电磁测量 第三章

∆ γ= × 100% A0
称为实际相对误差。 称为实际相对误差。 实际相对误差 实际测量中，由于A 难以测得，有时用仪表示值A 实际测量中，由于A0难以测得，有时用仪表示值Ax代 替真值， 替真值，则 称为示值相对误差 称为示值相对误差。
∆ γ= × 100% Ax
工程上用相对误差来计算测量结果的误差 工程上用相对误差来计算测量结果的误差 相对误差
3.3 电气测量指示仪表的误差及准确度 电气测量指示仪表的误差及 误差
一、指示仪表的误差 仪器仪表的读数 真值之间总存在一定的 读数与 仪器仪表的读数与真值之间总存在一定的 差值，这个差值就称为误差。 差值，这个差值就称为误差。
1. 仪表误差的分类
根据产生误差的原因，仪表误差可分为基本 根据产生误差的原因，仪表误差可分为基本 误差和附加误差两类： 误差和附加误差两类： 两类 (1)基本误差 基本误差 仪表在规定的正常工作条件下进行测量时， 正常工作条件下进行测量时 仪表在规定的正常工作条件下进行测量时， 由于仅表本身的结构、制造工艺、 由于仅表本身的结构、制造工艺、材料性能 不完善所造成的误差称为仪表的基本误差。 不完善所造成的误差称为仪表的基本误差。 这种误差是无法消除的，故又称为仪表的固 这种误差是无法消除的，故又称为仪表的固 有误差。 有误差。 (2)附加误差 附加误差 由于仪表偏离 偏离其规定的正常工作条件时所引 由于仪表偏离其规定的正常工作条件时所引 起的误差称为附加误差。 起的误差称为附加误差。
3.1 电气测量指示仪表的分类
1．按仪表的工作原理分 ．按仪表的工作原理分 工作原理 主要有：磁电系、电磁系、电动系、感应系、整流系、 主要有：磁电系、电磁系、电动系、感应系、整流系、 静电系、热电系、电子系。 静电系、热电系、电子系。 2．按被测量的名称 或单位 分 或单位)分 ． 被测量的名称(或单位 电流表，电压表，功率表，兆欧表，欧姆表，电度表， 电流表，电压表，功率表，兆欧表，欧姆表，电度表， 相位数表，频率表以及多种用途的万用表、 相位数表，频率表以及多种用途的万用表、 3．按被测量的变化规律分 ． 被测量的变化规律分 直流表、交流表、交直流两用表。 直流表、交流表、交直流两用表。 4．按使用方式分 ． 使用方式分 安装式仪表和可携式仪表。 安装式仪表和可携式仪表。
& α
& M P = −pα
的方向相反 的方向相反
& 活动部分偏转角速度 α—活动部分偏转角速度
阻尼力矩系数p 阻尼力矩系数
适当选择阻尼力矩系数p，活动部分就能较快地稳 适当选择阻尼力矩系数 ，活动部分就能较快地稳 较快地 定到平衡位置上，这种阻尼状态称为临界阻尼状态。 临界阻尼状态 定到平衡位置上，这种阻尼状态称为临界阻尼状态。 临界阻尼状态时的阻尼力矩称为临界阻尼力矩， 临界阻尼状态时的阻尼力矩称为临界阻尼力矩，用 Mc表示。 表示。 表示 当阻尼力矩Mp较大（MP>MC）时，活动部分缓慢 较大（ 活动部分缓慢 当阻尼力矩 较大 偏转到平衡位置，这种阻尼状态称为过阻尼状态。 地偏转到平衡位置，这种阻尼状态称为过阻尼状态。 当阻尼力矩Mp较小 P<MC)时，活动部分偏转到 较小(M 当阻尼力矩 较小 时 平衡位置时，不能马上稳定下来， 平衡位置时，不能马上稳定下来，需要作一系列衰减 周期性摆动，才能稳定下来。这种阻尼状态称为欠 的周期性摆动，才能稳定下来。这种阻尼状态称为欠 阻尼状态。 阻尼状态。
测量机构与测量线路的概念
电气测量指示仪表的主要作用： 电气测量指示仪表的主要作用：将被测量变换成仪表活动 主要作用
部分(指针 的偏转角或位移 部分 指针)的偏转角或位移。 指针 的偏转角或位移。 测量机构的概念:指示仪表内必然有一个能够在被测量 测量机构的概念 指示仪表内必然有一个能够在被测量 作用下，引起指针发生偏转的机构。 偏转的机构 作用下，引起指针发生偏转的机构。 引起测量机构活动部分偏转的作用力矩是由电流和磁 场的相互作用而产生的，所以必须给测量机构 测量机构施加一 场的相互作用而产生的，所以必须给测量机构施加一 电流， 定的电流 活动部分才能偏转。 定的电流，活动部分才能偏转。一般测量机构中允许 通过的电流较小，即测量机构能够直接接受的量y一般 通过的电流较小，即测量机构能够直接接受的量 一般 是较微弱的电流。 是较微弱的电流。 测量线路的概念:如果被测量 如果被测量x是较大的电流或其它量 测量线路的概念 如果被测量 是较大的电流或其它量 (如电压、功率等 ，则必须通过一定的电路将被测量 如电压、 如电压 功率等)，则必须通过一定的电路将被测量x 变换为测量机构能够直接接受的中间量y。 为测量机构能够直接接受的中间量 变换为测量机构能够直接接受的中间量 。
1 1 α = ϕ( y) =源自文库F( x ) D D
M、Mf与α间关系 、
当M =Mf时， M ＝ ϕ(y) = ϕ[ f(x)] = F(x) = Mf = Dα α
M，Mf Mf = Dα M′′ M
1 1 α = ϕ( y) = F( x ) D D
0 α′ α α′′
M′
α
.
阻尼装置
测量机构中， 活动部分产生阻尼力矩的装置称为阻 测量机构中，对活动部分产生阻尼力矩的装置称为阻 产生阻尼力矩 尼装置。只对活动部分的摆动起阻碍作用 活动部分的摆动起阻碍作用， 尼装置。只对活动部分的摆动起阻碍作用，并不改变 平衡位置，即对测量结果没影响。 平衡位置，即对测量结果没影响。 特点： 特点： 大小要与活动部分的偏转速度成正比，方向与该速 要与活动部分的偏转速度 其大小要与活动部分的偏转速度成正比，方向与该速 度的方向相反 相反， 度的方向相反，即 p—阻尼力矩系数； 阻尼力矩系数； 负号表示Mp与 负号表示 与
2．误差的几种表达形式 ．
绝对误差、相对误差和 绝对误差、相对误差和引用误差 (1)绝对误差 绝对误差 仪表的测量值 与被测量的真值 测量值A 真值A 仪表的测量值 x与被测量的真值 0之间的差 值称为仪表测量的绝对误差， 值称为仪表测量的绝对误差，∆= Ax- A0 测量同一个量 同一个量时 的绝对值越小， 测量同一个量时，∆的绝对值越小，测量结果 越准确。 越准确。 被测量的实际值为A −∆)= 被测量的实际值为 0= Ax+(−∆ Ax+C −∆ C= − ∆ 其中 叫做更正值 更正值和绝对误差的大小相等、 更正值。 叫做更正值。更正值和绝对误差的大小相等、 符号相反 相反。 符号相反。
y = f(x) M ＝ ϕ(y) M ＝ ϕ(y) = ϕ[ f(x)] = F(x)
控制装置
测量机构中， 活动部分产生反作用力矩 测量机构中，对活动部分产生反作用力矩Mf的装 产生反作用力矩 置称为控制装置。 置称为控制装置。 控制装置一般由弹性元件 游丝或 组成。 控制装置一般由弹性元件——游丝或张丝组成。 弹性元件 游丝 张丝组成 Mf=Dα α 当M =Mf时， 即M ＝ ϕ(y) = ϕ[ f(x)] = F(x) = Mf = Dα α 得
驱动装置、控制装置、阻尼装置构及指示装置构成了 驱动装置、控制装置、阻尼装置构及指示装置构成了 电气测量仪表的测量机构。 电气测量仪表的测量机构。 从测量机构的作用原理分析，驱动装置、控制装置和 从测量机构的作用原理分析，驱动装置、控制装置和 阻尼装置是测量机构中不可缺少的部分 是测量机构中不可缺少的部分， 阻尼装置是测量机构中不可缺少的部分，故称它们为 测量机构的三要素 三要素。 测量机构的三要素。 分别产生的转动力矩 转动力矩M、反作用力矩M 阻尼力矩M 分别产生的转动力矩 、反作用力矩 f和阻尼力矩 P， 才使活动部分产生与被测量成一定关系的偏转角并很 快地稳定下来。 快地稳定下来。 这三种力矩中，转动力矩与反作用力力矩是一对 是一对主要 这三种力矩中，转动力矩与反作用力力矩是一对主要 矛盾，而其中转动力矩又是矛盾的主要方面。 矛盾，而其中转动力矩又是矛盾的主要方面。
电气测量指示仪表 指示仪表的一般知识 第三章 电气测量指示仪表的一般知识
授课主要内容： 授课主要内容：
电气测量指示仪表的分类；组成；误差及准确 电气测量指示仪表的分类；组成；误差及准确 主要技术特性。 度；主要技术特性。 电气测量指示仪表测量机构的结构及其工作原 测量机构的结构及其 电气测量指示仪表测量机构的结构及其工作原 理。
仪表的组成
被测量
中间量
偏转角
测量线路 测量线路 x y = f(x)
测量机构 测量机构
α = ϕ′(y) = f′(x)
电气测量指示仪表的组成方框图
二、仪表测量机构组成原理
测量机构是电气测量指示仪表的核心， 测量机构是电气测量指示仪表的核心，任 是电气测量指示仪表的核心 是将它所接受的中间量 中间量按一定比例转变 务是将它所接受的中间量按一定比例转变 指针的偏转或位移， 为指针的偏转或位移，并能准确而迅速地 指示出被测量的数值大小。 指示出被测量的数值大小。 任何测量机构都必须包括四个基本部分， 任何测量机构都必须包括四个基本部分， 驱动装置、控制装置、阻尼装置及 即：驱动装置、控制装置、阻尼装置及 指 示装置。 示装置。
(2)相对误差 (2)相对误差
测量不同大小的被测量时， 测量不同大小的被测量时，用绝对误差难以比较测量 不同大小的被测量时 结果的准确程度。相对误差表示测量结果的准确度。 表示测量结果的准确度 结果的准确程度。相对误差表示测量结果的准确度。 相对误差是绝对误差 与被测量的真值A 之比值， 是绝对误差∆ 相对误差是绝对误差∆与被测量的真值A0之比值，通 表示， 常用百分数 γ 表示，即
驱动装置
测量机构中接受中间量 以后，对活动部分产生转动 测量机构中接受中间量y以后， 活动部分产生转动 中间量 以后 产生 力矩的装置称为驱动装置 的装置称为驱动装置。 力矩的装置称为驱动装置。 驱动装置一般由固定的磁路系统 固定的磁路系统(永久磁铁或固定线 驱动装置一般由固定的磁路系统 永久磁铁或固定线 组成。 圈)及可动的线圈或铁磁元件组成。 及可动的线圈或铁磁元件组成 当线圈中通以电流时，电流与磁场之间相互作用产生 之间相互作用 当线圈中通以电流时，电流与磁场之间相互作用产生 电磁力矩，驱动与指针相连的活动部分， 电磁力矩，驱动与指针相连的活动部分，使之发生偏 故称该力矩为转动力矩， 表示。 转。故称该力矩为转动力矩，用M表示。 表示
例如，用同一只量限 即仪表测量范围的上限值 即仪表测量范围的上限值)为 例如，用同一只量限(即仪表测量范围的上限值 为100V 为电压表，分别去测量真值为80V和20V的两个电压， 的两个电压， 为电压表，分别去测量真值为 和 的两个电压 其读数分别为81V和20.8V。则测量结果的绝对误差分 绝对误差分 其读数分别为 和 。则测量结果的绝对误差 别为 ∆1=81-80= 1(V)；∆2=20.8-20= 0.8(V) ；
指示装置
包括指示器和标度盘。 包括指示器和标度盘。 指示器 指示器与测量机构的活动部分相连， 指示器与测量机构的活动部分相连，一般为 指针式或光标式。 指针式或光标式。 标度盘又称表盘，在它上面有一条或几条标 标度盘又称表盘，在它上面有一条或几条标 表盘 度尺(简称标尺 简称标尺)， 度尺 简称标尺 ，在每一条标度尺上又有若 分度线，将标尺分为若干小分格。 干分度线，将标尺分为若干小分格。根据仪 表的不同， 表的不同，标尺可分为单向标尺和双向标尺 (零标在中央 ；标尺上的分度分为均匀分度 零标在中央)；标尺上的分度分为均匀分度 零标在中央 均匀 不均匀分度等 分度等。 和不均匀分度等。
阻尼装置
一种是空气阻尼器， 一种是空气阻尼器，利用与活动部分相连的 空气阻尼器 阻尼翼片在阻尼想箱中运动时所受到的空气 阻尼翼片在阻尼想箱中运动时所受到的空气 阻力矩作为阻尼力矩； 阻力矩作为阻尼力矩； 另一种是磁感应阻尼器 磁感应阻尼器， 另一种是磁感应阻尼器，利用活动部分的导 体在磁场中运动时，导体中的感应电流 感应电流与磁 体在磁场中运动时，导体中的感应电流与磁 场作用而形成的电磁力矩作为阻尼力矩。 场作用而形成的电磁力矩作为阻尼力矩。