电气测量

一、名词解释：
1直接测量：是直接从实验数据中取得测量结果，实验数据可以直接从指示仪表上获得，也可以直接与被测量比较而得到。

2间接测量：是通过测量一些与被测量有函数关系的量，通过计算得到测量结果。

3组合测量：是指在多次直接测量具有一定函数关系的某些量的基础上，通过联立求解各函数的关系式，来确定被测量大小的方法。

4直读测量法：是利用电测指示仪表进行测量。

5比较测量法：是被测量与标准量进行比较而得到结果。

6基本误差：仪器在正常工作条件下进行测量时，由于内部结构和制造不完善所具有的误差，称为基本误差。

7附加误差：仪器偏离其正常工作条件而产生的除上述基本误差外的误差。

8绝对误差：测量值与被测量的真值之间的差值。

9相对误差：绝对误差 与被测量0A 的真值的比值。

10引用误差：仪表的基本误差与其量限之比。

11量化误差：计数器固有的原理性误差。

12传感器定义：传感器是一种以精确度把被测量（主要是非电量）转化为与之有确定关系、便于应用的某种物理量（主要是电量）的测量装置。

13金属的应变效应：金属导体在外力作用下发生机械形变时其电阻值发生变化的现象。

14半导体的压阻效应：沿一块半导体的某一轴向施加一定的载荷而产生应变时，它的电阻率会发生变化，这种现象称为半导体的压阻效应。

15自感式感应器：是把被测量转化成自感L 的变化，通过一定的转化电路转换成电压或电流输出。

16差动变压器：是把被测的非电量变化转换成线圈互感量的变化。

这种传感器是根据变压器的原理制成的，并且次级绕组用差动的形式连接，故称为差动变压式传感器，简称差动变压器。

17霍尔效应：当载流导体或半导体处于与电流相互垂直的磁场中时，在其与电流和磁场构成的平面相垂直的导体或半导体两端面将产生电位差，这一现象被称为霍尔效应。

18压电效应：某些单晶体或多晶体瓷质电解质，当沿着一定方向对其施力而使它变形时，内部就产生极化现象，同时在他的两个对应晶体面上产生符号相反的等量电荷，当外力消失后，电荷也消失，又重新恢复不带电状态，这种现象成为压电效应。

19电热效应:当两种不同的导体（金属或合金）A 和B 组成一个闭合回路，若两接触点的温度0(,)T T 不同,则回路中有一定大小电流，则表明回路中有电势产生，该现象称为热电势效应，通称热电效应。

20光电效应：用光照射某一物体，可以看做一连串能量为的光子轰击在这个物体上，
此时光子能量就能传递给电子，并且是一个光子的全部能量一次性地被一个电子所吸收，电子得到光子传递的能量后其状态就能全发生变化，从而使受光照射的物体产生相应的电效应。

二、填空：
1. 计量的主要特征：（统一性）、准确性和（法制性）。

2.利用可动线圈中的（电流）与固定的永久磁铁产生的（磁场）相互作用而工作的测量仪表称为磁电系仪表。

（Ｐ１２）
3.电磁系测量机构与磁电系测量机构的区别在于：它的磁场由（被测电流）通
过（固定线圈）产生，而磁电系测量机构的磁场由（永久磁铁）产生。

（Ｐ
２３）
4. 当被测电量通过测量线路进入（测量机构）时，借助于固定部分和可动部分的（电磁场）的作用，产生使可动部分转动的（力矩），可动部分的指针发生偏转。

5.磁测量主要包括对（空间磁参量）的测量和对（磁性材料性质）的测量。

（Ｐ９４）
6. 时间和相位关系密切，一个周期的（时间间隔）对应的相位差为（360°），相位的变化可以利用测量（时间）的方法测量。

7．双斜积分式DVM 工作过程主要有三个阶段：（准备阶段）（采样阶段）（比较阶段）。

8.交流电压的大小，可以用（峰值）、平均值、（有效值）、（波形系数）、（波峰系数）来表征。

9.在空间，Ｂ和Ｈ的关系如何？写出关系式。

（Ｐ９４）
答：在空间，Ｂ和Ｈ存在线性关系，可以写成0B H μ=,常数0μ为磁导率，其值为7410H m π-⨯
10．在磁性材料中，Ｂ与Ｈ的关系如何？写出关系式。

（Ｐ９４）
答：在磁性材料中，Ｂ与Ｈ的关系比较复杂，是非线性和非单值的关系，因为磁性材
料的滞后效应和滞后性，形成了静态磁滞回线和动态磁滞回线，磁导率 11.传感器的基本组成有哪些？（Ｐ１１４） 答:敏感元件、转换元件、转换电路
12.电位差计和电桥都属于（比较式）测量仪表，电位差计用于测量（有源量），而直流电桥专用于测量（电阻）。

（Ｐ３４）
13.直流电位差计能提供（可变）、（准确）的标准直流电压Ｕｓ，用以与被测
电压Ｕｘ（比较），用（磁电系检流计）做检测仪表。

（Ｐ３１）
14. 最精密地复现或保存单位的物理现象或实物称为（基准）
15. 如果基准是通过物理现象建立的称为（自然基准）。

由实物或装置建立的称为（实物基准）。

16.标准电池组是性能及其稳定的（化学电池），单位值（1.0186）V （P7）
17. 标准电阻是（复现）和（保存）电阻单位“欧姆”的实体（P7）
18. 用两个伏特表测量两个电压，一个电压的测量值为200伏，绝对误差为1.5
伏；另一个的测量值为20伏，绝对误差为0.5伏。

则绝对误差：前者0lim
i H B H
μ→=
比后者大；相对误差：前者为（0.75%），后者为（2.5%）
19.当仪表的准确度等级给定后，所选仪表的量限（越接近）被测量的值，测量误差（越小）。

（P10-P11）
三、简答题：
1．磁电系指针仪表的特点有哪些？（P14）
答：（1）α为0I的单值函数，当0I改变符号时，α的符号也改变（即指针偏
转方向改变）。

所以，磁电系仪表指针的零点一般在标尺的中间，这样可由指针的偏转方向确定电流的流动方向。

若电流方向不断改变，则指针的偏转也不断变化，所以磁电系测量机构只能测量直流而不能测量交流。

I是通过游丝导入线圈的，游丝的电阻较大，流过大电流时容易发热而改变（2）
其弹性，引起测量误差，所以，磁电系测量机构的耐过载能力较差。

ψ是穿过可动线圈的磁链，其大小取决于永久磁铁的磁感应强度B，而B的（3）
值一般做得很大，可动线圈中流入很小的电流就可以产生很大的转矩，因而使磁电系测量机构的灵敏度较高，消耗的功率很小。

也正是因为它的内部磁场很强，所以受外界磁干扰较小。

2．简述串联式峰值检波器的工作原理，并绘出检波电路图。

（见课件）
串联式峰值检波器由检波二极管D和检波电容器C和负载电阻R组成。

当输入电压为正半周时，D导通，C充电，其两端电压为被测电压的峰值，被测电压下降时，C电压值下降缓慢。

被测电压小于C电压时，D反向截止，C向R放电，持续到下一个正半周，C再次充电。

3.画出电子计数器的组成框图，说明基本组成电路。

（见课件）
(1)输入通道
输入通道包括放大、整形电路。

各种被测信号(如正弦波、三角波、锯齿波等)经过放大、整形后转换成矩形脉冲信号，然后在主闸门的控制下进入十进制计数器。

(2)时间基准电路
由晶体振荡器和分频器组成。

石英晶体振荡器产生稳定的时钟信号，经过分频后可以得到一系列周期已知的标准信号。

这些信号可以作为计数器的标准计数脉冲(填充脉冲)，也可以作为各种时间基准，控制计数器的门电路。

(3)控制电路
控制电路在所选择的基准时间内打开主闸门，允许整形后的被测脉冲信号输入到计数器中。

(4)计数器和显示器
对控制门输出的信号进行计数，并显示计数值。

4.简述二极管相敏检波电路的主要作用。

（P175）（写的有点少，自行增加） 二极管相敏检波电路容易做到输出平衡，而且便于阻抗匹配。

5． 说明逐次逼近比较式DVM 工作过程的三个基本环节及其作用。

（P72） 三个基本环节：基准源、数/模转换器和比较器
这种电压表的准确度主要取决于基准源、数/模转换器和比较器的性能指标。

其突出特点是速度快；但是，由于与标准电压比较的是被测电压的瞬时值，没有能力去识别被测电压中是否混有交变的干扰信号，故抗干扰能力较差。

6．试说明相位差转换为时间间隔进行测量的基本思想。

（自查资料）。

用开门时间内计数器计得的标准脉冲个数来度量时间间隔 。

先量出时间间隔，再换算为相位差。

相位差为x ϕ的两信号经整形放大成尖脉冲，分别打开关闭控制门。

控制门开启时间正比于x ϕ，控制门1打开期间，由晶闸管振荡器产生标准脉冲通过控制门1，标准脉冲的周期固定，在控制门开启时间内通过控制门的标准脉冲数可知，第二个信号通过控制门2，也可得出通过脉冲个数，与控制门1所得数据相比。

第二个信号正比于被测相位。

即实现相位差与时间间隔的转化。

7．检定2级量程100V 的电压表，在40V 刻度上，标准电压表读数为41V ，问此表是否合格？为什么？
答：合格 因为根据公式有 所以合格 8．利用热电偶测温必须具备的基本条件是什么？（见课件）
如果热电偶两个电极的材料相同，两接触点温度虽不同，但不会产生热电势；如果两电极的材料不同，但两接触点温度相同，也不会产生热电势；所以热电偶工作的基本条件为：两电极材料必须不同，两接触点温度必须不同。

4140100%100%1%2%100n m A γ∆-=⨯=⨯=<
9. 何谓零点残余电压？说明该电压产生的原因及消除方法.（P170）
零点残余电压：差动变压器在零位移时的输出电压
产生原因：
（1）由于两个二次测量线圈的等效参数不对称，使其输出的基波感应电动势的幅值和相位不同，调整磁芯位置时，也不能达到幅值和相位同时相同。

（2）由于铁芯的B-H 特性的非线性，产生高次谐波不同，不能互相抵消。

消除方法：
（1）在设计和工艺上，力求做到磁路对称，线圈对称。

铁芯材料要均匀，要经过热处理去除机械应力和改善磁性。

两个二次侧线圈窗口要一致，两线圈绕制要均匀一致。

一次侧线圈绕制也要均匀。

（2）采用拆圈的实验方法来减小零点残余电压。

其思路是，由于两个二次侧线圈的等效参数不相等，用拆圈的方法，使两者等效参数相等。

（3）在电路上进行补偿。

线路补偿主要有：加串联电阻，加并联电容，加反馈电阻或反馈电容等。

10．推导差动变压器的输出量与输入量的关系式（P170-P172） 在差动变压器的电路中，当初级开路时有..
1111U I r j L ω=+，式中.1U 为初级线圈激励电压；ω为激励电压.1U 的角频率；.
1I 为初级线圈励磁电流；1r 和1L 为初级线圈的电阻和电感。

根据电磁感应定律，次级绕组中感应电势的表达式为 ..
211A E j M I ω=-,
..212B E j M I ω=- 式中1M 和2M 为初级绕组与两个次级绕组的互感。

由于两个次级绕组反相串联，且考虑到次级开路。

则
()....12122211A B j M M U U E E r j L ωω-=-=-+其输出电压有效值为
2M M U U ω-=（1）当活动衔铁处于中间位置时12M M M == 则 20U =
（2）当活动衔铁向2A W 方向移动时，12,M M M M M M =+∆=
-∆则2U = ， .2U 和.
2A E 同相。

（3）当活动衔铁向2B W 方向移动时, 12,M M M M M M =-∆=+∆故
2U =，.2U 和.
2B E 同相。

11.判断电容式传感器的类型。

（P186）（看图记住类型）
12.怎样确定热电极的极性？（P228-P229）
热电极的极性确定：测量端失去电子的热电极为正极，得到电子的热电极为负极。

对热电势符号，规定写在前面的分别为正极和高温，写在后面的分别为负极和低温。

实验判别热电势的方法是将热端稍加热，在冷端用直流电表辨别。

13.热电偶的基本定律(P229)（此题写的有点少，可适当增加）
1均质导体定律2中间导体定律3中间温度定律
14.热电偶式电压表的工作原理（P237）
通过被测交流电压对热电偶的热端进行加热，则热电势将反映该交流电压的有效值从而实现了有效值检波。

被测电压对电热丝加热，热电偶的热端感应加热丝的温度，维持冷端温度不变，并通过连接导线连接直流微安表（连接导线将不会改变热电偶回路中的热电势）。

如果在被测电压的作用下，热端温度不断升高（热端与冷端温差加大），从而产生热电势。

使热电偶回路中产生直流电流，并由该直流电流驱动微安表表头。

15．P42—习题2-26、
解：cos 1000.90.5P UI U ϕ===⨯⨯ 解得：222.2U V =
2.5150375P UI ==⨯= 2.530075P U I ==⨯= 53001500P U I ==⨯= 103003000P UI ==⨯= 考虑到150222.2300<<所以选择\2.5A V 的表。

根据公式 2.5300100150
N N
m U I P ααα⨯=== 解得20α= 所以偏转20格 16．P43---习题2-33(1)
解：由图形知此电桥为虚比型422,0ϕπϕ=-=，由平衡条件得132,ϕϕπ-=所以1z ，3z 一个是感性阻抗，一个是容性阻抗，又因为1z 是感性阻抗，所以3z 一定是容性阻抗。

下面验证：因为2314z z z z =，将题中11111
j L R z j L R ωω+=⨯,22z R =，41z j c ω=-代入得32211211z j R L c cR R ωω=--，因为1210cR R ω-<所以3z 是容性阻抗。