第一章測(cè)量技術(shù)概述

1、電氣與電子測(cè)量技術(shù)電氣與電子測(cè)量技術(shù)課程目標(biāo)課程目標(biāo) 通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，了解電氣和電子測(cè)量技術(shù)通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，了解電氣和電子測(cè)量技術(shù)的基本概念、測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)成，掌握典型測(cè)量系的基本概念、測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)成，掌握典型測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)特性，學(xué)會(huì)根據(jù)實(shí)際要求選用統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)特性，學(xué)會(huì)根據(jù)實(shí)際要求選用傳感傳感器和調(diào)理電路；器和調(diào)理電路；掌握建立基本測(cè)量系統(tǒng)的原則與掌握建立基本測(cè)量系統(tǒng)的原則與方法，并對(duì)測(cè)量技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)有所了解。方法，并對(duì)測(cè)量技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)有所了解。 緒緒 論論測(cè)量地位和作用測(cè)量地位和作用測(cè)量?jī)x器發(fā)展歷程測(cè)量?jī)x器發(fā)展歷程測(cè)量技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)測(cè)量技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)測(cè)量在科學(xué)研究中作用測(cè)量在科學(xué)研究

2、中作用測(cè)量技術(shù)測(cè)量技術(shù)密切相關(guān)密切相關(guān)科學(xué)研究和技術(shù)水平的提高科學(xué)研究和技術(shù)水平的提高新的測(cè)量理論、方法和技術(shù)手段新的測(cè)量理論、方法和技術(shù)手段科學(xué)研究科學(xué)研究形成形成推動(dòng)實(shí)驗(yàn)研究和發(fā)展推動(dòng)實(shí)驗(yàn)研究和發(fā)展生產(chǎn)力的發(fā)展生產(chǎn)力的發(fā)展沒(méi)有測(cè)量就沒(méi)有科學(xué)，測(cè)量是科學(xué)的基礎(chǔ)；沒(méi)有測(cè)量就沒(méi)有科學(xué)，測(cè)量是科學(xué)的基礎(chǔ)；沒(méi)有科學(xué)的進(jìn)步也沒(méi)有測(cè)試的發(fā)展沒(méi)有科學(xué)的進(jìn)步也沒(méi)有測(cè)試的發(fā)展! !測(cè)量在科學(xué)研究中作用測(cè)量在科學(xué)研究中作用門(mén)捷列夫門(mén)捷列夫 (1834-1907)(1834-1907) 科學(xué)始于測(cè)量科學(xué)始于測(cè)量, ,沒(méi)有測(cè)量，沒(méi)有測(cè)量，便沒(méi)有精密的科學(xué)。便沒(méi)有精密的科學(xué)。開(kāi)爾文（1824-1907）測(cè)量在科學(xué)研究

3、中作用測(cè)量在科學(xué)研究中作用 當(dāng)你能夠測(cè)量你所關(guān)注的事當(dāng)你能夠測(cè)量你所關(guān)注的事物，而且能夠用數(shù)量來(lái)描述他的物，而且能夠用數(shù)量來(lái)描述他的時(shí)候，你就對(duì)其有所認(rèn)識(shí)；當(dāng)你時(shí)候，你就對(duì)其有所認(rèn)識(shí)；當(dāng)你不能測(cè)量他，也不能將其量化的不能測(cè)量他，也不能將其量化的時(shí)候，你對(duì)他的了解就是貧乏和時(shí)候，你對(duì)他的了解就是貧乏和不深入的。不深入的。為了紀(jì)念他在科學(xué)上的功績(jī)，國(guó)際計(jì)量為了紀(jì)念他在科學(xué)上的功績(jī)，國(guó)際計(jì)量大會(huì)把熱力學(xué)溫標(biāo)（即絕對(duì)溫標(biāo)）稱(chēng)為大會(huì)把熱力學(xué)溫標(biāo)（即絕對(duì)溫標(biāo)）稱(chēng)為開(kāi)爾文（開(kāi)氏）溫標(biāo)，熱力學(xué)溫度以開(kāi)開(kāi)爾文（開(kāi)氏）溫標(biāo)，熱力學(xué)溫度以開(kāi)爾文為單位，是現(xiàn)在國(guó)際單位制中七個(gè)爾文為單位，是現(xiàn)在國(guó)際單位制中七個(gè)基本單位

4、之一。基本單位之一。測(cè)量在科學(xué)研究中作用測(cè)量在科學(xué)研究中作用 物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、天文學(xué)是建立在實(shí)物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、天文學(xué)是建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的科學(xué)；驗(yàn)基礎(chǔ)上的科學(xué)；p對(duì)宇宙微弱輻射信號(hào)的測(cè)量對(duì)宇宙微弱輻射信號(hào)的測(cè)量p對(duì)能量轉(zhuǎn)移的測(cè)量對(duì)能量轉(zhuǎn)移的測(cè)量p對(duì)人體基因的測(cè)定和人體血液定量分析對(duì)人體基因的測(cè)定和人體血液定量分析p對(duì)蛋白質(zhì)的反應(yīng)測(cè)量對(duì)蛋白質(zhì)的反應(yīng)測(cè)量p對(duì)細(xì)胞結(jié)構(gòu)的測(cè)量對(duì)細(xì)胞結(jié)構(gòu)的測(cè)量發(fā)現(xiàn)新天體發(fā)現(xiàn)新天體發(fā)現(xiàn)新粒子發(fā)現(xiàn)新粒子判明病變的根源判明病變的根源了解胚胎的生長(zhǎng)情況了解胚胎的生長(zhǎng)情況判斷肌體是否發(fā)生疾病判斷肌體是否發(fā)生疾病 信息技術(shù)包括測(cè)量技信息技術(shù)包括測(cè)量技術(shù)、計(jì)算機(jī)

5、技術(shù)和通信術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)，技術(shù)，測(cè)量技術(shù)是信息測(cè)量技術(shù)是信息技術(shù)的關(guān)鍵和基礎(chǔ)。技術(shù)的關(guān)鍵和基礎(chǔ)。錢(qián)學(xué)森(1911-2009 )測(cè)量在科學(xué)研究中作用測(cè)量在科學(xué)研究中作用日常生活中處處離不開(kāi)測(cè)量日常生活中處處離不開(kāi)測(cè)量 家用電器：家用電器：數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)：自數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)：自動(dòng)對(duì)焦動(dòng)對(duì)焦( (紅外測(cè)距紅外測(cè)距) )數(shù)字體溫計(jì)：溫度測(cè)量（接觸式和非接觸式）數(shù)字體溫計(jì)：溫度測(cè)量（接觸式和非接觸式）自動(dòng)感應(yīng)燈：亮度測(cè)量自動(dòng)感應(yīng)燈：亮度測(cè)量空調(diào)、冰箱、電飯煲：溫度測(cè)量空調(diào)、冰箱、電飯煲：溫度測(cè)量醫(yī)療衛(wèi)生：醫(yī)療衛(wèi)生：電子血壓計(jì)：壓力檢測(cè)電子血壓計(jì)：壓力檢測(cè)血糖測(cè)試儀、膽固醇檢測(cè)儀：離子

6、測(cè)量血糖測(cè)試儀、膽固醇檢測(cè)儀：離子測(cè)量 普通轎車(chē)：約安裝幾十到近百只測(cè)量傳感器普通轎車(chē)：約安裝幾十到近百只測(cè)量傳感器. . 豪華轎車(chē)：測(cè)量傳感器數(shù)量可多達(dá)二百余只豪華轎車(chē)：測(cè)量傳感器數(shù)量可多達(dá)二百余只. . 汽車(chē)測(cè)量傳感器：汽車(chē)電子控制系統(tǒng)的信息源，關(guān)鍵部件，核心技術(shù)內(nèi)容汽車(chē)測(cè)量傳感器：汽車(chē)電子控制系統(tǒng)的信息源，關(guān)鍵部件，核心技術(shù)內(nèi)容p農(nóng)業(yè)社會(huì)中，需要丈量土地、衡量谷物，就農(nóng)業(yè)社會(huì)中，需要丈量土地、衡量谷物，就產(chǎn)生了長(zhǎng)度、面積、容積和重量的測(cè)量；掌產(chǎn)生了長(zhǎng)度、面積、容積和重量的測(cè)量；掌握季節(jié)和節(jié)候，出現(xiàn)了原始的時(shí)間測(cè)量器具握季節(jié)和節(jié)候，出現(xiàn)了原始的時(shí)間測(cè)量器具，并有了天文測(cè)量。，并有了天文測(cè)量

7、。p現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中處處需要測(cè)量現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中處處需要測(cè)量一架飛機(jī)中：一架飛機(jī)中： 30003000個(gè)測(cè)量傳感器；個(gè)測(cè)量傳感器；一個(gè)大型石油化工廠：一個(gè)大型石油化工廠：60006000個(gè)測(cè)量傳感器；個(gè)測(cè)量傳感器； 一個(gè)大型鋼鐵廠：一個(gè)大型鋼鐵廠： 2000020000個(gè)測(cè)量傳感器。個(gè)測(cè)量傳感器。測(cè)量在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用測(cè)量在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用測(cè)量在電力行業(yè)中的應(yīng)用測(cè)量在電力行業(yè)中的應(yīng)用電廠發(fā)電機(jī)組：電廠發(fā)電機(jī)組：檢測(cè)參數(shù)：檢測(cè)參數(shù)：電氣量電氣量-電壓、電流、功率因電壓、電流、功率因數(shù)、頻率、諧波、相角等，數(shù)、頻率、諧波、相角等，非電量發(fā)電機(jī)振動(dòng)、溫度、非電量發(fā)電機(jī)振動(dòng)、溫度、壓力、流量、

8、液位、壓力、流量、液位、 聲音等聲音等30005000個(gè)測(cè)量傳感器個(gè)測(cè)量傳感器電網(wǎng)運(yùn)行：電網(wǎng)運(yùn)行：成千上萬(wàn)個(gè)電氣量測(cè)量傳感器成千上萬(wàn)個(gè)電氣量測(cè)量傳感器 測(cè)量?jī)x器發(fā)展至今大致可分為測(cè)量?jī)x器發(fā)展至今大致可分為五個(gè)階段五個(gè)階段。v第一代第一代 模擬指針式儀表模擬指針式儀表（上世紀(jì)（上世紀(jì)50年代以前）年代以前）l基于電磁機(jī)械式機(jī)構(gòu)，基于電磁機(jī)械式機(jī)構(gòu)，測(cè)量結(jié)果是依靠指針顯示測(cè)量結(jié)果是依靠指針顯示測(cè)量?jī)x器的發(fā)展歷程測(cè)量?jī)x器的發(fā)展歷程 v第二代第二代 分立電子儀器分立電子儀器 （上世紀(jì)（上世紀(jì)5、60年代）年代）測(cè)量?jī)x器的發(fā)展歷程測(cè)量?jī)x器的發(fā)展歷程l以以電子管，晶體管電子管，晶體管為基礎(chǔ)為基礎(chǔ)l采用了電

9、子測(cè)量技術(shù)測(cè)量模采用了電子測(cè)量技術(shù)測(cè)量模擬信號(hào)擬信號(hào)測(cè)量?jī)x器的發(fā)展歷程測(cè)量?jī)x器的發(fā)展歷程l 一般采用中規(guī)模的集成電路一般采用中規(guī)模的集成電路(通常含邏輯門(mén)數(shù)為通常含邏輯門(mén)數(shù)為10門(mén)門(mén)99門(mén)門(mén)或含元件數(shù)或含元件數(shù)100個(gè)個(gè)999個(gè)個(gè)) v第三代第三代 數(shù)字式儀表數(shù)字式儀表（上世紀(jì)（上世紀(jì)70年代）年代）l將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，以數(shù)字將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，以數(shù)字形式輸出與顯示出結(jié)果形式輸出與顯示出結(jié)果v第四代第四代 智能儀器智能儀器 （上世紀(jì)（上世紀(jì)80年代）年代）l內(nèi)部有內(nèi)部有微處理器微處理器，可以進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量和數(shù)，可以進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量和數(shù)據(jù)處理。據(jù)處理。 l采用大規(guī)模集成電路采用大規(guī)模集成

10、電路l主要由主要由硬件硬件與與固化的軟件固化的軟件組成組成l主要問(wèn)題是功能固定，應(yīng)用不靈活主要問(wèn)題是功能固定，應(yīng)用不靈活測(cè)量?jī)x器的發(fā)展歷程測(cè)量?jī)x器的發(fā)展歷程v第五代第五代 虛擬儀器虛擬儀器l以以計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，是測(cè)量技術(shù)新技術(shù)為基礎(chǔ)，是測(cè)量技術(shù)新的革命。的革命。l利用高性能的利用高性能的標(biāo)準(zhǔn)模塊化硬件標(biāo)準(zhǔn)模塊化硬件和高效和高效靈活的靈活的軟件軟件來(lái)完成各種測(cè)試和測(cè)量的來(lái)完成各種測(cè)試和測(cè)量的應(yīng)用。應(yīng)用。l軟件是虛擬儀器的關(guān)鍵，軟件是虛擬儀器的關(guān)鍵， “軟件即軟件即儀器儀器” （不同的軟件構(gòu)成不同的儀器）（不同的軟件構(gòu)成不同的儀器）測(cè)量?jī)x器的發(fā)展歷程測(cè)量?jī)x器的發(fā)展歷程測(cè)量技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)測(cè)量

11、技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)智能化虛擬化網(wǎng)絡(luò)化微型化和集成化軟測(cè)量技術(shù)第一章第一章 電氣測(cè)量技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)電氣測(cè)量技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)第一章第一章 測(cè)量基礎(chǔ)知識(shí)測(cè)量基礎(chǔ)知識(shí)測(cè)量方法的分類(lèi)測(cè)量方法的分類(lèi)現(xiàn)代電氣測(cè)量系統(tǒng)的基本組成現(xiàn)代電氣測(cè)量系統(tǒng)的基本組成 測(cè)量系統(tǒng)的靜態(tài)特性測(cè)量系統(tǒng)的靜態(tài)特性測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性電氣測(cè)量系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)電氣測(cè)量系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)測(cè)量及測(cè)量方法測(cè)量及測(cè)量方法測(cè)量與測(cè)量結(jié)果測(cè)量與測(cè)量結(jié)果 1. 1.測(cè)量的定義：測(cè)量的定義： 測(cè)量測(cè)量是為了是為了確定被測(cè)對(duì)象的量值確定被測(cè)對(duì)象的量值而進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)過(guò)程。而進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)過(guò)程。 測(cè)量過(guò)程：測(cè)量過(guò)程：人們借助人們借助專(zhuān)門(mén)的設(shè)備專(zhuān)門(mén)的設(shè)

12、備，將，將被測(cè)量量被測(cè)量量和和同類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)量同類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)進(jìn)行行比較，比較，得到測(cè)量結(jié)果的一個(gè)過(guò)程。得到測(cè)量結(jié)果的一個(gè)過(guò)程。 2.2.測(cè)量三要素測(cè)量三要素 測(cè)量對(duì)象 測(cè)量方法 測(cè)量設(shè)備 圖11 測(cè)量的比較原理(a) 天平直接比較（b）彈簧稱(chēng)間接比較 根據(jù)同類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)量的參與比較的方式不同分為：被測(cè)物體的重量等被測(cè)物體的重量等于標(biāo)準(zhǔn)砝碼的重量于標(biāo)準(zhǔn)砝碼的重量被測(cè)物體的重量從度盤(pán)上讀數(shù)，因?yàn)?，被測(cè)物體的重量從度盤(pán)上讀數(shù)，因?yàn)椋瑥椈沙佣缺P(pán)上的刻度是事先與標(biāo)準(zhǔn)量彈簧秤度盤(pán)上的刻度是事先與標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較的結(jié)果。進(jìn)行比較的結(jié)果。標(biāo)準(zhǔn)量直接參與測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)量直接參與測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)量間接參與測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)量間接參與測(cè)量測(cè)量與測(cè)量結(jié)果測(cè)

13、量與測(cè)量結(jié)果注意注意1：必要時(shí)給出誤差范圍。：必要時(shí)給出誤差范圍。注意注意2：同一量值測(cè)量結(jié)果選用不同的測(cè)量單位，則測(cè)量數(shù)值不同。：同一量值測(cè)量結(jié)果選用不同的測(cè)量單位，則測(cè)量數(shù)值不同。 例：例： 25=77 =77 測(cè)量結(jié)果測(cè)量結(jié)果 測(cè)量數(shù)值測(cè)量數(shù)值 測(cè)量單位，即：測(cè)量單位，即：0 xxx測(cè)量方法分類(lèi)測(cè)量方法分類(lèi)1. 1. 按測(cè)量結(jié)果的獲得方式分為按測(cè)量結(jié)果的獲得方式分為 直接測(cè)量、間接測(cè)量、組合測(cè)量直接測(cè)量、間接測(cè)量、組合測(cè)量2. 2. 按測(cè)量讀數(shù)的獲得方式分為按測(cè)量讀數(shù)的獲得方式分為 直讀測(cè)量法、比較測(cè)量法直讀測(cè)量法、比較測(cè)量法3. 3. 按測(cè)量性質(zhì)分為按測(cè)量性質(zhì)分為 時(shí)域測(cè)量、頻域測(cè)量、

14、數(shù)據(jù)域測(cè)量時(shí)域測(cè)量、頻域測(cè)量、數(shù)據(jù)域測(cè)量直接測(cè)量直接測(cè)量 從測(cè)量?jī)x表直接獲取測(cè)量結(jié)果。從測(cè)量?jī)x表直接獲取測(cè)量結(jié)果。 特點(diǎn)：測(cè)量過(guò)程簡(jiǎn)單、迅速。特點(diǎn)：測(cè)量過(guò)程簡(jiǎn)單、迅速。測(cè)量結(jié)果：測(cè)量結(jié)果：20.1 mm間接測(cè)量間接測(cè)量如測(cè)導(dǎo)線的電阻率如測(cè)導(dǎo)線的電阻率（單位長(zhǎng)度、單位截面的某種物質(zhì)（單位長(zhǎng)度、單位截面的某種物質(zhì)的電阻）的電阻） ：n 由儀表（儀器）讀數(shù)按照一定的函數(shù)關(guān)系（公式）由儀表（儀器）讀數(shù)按照一定的函數(shù)關(guān)系（公式）計(jì)算獲取測(cè)量結(jié)果的方法。計(jì)算獲取測(cè)量結(jié)果的方法。n適用于被測(cè)量量無(wú)法或不便直接測(cè)量。適用于被測(cè)量量無(wú)法或不便直接測(cè)量。2S4RR dll 特點(diǎn)：測(cè)量過(guò)程復(fù)雜、費(fèi)時(shí)。特點(diǎn)：測(cè)量過(guò)程

15、復(fù)雜、費(fèi)時(shí)。組合測(cè)量（聯(lián)立測(cè)量）組合測(cè)量（聯(lián)立測(cè)量）如測(cè)量熱電阻溫度系數(shù)：如測(cè)量熱電阻溫度系數(shù)： 在應(yīng)用儀表進(jìn)行測(cè)量時(shí)，若被測(cè)物理量必須經(jīng)過(guò)在應(yīng)用儀表進(jìn)行測(cè)量時(shí)，若被測(cè)物理量必須經(jīng)過(guò)求解聯(lián)立方程組求解聯(lián)立方程組，才能得到最后結(jié)果，則稱(chēng)這樣的測(cè)，才能得到最后結(jié)果，則稱(chēng)這樣的測(cè)量為組合測(cè)量（聯(lián)立測(cè)量）。量為組合測(cè)量（聯(lián)立測(cè)量）。Rt1R0（1At1Bt12） Rt2R0（1At2Bt22） 參數(shù)參數(shù)A，BRtR0（1AtBt2） 注意注意1：同一物理量可以有不同的測(cè)量方法同一物理量可以有不同的測(cè)量方法如測(cè)電阻方法：如測(cè)電阻方法： 萬(wàn)用表萬(wàn)用表 (直接測(cè)量）直接測(cè)量） 伏安法（伏安法（RU/I)（間

16、接測(cè)量）（間接測(cè)量）注意注意2：間接測(cè)量誤差由多個(gè)測(cè)量量合成。間接測(cè)量誤差由多個(gè)測(cè)量量合成。根據(jù)測(cè)量讀數(shù)方式分類(lèi)根據(jù)測(cè)量讀數(shù)方式分類(lèi)直讀測(cè)量直讀測(cè)量 從儀器（儀表）直接獲取讀數(shù)。從儀器（儀表）直接獲取讀數(shù)。 特點(diǎn)：過(guò)程簡(jiǎn)單特點(diǎn)：過(guò)程簡(jiǎn)單 、直觀、明了、直觀、明了, 一般來(lái)說(shuō)準(zhǔn)確度較低一般來(lái)說(shuō)準(zhǔn)確度較低。比較測(cè)量比較測(cè)量 將被測(cè)量直接與標(biāo)準(zhǔn)量比較，根據(jù)比較結(jié)果獲得測(cè)量值。將被測(cè)量直接與標(biāo)準(zhǔn)量比較，根據(jù)比較結(jié)果獲得測(cè)量值。 典型：替代法，比較法，微差法。典型：替代法，比較法，微差法。特點(diǎn)：特點(diǎn)：標(biāo)準(zhǔn)量直接參與，測(cè)量準(zhǔn)確度高；標(biāo)準(zhǔn)量直接參與，測(cè)量準(zhǔn)確度高；測(cè)量設(shè)備較貴，過(guò)程復(fù)雜。測(cè)量設(shè)備較貴，過(guò)程復(fù)

17、雜。典型的比較測(cè)量方法替代法典型的比較測(cè)量方法替代法方法：方法：在相同條件下，將被測(cè)量與已知標(biāo)準(zhǔn)量先后置于同一測(cè)量在相同條件下，將被測(cè)量與已知標(biāo)準(zhǔn)量先后置于同一測(cè)量裝置中，若先后兩次測(cè)量裝置都處于相同狀態(tài)，可認(rèn)為被測(cè)量等裝置中，若先后兩次測(cè)量裝置都處于相同狀態(tài)，可認(rèn)為被測(cè)量等于已知量。于已知量。ERx+IARN特點(diǎn)：特點(diǎn)： 不受測(cè)量系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)誤差的影響，可獲得比較高的測(cè)量精度。不受測(cè)量系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)誤差的影響，可獲得比較高的測(cè)量精度。 測(cè)量過(guò)程較復(fù)雜，花費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)。測(cè)量過(guò)程較復(fù)雜，花費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)。E+IA替代法測(cè)電阻替代法測(cè)電阻典型的比較測(cè)量方法零位典型的比較測(cè)量方法零位( (零值零值) )法法

18、方法：方法：利用指零機(jī)構(gòu)的作用，使用被測(cè)量和已知標(biāo)準(zhǔn)量?jī)烧呃弥噶銠C(jī)構(gòu)的作用，使用被測(cè)量和已知標(biāo)準(zhǔn)量?jī)烧哌_(dá)到平衡，根據(jù)指零機(jī)構(gòu)示值為零來(lái)確定被測(cè)量等于標(biāo)準(zhǔn)量達(dá)到平衡，根據(jù)指零機(jī)構(gòu)示值為零來(lái)確定被測(cè)量等于標(biāo)準(zhǔn)量值。值。特點(diǎn)：特點(diǎn)： 測(cè)量過(guò)程比較復(fù)雜，在測(cè)量時(shí)，要進(jìn)行平衡操作，花費(fèi)測(cè)量過(guò)程比較復(fù)雜，在測(cè)量時(shí)，要進(jìn)行平衡操作，花費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)時(shí)間長(zhǎng)天平測(cè)質(zhì)量天平測(cè)質(zhì)量典型的比較測(cè)量方法微差典型的比較測(cè)量方法微差( (偏差偏差) )法法方法：方法： 被被測(cè)量測(cè)量值與標(biāo)準(zhǔn)量大體平衡，將被測(cè)的未知量與已知值與標(biāo)準(zhǔn)量大體平衡，將被測(cè)的未知量與已知的標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，并的標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，并取得被測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)量差值取得被

19、測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)量差值。特點(diǎn)：特點(diǎn)：測(cè)量精度高測(cè)量精度高反應(yīng)快，特別適用于在線控制參數(shù)的檢測(cè)反應(yīng)快，特別適用于在線控制參數(shù)的檢測(cè)基準(zhǔn)量：基準(zhǔn)量：20.00 mm測(cè)量值：測(cè)量值：+0.08 mm結(jié)結(jié) 果：果：20.08 mm時(shí)域測(cè)量：時(shí)域測(cè)量：（瞬態(tài)測(cè)量）以時(shí)間為主要研究對(duì)象，主要測(cè)量被（瞬態(tài)測(cè)量）以時(shí)間為主要研究對(duì)象，主要測(cè)量被測(cè)量隨時(shí)間的變化的規(guī)律。測(cè)量隨時(shí)間的變化的規(guī)律。 例：用示波器測(cè)量脈沖信號(hào)的上升沿、下降沿、脈寬等。例：用示波器測(cè)量脈沖信號(hào)的上升沿、下降沿、脈寬等。頻域測(cè)量：頻域測(cè)量：（穩(wěn)態(tài)測(cè)量）以頻率為主要研究對(duì)象，主要測(cè)量被（穩(wěn)態(tài)測(cè)量）以頻率為主要研究對(duì)象，主要測(cè)量被測(cè)量隨頻率的變化的

20、規(guī)律。測(cè)量隨頻率的變化的規(guī)律。例：頻譜分析儀測(cè)量信號(hào)的頻譜。例：頻譜分析儀測(cè)量信號(hào)的頻譜。數(shù)據(jù)域測(cè)量：數(shù)據(jù)域測(cè)量：（邏輯量測(cè)量）以數(shù)字電路的邏輯狀態(tài)為主要研（邏輯量測(cè)量）以數(shù)字電路的邏輯狀態(tài)為主要研究對(duì)象。究對(duì)象。例：邏輯分析儀測(cè)量數(shù)字電路的邏輯狀態(tài)、時(shí)序等。例：邏輯分析儀測(cè)量數(shù)字電路的邏輯狀態(tài)、時(shí)序等。根據(jù)測(cè)量性質(zhì)分類(lèi)根據(jù)測(cè)量性質(zhì)分類(lèi) 接觸式測(cè)量接觸式測(cè)量與與非接觸式測(cè)量非接觸式測(cè)量；根據(jù)是否與被測(cè)介質(zhì)接觸分類(lèi)根據(jù)是否與被測(cè)介質(zhì)接觸分類(lèi)紅外測(cè)溫紅外測(cè)溫接觸式測(cè)溫接觸式測(cè)溫 靜態(tài)測(cè)量靜態(tài)測(cè)量與與 動(dòng)態(tài)測(cè)量動(dòng)態(tài)測(cè)量根據(jù)被測(cè)量變化快慢分類(lèi)根據(jù)被測(cè)量變化快慢分類(lèi)電壓波動(dòng)電壓波動(dòng)手持式電壓表手持式電壓

21、表在線測(cè)量在線測(cè)量與與離線測(cè)量離線測(cè)量根據(jù)測(cè)量對(duì)象是否工作分類(lèi)根據(jù)測(cè)量對(duì)象是否工作分類(lèi)電力變壓器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)電力變壓器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（測(cè)量油中氣體和微水含量）（測(cè)量油中氣體和微水含量）電力變壓器油氣相色譜儀電力變壓器油氣相色譜儀現(xiàn)代電氣測(cè)量系統(tǒng)的基本組成現(xiàn)代電氣測(cè)量系統(tǒng)的基本組成傳感器調(diào)理電路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)CPU顯示現(xiàn)代數(shù)字化測(cè)量系統(tǒng)方框圖X現(xiàn)代數(shù)字化測(cè)量系統(tǒng)都包含下列幾個(gè)環(huán)節(jié)：l傳感器：將非電量信號(hào)轉(zhuǎn)化成電量信號(hào)：如測(cè)溫傳感器，壓電傳感器，電容/電感傳 感器、電渦流傳感器等；實(shí)現(xiàn)電信號(hào)的隔離：如CT，PT，Hall電流傳感器。l調(diào)理電路：信號(hào)的放大、共模抑制l數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：以ADC為核心lCPU

22、：MCU, uP, DSP, PLC或通用臺(tái)式計(jì)算機(jī)Y現(xiàn)代電氣測(cè)量系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)從硬件平臺(tái)結(jié)構(gòu)來(lái)看可分為以下兩種基本類(lèi)型： 一、以單片機(jī)（或?qū)Ｓ眯酒?如DSP）為核心的單機(jī)系統(tǒng)。 二、以PC為核心的應(yīng)用擴(kuò)展電氣測(cè)量系統(tǒng) 測(cè)量系統(tǒng)的靜態(tài)特性測(cè)量系統(tǒng)的靜態(tài)特性 研究目的研究目的（1）已知Y, H(S) X(被測(cè)量)（2）已知X, H(S) Y(輸出量)（3）已知X, Y H(S) (一般用數(shù)學(xué)表達(dá)式)靜態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性輸入信號(hào)x(t)不隨時(shí)間變化的X-Y之間的關(guān)系 輸入信號(hào)x(t) 隨時(shí)間變化的X-Y之間的關(guān)系 應(yīng)用測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量未知物理量根據(jù)對(duì)被測(cè)量的測(cè)量組建測(cè)量系統(tǒng)用于系統(tǒng)研究、設(shè)計(jì)、制作又稱(chēng)“刻

23、度特性”、“標(biāo)準(zhǔn)曲線”或“校準(zhǔn)曲線” 1 定義定義 測(cè)量系統(tǒng)的輸入不隨時(shí)間變化的測(cè)量系統(tǒng)輸入與測(cè)量系統(tǒng)的輸入不隨時(shí)間變化的測(cè)量系統(tǒng)輸入與輸出之間呈現(xiàn)的關(guān)系。輸出之間呈現(xiàn)的關(guān)系。2 表達(dá)式表達(dá)式 理想測(cè)量系統(tǒng)理想測(cè)量系統(tǒng): :線性特性線性特性 y=S0+S1x 實(shí)際的測(cè)量系統(tǒng)：非線性特性實(shí)際的測(cè)量系統(tǒng)：非線性特性 y=S0+S1x+S2x2+ 式中S0，S1，S2，Sn常量； y輸出量； x輸入量。測(cè)量系統(tǒng)的靜態(tài)特性測(cè)量系統(tǒng)的靜態(tài)特性靜態(tài)特性的獲得靜態(tài)特性的獲得 在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)工作條件下在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)工作條件下 對(duì)一個(gè)測(cè)量系統(tǒng)，必須在使用前進(jìn)行標(biāo)定或定期進(jìn)行校驗(yàn) 規(guī)定溫度范圍、大氣壓力、濕度等 測(cè)量

24、系統(tǒng)XiYi高精度輸入量發(fā)生器一系列數(shù)值已知的、準(zhǔn)確的、不隨時(shí)間變化的輸入量高精度測(cè)量?jī)x器 根據(jù)Xi與Yi的關(guān)系數(shù)表繪制曲線數(shù)學(xué)表達(dá)式 實(shí)際的測(cè)量系統(tǒng)并非理性的線性時(shí)不變系統(tǒng)，二者之間就存在差別。所以常用靈敏度靈敏度、非線性度非線性度和回程誤差回程誤差等主要定量指標(biāo)來(lái)表征實(shí)際的測(cè)量系統(tǒng)的靜態(tài)特性。 靈敏度靈敏度當(dāng)系統(tǒng)的輸入x有一個(gè)微笑增量x時(shí)，將引起系統(tǒng)的輸出y也發(fā)生相應(yīng)的微量變化y，則定義該系統(tǒng)的靈敏度為： ySx00byySxxa常數(shù)0limxydySxdx 或或若測(cè)量系統(tǒng)的輸入/輸出同量綱時(shí)，則常用“放大倍數(shù)”一詞代替“靈敏度”。 靜態(tài)特性的基本參數(shù)靜態(tài)特性的基本參數(shù) 非線性度非線性度系

25、統(tǒng)的輸出/輸入之間保持常值比例關(guān)系 （線性關(guān)系）的一種度量。 通常用實(shí)驗(yàn)的方法獲取系統(tǒng)的輸入/輸出關(guān)系曲線，并稱(chēng)為“標(biāo)定曲線標(biāo)定曲線”。 由標(biāo)定曲線采用擬合方法得到的輸入/輸出之間的線性關(guān)系，稱(chēng)為“擬合直線擬合直線”。 非線性度就是標(biāo)定曲線偏離其擬合直線的程度 max100%BA非線性度= 回程誤差回程誤差表征測(cè)量系統(tǒng)在全量程范圍內(nèi)，輸入遞增變化（由小變大）中的標(biāo)定曲線和遞減變化（由大變?。┲械臉?biāo)定曲線二者靜態(tài)特征不一致的程度。 回程誤差=max100%hA 測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性 實(shí)際的測(cè)量系統(tǒng)總是被處理為線性時(shí)不變系統(tǒng)，而且總可以用上式所示的常系數(shù)線性微分方程來(lái)描述系統(tǒng)與輸出

26、/輸入的關(guān)系。 00( )( )( )( )( )ststy t edtY sH sX sx t edt 為了研究和運(yùn)算的方便，常通過(guò)拉普拉斯變化在復(fù)數(shù)域S中建立其相應(yīng)的“傳遞函數(shù)”，并在頻域中用傳遞函數(shù)的特殊形式頻率響應(yīng)，在時(shí)域中用傳遞函數(shù)的拉普拉斯反變化權(quán)函數(shù)。 測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性1 1 定義：定義： 輸入信號(hào)輸入信號(hào)x(t)x(t)是隨時(shí)間是隨時(shí)間t t變化的變化的X-YX-Y的特性。的特性。 反映其測(cè)量動(dòng)態(tài)信號(hào)的能力。反映其測(cè)量動(dòng)態(tài)信號(hào)的能力。 2 2 數(shù)學(xué)描述：數(shù)學(xué)描述： 測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性用數(shù)學(xué)模型來(lái)描述，主要有三種形式： 時(shí)域中的微分方程； 復(fù)頻域中的傳遞函數(shù)；

27、 頻域中的頻率特性。時(shí)域動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)時(shí)域動(dòng)態(tài)性能指標(biāo) 一階測(cè)量系統(tǒng)： 階躍輸入時(shí)的輸出響應(yīng)是非周期型53時(shí)域動(dòng)態(tài)性能指標(biāo) 時(shí)間常數(shù)T。 輸出量上升到穩(wěn)態(tài)值的63.2%所需要時(shí)間；響應(yīng)時(shí)間。 輸出量達(dá)到穩(wěn)態(tài)值的某一允許誤差范圍內(nèi)，并保持在此范圍內(nèi)所需最小時(shí)間；由于允許誤差范圍不相同時(shí)，響應(yīng)時(shí)間不同，所以下標(biāo)s表示不同的允許誤差范圍。例如允許誤差為5%，則表示為 。一階測(cè)量 時(shí)間 與T的關(guān)系為： ； ； ?？梢?jiàn)時(shí)間常數(shù)越小，響應(yīng)越快。上升時(shí)間。 測(cè)量設(shè)備輸出響應(yīng)值從5%（或10%）到達(dá)穩(wěn)態(tài)值的95%（或90%），或從0上升到穩(wěn)態(tài)值所需時(shí)間。延遲時(shí)間。 測(cè)量設(shè)備輸出響應(yīng)值從0上升到穩(wěn)態(tài)值的50%所需

28、時(shí)間。st0.1352tT0.053tT0.0184tT0.05t時(shí)域動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)時(shí)域動(dòng)態(tài)性能指標(biāo) 對(duì)于二階測(cè)量設(shè)備：傳遞函數(shù)中阻尼比（實(shí)際阻尼系統(tǒng)與臨界阻尼系統(tǒng)之比）1.1時(shí)按上述一階測(cè)量系統(tǒng)的性能討論即可2.1時(shí)輸出響應(yīng)為衰減震蕩曲線，除前述響應(yīng)時(shí)間、上升時(shí)間、延遲時(shí)間等指標(biāo)外，還有峰值時(shí)間 （輸出響應(yīng)達(dá)到第一個(gè)峰值所需時(shí)間）與超調(diào)量（輸出響應(yīng)曲線的最大偏差與穩(wěn)態(tài)值的百分比）55strtdtpt 1 . 1 .21( ) |( )|1()AH幅頻特性：()arctan 相頻特性： 時(shí)間常數(shù)（以上公式假設(shè)直流放大倍數(shù)K=1）一階系統(tǒng)的頻率特性一階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)誤差一階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)誤差對(duì)于傳遞測(cè)量信

29、號(hào)的系統(tǒng)，其理想頻率特性的模應(yīng)為：1| )0(| )(| HjH所以，一階系統(tǒng)動(dòng)態(tài)幅值誤差為：1)(111)(1122)(arctg一階系統(tǒng)轉(zhuǎn)折頻率輸入信號(hào)頻率一階系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)注意：一階系統(tǒng)1理想相頻特性是相角誤差為0，所以一階系統(tǒng)的相頻誤差就是：（負(fù)值，幅值誤差增大） 通頻帶（0）為轉(zhuǎn)折角頻率。 當(dāng)信號(hào)頻率等于轉(zhuǎn)折頻率時(shí)，動(dòng)態(tài)幅值誤差已達(dá)-29.3%，即幅值已衰減3dB。 一般測(cè)量?jī)x器、系統(tǒng)的工作頻帶是指動(dòng)態(tài)幅值誤差或10的信號(hào)頻率范圍，這時(shí)允許頻率比f(wàn)/f=0.3或0.5，這時(shí)相位誤差已達(dá)16.7或26.6。 1)(112信號(hào)頻率與一階系統(tǒng)轉(zhuǎn)折頻率之比(f / f =/)與動(dòng)態(tài)幅值誤差 的

30、關(guān)系.例題: 用一時(shí)間常數(shù)為2s的溫度計(jì)測(cè)量爐溫時(shí)，當(dāng)爐溫在200400之間，以150s為周期，按正弦規(guī)律變化時(shí)，溫度計(jì)輸出的變化范圍是多少？ （1）已知: 被測(cè)輸入為 X=300+100sint， =2/150測(cè)量系統(tǒng)為一階系統(tǒng)，時(shí)間常數(shù) =2s，則：|A()|=|1/(1+)|=1/1+(2 *2/150)21/2=1/1.0035=0.996 （2）輸入為200、400時(shí)，其輸出分別為：Y(200)=|A(w)|200=199.3() Y(400)=|A(w)| 400=398.6( ) 微分方程 為系統(tǒng)固有角頻率， 為阻尼比 傳遞函數(shù) 頻率特性 200()()()12YKHXj2200()()12()1YsKHsXsss