电气测量技术(十二五普通高等教育本科规划教材)

本书根据现代电气/电子测量领域仪器仪表的工程应用实际和发展趋势，较系统地介绍经典电气测量的基本原理、基本方法以及常用电气测量仪器仪表的结构、原理和使用、检定方法及其对主要电气参量及电磁参数的测量技术，并适当增加现代电子仪器和数字仪表的电气测量技术和方法。每章末附有相当数量的思考题与习题供教学使用，以便加深理解、巩固知识。 本书主要作为高等院校仪器仪表、电气工程及自动化、机电工程等类专业电工/电气测量或相关课程的教材，也可作为其他相近专业高年级本科生或硕士研究生的学习参考用书，同时可供从事电气测量的工程技术人员参考。

何道清，西南石油大学，教授，一、主要相关科研： 1．激光显微取样稳定同位素分析研究，“八五”重点科技攻关项目，主研，94年6月鉴定，99年中石油集团公司（省部级）科技进步三等奖； 2．稳定同位素分析激光显微取样系统研制，北京石油勘探开发研究院储层国家重点实验室“十五”重点科技攻关项目，主研，2003年9月完成验收； 3．碳、氧同位素分析激光微取样装置，国家实用新型专利，专利号ZL 2 06066 6； 4．天然气压缩机工况监测及诊断技术，四川石油局局级项目，主持，已完成验收； 5．过程控制与仪表自动化系统实验装置研制，校自研自制设备项目（38万），主持，已完成验收，获西南石油大学自研自制设备一等奖（2013）； 6．一号联合站仪表及自动化系统优化方案研究，中石油西北分公司项目（45万），主持，已完成验收（2013）； 7．碳、氧同位素分析激光微取样装置，专利号：ZL 2 06066 6，2001； 8．一种钻井井架平面摆动测试装置，国家发明专利，专利号：ZL 2007 I 0047027 X，2009.3，独立完成； 二、主要相关论文： 1．碳酸盐岩碳、氧同位素激光微取样分析，四川大学学报，33卷，1996，p.142—146，第一作者； 2．天然气压缩机工况监测及诊断技术，西南石油学院学报，23卷4期，2001，p.64—67, 独立完成； 3．碳酸盐岩碳、氧同位素激光微取样技术，西南石油学院学报，25卷1期，P.12-15,2003，独立完成。 4．钻井井架平面摆动监测系统设计，石油矿场机械，2009.11，第38卷，排名第一。 5．MPV—3显微光度计镜质组反射率测控系统设计，西南石油学院学报，24卷5期，2002.10，第二作者（指导硕士生论文）。 6．《粮库温度和湿度监测仪设计》，西南交通大学学报，Vol.43，2008，排名第二（指导学生毕业设计项目）。 三、主要教学经历 1．主讲课程： （1）《大学物理》课程，4届； （2）《仪表与自动化》课程，8届； （3）《无损检测技术》课程，10届； （4）《传感器原理与设计/应用》课程，15届； （5）《电磁测量技术》课程， 15届； （6）《环境噪声控制工程》课程，4届； （7）《误差理论与数据处理》课程，3届； （8）《计量测试标准化技术》课程，6届； （9）《光伏发电原理与应用》课程，2届； （10）《现代控制理论》课程，2届。 2．教学研究： （1）《测控技术与仪器专业人才培养方案研究与实践》，《测控技术与仪器专业人才培养基地建设》，四川省教学科研项目，组长，已完成并获四川省教学成果三等奖（2004）； （2）测控技术与仪器国家特色专业建设，主研，2009； （3）四川省精品课程“传感器原理与应用”，负责人，2007， （4）西南石油大学校级精品课程“仪表与自动化”，负责人，2009

第1篇电气测量概论1 第1章电气测量的基本知识1 1.1电气测量概述1 1.1.1测量的概念1 1.1.2电气测量的发展和地位2 1.1.3电气测量的任务3 1.2电气测量的方法和分类4 1.2.1根据获得测量结果的过程分类4 1.2.2根据所用器具分类5 1.3电气测量仪器仪表的分类6 1.4测量误差及其消除方法7 1.4.1测量误差的分类和来源7 1.4.2测量误差的消除方法8 1.4.3仪表误差10 思考题与习题14 第2章电学度量器15 2.1度量器15 2.2标准电池16 2.2.1饱和标准电池16 2.2.2不饱和标准电池17 2.2.3标准电池的主要技术特性17 2.2.4标准电池的使用和维护17 2.3标准电阻18 2.3.1固定标准电阻18 2.3.2电位端钮和电流端钮20 2.3.3可变直流电阻箱20 2.3.4交流标准电阻21 2.3.5标准电阻的使用和维护21 2.4标准电感21 2.4.1对标准电感的技术要求22 2.4.2标准电感器的主要技术性能22 2.4.3实际线圈的等效电路22 2.4.4标准电感的使用和维护23 2.5标准电容24 2.5.1对标准电容器的技术要求24 2.5.2实际电容器的等效电路24 2.5.3标准电容器的屏蔽25 2.5.4标准电容器的主要技术性能25 2.5.5标准电容器的使用及维护26 思考题与习题26 第2篇电气测量指示仪表及直读测量27 第3章电气测量指示仪表的一般知识27 3.1电气测量指示仪表的分类27 3.2电气测量指示仪表的组成27 3.2.1仪表的组成27 3.2.2仪表测量机构的组成原理28 3.3电气测量指示仪表的主要技术特性30 思考题与习题34 第4章磁电系仪表35 4.1磁电系测量机构35 4.1.1磁电系测量机构的结构35 4.1.2磁电系测量机构的工作原理36 4.2磁电系电流表37 4.2.1单量限电流表38 4.2.2分流器38 4.2.3多量限电流表40 4.3磁电系电压表42 4.4磁电系欧姆表45 4.4.1欧姆表的基本原理45 4.4.2欧姆表的倍率45 4.4.3欧姆表的调零46 4.5带整流器的磁电系仪表47 4.5.1半波整流式仪表48 4.5.2全波整流式仪表48 4.5.3整流系电流表和电压表49 4.6万用表50 4.6.1万用表的结构50 4.6.2万用表原理电路51 4.6.3万用表的正确使用和维护55 4.7兆欧表56 4.7.1兆欧表的结构56 4.7.2兆欧表的工作原理57 4.7.3兆欧表的使用58 4.8磁电系检流计和冲击检流计60 4.8.1检流计的结构特点60 4.8.2检流计的特性及参数61 4.8.3检流计的正确使用和维护63 4.8.4冲击检流计63 *4.9晶体管放大式检流计64 4.10磁电系仪表的技术特性65 思考题与习题66 第5章电磁系仪表68 5.1电磁系测量机构68 5.1.1电磁系测量机构的结构68 5.1.2电磁系测量机构的工作原理69 5.2电磁系电流表70 5.3电磁系电压表71 5.4电磁系仪表的技术特性72 思考题与习题74 第6章电动系仪表75 6.1电动系测量机构75 6.1.1电动系测量机构的结构75 6.1.2电动系测量机构的工作原理75 6.2电动系电流表77 6.3电动系电压表78 6.4电动系仪表的技术特性79 6.5铁磁电动系仪表80 6.6电动系功率表及其使用81 6.6.1功率表的结构和工作原理81 6.6.2功率表的读数82 6.6.3功率表的正确使用82 6.7低功率因数功率表85 6.8电动系相位表86 6.8.1电动系相位表的结构及工作原理86 6.8.2电动系相位表的使用88 6.9电动系频率表88 6.9.1电动系频率表的结构及工作原理88 6.9.2电动系频率表的使用90 思考题与习题90 第7章感应系仪表92 7.1感应系测量机构92 7.1.1感应系测量机构的结构92 7.1.2感应系测量机构的工作原理92 7.2感应系电度表95 7.2.1单相电度表的结构与原理95 7.2.2电度表的主要技术特性及使用97 思考题与习题99 第8章电气测量指示仪表的选择与检定100 8.1常用电气测量指示仪表的性能比较100 8.2电气测量指示仪表的选择101 8.3电气测量指示仪表的检定103 8.3.1检定项目及技术要求103 8.3.2仪表准确度的检定方法106 8.4直接比较法检定电流表、电压表、功率表107 8.4.1检定前的准备工作107 8.4.2检定线路107 8.4.3检定步骤110 8.4.4测量数据的计算、化整与仪表准确度的确定110 *8.5热电比较法检定电流表、电压表、功率表112 8.5.1热电变换器的结构及工作原理112 8.5.2热电比较法检定电压表、电流表、功率表113 思考题与习题115 第9章电量和电路参数的直读测量116 9.1电流、电压的直读测量116 9.1.1测量电流、电压应注重的问题116 9.1.2电流、电压直读测量的方法误差116 9.1.3电流和电压的其他测量方法119 9.2直流电路参数的直读测量119 9.2.1用欧姆表、兆欧表测直流电阻119 9.2.2伏安法测量直流电阻120 9.2.3替代法和半偏法测直流电阻121 9.2.4用冲击检流计测绝缘电阻122 9.3交流电路参数的直读测量123 9.3.1用三表法测阻抗123 9.3.2用伏安法测量交流电阻、电感和电容125 9.3.3电感的测量126 9.3.4电容的测量128 9.4功率的直读测量130 9.4.1三相电路有功功率的测量131 9.4.2对称三相电路无功功率的测量135 9.5测量用互感器138 9.5.1概述138 9.5.2测量用互感器的结构和工作原理139 9.5.3测量用互感器的误差和准确度等级141 9.5.4互感器的正确使用143 思考题与习题146 第3篇比较仪器及比较测量法149 第10章直流电位差计150 10.1直流电位差计的工作原理150 10.1.1电位补偿原理150 10.1.2直流电位差计的原理电路150 10.2直流电位差计的线路结构152 10.2.1直流电位差计的温度补偿线路结构152 10.2.2直流电位差计的测量线路152 10.3UJ9型直流电位差计的简化线路154 10.4直流电位差计的分类和主要技术特性155 10.5直流电位差的使用与维护156 10.5.1直流电位差计的使用156 10.5.2直流电位差计的维护157 10.6直流电位差计的应用及其检定158 10.6.1直流电位差计的应用158 10.6.2直流电位差计的检定159 思考题与习题161 第11章交流电位差计162 11.1交流电位差计的特点162 11.2极坐标式电位差计线路162 11.3直角坐标式电位差计线路163 11.3.1互感移相型163 11.3.2阻容移相型164 11.4交流电位差计的技术特性和应用164 思考题与习题165 第12章直流电桥166 12.1直流单电桥166 12.1.1直流单电桥的平衡条件及其性质166 12.1.2直流电桥的用途及特点168 12.1.3实际的单电桥线路168 12.2直流双电桥169 12.2.1双电桥的原理169 12.2.2双电桥测大电阻存在问题171 12.2.3实际的双电桥线路171 *12.2.4关于电阻r171 *12.3三次平衡双电桥172 12.3.1对接触电阻和引线电阻的处理172 12.3.2三次平衡双电桥的原理173 *12.4单电桥的电源接入点的选择173 12.5直流电桥的主要技术特性175 12.6直流电桥的使用、维护及检定176 12.6.1直流电桥的使用176 12.6.2直流电桥的维护177 12.6.3直流电桥的检定177 思考题与习题177 第13章交流电桥179 13.1交流电桥的基本原理179 13.1.1交流电桥的平衡条件179 13.1.2交流电桥的特点180 13.1.3交流指零仪和电源182 13.2常用的交流阻抗比电桥183 13.2.1电容电桥183 13.2.2电感电桥185 13.2.3测量频率的电桥187 13.2.4万用电桥187 13.3变压器电桥188 13.3.1变压器电桥的特点188 13.3.2变压器电桥的基本原理189 13.3.3变压器电桥的基本线路190 13.3.4等效三端网络190 *13.4交流电桥的干扰防护及使用191 13.4.1干扰因素及其影响192 13.4.2干扰的检查192 13.4.3干扰的排除192 13.4.4使用注意事项192 *13.5交流电桥的灵敏度和收敛性193 13.5.1交流电桥的灵敏度193 13.5.2交流电桥的收敛性194 思考题与习题196 第4篇磁测量技术197 *第14章磁测量的基本知识197 14.1磁场的基本知识197 14.1.1磁感应强度197 14.1.2磁力线和磁通197 14.2磁场强度及安培环路定律198 14.3磁场边界条件199 14.4电磁感应200 14.4.1电磁感应定律200 14.4.2均匀磁场中运动导体内的感应电动势200 14.4.3均匀磁场中转动线圈内的感应电动势201 14.5铁磁材料的磁特性201 14.6磁路概念203 14.7磁学标准量具205 思考题与习题206 第15章磁场的测量208 15.1磁测量的感应法208 15.1.1冲击检流计法208 15.1.2磁通表法210 15.1.3旋转线圈法212 15.1.4数字磁通表法213 15.2磁测量的霍尔效应法214 15.2.1霍尔效应214 15.2.2霍尔效应法测磁场215 15.2.3霍尔电流表216 15.3磁测量的铁磁探针法217 15.3.1磁通门磁场计的结构217 15.3.2测量原理218 思考题与习题218 第16章铁磁材料静态磁性的测量220 16.1测量样品的准备220 16.1.1闭路样品220 16.1.2开路样品和磁导计221 16.1.3样品的去磁221 16.2样品中的磁场的测量222 16.2.1扁平测H线圈222 16.2.2双层同轴测H线圈223 16.2.3用磁位计测磁压223 16.3用冲击法测量静态磁特性224 16.3.1基本磁化曲线的测定224 16.3.2磁滞回线的测定226 *16.4静态磁性的自动测量装置228 思考题与习题229 第17章铁磁材料动态磁性的测量230 17.1交流磁化的特点230 17.1.1铁芯损耗230 17.1.2磁通的趋表效应231 *17.1.3铁芯中的B(t)和H(t)的波形232 *17.1.4正弦波磁感应强度的获得233 17.2交流磁化曲线和交流磁滞回线的测量233 17.2.1交流磁化曲线的测量233 17.2.2交流磁滞回线的测量235 17.3铁芯损耗的测量236 17.3.1硅钢片样品236 17.3.2测量铁芯损耗的线路237 *17.4电桥法测量复磁导率和铁芯损耗239 17.4.1复磁导率239 17.4.2被测样品等效为电路元件239 17.4.3测复磁导率的交流电桥240 17.4.4用交流电桥测量铁芯损耗241 思考题与习题241 第5篇电子测量技术基础243 第18章电子仪器及应用243 18.1信号发生器243 18.1.1信号发生器概述243 18.1.2XD-2C低频信号发生器244 18.1.3函数发生器247 18.1.4脉冲和方波发生器248 18.1.5扫描发生器249 *18.1.6合成信号发生器250 18.2电子示波器及其应用250 18.2.1示波器的基本原理251 18.2.2示波器主要技术指标253 18.2.3示波器的分类254 18.2.4示波器的应用255 18.3电子电压表及其应用256 18.3.1电子电压表概述256 18.3.2电子电压表的整流原理256 18.3.3电子电压表的基本结构与特点261 18.3.4电子电压表的应用261 思考题与习题265 第6篇数字测量技术基础267 第19章数字仪表及数字测量技术267 19.1概述267 19.1.1数字仪表及数字测量技术的发展267 19.1.2数字仪表的构成原理268 19.1.3数字仪表及数字测量技术的特点268 19.1.4数字仪表的分类269 19.2电子计数器269 19.2.1工作原理269 19.2.2基本组成框图270 19.3直流数字电压表270 *19.3.1逐位逼近比较式数字电压表271 *19.3.2电压-时间变换型（U-T）数字电压表271 *19.3.3电压-频率型（U-f）数字电压表277 19.3.4直流数字电压表的主要技术指标279 19.3.5直流数字电压表的检定281 19.3.6使用直流数字电压表的注意事项281 19.4主要电学量的数字化测量技术282 19.4.1直流电流和中高值电阻的测量282 19.4.2低值电阻的测量283 19.4.3超高值电阻的测量283 19.4.4交流电压/电流的测量284 19.4.5频率的测量285 19.4.6周期的测量286 19.4.7相位的测量287 19.4.8单相有功功率的数字测量288 19.4.9三相功率和电能的数字测量290 19.5数字万用表291 19.5.1数字万用表的构成原理291 19.5.2数字万用表的主要特点294 19.5.3数字万用表的测量准确度296 19.5.4数字万用表测量误差计算296 *19.6新型数字化仪表297 19.6.1微机化仪表297 19.6.2虚拟仪器简介299 思考题与习题305 参考文献307