1.1 电工测量

学习目标

1.了解电工测量的概念、内容和基本方法。

2.了解测量方法的分类及各自特点。

3.了解电工测量中常用的基本术语。

内容提要

一、测量的概念和常用术语

1.测量与测量过程

测量是将被测量与标准量进行比较的过程。在这个过程中，它一定需要有作为测量单位复制实体的度量器参与（直接参与或间接参与）；同时又需要有能将被测量与度量器进行比较的测量仪器的参与。

测量过程一般包括三个阶段：①准备阶段。在这个阶段，首先要明确“被测量”的性质及测量所要达到的目的，然后再选定合适的测量方式、合理的测量方法及足够准确度的测量仪器。②测量阶段。建立测量仪器所必须满足的测量条件，慎重地进行操作，认真地记录数据。③数据处理阶段。根据记录的数据，考虑测量条件的实际情况，对测量数据进行合理的运算和修正，以求得测量结果与真实值的无限接近。

总之，研究一个完整的测量过程，通常必须研究如下几个方面：①测量对象；②测量方式和测量方法；③测量设备，其中包括度量器与测量仪器仪表。

2.测量中的几个常用术语

在测量过程中，经常会遇到“准确度”、“精确度”、“灵敏度”、“分辨力”等术语，下面逐一进行说明。

（1）准确度。准确度是指测量结果与被测量真实值之间相接近的程度，它是测量结果准确程度的量度。

（2）精确度。精确度又称精度。测量的精确度是指测量数据集中于真实值附近的程度。测量的精确度越高，说明测量的平均值越接近真实值，且各次测量的数据也越集中，测量的精确度是对测理结果的综合评价。

（3）精密度。精密度是指在测量过程中所测数值重复一致的程度，它表明在同一条件下进行重复多次测量时，所得到的一组测量数据彼此之间相符合的程度，它是测量重复性的量度。若测量值非常集中，则精密度高；若非常分散，则精密度低。

（4）灵敏度。灵敏度是指仪器仪表读数的变化量与相应的被测量的变化量的比值，它反映仪器仪表对被测量的反应能力。

（5）分辨力。分辨力是指仪器仪表所能反映被测量的最小变化值。

（6）误差。误差是指测量结果相对于被测量真实值的偏离程度。

（7）量限（也称量程）。量限是指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。

需要指出的是，准确度与误差本身的含义是相反的，但两者又是紧密联系的，测量结果的准确度高，它的误差就小，因此在实际测量中往往采用误差的大小来表示准确度的高低。

二、电工测量的概念和电学度量器

1.电工测量

电工测量就是借助于测量设备，把未知的电量（或磁量）与作为测量单位的同类标准电量（或标准磁量）进行比较，从而确定这个未知电量（或磁量）（包括数值和相应的单位）的过程。电工测量的主要对象是：反映电和磁特征的物理量，例如电流（I）、电压（U）、电功率（P）、电能（W）和磁感应强度（B）等；反映电路特征的物理量，例如电阻（R）、电容（C）和电感（L）等；反映电和磁变化规律的非电量，例如频率（f）、相位移（Φ）和功率因数（λ）等。

2.电学度量器

电学度量器是电量和磁量测量单位的复制体，它是电气测量设备的一个重要组成部分。它不仅作为标准量参与测量过程，而且是维持电磁学单位统一、保证量值准确传递的器具。按照准确度的高低，电学度量器可分为：基准器、标准器和工作量具三大类，常用的标准器有标准电池、标准电阻、标准电感和标准电容。

三、测量方法及其分类

测量方法是指人们认识自然界事物的一种手段，例如关于电阻的测量，测量方法有很多种：使用模拟万用表欧姆挡测量，使用伏安法测量，还可以使用直流电桥进行测量。根据不同的分类标准，测量方法分类如下。

1.按被测量的测量方式分类

测量方法可以分为直接测量法、间接测量法和组合测量法三种。

（1）直接测量法是指将被测量与作为标准的量直接比较，或用事先刻度好的测量仪表进行测量，从而直接测得被测量数值的测量方法。例如使用模拟万用表的电压挡测量电压，使用模拟万用表的欧姆挡测量电阻，使用直流电桥测量电阻等。

（2）间接测量法是指通过与被测量有一定函数关系的几个量进行直接测量，然后再按这个函数关系计算出被测量数值的测量方法。例如使用伏安法测量电阻。

（3）组合测量法是指直接或间接地测量与被测量有一定函数关系的某些量，再通过联立方程组求得被测量数值的方法。例如测量电源参数E和r，测试原理图如图1-1-1所示，R1、R2均为未知电阻，开关S置1时，电压表读数为U1，电流表读数为I1；开关S置2时，电压表读数为U2，电流表读数为I2；则可使用方程组解得电源参数E和r的值。其中电压电流的测量方法属于直接测量法，而整个测试方法属于组合测量法。

2.按度量器参与测量过程的方式分类

测量方法可以分为直读法和比较法两种。

（1）直读法是指用直接指示被测量数值的指示仪表进行测量，直接在仪表上读取被测量数值的测量方法。在直读法的使用过程中，度量器并不直接参与作用。直读法的测量过程简单，操作容易，但准确度不高。

（2）比较法是指将被测量与度量器通过比较仪器进行比较，从而测得被测量数值的测量方法。在比较法的使用过程中，度量器是直接参与作用的。比较法测量准确度高，但操作比较麻烦且仪器设备也较贵。

根据被测量与标准量进行比较时的特点不同，又可将比较法分为平衡法、较差法和替代法三种。

①平衡法又称零值法，是指在测量过程中，连续改变标准量以使它产生的效应与被测量产生的效应相互抵消或平衡（由指零仪表显示），从而由一定关系式确定被测量数值的测量方法。平衡法的准确度主要取决于标准量的准确度和指零仪表的灵敏度。

②较差法是指通过测量被测量与标准量的差值或正比于差值的量，从而根据标准量的数值确定被测量数值的测量方法。较差法的准确度主要取决于标准量的准确度及测量差值的误差，差值越小则测量准确度便越高。

③替代法是指将被测量与标准量分别接入同一测量装置，在标准量替代被测量的情况下，调节标准量使测量装置的工作状态保持不变，从而由标准量的大小来确定被测量的数值的测量方法。替代法的准确度主要取决于标准量的准确度和测量装置的灵敏度。

例题解析

【例1-1-1】使用电桥测量电阻阻值属于（）。

A.直接测量B.间接测量C.替代法D.较差法

【要点解析】电桥测量电阻，很多学生会联想到《电工基础》里使用惠斯通电桥测量电阻，其实在现代电工测量中，已经把电桥模块化，产品化，只要简单的电路连接，改变标准电阻（电阻箱）的数值，使检流计（用于检测电流的有无，而不测量电流的大小）指针指零，直接读取标准电阻的数值即可完成测量。如图1-1-2所示为常用的QJ—23型直流单臂电桥。

【答案】A。

巩固训练

一、单项选择题

1.电学度量器没有直接参与的测量是（）。

A.较差法 B.零值法 C.替代法 D.直读法

2.比较测量法有（）种。

A.二 B.三 C.四 D.五

3.以下各种电学度量器中，准确度最高的是（）。

A.基准器 B.标准器 C.工作量具 D.模拟万用表

4.反映测量重复性的术语是（）。

A.准确度 B.精密度 C.灵敏度 D.分辨力

5.测量时先测出与被测量相关的电量，然后通过计算求得被测量数值的方法叫做（）。

A.直接测量法 B.间接测量法 C.替代测量法 D.比较测量法

二、判断题

6.比较测量法的优点是方法简便，读数迅速。（）

7.欧姆表测电阻属于直接测量法。（）

8.伏安法测电阻属于比较测量法。（）

9.一个物理量的测量只能用一种方法来实现。（）

三、填空题

10.测量过程的三个阶段是：（1）_________；（2）_________；（3）_________。一个完整的测量过程，通常包含以下三个方面：（1）_________；（2）_________；（3）_________。

11.准确度是测量结果_________的量度；精密度是测量结果_________的量度；误差则反映了测量结果相对于被测量真实值的_________程度；量限是指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_________。

12.电学度量器是电量或磁量_________的复制体，按准确度的高低依次分为_________、标准器和_________，实验室使用的MF—47型万用表属于_________。常用的标准器有_________、_________、_________和_________，_________是电动势的复制体。

13.测量方法按被测量的测量方式分类，有_________、_________和_________三种；按度量器参与测量过程的方式分类，有_________和_________。根据被测量与标准量进行比较时的特点不同，比较法又分为_________、_________和_________三种。

14.平衡法的准确度主要取决于_________和_________；较差法的准确度主要取决于_________和_________；替代法的准确度主要取决于_________和_________。

四、简答题

15.什么是电工测量？电工测量的对象有哪些？

16.按度量器参与测量过程的方式分，测量方法有哪些种类？各自的优缺点有哪些？