電氣與電子測(cè)量技術(shù)1測(cè)量基本概念

電氣與電子測(cè)量技術(shù)

盛戈皞Email：辦公室：電信群樓1號(hào)樓237室第一頁，共四十九頁。2

教材和參考書目1電氣與電子測(cè)量技術(shù)自編教材電子工業(yè)出版社2現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)與系統(tǒng)設(shè)計(jì)申忠如西安交大出版社3電氣測(cè)試技術(shù)第3版林德杰機(jī)械工業(yè)出版社4現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)與測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)劉君華西安交大出版社5電氣測(cè)量陳立周機(jī)械工業(yè)出版社其他：傳感器和電氣測(cè)量的相關(guān)書籍第二頁，共四十九頁。3課程目標(biāo)

通過本課程的學(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)成和分析方法，掌握常用測(cè)量系統(tǒng)的工作原理及動(dòng)靜態(tài)特性，學(xué)會(huì)根據(jù)實(shí)際要求選用傳感器和調(diào)理電路，掌握建立電氣測(cè)量系統(tǒng)的原則與方法，并對(duì)電氣測(cè)量技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)有所了解。

第三頁，共四十九頁。4課程主要內(nèi)容（7個(gè)部分）一測(cè)量基礎(chǔ)知識(shí)（第1章）二誤差基本理論（第2章）三常用的傳感器（第3章）四測(cè)量系統(tǒng)中的調(diào)理電路（第4章）五電氣測(cè)量技術(shù)(第5章)六干擾與抑制(第8章）七試驗(yàn)（虛擬儀器，傳感器實(shí)驗(yàn)等）(第7章）第四頁，共四十九頁。5課程基本情況課時(shí)：共34學(xué)時(shí)課堂授課28學(xué)時(shí)試驗(yàn)6學(xué)時(shí)考核成績(jī)：平時(shí)10％（作業(yè)，課堂提問，考勤）

實(shí)驗(yàn)20％(3次實(shí)驗(yàn))

考試70％習(xí)題、試驗(yàn)內(nèi)容：

75：3000/電氣與電子測(cè)量技術(shù)用戶名，密碼：cljs第五頁，共四十九頁。6緒論第六頁，共四十九頁。7緒論測(cè)量地位和作用測(cè)量?jī)x器發(fā)展歷程第七頁，共四十九頁。8測(cè)量的地位和作用第八頁，共四十九頁。9測(cè)量在科學(xué)研究中作用門捷列夫(1834-1907)

科學(xué)始于測(cè)量,沒有測(cè)量，便沒有精密的科學(xué)。第九頁，共四十九頁。10

信息技術(shù)包括測(cè)量技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)，測(cè)量技術(shù)是信息技術(shù)的關(guān)鍵和基礎(chǔ)。錢學(xué)森(1911-2009)測(cè)量在科學(xué)研究中作用第十頁，共四十九頁。11日常生活中處處離不開測(cè)量

家用電器數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)：自動(dòng)對(duì)焦(紅外測(cè)距)數(shù)字體溫計(jì)：溫度測(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)量醫(yī)療衛(wèi)生電子血壓計(jì)：壓力檢測(cè)普通轎車：約安裝幾十到近百只測(cè)量傳感器.

豪華轎車：測(cè)量傳感器數(shù)量可多達(dá)二百余只.

汽車第十一頁，共四十九頁。12農(nóng)業(yè)生產(chǎn)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；中國：秦始皇，商鞅變法，統(tǒng)一度量衡現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中處處需要測(cè)量一架飛機(jī)中：3000個(gè)測(cè)量傳感器；一個(gè)大型石油化工廠：6000個(gè)測(cè)量傳感器；一個(gè)大型鋼鐵廠：20000個(gè)測(cè)量傳感器。測(cè)量在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用第十二頁，共四十九頁。13測(cè)量在電力行業(yè)中的應(yīng)用電廠發(fā)電機(jī)組：檢測(cè)參數(shù)：電氣量---電壓、電流、功率因數(shù)、頻率、諧波、相角等，非電量－發(fā)電機(jī)振動(dòng)、溫度、壓力、流量、液位、聲音等3000－5000個(gè)測(cè)量傳感器電網(wǎng)運(yùn)行：成千上萬個(gè)電氣量測(cè)量傳感器第十三頁，共四十九頁。14智能電網(wǎng)傳統(tǒng)電網(wǎng)升級(jí)換代（安全、可靠、高效、大量接納新能源、用戶互動(dòng)等）歐洲和美國均提出各自發(fā)展智能電網(wǎng)的目標(biāo)和路線圖國家電網(wǎng)公司和南方電網(wǎng)公司均提出了全面建設(shè)智能電網(wǎng)的發(fā)展規(guī)劃第十四頁，共四十九頁。15智能電網(wǎng)目標(biāo)IBM：利用傳感器對(duì)發(fā)電、輸電、配電、供電等關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，把獲得的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行收集、整合，通過對(duì)數(shù)據(jù)的分析、挖掘，達(dá)到對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的優(yōu)化管理埃森哲：利用傳感、嵌入式處理器、數(shù)字通信等技術(shù)，使電網(wǎng)可觀測(cè)（監(jiān)測(cè)電網(wǎng)所有元件的狀態(tài))、可控制（控制電網(wǎng)所有元件的狀態(tài)）、自動(dòng)化（可自適應(yīng)并實(shí)現(xiàn)自愈）我國國家電網(wǎng)公司以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各電壓等級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)為基礎(chǔ)，將現(xiàn)代先進(jìn)的傳感測(cè)量技術(shù)、通訊技術(shù)、信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)與物理電網(wǎng)高度集成而形成的新型電網(wǎng)。第十五頁，共四十九頁。16智能變壓器第十六頁，共四十九頁。17測(cè)量?jī)x器的發(fā)展第十七頁，共四十九頁。18

測(cè)量?jī)x器發(fā)展至今．大致可分為五個(gè)階段。第一代模擬指針式儀表（上世紀(jì)50年代以前）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?jī)x器的發(fā)展歷程第十八頁，共四十九頁。19

第二代分立電子儀器（上世紀(jì)5、60年代）測(cè)量?jī)x器的發(fā)展歷程以電子管，晶體管為基礎(chǔ)采用了電子測(cè)量技術(shù)測(cè)量模擬信號(hào)第十九頁，共四十九頁。20測(cè)量?jī)x器的發(fā)展歷程

一般采用中規(guī)模的集成電路第三代數(shù)字式儀表（上世紀(jì)70年代）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)果第二十頁，共四十九頁。21第四代智能儀器（上世紀(jì)80年代）內(nèi)部有微處理器，可以進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量和數(shù)據(jù)處理。

采用大規(guī)模集成電路主要由硬件與固化的軟件組成主要問題是功能固定，應(yīng)用不靈活測(cè)量?jī)x器的發(fā)展歷程第二十一頁，共四十九頁。22第五代虛擬儀器以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，是測(cè)量技術(shù)新的革命。利用高性能的標(biāo)準(zhǔn)模塊化硬件和高效靈活的軟件來完成各種測(cè)試和測(cè)量的應(yīng)用。軟件是虛擬儀器的關(guān)鍵，“軟件即儀器”（不同的軟件構(gòu)成不同的儀器）測(cè)量?jī)x器的發(fā)展歷程第二十二頁，共四十九頁。23第一章測(cè)量的基礎(chǔ)知識(shí)第二十三頁，共四十九頁。24第一章測(cè)量基礎(chǔ)知識(shí)測(cè)量的基本概念測(cè)量方法現(xiàn)代測(cè)量系統(tǒng)的組成靜態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性第二十四頁，共四十九頁。25測(cè)量的基本概念第二十五頁，共四十九頁。26測(cè)量概念和定義測(cè)量：人們借助專門的設(shè)備，將被測(cè)量量和同類標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，得到測(cè)量結(jié)果的一個(gè)過程。

第二十六頁，共四十九頁。27單位有明確定義和名稱并命其數(shù)值為1的固定量；單位量值大小是約定或法定的英呎——feet1米（1790年，法國政府規(guī)定：通過巴黎地球子午線長(zhǎng)度的4千萬分子1）（1983年，國際計(jì)量大會(huì)：光在真空中1s時(shí)間內(nèi)傳播距離的1/299792485）第二十七頁，共四十九頁。28

由基本單位與導(dǎo)出單位共同組成的一個(gè)完整的單位體系。基本量與基本單位：少數(shù)相互獨(dú)立的并可通過其組合定義其他所有物理量被稱為“基本量”。這些量的單位被稱為“基本單位”。

導(dǎo)出量與導(dǎo)出單位：由基本量通過物理法則推導(dǎo)出的其他所有物理量被稱為“導(dǎo)出量”。導(dǎo)出量的單位被稱為“導(dǎo)出單位”。單位制第二十八頁，共四十九頁。29國際單位制(SI)長(zhǎng)度質(zhì)量時(shí)間電流熱力學(xué)溫度物質(zhì)的量光量kg----千克標(biāo)準(zhǔn)原器(實(shí)物單位)m----光在真空中1s時(shí)間內(nèi)傳播距離的1/299792485SI基本單位：（m）（kg）（s）（A）（K）（mol）（cd）A----無限長(zhǎng)導(dǎo)線恒定電流，每米長(zhǎng)度相互作用力2x10-7NK----水三相點(diǎn)熱力學(xué)溫度1/273.16mol----微觀粒子的數(shù)量千克原器第二十九頁，共四十九頁。30SI導(dǎo)出單位第三十頁，共四十九頁。31測(cè)量方法分類第三十一頁，共四十九頁。32測(cè)量方法分類按測(cè)量結(jié)果獲得方法分為:

直接測(cè)量

間接測(cè)量

組合測(cè)量第三十二頁，共四十九頁。33直接測(cè)量

從測(cè)量?jī)x表直接獲取測(cè)量結(jié)果。測(cè)量結(jié)果：20.1mm第三十三頁，共四十九頁。34直接測(cè)量按測(cè)量讀數(shù)方式分為直讀測(cè)量法從儀器（儀表）讀數(shù)直接獲取測(cè)量結(jié)果。特點(diǎn)：過程簡(jiǎn)單、迅速、直觀、明了,

一般來說準(zhǔn)確度較低。比較測(cè)量法將被測(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，零位法，微差法。特點(diǎn)：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，過程復(fù)雜。第三十四頁，共四十九頁。35典型的比較測(cè)量方法－替代法方法：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。ERx+–IARN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。測(cè)量過程較復(fù)雜，花費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)。E+–IA替代法測(cè)電阻第三十五頁，共四十九頁。36典型的比較測(cè)量方法－零位(零值)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)烧哌_(dá)到平衡，根據(jù)指零機(jī)構(gòu)示值為零來確定被測(cè)量等于標(biāo)準(zhǔn)量值。特點(diǎn)：測(cè)量過程比較復(fù)雜，在測(cè)量時(shí)，要進(jìn)行平衡操作，花費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)天平測(cè)質(zhì)量第三十六頁，共四十九頁。37典型的比較測(cè)量方法－微差(偏差)法方法：被測(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。特點(diǎn)：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)基準(zhǔn)量：20.00mm測(cè)量值：+0.08mm結(jié)果：20.08mm第三十七頁，共四十九頁。38間接測(cè)量如測(cè)導(dǎo)線的電阻率ρ（單位長(zhǎng)度、單位截面的某種物質(zhì)的電阻）

：

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。

特點(diǎn)：測(cè)量過程復(fù)雜、費(fèi)時(shí)。第三十八頁，共四十九頁。39組合測(cè)量（聯(lián)立測(cè)量）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)過求解聯(lián)立方程組，才能得到最后結(jié)果，則稱這樣的測(cè)量為組合測(cè)量（聯(lián)立測(cè)量）。Rt1＝R0（1＋At1＋Bt12） Rt2＝R0（1＋At2＋Bt22） 參數(shù)A，BRt＝R0（1＋At＋Bt2） 第三十九頁，共四十九頁。40注意1：同一物理量可以有不同的測(cè)量方法如測(cè)電阻方法：萬用表(直接測(cè)量）伏安法（R＝U/I)（間接測(cè)量）注意2：間接測(cè)量誤差由多個(gè)測(cè)量量合成。第四十頁，共四十九頁。41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。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。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。根據(jù)測(cè)量性質(zhì)分類第四十一頁，共四十九頁。42

接觸式測(cè)量與非接觸式測(cè)量；根據(jù)是否與被測(cè)介質(zhì)接觸分類紅外測(cè)溫接觸式測(cè)溫第四十二頁，共四十九頁。43

靜態(tài)測(cè)量與動(dòng)態(tài)測(cè)量根據(jù)被測(cè)量變化快慢分類電壓波動(dòng)手持式電壓表第四十三頁，共四十九頁。44在線測(cè)量與離線測(cè)量根據(jù)測(cè)量對(duì)象是否工作分類電力變壓器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（測(cè)量油中氣體和微水含量）電力變壓器油氣相色譜儀第四十四頁，共四十九頁。現(xiàn)代電氣測(cè)量系統(tǒng)的基本組成第四十五頁，共四十九頁?，F(xiàn)代電氣測(cè)量系統(tǒng)的組成第四十六頁，共四十九頁。平臺(tái)結(jié)構(gòu)一

以單片機(jī)（或?qū)Ｓ眯酒?如DSP）為核心的單機(jī)系統(tǒng)。第四十七頁，共四十九頁。48

平臺(tái)結(jié)構(gòu)二

以PC為核心的應(yīng)用擴(kuò)展電氣測(cè)量系統(tǒng)傳感器1信號(hào)調(diào)理數(shù)據(jù)采集卡計(jì)算機(jī)顯示處理通信控制被測(cè)量X1傳感器2信號(hào)調(diào)理被測(cè)量X2傳感器n信號(hào)調(diào)理被測(cè)量Xn被測(cè)量X電氣參量非電氣參量開關(guān)量獲取信號(hào)信號(hào)變換預(yù)濾波A/D轉(zhuǎn)換多路轉(zhuǎn)換信號(hào)分析、處理現(xiàn)代測(cè)量系統(tǒng)方框圖第四十八頁，共四十九頁。內(nèi)容總結(jié)電氣與電子測(cè)量技術(shù)。75：3000/電氣與電子