电气测量的特点和方法

电气测量的特点和方法

测量的方法

测量的过程实际上是一个比较的过程.

（就是以同性质的的标准量与被测量比较，并确定被测量对标准量的倍数）

标准量也称单位量。

标准单位量的实体称为度量器

度量器就是测量单位或测量单位分数、整数倍的复制体。

电气测量是泛指以电磁技术为手段的电工测量和电子技术为手段的电子测量的电工电子系统的综合测量。

一、测量方式的分类

1、 直接测量——指被测量与度量器直接在比较仪器中进行比较。从而求得被测量的数

值。

特点：测量出数值就是被测量本身的值。

例如用电流表测电流。

2、 间接测量——利用被测量与某种中间量之间的函数关系,先测出中间量,然后通过计

算公式,算出被测量的值.

例如用伏安法测量电阻,先测出被测电阻两端的电压和通过该电阻的电流,再用欧姆定律,间接计算出电阻的数值.

特点:手续繁多,花费时间长在下列情况下才进行间接测量.

A 、 直接测量不方便。（例如直接测量晶体管集电极电流c I 很不方便，可直接测量

集电极电阻（c R ）上的电压Rc U 再用c

RC c R U I =算出） B 、 直接测量误差大。

C 、 缺乏直接测量仪器

3、 组合测量——使各个被测量的未知量以不同的组合形式出现，通过直接测量和间接

测量所获得的数据，再求解一组联合方程组而求得被测量数值。

例如：测量标准电阻的电阻温度系数βα和

标准电阻的电阻值与温度t 之间的数值关系为：

()[]

220)20(201-+-+=t t R R t βα

因此：可在20度、21t t 和三个温度下分别测量三个电阻值,再求解方程组. 特点手续繁多，较花费时间但容易达到较高的精度，通常在实验室中使用。

二、测量方法分类

1、 直读法——用电测量仪器仪表直接读取被测量数值的方法。

例如：利用万能表测量电流电压都属于这种方法。

特点：测量过程简单、迅速。但准确度受仪表误差的限制。

2、 比较法——将被测量与标准量具置于比较仪器上进行比较

特点：量具直接参与测量过程。

比较法又分为三种

A 、 零值法——被测量与已知量进行比较时两种量对仪器的作用相消为零的方法 例如用电桥测电阻，具体电路

当调节电阻0R 使电桥公式02

1R R R R x =保持恒等时,指令仪表P 的读数为零. 零值法的测量精确度决定于标准量的精确度和指零仪的灵敏度.

天平测重量就是一种零值法的实例

B 、 差值法——通过测量已知量与被测量的差值,从而求得被测量的一种方法。 例如用电位差计测量电池的电动势，在这里作为度量器

电位差计可以测出被测量0E 和差值δ求得被测量x E

δ+=0E E x

通常差值δ很仅仅是被测量的很小一部分，例如δ为x E 的1/100

C 、 替代法

替代法是将被测量与已知量先后两次接入同一个测量装置，如果两次测量中测量装

置的工作状态保持不变，则认为替代前接在装置上的已知量，与替代后的已知标准量其数值完全相等

三、误差及其主要来源

一切测量结果都具有误差，误差自始至终存在于所有测量过程之中。

1、 测量误差的表达形式。

表达形式有三种

绝对误差、相对误差、引用误差

1） 绝对误差——指示值（测量值）与实际值（真值）之间的差值称为绝对误差以

A ∆表示

（其大小和符号分别表示测量值偏离真值的程度的方向）

（在计量学上被测量的真值是得不到的，因此只能用被测量的实际值或称约定真值A 代替被测量的真值0A ，采用的方法：

a 、 用比所用仪表的精度等级高一级或数级的仪表的指示值作为被测量的实际

值

b 、 在测量次数足够多时，仪表示值的算术平均值作为被测量的实际值）

0A A A x -=∆

绝对误差的单位与被测量的单位相同,符号可能为正,也可能为负.

例:电压表测电压,读数为200V ，而用标准表测得的值为200V ，若认为

标准表读数为真值则绝对误差是

V A 1200201=-=∆

在实际测量中除绝对误差外，还常用到修正值

修正值——与绝对误差等值反号

用C 表示

A A A C -=∆-=0

作用：修正值C 是通过检定（校准）由上一级标准（或基准）以表格、曲线、公式或数字等形式给出的。

2） 相对误差——绝对误差A ∆与实际值0A 之比称为相对误差，以γ表示，计算结

果用百分数表示

%1000

⨯∆=A A γ 由于指示值与实际值比较接近，所以0A 可以用x A 代替，则相对误差为： %100⨯∆=Ax

A γ 从例1-1看出：测量同一个量，绝对误差小，测量结果愈准确，

3） 引用误差——以绝对误差∆与仪表上量限A m 的比值所表示误差称为引用误

差。

%100⨯∆=m

m A A γ 引用误差可用来比较测量不同大小被测量之间的精确度。

另外从引用误差的公式中的分子分母都由仪表本身性能所决定，所以最大引用误差可以用来评价仪表性能，在实用中就用它表征仪表准确度的等级。

2、 误差的分类和来源

误差产生的原因：如磁场、电源频率等偶然变化都可能引起误差。另外观测者本身感官分辨本领也是误差的来源。

1） 系统误差——指在相同的条件下，多次测量同一个量时，误差大小和符号均保

持恒定，或按一定规律变化（例如有规律地逐渐增大或周期性增大和减小）的一种误差

主要由以下因素决定；

（1） 工具误差——在测量时由于使用的仪表、仪器不准确所引起的基本误

差。如刻度不准等。

（2） 方法误差——测量方法不够完善，所依据的理论不够严密产生的。

（3） 环境误差——测量工具偏离了规定工作条件使用时而引起的误差。

（4） 人为误差——由实验操作者的能力引起的误差。

2） 随机误差（偶然误差）——由偶发原因出现的一种大小、方向都不能确定的误

差。

3） 粗大误差——由测量人员的粗心造成的严重歪曲测量结果的误差。

四、减弱或消除误差的方法

1、 消除系统误差的基本方法

对于系统误差，最彻底的消除方法就是改进仪表的制造工艺选择优良的元器件、加强各种屏蔽措施防护外界环境对仪表的影响。

但做到无误差是不可能的，只能用某些补偿办法消除可能出现的误差。

补偿的的方法

（1） 等值替代法

方法：对被测量进行测量，然后用一个适当大小的标准已知量支替代被测量.在保证其它测量条件不变的情况下,改变已知标准量到某数值,使测量仪器仪表恢复到原来状态,于是被测量就等于该标准量.

例：用等量替代法在电桥上测量电阻的电路。