电气测量知识点

第一章测量与测量系统的基础知识

1、测量

1）测量：就是被测量和同类标准量进行比较的一个实验过程。

2）测量结果：测量结果由两部分组成，即测量单位和与此测量单位相适应的数字值，一般表达式为：测量结果={测量数值}测量单位，该式通常称为测量的基本方程式。

3）测量的三要素：测量对象，测量方法，测量设备。

4）测量过程三阶段：准备阶段，测量阶段，数据处理阶段。

5）测量方法的分类：

①按测量结果的获取方法分类

直接测量（电压表测电压，温度计测温度），间接测量（伏安法测电阻），组合

测量（电阻的温度系数测量）

②按测量读数的获取方法分类

直读测量法，比较测量法

③按测量性质分类

时域测量，频域测量，数据域测量

2、测量单位

1）测量单位：测量单位是以定量表示同类量而约定采用的特定值。这个特定值的量值，其数值等于1，其量值大小是约定的，或用法令形式规定的。

2）单位体系构成：由基本单位和导出单位构成，这一单位体系的集合称之为单位制3）国际单位制

①构成：

国际单位制：

SI单位：

SI基本单位7个

SI导出单位19个

SI辅助单位2个

SI词头——SI单位的十进倍数和十进分数单位16个

②SI基本单位

米（m），秒（s），千克（kg），安[培]（A），开[尔文]（K），摩[尔]（mol），凯

[德拉]（cd）

③SI导出单位

赫[兹]（Hz），牛[顿](N），帕[斯卡]（Pa），焦[耳]（J），瓦[特]（W），库[仑]

（C），伏[特]（V），法[拉]（F），欧[姆]（Ω），西[门子]（S），韦[伯]（Wb），

特[拉斯]（T），亨[利]（H），摄氏度（℃），流[明]（lm），勒[克斯]（lx）

④SI辅助单位

弧度（rad），球面度（sr）

⑤SI词头

1024尧[它]（Y），1021泽[它]（Z），1018艾[克萨]（E），1015拍[它]（P），1012

太[拉]（T），109吉[咖]（G），106兆（M），103千（k），102百（h），101十（da），

10-1分（d），10-2厘（c），10-3毫（m），10-6微（μ）10-9纳[诺]（n），10-12皮[可]

（p），10-15飞[母托]（f），10-18阿[托]（a）

*注：词头永远不准单独使用，质量单位（kg）是唯一带有词头的单位名称，

但kg并不是倍数单位而是SI单位。

3、计量器具

1）计量器具：计量器具是计量仪器、量具、计量物质及计量装置的总称。

2）电学计量常用的工作量具：标准电池，标准电阻，标准电容，标准电感。

3）基准电压源

基准电压源的最重要的性能是准确性和稳定性。

目前广泛应用的基准电压源有齐纳二极管和集成电压基准。

4）标准电阻

标准电阻通常有四个接线端，C，C’是电流端钮，供接入电路构成电流通路用，P，P’是电位端钮，仅供测量电阻两端电压用。

制作标准电阻的最佳材料：锰铜电阻丝

5）标准电感

标准电感通常有绝缘铜导线在大理石或陶瓷框架上绕制而成。

第二章测量误差及其分析

1、测量误差的几个名词术语

1）真值：标准物理量与给定的特定量的定义一致的量值。

真值是客观存在，但是不可测量的。经常使用“约定真值”和“相对真值”来代替真值。约定真值是按照国际公认的单位定义，利用科学技术发展的最高水平所复现的单位基准。相对真实也叫实际值，是在满足规定准确度时用来代替真实使用的值。

2）误差公理：一切测量都具有误差，误差自始至终存在于所有科学试验的过程中。

3）准确度：是测量结果中系统误差和随机误差的综合，表示测量结果与真值的一致程度。准确度涉及到真值，由于真值的不“可知性”，所以它是一个定性的概念，而不能用定量表达。

2、测量误差的分类

1）测量误差一般按其性质分为系统误差、随机误差和粗大误差

2）系统误差

概念：系统误差是在重复性条件下，对同一物理量的无限多次测量结果的平均值减

该被测量的真值。

性质：大小，方向恒定不变或按一定规律变化，可预知、可修正。

3）随机误差

概念：随机误差是测量示值减去在重复条件下同一被测量无限多次测量的平均值。

性质：误差是随记的、可变的，不可预知、不可修正，但可用统计学方法处理。

4）粗大误差

概念：粗大误差是明显超出了规定条件下预期的误差，它是统计异常值。

性质：明显偏离真值，应剔除。

3、数据的舍入规则

。小于5舍去

。大于5进1

。等于5则应用偶数法则，末位是偶数，则末位不变；末位是奇数，则末位增加1 补：有效数字：所有准确数字和一位欠准确数字。

4、系统误差的消除

1）从产生系统误差的来源上消除（减弱或消除系统误差的最基本方法）

①选择高准确度等级的仪器设备

②使仪器设备工作在其规定的工作条件下

③选择合适的测量方法

④提高测量人员的测量素质

2）利用修正方法来消除（即利用修正值）

3）利用特殊的测量方法消除：替代法，差值法，正负误差补偿法，对称观测法，迭代自校法

5、随机误差的处理

1）随机误差

一般工程测量中，系统误差远大于随机误差；在精密测量中，系统误差可以忽略。

2）随机误差统计特性：总体服从统计学规律，具有有界性，单峰性，对称性，抵偿性。

3）随机变量的两个重要特征参数：数学期望和方差（标准偏差）。数学期望体现了随机变量分布中心的位置，而方差反映了随机变量对分布中心的离散程度。

第三章测量系统的基本特性

1、静态特性：测量系统的输入为不随时间变化的恒定信号，测量系统输入与输出之间呈现的关系就是静态特性。

动态特性：测量系统的输入为随时间变化的信号，测量系统输入与输出之间呈现的关系就是动态特性。

2、系统的静态特性

1）零位（点）：当输入家为零时，即x=0，测量系统的输出量不为零的数值。

y=S0+S1x+S2x2+…可得零位值y=S0，零位值应从测量结果中设法消除。

2）灵敏度：描述测量系统对输入量变化反应的能力。通常由测量系统的输出变化量Δy与引起该输出量变化的输入变化量Δx之比值S来表征。

3）分辨率（又称灵敏度阈）：它表征测量系统有效辨别输入量最小变化量的能力。

4）量程（又称满度值）：表征测量系统能够承受最大输入量的能力。

3、静态系统的质量指标

1）迟滞：表征测量系统在全量程范围内，输入量由小到大（正行程）或由大小到（反行程）两者静态特性不一致的程度。

2）重复性：表征测量系统输入量按同一方向作全量程连续多次变动时，静态特性不一致的程度。

3）线性度（又称非线性误差）：表示测量系统静态特性对选定拟合直线的接近程度。

4）准确度：测量系统的准确度，俗称精度，一般用准确度等级指数来表征或用不确定度来表征。

5）可靠性：一台装置的可靠性是指装置可在规定的时期内及在保持其运行指标不超限的情况下执行其功能的性能。

可靠性指标：

①平均无故障时间MTBF（Mean Time Between Failurs）在标准工作条件下不间断

地工作，直到发生故障而失去工作能力的时间称作无故障时间。如果取若干次（或

若干仪器）无故障时间求平均值，则为平均无故障时间，它表示相邻两次故障间隔

时间的平均值。

②可信任概率P

③故障率或失效率它是MTBF的倒数

④有效度或失效率

6）稳定性和影响系数

7）输入电阻与输出电阻

4、常见测量系统的数字模型

1）一阶系统的特征参数：τ——时间常数

2）二阶系统的特征参数：ω0——固有角频率ζ0——阻尼比