电工仪表与测量(基础)

【结论三】：在测量不同大小的被测量时，不能简单地用
绝对误差△来判断测量结果的准确程度。实际测量中， 相对误差不仅常用来表示测量结果的准确程度，而且便 于在测量不同大小的被测量时，对其测量结果的准确程 度进行比较。
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【结论四】：引用误差实际上就是仪表在最大 读数时的相对误差，即满度相对误差。因为绝 对误差基本不变，仪表量程也不变，故引用误 差可用来表示一只仪表的准确程度。
间接测量
组合测量
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测 量 方 法
直读法 比较法
利用仪表直接读取测量数据。 将被测量与度量器放在比较仪器上进 行比较，从而求得被测量的数值。 比较仪表指零时，从度量器读出 被测量的数值 从比较仪求得差值，根据度量器数 值和比较差值，求得被测量的数值。 将已知量与被测量先后置于同一测 量装置中，若两次测量装置都处于 相同状态，可认为被测量等于已知 量，再从已知量读出被测量值。
疏忽误差
疏忽误差：测量人员疏忽造成
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1、系统误差产生原因及消除办法
• ①.仪表本身结构造成的误差:这种误差可通过改善材料 性能与制造工艺来消除.例如摩擦误差,是仪表的可动部 分采用转轴式结构必然会产生的一种误差.只要改善转轴 材料或采用悬丝结构或选用数字显示形式代替.误差就可 以减小或消除。 • ②.外界干扰造成的误差:如电磁干扰,地磁干扰.可以在 结构上采用屏蔽法、或在测量方法上采取比较法、正负 误差补偿法，减少或消除干扰所造成的影响。例如测量 后将仪表调转 180°，重测一次，用两次测量平均值作 为测量值，以消除地磁的影响，或利用校正值求得被测 量的真值。 • ③.环境条件变化造成的误差:只要改善环境条件，例如 使用空调,或在内部结构中进行补偿,例如电阻温度的的 正负补偿，都能使误差得以减少或消除。
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二、 电工仪表的组成 1、模拟指示仪表的组成
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模拟指示仪表中的三大部件
1.产生转动力矩的装置：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.产生反作用力矩的装置：主要有游丝、悬丝等。 3.产生阻尼力矩的装置：可以利用电磁阻尼、空气阻尼、油阻尼等。
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2. 工作原理
(1) 转动转矩T 的产生 线圈通入电流 I 电磁力 F 线圈通入电流 I 电磁力 F 线圈受到转矩 T 线圈和指 针转动， 线圈受到的转矩 T = k1I (2) 阻转矩TC的产生 在线圈和指针转动时，螺旋弹簧 被扭紧而产生阻转矩TC。
F
N
S
F
弹簧的TC与指针的偏转角成正比，即
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第一节
电工仪表与测量基本知识
3、数字式仪表 • 数字仪表的特点：采用数字测量技术，并以数码的形式直 接显示出被测量的大小。 • 数字仪表的分类：常用的有数字式电压表、数字式万用表、 数字式频率表等。 • 典型仪表：数字式电压表 4、智能仪表 • 智能仪表的特点：利用微处理器的控制和计算功能，这种 仪器可实现程控、记忆、自动校正、自诊断故障、数据处理和分 析运算等功能。 • 智能仪表的分类：智能仪表一般分为两大类：一类是带微 处理器的智能仪器；另一类是自动测试系统。 • 典型仪表：数字式存储示波器
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2、偶然误差产生原因及消除办法
• ①.偶然误差又称为随机误差，是一种大小和符号都不确 定的误差，即在同一条件下对同一被测量重复测量时，各 次测量结果都不一致，没有确定的变化规律。产生偶然误 差的原因很多，如温度、湿度、磁场、电场、电源频率等； 此外，观测者本身感官分辨本领的限制，也是偶然误差的 一个来源。偶然误差反映了测量的精密度，偶然误差越小， 精密度就越高。反之则精密度越低。 系统误差和偶然误差是两类性质完全不同的误差。系 统误差反映在一定条件下误差出现的必然性；而偶然误差 则反映在一定条件下误差出现的可能性。系统误差和偶然 误差两者对测量结果的综合影响反映为测量的准确度，又 称精确度。
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【结论一】：基本误差是仪表本身所 固有的误差，操作者是不能让其减少 的，而附加误差实际 上是一种因外界工作 条件改变而造成的 额外误差，是可 以减少甚至 消除的。
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（二）误差的表示方法
1、绝对误差 a、概念：仪表的指示值AX与被测量实际值AO之间的差值，叫做绝对 误差。用△表示。 b、公式：△＝ AX － AO 2、相对误差 a、概念：绝对误差△与被测量实际值AO比值的百分数，叫做相对误 差。用γ表示。 b、公式：γ=（△/ AO)Ⅹ100% 3、引用误差 a、概念：绝对误差△与仪表量程（最大读数）Am比值的百分数叫 引用误差。用γm表示。 b、公式：γm＝（△/Am）Ⅹ100%
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3.疏失误差产生原因及消除办法 • ①.疏失误差 疏失误差是在测量过程中由于操作、读数、记录和计 算等方面的错误所引起的一种明显歪曲测量结果的误差。 例如对测量仪表的不正确读数，对观察结果的不正确记录 等等。显然，凡是含有疏失误差的测量结果是应该摒弃的。 • ②.疏失误差的消除 由于疏失误差大多数情况下由测量人员粗心大意造成的， 所以测量人员要有严谨的科学态度和工作作风，加强责任 心。测量结果是显然错误的，并且常常严重地歪曲了测量 的结果，因此，包含有疏失误差的测量结果是不可信的， 应予以抛弃。
电工仪表与测量基本知识
1、指示式仪表 • 特点：能将被测量转换为仪表可动部分的机械偏转角，并通 过指示器直接指示出被测量的大小，故又称为直读式仪表。 •按工作原理分类 ：主要有磁电系仪表、电磁系仪表、电动系 仪表和感应系仪表。此外，还有整流系仪表、铁磁电动系仪表等。 •典型仪表：安装式仪表、便携式仪表 2、比较式仪表 • 比较仪表的特点：在测量过程中，通过被测量与同类标准量 进行比较，然后根据比较结果才能确定被测量的大小。 • 比较仪表分类：直流比较仪表和交流比较仪表。直流电桥和 电位差计属于直流比较仪表，交流电桥属于交流比较仪表。 • 典型仪表：比较式直流电桥
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概念延伸：
例题2：已知甲表测量200V电压时△1＝+2V，乙表测量10V电压时△2＝ +1V，试比较两表的相对误差。 解：甲表的相对误差为：γ1=（△/ AO)Ⅹ100% ＝（+2/200）Ⅹ100%＝+1% 乙表的相对误差为：γ2=（△/ AO)Ⅹ100% ＝（+1/100）Ⅹ100%＝+10%
【结论二】 ：绝对误差有正负之分。正误差说明仪表指 示值比实际值大，负误差说明指示值比实际值小。实际上 在测量同一被测量时，我们可以用绝对误差的绝对值|△| 来比较不同仪表的准确程度。|△|越小的仪表越准确。实 际应用中，对准确度较高的仪表一般都给出该表的校正值， 以便在测量过程中校正被测量的指示值，从而提高测量准 确度。
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（三）仪表的准确度 • 准确度：仪表的最大绝对误差△m与仪表量程Am比值的百 分比。（±K%） ±K%= (△m/ Am) ×100% 国家标准中规定以最大引用误差来表示仪表的准确度。 最大引用误差越小，仪表的基本误差越小，准确度越高。 根据国家标准规定，我国生产的电工仪表的准确度共7级。
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二、电磁式测量机构
3
1. 结构
主要部分是固定的 圆形线圈、线圈内部有 固定的铁片、固定在转 轴上的可动铁片。
零值法 较差法
替代法
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第二节
1. 结构
常用测量机构
一、磁电式测量机构
(1)固定部分 马蹄形永久磁铁、 极掌NS及圆柱形铁心 等。
(2)可动部分 铝框及线圈，两 根半轴O和O，螺旋 弹簧及指针。
指针
线圈
O' 圆柱形 铁心 S
I
N O
Hale Waihona Puke 永久磁铁螺旋弹簧I
极掌与铁心之间的空气隙的长度是均匀的，其中产生均 匀的辐射方向的磁场。
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2、数字仪表的组成
被测量x
电压 U
测量线路
A/D 转换
数字显示器
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
通过A/D 转换 将电压转换为 数字脉冲
数字脉冲 经译码加 到显示器
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三、测量误差
（一）仪表的误差及分类 1、基本概念： 误差：测量结果与被测量的实际值之间的差值。 准确度：仪表的测量结果与实际值的接近程度。 2、分类 1）基本误差 仪表在正常工作条件下（指规定的温度和放置方式，没有外电 场和外磁场的干扰等），由于仪表的结构、工艺等方面的不完善 而产生的误差。 2）附加误差 仪表因为偏离了规定的工作条件（如温度、频率、波形的变化 超出规定的条件，工作位置不当或存在外电场和外磁场的影响时） 而产生误差。
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（五）常用电工测量方式 直接测量 测 量 方 式
指仪表读出值就是被测的电磁量，例 如用电流表测量电流，用电压表测量 电压。
指要利用某种中间量与被测量之间的 函数关系，先测出中间量，再算出被 测量。例如用伏安法测电阻。 指被测量与中间量的函数式中还有其 他未知数，须通过改变测量条件，得 出不同条件下的关系方程组，然后解 联立方程组求出被测量的数值。
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概念延伸： 例题1：用一只标准电压表来校验甲、乙两只电压表，当标准表 的指示值为220V时，甲、乙两表的读数分别为220.5V和219V，求甲、 乙两表的绝对误差。 解：甲表的绝对误差： △1＝AX－AO＝220.5－220＝+0.5V 乙表的绝对误差： △2＝AX－AO＝219－220＝－1V
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目 录
电工仪表与测量
第一节 电工仪表与测量基本知识
一、电工仪表的分类、组成与误差 二、常用电工测量方法及测量误差
第二节 常用测量机构
一、磁电系测量机构 二、电磁系测量机构
三、电动系测量机构
四、感应系测量机构
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第一节
一、电工仪表的分类
TC = k2
当弹簧的阻转矩T与线圈受到的转矩TC达到平衡时，可 动部分停止转动，此时有 T = TC
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当弹簧阻转矩与转动转矩达到平衡即TC= T 时，可转 动部分便停止转动， T = k1I ， TC= k2 。 即指针的偏转角
k1 α I kI k2
结论: 指针偏转的角度与流经线圈的电流成正比。 仪表的标度尺上作均匀刻度。
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• ②.偶然误差的消除 与系统误差不同，对于偶然误差，不能用试验的方法加 以检查和消除，只能根据多次测量中各种偶然误差出现 的或然率用统计学的方法加以处理。理论和实践证明， 在足够多次的测量中，绝对值相等的正误差和负误差出 现的机会(次数)是相同的，而且，小误差比大误差出现 的机会总是更多。 这样，在足够多次的测量中，偶然误差的算术平均值必 然趋近于零。这是因为在一系列测量的偶然误差总和中， 正、负误差互相抵消的结果。由此可知，为了消除偶然 误差对测量结果的影响，可以采用增加重复测量次数的 方法来达到。测量次数愈多，测量结果的算术平均值愈 趋近于实际值。所 以，在测量仪器仪表选定以后，测量次数是保证测量精 密度的前提。 在工程测量中，由于偶然误差较小，通常可以不予考虑。
3. 阻尼作用的产生
当线圈通入电流而发生偏转时，铝框切割磁通，在框内 感应出电流，其电流再与磁场作用，产生与转动方向相反的 制动力，于是可转动部分受到阻尼作用，快速停止在平衡位 置。
第6单元 电工仪表与测量
4.用途 测量直流电压、直流电流及电阻。 5.优点： 刻度均匀；灵敏度和准确度高；阻尼强；消耗 电能量小；受外界磁场影响小。 缺点： 只能测量直流；价格较高；不能承受较大过 载。
准确度等级 基本误差% 0.1 ±0.1 0.2 ±0.2 0.5 ±0.5 1.0 ±1.0 1.5 ±1.5 2.5 ±2.5 5.0 ±5.0
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（四）测量误差的分类
基本误差：由仪表结构造成的误差 系统误差 附加误差：偏离规定的工作条件造 成的误差 测量误差 随机误差 偶发原因引起大小方向都不确定 的误差