《电气测试技术第5版》 教案 第1章 测量的基本概念.docx

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第1章测量的基本概念

教学要求

1．掌握测量的基本概念和测量方法。

2．测量仪表的结构及其基本性能。

教学手段多媒体课件

教学课时2学时

教学内容

1.1测量的概念和定义

1.1.1测量的基本方程

测量是以同性质的标准量（也称为单位量）与被测量比较，并确定被测量对标准量的倍数。因此，测量结果由数值（大小及符号）和相应的单位两部分组成。没有单位，数值是没有物理意义的。

设被测量为，单位量为，测量结果的数值为：

（1-1）

式（1-1）称为测量的基本方程。

1.1.2单位制和单位

1.1.3测量仪表的基本功能

测量仪表应具有变换、选择、比较和显示四种功能。

1.变换功能

2.选择功能

3.比较功能

4.显示功能

1.2测量仪表的结构及其基本性能

1.2.

评价仪表的品质指标是多方面的，作为仪表的基本性能，主要是衡量仪表测量能力的那些指标，如精确度、稳定性、测量范围、输入输出特性等。本节主要介绍精确度和稳定性两个指标，其余性能指标在后续章节中论述。

1.2.1.1精确度

说明精确度的指标有三个：精密度、准确度和精确度。

1.精密度精密度表示仪表指示值的分散程度，即对某一稳定的被测量，用同一台仪表，由同一个测量者用同样精细程度，在相当短的时间内连续重复测量多次，其测量结果（指示值）的分散程度。愈小，精密度愈高。例如某温度仪表的精密度℃,说明该表多次测量结果的分散程度不大于0.5℃.

2.准确度准确度是指仪表的指示值（简称示值）偏离被测量真正值的程度。例如某电压表的准确度V，说明该表的示值偏离被测量的真正值不会大于0.5V。愈小，准确度愈高。

3.精确度（简称精度）精确度是精密度和准确度的综合反映。在最简单的场合可取二者的代数和，。精确度高说明精密度和准确度都高，精密度和准确度两者中，若只有某一个指标高而另一个指标低都不能说明精度高。精密度、准确度和精确度是三个不同的概念，不能混为一谈。

1.2.1.2稳定性

表征仪表示值稳定性的指标有两个：一是时间上的稳定性，以稳定度表示；二是仪表外部环境和工作条件变化引起示值的不稳定，以影响系数来表示。

1.稳定度稳定度是由于仪表内部某些随机变化的因素引起的。例如仪表内部某些因素作周期性变化、飘移或机械部分的摩擦力变化等引起仪表的示值变化。通常它以精密度的数值和时间长短一起来表示。例如电压波动在8小时内引起示值变化1.3mV，则可写成稳定度1.3mV/8h。

2.环境影响使用仪表时的周围环境（如室温、湿度、大气压、震动等）条件变化引起仪表示值变化，以及电源电压、波形、频率等工作条件变化引起仪表示值变化，统称为环境影响，用影响系数表示。例如，温度变化引起示值变化，用温度系数表示；电源电压变化引起示值变化，用电源电压系数表示；其余依次类推。

1.2.2测量仪表的结构

测量仪表（测量系统、传感器等）由若干环节组成。根据各个环节（或变换元件）的联接方式不同，仪表就有不同的组成结构。

1.2.2.1直接变换型结构

直接变换型仪表由几个组成环节串联连接而成，信息的变换只沿一个方向进行，是一个开环系统，见图1-2。

设各组成环节的传递系数为，整个系统的传递系数为：

（1-5）

在各个组成环节中难免会引进一些干扰信号，这些干扰信号就会反映在输出信号中。因此，这种结构的仪表对各个组成环节的要求都很高，各个环节均应具有很好的选择性，否则，仪表的稳定性较差，精度不容易做得很高。

1.2.2.2平衡变换型结构

平衡变换型结构有两个变换回路，见图1-3。一个是正向变换回路，其各环节的传递系数为，则正向变换回路的传递系数如式（1-5）所示。另一个回路是由传递系数为组成的反向回路。由式（1-5）可得反向变换回路的总传递系数为

（1-6）

因此，图1-3a可简化为图1-3b。

由图可见，平衡变换型结构的仪表形成一个深度负反馈的闭环系统。由电子放大器的负反馈原理可知，若，则可得：

（1-7）

由式（1-7）可见，平衡变换型仪表的输出量与正向变换回路各组成环节的性能无关，因此正向变换回路中各环节引进的干扰不影响仪表的性能，而反向变换回路引进的干扰却影响仪表的性能。通常组成反向变换回路的变换环节不会多，只要精心制作反向变换回路，提高其选择性功能和传递系数的稳定性，便能保证仪表具有较高的稳定性和高精度。

1.2.2.3差动变换型结构

差动变换型结构由、和三个回路组成，见图1-4。每个回路都可以是前述的直接变换型或平衡变换型结构，和回路的组成结构必须相同。被测量以和分