第09章——电气测量基础

1、第九章第九章 电气测量基础电气测量基础9.1 电气测量基本知识电气测量基本知识一、电气测量方法一、电气测量方法 直接测量法：用电工仪表直接测出被测量的大小。直接测量法：用电工仪表直接测出被测量的大小。 比较测量法：把被测量与比较测量法：把被测量与“较量仪器较量仪器”中的已知标准量进中的已知标准量进行比较而确定未知量的大小。行比较而确定未知量的大小。 间接测量法：根据被测量和其他量的函数关系，先测得其间接测量法：根据被测量和其他量的函数关系，先测得其他量，然后按函数式把被测量计算出来的一种方法。他量，然后按函数式把被测量计算出来的一种方法。二、测量误差二、测量误差 测量误差是测量值与真值之间的差

2、值。测量误差来源于工测量误差是测量值与真值之间的差值。测量误差来源于工具误差、环境误差、方法误差、人员误差。测量误差的表示为具误差、环境误差、方法误差、人员误差。测量误差的表示为绝对误差、相对误差、引用误差。绝对误差、相对误差、引用误差。（1）绝对误差：被测量的示值与其真值之差。）绝对误差：被测量的示值与其真值之差。0AAAx式中：式中：A测量结果的绝对误差；测量结果的绝对误差； Ax示值；示值； A0被测量量的真值，通常用标准表的指示值代替。被测量量的真值，通常用标准表的指示值代替。真值可用下式计算：真值可用下式计算：CAAAAxx0C表示修正值，与绝对误差互为相反数。表示修正值，与绝对误差

3、互为相反数。绝对误差越小，说明指示值越接近真值，测量越准确。绝对误差越小，说明指示值越接近真值，测量越准确。（2）相对误差：绝对误差与被测量的真值的比值。）相对误差：绝对误差与被测量的真值的比值。%100*%100*0000AAAAAx（3）引用误差：绝对误差与仪表量程的比值）引用误差：绝对误差与仪表量程的比值%100*%100*minmax0AAAAAAxmn（4）最大引用误差：最大绝对误差与仪表量程的比值）最大引用误差：最大绝对误差与仪表量程的比值%100*minminAAAmnm三、测量误差的分类三、测量误差的分类 （1）随机误差，又称偶然误差。它反映了测量值离散型）随机误差，又称偶然误

4、差。它反映了测量值离散型的大小。随机误差是测量过程中许多独立的、微小的、偶然的大小。随机误差是测量过程中许多独立的、微小的、偶然的的 因数引起的综合结果。因数引起的综合结果。 存在随机误差的测量结果中，虽然单个测量误差的出现存在随机误差的测量结果中，虽然单个测量误差的出现是随机的，不可消除或修正，多数随机误差服从正态分布。是随机的，不可消除或修正，多数随机误差服从正态分布。 （2）粗大误差，指在一定测量条件下测量结果现显著地偏离）粗大误差，指在一定测量条件下测量结果现显著地偏离其实际值所对应的误差。就数值大小而言，粗大误差明显超过正其实际值所对应的误差。就数值大小而言，粗大误差明显超过正常条件

5、下的误差。当发现粗大误差时，应予以剔除。常条件下的误差。当发现粗大误差时，应予以剔除。 （3）系统误差，指在相同条件下，多次重复测量同一量时，）系统误差，指在相同条件下，多次重复测量同一量时，误差保持为常数或按一定规律变化。系统误差反映了测量值偏离误差保持为常数或按一定规律变化。系统误差反映了测量值偏离其真值的程度。凡误差的数值固定或按一定规律变化者，均属于其真值的程度。凡误差的数值固定或按一定规律变化者，均属于系统误差。系统误差。 系统误差是有规律性的，因此可以通过实验的方法或引入修系统误差是有规律性的，因此可以通过实验的方法或引入修正值的方法计算修正，也可以重新调整测量仪表的有关部件予以正

6、值的方法计算修正，也可以重新调整测量仪表的有关部件予以消除。消除。四、仪表的精度等级四、仪表的精度等级 电工测量指示仪表在额定条件下使用时，其最大基本误差的电工测量指示仪表在额定条件下使用时，其最大基本误差的百分数称为仪表精度等级的百分数，见式：百分数称为仪表精度等级的百分数，见式：%100*)(%mmXXa 式中：式中：Xm最大绝对误差；最大绝对误差； Xm仪表的基本量程；仪表的基本量程； 测量时，仪表全量程范围内的指示误差不得超过最大基本误测量时，仪表全量程范围内的指示误差不得超过最大基本误差。差。 通常用精度等级来表示仪表通常用精度等级来表示仪表 的准确程度，精度等级就是最大的准确程度，

7、精度等级就是最大引用误差去掉正、负号及百分号。准确度等级是衡量仪表质量优引用误差去掉正、负号及百分号。准确度等级是衡量仪表质量优劣的重要指标之一。劣的重要指标之一。 最大引用误差值若为：最大引用误差值若为： 则仪表的精度则仪表的精度等级为等级为1.0级。级。%0 . 1%0 . 1-nm9.2 电参量的测量电参量的测量一、频率的测量一、频率的测量 频率测量方法有计数法和模拟法两种，这里主要介绍数字频率测量方法有计数法和模拟法两种，这里主要介绍数字测量方式。测量方式。（一）频率（周期）的数字测量（一）频率（周期）的数字测量1、计数法测量原理、计数法测量原理 计数法就是在一定的时间间隔计数法就是在

8、一定的时间间隔T内，对周期脉冲的重复次内，对周期脉冲的重复次数进行计数。若周期性脉冲的周期为数进行计数。若周期性脉冲的周期为TA,则计数结果为：则计数结果为：ATTN 式中：式中：TA表示表示N此脉冲所用时间，单位为秒；此脉冲所用时间，单位为秒；N表示脉冲次表示脉冲次数，单位为次。数，单位为次。（二）频率的模拟测量（二）频率的模拟测量 谐振法测频；电桥法测频；频率谐振法测频；电桥法测频；频率电压转换法测频；拍频法；电压转换法测频；拍频法；差频法。差频法。二、时间间隔的测量二、时间间隔的测量 时间间隔的测量方案和周期测量基本相同，所不同的仅是此时间间隔的测量方案和周期测量基本相同，所不同的仅是此

9、处的门控电路不再采用计数触发，而是根据要求根据测量时间间处的门控电路不再采用计数触发，而是根据要求根据测量时间间隔，给出起始计数和终止计数两个触发信号。隔，给出起始计数和终止计数两个触发信号。三、相位差的测量三、相位差的测量 相位是描述交流信号的三要素之一。相位差的测量时研究信相位是描述交流信号的三要素之一。相位差的测量时研究信号、网络特性的不可缺少的重要方面。号、网络特性的不可缺少的重要方面。 测量相位的主要方法有：测量相位的主要方法有： 相位相位电压转换法；相位电压转换法；相位时间转化法。时间转化法。四、电压的测量四、电压的测量 电量测量中的很多电参数包括电流、功率、设备的灵敏电量测量中的

10、很多电参数包括电流、功率、设备的灵敏度等都可以视作电压的派生量，通过电压测量获得其量值。度等都可以视作电压的派生量，通过电压测量获得其量值。 电压的测量分为模拟和数字两种方法。模拟电压表的优电压的测量分为模拟和数字两种方法。模拟电压表的优点是结构简单、价格便宜，测量频率范围宽；缺点是准确度、点是结构简单、价格便宜，测量频率范围宽；缺点是准确度、分辨率低，不便于与计算机组成自动测试系统。数字式电压分辨率低，不便于与计算机组成自动测试系统。数字式电压表正好相反。表正好相反。（一）直流电压的测量（一）直流电压的测量1.普通直流电压表普通直流电压表 普通直流电压表通常由动圈式高灵敏度直流电流表串联普通

11、直流电压表通常由动圈式高灵敏度直流电流表串联适当的电阻构成。适当的电阻构成。2.直流数字电压表直流数字电压表（二）交流电压的测量（二）交流电压的测量 交流电压的表征：交流电压可以用峰值、平均值、有效值、交流电压的表征：交流电压可以用峰值、平均值、有效值、波形系数以及波峰系数来表征。波形系数以及波峰系数来表征。 国际上一直以有效值作为交流电压的表征量。例如电压表，国际上一直以有效值作为交流电压的表征量。例如电压表，出特殊情况外，几乎都按正弦波的有效值来定度。出特殊情况外，几乎都按正弦波的有效值来定度。五、电流的测量五、电流的测量 电流是基本的电学量，因此必须正确地选用测量方法和仪电流是基本的电学

12、量，因此必须正确地选用测量方法和仪器仪表。电流的测量方法主要是电流表直接测量法；在对电流器仪表。电流的测量方法主要是电流表直接测量法；在对电流进行测量时，应考虑被测电流的量值范围，测量准确度；而对进行测量时，应考虑被测电流的量值范围，测量准确度；而对交流电流进行测量时，还需要考虑波形和频率的影响。交流电流进行测量时，还需要考虑波形和频率的影响。六、阻抗的测量六、阻抗的测量 电阻、电感、电容是电路的电阻、电感、电容是电路的3种基本元件，在测量技术中，种基本元件，在测量技术中，许多传感器如电阻式、电感式和电容式传感器是将被测量转换许多传感器如电阻式、电感式和电容式传感器是将被测量转换为电阻、电感、

13、电容输出的。为电阻、电感、电容输出的。 电阻的测量方法很多，按原理可分为直接测量法、比较测电阻的测量方法很多，按原理可分为直接测量法、比较测量法、间接测量法。量法、间接测量法。也可分为电表法、电桥法、谐振法、利用也可分为电表法、电桥法、谐振法、利用变换器测量电阻等。变换器测量电阻等。七、功率的测量七、功率的测量 功率的测量方法有两种：一是间接法，即直流通过测量电功率的测量方法有两种：一是间接法，即直流通过测量电压、电流间接求得功率，交流则是需要电压、电流和功率因数；压、电流间接求得功率，交流则是需要电压、电流和功率因数；二是直接法，即用电动系或数字的单相功率表测量单相功率。二是直接法，即用电动

14、系或数字的单相功率表测量单相功率。用单相功率表接成两表法或三表法或用三相功率表测量三相功用单相功率表接成两表法或三表法或用三相功率表测量三相功率。率。（一）（一）有功功率的测量有功功率的测量 对于三相四线制供电的三相星形联接的负载，可用一只功率对于三相四线制供电的三相星形联接的负载，可用一只功率表测量各相的有功功率，求和后得到总有功功率。若三相负载是表测量各相的有功功率，求和后得到总有功功率。若三相负载是对称的，则只需测量一相的功率即可，该相功率乘以对称的，则只需测量一相的功率即可，该相功率乘以3既得三相总既得三相总的有功功率。的有功功率。 三相三线制电路中，不论负载对称与否，也不论负载是星形

15、三相三线制电路中，不论负载对称与否，也不论负载是星形联接还是三角形联接，通常用两只功率表测量三相功率，故称两联接还是三角形联接，通常用两只功率表测量三相功率，故称两瓦计。瓦计。 两瓦计适用于三相三线制电路，不使用三相四线制电路。两瓦计适用于三相三线制电路，不使用三相四线制电路。（二）无功功率的测量（二）无功功率的测量 对称三相三线制供电的三相负载，可以用两瓦计法测得读书对称三相三线制供电的三相负载，可以用两瓦计法测得读书求得负载的无功功率，如下式：求得负载的无功功率，如下式：)(321PPQ)(321211PPPPtg 对称三相电路的无功功率还可以用一只无功功率表来测对称三相电路的无功功率还可

16、以用一只无功功率表来测量。将功率表的电流线圈串接于任一火线，而电压线圈跨接量。将功率表的电流线圈串接于任一火线，而电压线圈跨接到另外两相火线之间。如下图所示：到另外两相火线之间。如下图所示：八、电能的测量八、电能的测量 电能的测量主要有两种方法：电能的测量主要有两种方法： （1）间接法：电能测量一般不用间接法，只有在功率稳定）间接法：电能测量一般不用间接法，只有在功率稳定不变的情况下用功率表和计时时钟进行测量。不变的情况下用功率表和计时时钟进行测量。 （2）直接法：直流可用电动系电能表，交流用感应系或电）直接法：直流可用电动系电能表，交流用感应系或电子电能表。子电能表。九、功率因数的测量九、功率因数的测量十、谐波的测量十、谐波的测量（一）谐波测量的基本要求（一）谐波测量的基本要求（1）谐波测量方法和数据处理必须遵照）谐波测量方法和数据处理必须遵照1993年国家颁布的标准年国家颁布的标准GB/T 14549-93，即，即电能质量公用