第一章-测量技术概述课件.ppt
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- 第一章 测量 技术 概述 课件
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1、电气与电子测量技术电气与电子测量技术课程目标课程目标 通过本课程的学习,了解电气和电子测量技术通过本课程的学习,了解电气和电子测量技术的基本概念、测量系统的构成,掌握典型测量系的基本概念、测量系统的构成,掌握典型测量系统的动、静态特性,学会根据实际要求选用统的动、静态特性,学会根据实际要求选用传感传感器和调理电路;器和调理电路;掌握建立基本测量系统的原则与掌握建立基本测量系统的原则与方法,并对测量技术的发展趋势有所了解。方法,并对测量技术的发展趋势有所了解。 绪绪 论论测量地位和作用测量地位和作用测量仪器发展历程测量仪器发展历程测量技术发展趋势测量技术发展趋势测量在科学研究中作用测量在科学研究
2、中作用测量技术测量技术密切相关密切相关科学研究和技术水平的提高科学研究和技术水平的提高新的测量理论、方法和技术手段新的测量理论、方法和技术手段科学研究科学研究形成形成推动实验研究和发展推动实验研究和发展生产力的发展生产力的发展没有测量就没有科学,测量是科学的基础;没有测量就没有科学,测量是科学的基础;没有科学的进步也没有测试的发展没有科学的进步也没有测试的发展! !测量在科学研究中作用测量在科学研究中作用门捷列夫门捷列夫 (1834-1907)(1834-1907) 科学始于测量科学始于测量, ,没有测量,没有测量,便没有精密的科学。便没有精密的科学。开尔文(1824-1907)测量在科学研究
3、中作用测量在科学研究中作用 当你能够测量你所关注的事当你能够测量你所关注的事物,而且能够用数量来描述他的物,而且能够用数量来描述他的时候,你就对其有所认识;当你时候,你就对其有所认识;当你不能测量他,也不能将其量化的不能测量他,也不能将其量化的时候,你对他的了解就是贫乏和时候,你对他的了解就是贫乏和不深入的。不深入的。为了纪念他在科学上的功绩,国际计量为了纪念他在科学上的功绩,国际计量大会把热力学温标(即绝对温标)称为大会把热力学温标(即绝对温标)称为开尔文(开氏)温标,热力学温度以开开尔文(开氏)温标,热力学温度以开尔文为单位,是现在国际单位制中七个尔文为单位,是现在国际单位制中七个基本单位
4、之一。基本单位之一。测量在科学研究中作用测量在科学研究中作用 物理学、化学、生物学、医学、天文学是建立在实物理学、化学、生物学、医学、天文学是建立在实验基础上的科学;验基础上的科学;p对宇宙微弱辐射信号的测量对宇宙微弱辐射信号的测量p对能量转移的测量对能量转移的测量p对人体基因的测定和人体血液定量分析对人体基因的测定和人体血液定量分析p对蛋白质的反应测量对蛋白质的反应测量p对细胞结构的测量对细胞结构的测量发现新天体发现新天体发现新粒子发现新粒子判明病变的根源判明病变的根源了解胚胎的生长情况了解胚胎的生长情况判断肌体是否发生疾病判断肌体是否发生疾病 信息技术包括测量技信息技术包括测量技术、计算机
5、技术和通信术、计算机技术和通信技术,技术,测量技术是信息测量技术是信息技术的关键和基础。技术的关键和基础。钱学森(1911-2009 )测量在科学研究中作用测量在科学研究中作用日常生活中处处离不开测量日常生活中处处离不开测量 家用电器:家用电器:数码相机、数码摄像机:自数码相机、数码摄像机:自动对焦动对焦( (红外测距红外测距) )数字体温计:温度测量(接触式和非接触式)数字体温计:温度测量(接触式和非接触式)自动感应灯:亮度测量自动感应灯:亮度测量空调、冰箱、电饭煲:温度测量空调、冰箱、电饭煲:温度测量医疗卫生:医疗卫生:电子血压计:压力检测电子血压计:压力检测血糖测试仪、胆固醇检测仪:离子
6、测量血糖测试仪、胆固醇检测仪:离子测量 普通轿车:约安装几十到近百只测量传感器普通轿车:约安装几十到近百只测量传感器. . 豪华轿车:测量传感器数量可多达二百余只豪华轿车:测量传感器数量可多达二百余只. . 汽车测量传感器:汽车电子控制系统的信息源,关键部件,核心技术内容汽车测量传感器:汽车电子控制系统的信息源,关键部件,核心技术内容p农业社会中,需要丈量土地、衡量谷物,就农业社会中,需要丈量土地、衡量谷物,就产生了长度、面积、容积和重量的测量;掌产生了长度、面积、容积和重量的测量;掌握季节和节候,出现了原始的时间测量器具握季节和节候,出现了原始的时间测量器具,并有了天文测量。,并有了天文测量
7、。p现代化的工业生产中处处需要测量现代化的工业生产中处处需要测量一架飞机中:一架飞机中: 30003000个测量传感器;个测量传感器;一个大型石油化工厂:一个大型石油化工厂:60006000个测量传感器;个测量传感器; 一个大型钢铁厂:一个大型钢铁厂: 2000020000个测量传感器。个测量传感器。测量在工农业生产中的应用测量在工农业生产中的应用测量在电力行业中的应用测量在电力行业中的应用电厂发电机组:电厂发电机组:检测参数:检测参数:电气量电气量-电压、电流、功率因电压、电流、功率因数、频率、谐波、相角等,数、频率、谐波、相角等,非电量发电机振动、温度、非电量发电机振动、温度、压力、流量、
8、液位、压力、流量、液位、 声音等声音等30005000个测量传感器个测量传感器电网运行:电网运行:成千上万个电气量测量传感器成千上万个电气量测量传感器 测量仪器发展至今大致可分为测量仪器发展至今大致可分为五个阶段五个阶段。v第一代第一代 模拟指针式仪表模拟指针式仪表(上世纪(上世纪50年代以前)年代以前)l基于电磁机械式机构,基于电磁机械式机构,测量结果是依靠指针显示测量结果是依靠指针显示测量仪器的发展历程测量仪器的发展历程 v第二代第二代 分立电子仪器分立电子仪器 (上世纪(上世纪5、60年代)年代)测量仪器的发展历程测量仪器的发展历程l以以电子管,晶体管电子管,晶体管为基础为基础l采用了电
9、子测量技术测量模采用了电子测量技术测量模拟信号拟信号测量仪器的发展历程测量仪器的发展历程l 一般采用中规模的集成电路一般采用中规模的集成电路(通常含逻辑门数为通常含逻辑门数为10门门99门门或含元件数或含元件数100个个999个个) v第三代第三代 数字式仪表数字式仪表(上世纪(上世纪70年代)年代)l将模拟信号转化为数字信号,以数字将模拟信号转化为数字信号,以数字形式输出与显示出结果形式输出与显示出结果v第四代第四代 智能仪器智能仪器 (上世纪(上世纪80年代)年代)l内部有内部有微处理器微处理器,可以进行自动测量和数,可以进行自动测量和数据处理。据处理。 l采用大规模集成电路采用大规模集成
10、电路l主要由主要由硬件硬件与与固化的软件固化的软件组成组成l主要问题是功能固定,应用不灵活主要问题是功能固定,应用不灵活测量仪器的发展历程测量仪器的发展历程v第五代第五代 虚拟仪器虚拟仪器l以以计算机计算机技术为基础,是测量技术新技术为基础,是测量技术新的革命。的革命。l利用高性能的利用高性能的标准模块化硬件标准模块化硬件和高效和高效灵活的灵活的软件软件来完成各种测试和测量的来完成各种测试和测量的应用。应用。l软件是虚拟仪器的关键,软件是虚拟仪器的关键, “软件即软件即仪器仪器” (不同的软件构成不同的仪器)(不同的软件构成不同的仪器)测量仪器的发展历程测量仪器的发展历程测量技术的发展趋势测量
11、技术的发展趋势智能化虚拟化网络化微型化和集成化软测量技术第一章第一章 电气测量技术的基础知识电气测量技术的基础知识第一章第一章 测量基础知识测量基础知识测量方法的分类测量方法的分类现代电气测量系统的基本组成现代电气测量系统的基本组成 测量系统的静态特性测量系统的静态特性测量系统的动态特性测量系统的动态特性电气测量系统的主要技术指标电气测量系统的主要技术指标测量及测量方法测量及测量方法测量与测量结果测量与测量结果 1. 1.测量的定义:测量的定义: 测量测量是为了是为了确定被测对象的量值确定被测对象的量值而进行的实验过程。而进行的实验过程。 测量过程:测量过程:人们借助人们借助专门的设备专门的设
12、备,将,将被测量量被测量量和和同类标准量同类标准量进进行行比较,比较,得到测量结果的一个过程。得到测量结果的一个过程。 2.2.测量三要素测量三要素 测量对象 测量方法 测量设备 图11 测量的比较原理(a) 天平直接比较(b)弹簧称间接比较 根据同类标准量的参与比较的方式不同分为:被测物体的重量等被测物体的重量等于标准砝码的重量于标准砝码的重量被测物体的重量从度盘上读数,因为,被测物体的重量从度盘上读数,因为,弹簧秤度盘上的刻度是事先与标准量弹簧秤度盘上的刻度是事先与标准量进行比较的结果。进行比较的结果。标准量直接参与测量标准量直接参与测量标准量间接参与测量标准量间接参与测量测量与测量结果测
13、量与测量结果注意注意1:必要时给出误差范围。:必要时给出误差范围。注意注意2:同一量值测量结果选用不同的测量单位,则测量数值不同。:同一量值测量结果选用不同的测量单位,则测量数值不同。 例:例: 25=77 =77 测量结果测量结果 测量数值测量数值 测量单位,即:测量单位,即:0 xxx测量方法分类测量方法分类1. 1. 按测量结果的获得方式分为按测量结果的获得方式分为 直接测量、间接测量、组合测量直接测量、间接测量、组合测量2. 2. 按测量读数的获得方式分为按测量读数的获得方式分为 直读测量法、比较测量法直读测量法、比较测量法3. 3. 按测量性质分为按测量性质分为 时域测量、频域测量、
14、数据域测量时域测量、频域测量、数据域测量直接测量直接测量 从测量仪表直接获取测量结果。从测量仪表直接获取测量结果。 特点:测量过程简单、迅速。特点:测量过程简单、迅速。测量结果:测量结果:20.1 mm间接测量间接测量如测导线的电阻率如测导线的电阻率(单位长度、单位截面的某种物质(单位长度、单位截面的某种物质的电阻)的电阻) :n 由仪表(仪器)读数按照一定的函数关系(公式)由仪表(仪器)读数按照一定的函数关系(公式)计算获取测量结果的方法。计算获取测量结果的方法。n适用于被测量量无法或不便直接测量。适用于被测量量无法或不便直接测量。2S4RR dll 特点:测量过程复杂、费时。特点:测量过程
15、复杂、费时。组合测量(联立测量)组合测量(联立测量)如测量热电阻温度系数:如测量热电阻温度系数: 在应用仪表进行测量时,若被测物理量必须经过在应用仪表进行测量时,若被测物理量必须经过求解联立方程组求解联立方程组,才能得到最后结果,则称这样的测,才能得到最后结果,则称这样的测量为组合测量(联立测量)。量为组合测量(联立测量)。Rt1R0(1At1Bt12) Rt2R0(1At2Bt22) 参数参数A,BRtR0(1AtBt2) 注意注意1:同一物理量可以有不同的测量方法同一物理量可以有不同的测量方法如测电阻方法:如测电阻方法: 万用表万用表 (直接测量)直接测量) 伏安法(伏安法(RU/I)(间
16、接测量)(间接测量)注意注意2:间接测量误差由多个测量量合成。间接测量误差由多个测量量合成。根据测量读数方式分类根据测量读数方式分类直读测量直读测量 从仪器(仪表)直接获取读数。从仪器(仪表)直接获取读数。 特点:过程简单特点:过程简单 、直观、明了、直观、明了, 一般来说准确度较低一般来说准确度较低。比较测量比较测量 将被测量直接与标准量比较,根据比较结果获得测量值。将被测量直接与标准量比较,根据比较结果获得测量值。 典型:替代法,比较法,微差法。典型:替代法,比较法,微差法。特点:特点:标准量直接参与,测量准确度高;标准量直接参与,测量准确度高;测量设备较贵,过程复杂。测量设备较贵,过程复
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