[转贴]：测量仪表与测试方法

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对于操作者来说，总希望所使用的仪器仪表具有测量准确、操作简单、显示清晰、自身功耗小、过载时不易损坏以及对环境要求较低等特点。因此指示仪表的技术要求通常包括准确度、灵敏度、标尺特性、仪表功耗、过载能力、频率范围、波形条件以及环境使用条件。

一、指示仪表的分类及其性能
    电工测量仪表按是否需要将被测量和标准量进行比较分为直读式和比较式两大类。直读式仪表按显示方式又可分为模拟量指示仪表和数字量显示仪表。前者主要是电气机械式仪表，测量结果通过仪表指针在仪表标尺或表盘上读出，简称指示仪表；后者是用数字显示测量结果。

    本节主要介绍常用传统指示仪表的基本结构、工作原理和技术特性。

    电工测量指示仪表的种类很多，分类方法各异。根据常用仪表的工作原理将其分为磁电系、电磁系、电动系、静电系、感应系等，虽然它们的基本结构不同，但它们的主要作用都是将被测电量变换成仪表可动部分的偏转角位移。

    电测量指示仪表由测量线路和测量机构二部分组成，如图1.2-1所示，测量机构是仪表的核心部分。

     
  图1.2-1 电测量指示仪表结构框图        

    测量机构的主要作用是：
    (1)   产生转动力矩。转动力矩与被测量之间存在着一一对应的确定关系。最理想状态是转动力矩与被测量完全是正比关系，但实际上转动力矩通常还与仪表指针的偏转角有关，因此可以把转动力矩看作是被测量与指针偏转角的函数，可用下面的关系式表示

M＝F(x、a)

    式中：M为转动力矩；a为偏转角；x为被测量。

    如果仪表的测量机构在M的作用下，引起的偏转角位移为da，则M对仪表可动部分所作的功Mda与该测量机构中电磁能量的变化量dA相等，所以

Mda＝dA

    式中：A—测量机构中的电场能量或磁场能量。
    当测量机构中电磁能量的变化量dA仅由仪表可动部分的偏转角位移da引起时，则




    (2)   产生反作用力矩。作用于活动部分，用来平衡转动力矩M

D＝Wa＝F(a)

    式中：W为反作用力矩系数，D为反作用力矩。当转动力矩M与反作用力矩D相等时，仪表的活动部分就静止在平衡位置上。

    (3)   产生阻尼力矩。作用于活动部分并与其运动速度成正比，与运动速度方向相反的力矩，它的作用是使仪表的活动部分更快地静止在最后的平衡位置上，缩短测量时间。阻尼力矩只在运动过程中产生，当活动部分静止时，便自动消失，因此它不影响测量结果。



    式中：MP为阻尼力矩；P为阻尼系数；  是活动部分运动的角速度。

    只有在上述三种作用力矩的共同作用下，仪表才能稳定可靠地工作。

    指示仪表的表盘上常可以看到一些标志符号，其中有交直流符号、准确度、仪表结构和作用原理的系别、仪表放置方式、防御外电场或磁场的级别、使用环境条件以及绝缘水平等。对于被测对象，通常在面板标尺正中下方用尺寸较大的外文字母标出。图1.2-3给出了T23-V型电压表刻度盘，各标志的意义如表1.2-1所示。为了便于比较，将不同结构仪表的特性列在表1.2-2中。


     
  图1.2-2  T23-V型电压表刻度盘   

表1.2-1  T23-V型电压表刻度盘符号含义说明

编 号
含       义

1
电磁系仪表，不同的符号代表不同类型的仪表。

2
表示仪表防御外磁场的能力，一共有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个级别。

3
符号内部的数字表示仪表绝缘强度试验电压值。“2”表示绝缘强度试验电压为2kV、“0”不进行绝缘强度试验、符号内部没有数字时，表示绝缘强度试验电压为500V。

4
仪表水平放置。若需仪表垂直放置或与水平位置成一定角度放置时，则分别用垂直符号和一角度符号表示。

5
仪表容许的工作环境级别。

6
仪表准确度级别为0.5级。从0.5～5.0共有7个不同的级别。

7
仪表能保持准确度级别的额定工作频率范围。

8
工作状态符号，交、直流两用仪表。

9
第一个字母T是系列代号（T-电磁系、C-磁电系、D-电动系等）；23是设计序号；V代表用途号（用国际通用符号表示）。


表1.2-2  不同类型仪表的特性

   仪表系列
磁电系
整流式(磁电系)
电磁系
电动系

符号标记
  
  
  
  
   
型   号
C
L
T
D
   
   测量

电压、电流
直流或交流的恒定分量
交流平均值(正弦交流下刻度为有效值
交流有效值

或直流
交流有效值或直流(并可测交直流功率)
   
   使用频率范围
一般用于直流
45～1000Hz，个别可达5000Hz以上
一般为50Hz，频率变化时，误差较大
一般为50Hz，个别可达8000Hz以下
   
   准 确 度
高

0.5至1.0级
低

1.0至2.5级
较低

0.5至2.5级
高

0.5至1.0级
   
   功率损耗
小
小
大
大
   
   波形影响
    测量非正弦交流信号的有效值误差很大
可测量非正弦交流有效值
可测量非正弦交流有效值
   
      外磁场

  防御能力
强
强
弱
弱
   
   分度特性
均匀
接近均匀
不均匀
不均匀

作功率表时除外
   
   过载能力
小
小
大
小
   
   驱动力矩

(电流相同时)
大
大
小
小
   
   主要应用范围
直流电表
多用表
交流电表
交流或直流电表
   
                 

仪表准确度等级可分为以下七级，如表1.2-3所示。

   表1.2-3  仪表准确度等级

准确度等级指数
0.1
0.2
0.5
1.0
1.5
2.5
5.0

基本引用误差%
±0.1
±0.2
±0.5
±1.0
±1.5
±2.5
±5.0


    外磁场对仪表指示值的影响，可采用磁屏蔽来减少其附加误差。仪表对外磁场的防御能力可分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四级，如表1.2-4所示：
          表1.2-4  仪表防御能力

测试条件

400A/m
准确度等级
仪表读数允许误差%

Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ

0.1、0.2、0.5
±0.5
±1.0
      
1.0、1.5
±2.5
   
2.5、5.0
±2.5
±5.0




二、指示仪表的技术要求
(1)   准确度：指测量结果与被测量真实值之间的接近的程度。根据国家标准，指示仪表分为0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5，5.0七个等级。准确度等级是按仪表基本引用误差（满刻度误差）g m划分的，基本引用误差



    其中：Dxm是仪表量程内的最大绝对误差，xm是测量仪表满刻度指示值。

    (2)   灵敏度：测量机构可动部分偏转的角度与被测量的变化量之比，即单位被测量的偏转角。其表达式为



    式中：S－仪表灵敏度；a－可动部分的偏转角度；x－被测量。

    如果被测量x与偏转角a成正比例关系，则灵敏度S为一常数，与偏转角a无关，这说明仪表表盘为均匀刻度。由此可见，灵敏度取决于仪表的偏转性能，并与被测量性质有关。

    例如将1mA的电流通入微安表，若该表偏转10格，则其灵敏度S为10格/1mA。不同类型仪表的灵敏度有时相差很大。仪表灵敏度反映了仪表所能测量的最小被测量。如果用不同类型的仪表测同一被测量时，其结构不同，即使有相同的电压灵敏度也可能有不同的电流灵敏度。

(3)   仪表的功耗

    仪表在接入被测电路时，自身将消耗一些功率。功耗大小主要取决于仪表内的阻抗值。为了减小仪表的功耗，要求电压表的内阻应尽可能大，电流表的内阻应趋近于零，而功率表应同时具有上述特点。关于仪表功耗的考虑也要视实际被测电路而定。例如用电压表测稳压电源或大容量电源电压时，即使电压表的内阻抗较低，该电源的电压不会因仪表功耗大小而有所改变；相反，如果被测电路本身内阻抗高、容量小，即使仪表功耗不太大，也会导致被测电路工作状态的变化，从而引起测量方法误差。

三、数字仪表的特点
    数字仪表与指示仪表的测量原理不同，指示仪表是直接显示模拟电量，而数字式仪表是将模拟电量转换为数字量，再进行测量显示。其过程如图1.2-4所示。

     
  图1.2-3  数字仪表结构框图   


    数字仪表因其具有准确度高、灵敏度高、输入阻抗高、操作简便以及测量速度快等特点，在现代测量技术中得到了广泛应用。

四、常用术语及其关系
    (1)   准确度：每个被测量都有一个真值存在，测量结果与被测量的真值之间的差值就是误差，误差的大小用准确度表示。准确度愈高系统误差愈小，说明测量的平均值偏离真值愈小。

    (2)   精密度（精度）：在同一条件下进行重复测量时，所得到的一组测量结果彼此之间相符合的程度。测量结果愈集中，精密度就愈高，随机误差愈小。

    (3)   精确度：指测量的准确度和精密度都高，测量结果不但集中而且偏离真值小。精确度高也说明随机误差和系统误差都小。一组测量结果很可能出现相互差异极小而与真值相差很大的情况。这就意味着某一测量结果可能具有较高的精密度，但却不一定具有较高的准确度。例如：有两个类型、规格以及所标注准确度完全相同的仪表，其中一个因内部的附加元件变质（或老化）而实际准确度下降，那么，用这两个仪表进行测量时，尽管它们有相同的精密度（有效位数相同），但两者的准确度却相差很大。由此可见仪表的精密度并不一定能保证其准确度，然而精密度却是一定准确度的前提。

    (4)  灵敏度：指仪器仪表读数的变化量与相应被测量的变化的比值。例如，流过电流表的电流I发生DI的变化时，仪表指针偏转角a产生相应的变化为Da，则电流表在电流为I时的灵敏度  。

    (5)   分辨率：指仪器仪表所能反映的被测量的最小变化值。

    (6)   量程（量限）：仪器仪表在规定的准确度下对应于某一测量范围内所能测量的最大值。

sudan2008

看不太明白。

edddd

格式不太好，楼上的要这文章吗？要的话我给你发到邮箱，请你留下你的邮箱地址。

sudan2008

谢谢你 。我 的邮箱mameila@163.com