電氣測量技術

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作者：何道清、邸春芳、張禾 編

出版日期：2015年10月 書號：978-7-122-24846-6

本書根據現代電氣/電子測量領域儀器儀錶的工程應用實際和發展趨勢，較系統地介紹經典電氣測量的基本原理、基本方法以及常用電氣測量儀器儀錶的結構、原理和使用、檢定方法及其對主要電氣參量及電磁參數的測量技術，並適當增加現代電子儀器和數字儀錶的電氣測量技術和方法。

本書主要作為高等院校儀器儀錶、電氣工程及其自動化、機電工程等專業電工/電氣測量或相關課程的教材，也可作為其他相近專業高年級本科生或碩士研究生的學習參考用書，同時可供從事電氣測量的工程技術人員參考。

第1篇電氣測量概論1

第1章電氣測量的基本知識1

1.1電氣測量概述1

1.1.1測量的概念1

1.1.2電氣測量的發展和地位2

1.1.3電氣測量的任務3

1.2電氣測量的方法和分類4

1.2.1根據獲得測量結果的過程分類4

1.2.2根據所用器具分類5

1.3電氣測量儀器儀錶的分類6

1.4測量誤差及其消除方法7

1.4.1測量誤差的分類和來源7

1.4.2測量誤差的消除方法8

1.4.3儀錶誤差10

思考題與習題14

第2章電學度量器15

2.1度量器15

2.2標準電池16

2.2.1飽和標準電池16

2.2.2不飽和標準電池17

2.2.3標準電池的主要技術特性17

2.2.4標準電池的使用和維護17

2.3標準電阻18

2.3.1固定標準電阻18

2.3.2電位端鈕和電流端鈕20

2.3.3可變直流電阻箱20

2.3.4交流標準電阻21

2.3.5標準電阻的使用和維護21

2.4標準電感21

2.4.1對標準電感的技術要求22

2.4.2標準電感器的主要技術性能22

2.4.3實際線圈的等效電路22

2.4.4標準電感的使用和維護23

2.5標準電容24

2.5.1對標準電容器的技術要求24

2.5.2實際電容器的等效電路24

2.5.3標準電容器的屏蔽25

2.5.4標準電容器的主要技術性能25

2.5.5標準電容器的使用及維護26

思考題與習題26

第2篇電氣測量指示儀錶及直讀測量27

第3章電氣測量指示儀錶的一般知識27

3.1電氣測量指示儀錶的分類27

3.2電氣測量指示儀錶的組成27

3.2.1儀錶的組成27

3.2.2儀錶測量機構的組成原理28

3.3電氣測量指示儀錶的主要技術特性30

思考題與習題34

第4章磁電系儀錶35

4.1磁電系測量機構35

4.1.1磁電系測量機構的結構35

4.1.2磁電系測量機構的工作原理36

4.2磁電系電流表37

4.2.1單量限電流表38

4.2.2分流器38

4.2.3多量限電流表40

4.3磁電系電壓表42

4.4磁電系歐姆表45

4.4.1歐姆表的基本原理45

4.4.2歐姆表的倍率45

4.4.3歐姆表的調零46

4.5帶整流器的磁電系儀錶47

4.5.1半波整流式儀錶48

4.5.2全波整流式儀錶48

4.5.3整流系電流表和電壓表49

4.6萬用表50

4.6.1萬用表的結構50

4.6.2萬用表原理電路51

4.6.3萬用表的正確使用和維護55

4.7兆歐表56

4.7.1兆歐表的結構56

4.7.2兆歐表的工作原理57

4.7.3兆歐表的使用58

4.8磁電系檢流計和衝擊檢流計60

4.8.1檢流計的結構特點60

4.8.2檢流計的特性及參數61

4.8.3檢流計的正確使用和維護63

4.8.4衝擊檢流計63

*4.9晶體管放大式檢流計64

4.10磁電系儀錶的技術特性65

思考題與習題66

第5章電磁系儀錶68

5.1電磁系測量機構68

5.1.1電磁系測量機構的結構68

5.1.2電磁系測量機構的工作原理69

5.2電磁系電流表70

5.3電磁系電壓表71

5.4電磁系儀錶的技術特性72

思考題與習題74

第6章電動系儀錶75

6.1電動系測量機構75

6.1.1電動系測量機構的結構75

6.1.2電動系測量機構的工作原理75

6.2電動系電流表77

6.3電動系電壓表78

6.4電動系儀錶的技術特性79

6.5鐵磁電動系儀錶80

6.6電動系功率表及其使用81

6.6.1功率表的結構和工作原理81

6.6.2功率表的讀數82

6.6.3功率表的正確使用82

6.7低功率因數功率表85

6.8電動系相位表86

6.8.1電動系相位表的結構及工作原理86

6.8.2電動系相位表的使用88

6.9電動系頻率表88

6.9.1電動系頻率表的結構及工作原理88

6.9.2電動系頻率表的使用90

思考題與習題90

第7章感應系儀錶92

7.1感應系測量機構92

7.1.1感應系測量機構的結構92

7.1.2感應系測量機構的工作原理92

7.2感應系電度表95

7.2.1單相電度表的結構與原理95

7.2.2電度表的主要技術特性及使用97

思考題與習題99

第8章電氣測量指示儀錶的選擇與檢定100

8.1常用電氣測量指示儀錶的性能比較100

8.2電氣測量指示儀錶的選擇101

8.3電氣測量指示儀錶的檢定103

8.3.1檢定項目及技術要求103

8.3.2儀錶準確度的檢定方法106

8.4直接比較法檢定電流表、電壓表、功率表107

8.4.1檢定前的準備工作107

8.4.2檢定線路107

8.4.3檢定步驟110

8.4.4測量數據的計算、化整與儀錶準確度的確定110

*8.5熱電比較法檢定電流表、電壓表、功率表112

8.5.1熱電變換器的結構及工作原理112

8.5.2熱電比較法檢定電壓表、電流表、功率表113

思考題與習題115

第9章電量和電路參數的直讀測量116

9.1電流、電壓的直讀測量116

9.1.1測量電流、電壓應注重的問題116

9.1.2電流、電壓直讀測量的方法誤差116

9.1.3電流和電壓的其他測量方法119

9.2直流電路參數的直讀測量119

9.2.1用歐姆表、兆歐表測直流電阻119

9.2.2伏安法測量直流電阻120

9.2.3替代法和半偏法測直流電阻121

9.2.4用衝擊檢流計測絕緣電阻122

9.3交流電路參數的直讀測量123

9.3.1用三表法測阻抗123

9.3.2用伏安法測量交流電阻、電感和電容125

9.3.3電感的測量126

9.3.4電容的測量128

9.4功率的直讀測量130

9.4.1三相電路有功功率的測量131

9.4.2對稱三相電路無功功率的測量135

9.5測量用互感器138

9.5.1概述138

9.5.2測量用互感器的結構和工作原理139

9.5.3測量用互感器的誤差和準確度等級141

9.5.4互感器的正確使用143

思考題與習題146

第3篇比較儀器及比較測量法149

第10章直流電位差計150

10.1直流電位差計的工作原理150

10.1.1電位補償原理150

10.1.2直流電位差計的原理電路150

10.2直流電位差計的線路結構152

10.2.1直流電位差計的溫度補償線路結構152

10.2.2直流電位差計的測量線路152

10.3UJ9型直流電位差計的簡化線路154

10.4直流電位差計的分類和主要技術特性155

10.5直流電位差的使用與維護156

10.5.1直流電位差計的使用156

10.5.2直流電位差計的維護157

10.6直流電位差計的應用及其檢定158

10.6.1直流電位差計的應用158

10.6.2直流電位差計的檢定159

思考題與習題161

第11章交流電位差計162

11.1交流電位差計的特點162

11.2極坐標式電位差計線路162

11.3直角坐標式電位差計線路163

11.3.1互感移相型163

11.3.2阻容移相型164

11.4交流電位差計的技術特性和應用164

思考題與習題165

第12章直流電橋166

12.1直流單電橋166

12.1.1直流單電橋的平衡條件及其性質166

12.1.2直流電橋的用途及特點168

12.1.3實際的單電橋線路168

12.2直流雙電橋169

12.2.1雙電橋的原理169

12.2.2雙電橋測大電阻存在問題171

12.2.3實際的雙電橋線路171

*12.2.4關於電阻r171

*12.3三次平衡雙電橋172

12.3.1對接觸電阻和引線電阻的處理172

12.3.2三次平衡雙電橋的原理173

*12.4單電橋的電源接入點的選擇173

12.5直流電橋的主要技術特性175

12.6直流電橋的使用、維護及檢定176

12.6.1直流電橋的使用176

12.6.2直流電橋的維護177

12.6.3直流電橋的檢定177

思考題與習題177

第13章交流電橋179

13.1交流電橋的基本原理179

13.1.1交流電橋的平衡條件179

13.1.2交流電橋的特點180

13.1.3交流指零儀和電源182

13.2常用的交流阻抗比電橋183

13.2.1電容電橋183

13.2.2電感電橋185

13.2.3測量頻率的電橋187

13.2.4萬用電橋187

13.3變壓器電橋188

13.3.1變壓器電橋的特點188

13.3.2變壓器電橋的基本原理189

13.3.3變壓器電橋的基本線路190

13.3.4等效三端網路190

*13.4交流電橋的干擾防護及使用191

13.4.1干擾因素及其影響192

13.4.2干擾的檢查192

13.4.3干擾的排除192

13.4.4使用注意事項192

*13.5交流電橋的靈敏度和收斂性193

13.5.1交流電橋的靈敏度193

13.5.2交流電橋的收斂性194

思考題與習題196

第4篇磁測量技術197

*第14章磁測量的基本知識197

14.1磁場的基本知識197

14.1.1磁感應強度197

14.1.2磁力線和磁通197

14.2磁場強度及安培環路定律198

14.3磁場邊界條件199

14.4電磁感應200

14.4.1電磁感應定律200

14.4.2均勻磁場中運動導體內的感應電動勢200

14.4.3均勻磁場中轉動線圈內的感應電動勢201

14.5鐵磁材料的磁特性201

14.6磁路概念203

14.7磁學標準量具205

思考題與習題206

第15章磁場的測量208

15.1磁測量的感應法208

15.1.1衝擊檢流計法208

15.1.2磁通表法210

15.1.3旋轉線圈法212

15.1.4數字磁通表法213

15.2磁測量的霍爾效應法214

15.2.1霍爾效應214

15.2.2霍爾效應法測磁場215

15.2.3霍爾電流表216

15.3磁測量的鐵磁探針法217

15.3.1磁通門磁場計的結構217

15.3.2測量原理218

思考題與習題218

第16章鐵磁材料靜態磁性的測量220

16.1測量樣品的準備220

16.1.1閉路樣品220

16.1.2開路樣品和磁導計221

16.1.3樣品的去磁221

16.2樣品中的磁場的測量222

16.2.1扁平測H線圈222

16.2.2雙層同軸測H線圈223

16.2.3用磁位計測磁壓223

16.3用衝擊法測量靜態磁特性224

16.3.1基本磁化曲線的測定224

16.3.2磁滯回線的測定226

*16.4靜態磁性的自動測量裝置228

思考題與習題229

第17章鐵磁材料動態磁性的測量230

17.1交流磁化的特點230

17.1.1鐵芯損耗230

17.1.2磁通的趨表效應231

*17.1.3鐵芯中的B(t)和H(t)的波形232

*17.1.4正弦波磁感應強度的獲得233

17.2交流磁化曲線和交流磁滯回線的測量233

17.2.1交流磁化曲線的測量233

17.2.2交流磁滯回線的測量235

17.3鐵芯損耗的測量236

17.3.1硅鋼片樣品236

17.3.2測量鐵芯損耗的線路237

*17.4電橋法測量復磁導率和鐵芯損耗239

17.4.1復磁導率239

17.4.2被測樣品等效為電路元件239

17.4.3測復磁導率的交流電橋240

17.4.4用交流電橋測量鐵芯損耗241

思考題與習題241

第5篇電子測量技術基礎243

第18章電子儀器及應用243

18.1信號發生器243

18.1.1信號發生器概述243

18.1.2XD-2C低頻信號發生器244

18.1.3函數發生器247

18.1.4脈衝和方波發生器248

18.1.5掃描發生器249

*18.1.6合成信號發生器250

18.2電子示波器及其應用250

18.2.1示波器的基本原理251

18.2.2示波器主要技術指標253

18.2.3示波器的分類254

18.2.4示波器的應用255

18.3電子電壓表及其應用256

18.3.1電子電壓表概述256

18.3.2電子電壓表的整流原理256

18.3.3電子電壓表的基本結構與特點261

18.3.4電子電壓表的應用261

思考題與習題265

第6篇數字測量技術基礎267

第19章數字儀錶及數字測量技術267

19.1概述267

19.1.1數字儀錶及數字測量技術的發展267

19.1.2數字儀錶的構成原理268

19.1.3數字儀錶及數字測量技術的特點268

19.1.4數字儀錶的分類269

19.2電子計數器269

19.2.1工作原理269

19.2.2基本組成框圖270

19.3直流數字電壓表270

*19.3.1逐位逼近比較式數字電壓表271

*19.3.2電壓-時間變換型（U-T）數字電壓表271

*19.3.3電壓-頻率型（U-f）數字電壓表277

19.3.4直流數字電壓表的主要技術指標279

19.3.5直流數字電壓表的檢定281

19.3.6使用直流數字電壓表的注意事項281

19.4主要電學量的數字化測量技術282

19.4.1直流電流和中高值電阻的測量282

19.4.2低值電阻的測量283

19.4.3超高值電阻的測量283

19.4.4交流電壓/電流的測量284

19.4.5頻率的測量285

19.4.6周期的測量286

19.4.7相位的測量287

19.4.8單相有功功率的數字測量288

19.4.9三相功率和電能的數字測量290

19.5數字萬用表291

19.5.1數字萬用表的構成原理291

19.5.2數字萬用表的主要特點294

19.5.3數字萬用表的測量準確度296

19.5.4數字萬用表測量誤差計算296

*19.6新型數字化儀錶297

19.6.1微機化儀錶297

19.6.2虛擬儀器簡介299

思考題與習題305

參考文獻307