能量测量,电子测量及仪器基础知识,电能量测量 电子式电能量测量 计量芯片电能量测量（可作为计量器具）要点：输入交流电压、电流；A/D变换；离散数

17、字运算得到单相或多相有功、无功功率；P/F变换，得到频率与功率成正比的脉冲信号（FH瞬时功率，FL平均功率）；对脉冲信号进行计数得到电量值；以上功能已可以封装在一颗芯片内完成（单相、三相）。,五、功率和电能量测量,电子测量及仪器基础知识,电能量测量电子式电能量测量 ATT7022B多功能防窃电基波谐波三相电能专用计量芯片适用于三相三线和三相四线应用；集成了6路二阶A/D变换器、以及所有功率、能量、有效值、功率因数以及频率测量的数字信号处理电路；可测量各相及合相总有功、无功、视在功率；有功、无功电量；各相电流、电压有效值，功率因数、相角、频率等参数；充分满足三相复费率多功能电能表的要求；精度：在

18、1000:1的动态范围内，非线性误差小于0.1%；有功测量满足0.2S 和 0.5S；无功测量满足2级和3级；电压、电流有效值精度优于0.5%。,五、功率和电能量测量,电子测量及仪器基础知识,电子式电能量测量 ATT7022B多功能芯片结构,六、常用电子测量仪器的使用注意事项,电子测量及仪器基础知识,注意仪表的使用环境和工作条件（温湿度、振动、工作位置、电池电压）；交流仪表的频率范围；交流测量的波形误差；仪表量限的选择，使测量值大于满度值的2/3；充分考虑仪表内阻对测量结果的影响（不破坏系统原有工作状态）；小电阻、大电流测试时，特别注意接触电阻的影响，必要时采用四线法测量。有效的运行检查输入短路，输出是否为零；输入加倍，输出是否加倍；对已知标准量进行测试比对；必要时与同类仪表进行测试比对；,附录、常用电工仪表分类,电子测量及仪器基础知识,附录、常用电工仪表分类,电子测量及仪器基础知识,