第1章 测量和测量系统基础 1 1.1 测量及测量方法 1 1.1.1 直接测量法 3 1.1.2 间接测量法 4 1.1.3 组合测量法 4 1.2 现代数字化测量系统的基本构成 5 1.3 测量系统的静态特性 7 1.3.1 零位 8 1.3.2 灵敏度 8 1.3.3 线性度 8 1.3.4 回程误差 9 1.3.5 分辨力与分辨率 9 1.3.6 量程、测量范围和动态范围 9 1.4 测量系统的动态特性 10 1.4.1 一阶系统 10 1.4.2 二阶系统 11 1.4.3 动态性能指标 13 习题 15 第2章 误差和测量不确定度 17 2.1 测量误差的基本概念 17 2.1.1 测量误差的几个名词术语 18 2.1.2 测量误差的主要来源 19 2.2 表达误差的几种形式 20 2.2.1 绝对误差 20 2.2.2 相对误差 20 2.2.3 最大允许误差和最大引用误差 20 2.3 测量误差的性质及分类 22 2.3.1 系统误差 22 2.3.2 随机误差 22 2.3.3 粗大误差 23 2.3.4 三类误差的关系及其对测得值的影响 23 2.4 有效数字 24 2.4.1 有效数字的定义 24 2.4.2 四舍五入与偶数法则 24 2.4.3 数字的运算规则 24 2.5 系统误差的校正 25 2.5.1 系统误差产生的原因 25 2.5.2 系统误差的减小和消除 26 2.6 随机误差的统计学处理 27 2.6.1 随机误差的产生原因 27 2.6.2 随机误差的特性 27 2.6.3 随机误差的标准差和实验标准差 28 2.6.4 典型分布的置信度 28 2.7 粗大误差的剔除 32 2.7.1 判别粗大误差的准则 32 2.7.2 防止与消除粗大误差的方法 37 2.8 测量不确定度及其评定方法 37 2.8.1 测量不确定度 37 2.8.2 测量不确定度的评定方法 38 2.8.3 GUM法评定测量不确定度的一般步骤 39 2.8.4 输入量标准不确定度的评定 40 2.8.5 不确定度的合成 41 2.8.6 有效自由度的计算 42 习题 46 第3章 传感器 48 3.1 传感器概述 48 3.1.1 传感器的定义 48 3.1.2 传感器的一般结构 49 3.1.3 变送器 49 3.1.4 传感器的分类 49 3.2 金属温度传感器 51 3.2.1 工作原理 51 3.2.2 金属热电阻 51 3.2.3 热电阻技术参数 52 3.2.5 PT100数字式测温应用 56 3.3 热电偶 57 3.3.1 热电效应 57 3.3.2 热电偶定理 58 3.3.3 热电偶技术参数 59 3.3.4 热电偶的冷端补偿 60 3.3.5 补偿导线 64 3.3.6 热电偶测温仪表的接线 64 3.4 热敏电阻 65 3.4.1 工作原理 65 3.4.2 热敏电阻的伏安特性 66 3.4.3 热敏电阻的特点 67 3.5 霍尔传感器 67 3.5.1 霍尔效应 67 3.5.2 霍尔效应传感器 69 3.5.3 霍尔电流传感器 70 3.6 磁敏式传感器 73 3.6.1 磁敏电阻的工作原理 73 3.6.2 磁阻元器件的主要特性 73 3.6.3 磁敏电阻的应用 74 3.7 电场强度测量探头 75 3.7.1 悬浮体场强仪探头 75 3.7.2 地参考场强仪探头 76 3.7.3 光电场强仪探头 77 3.8 电涡流传感器 77 3.8.1 工作原理 77 3.8.2 电涡流传感器的基本特性 79 3.8.3 电涡流传感器的调理电路 80 3.8.4 电涡流传感器的应用 81 3.9 压电传感器 82 3.9.1 压电效应 82 3.9.2 压电传感器的等效电路 85 3.9.3 压电传感器的调理电路 86 3.9.4 压电传感器的应用举例 87 3.10 光电传感器 88 3.10.1 光电效应及其元器件 88 3.10.2 光电传感器的应用 89 3.10.3 光电编码器 90 3.11 电容式传感器 92 3.11.1 工作原理及其分类 93 3.11.2 电容式传感器的调理电路举例 95 3.11.3 电容式传感器的应用 98 3.12 电感式传感器 98 3.12.1 变间隙型自感传感器 99 3.12.2 变面积型自感传感器 101 3.12.3 螺管型自感传感器 101 3.13 差动传感器与测量电桥 102 3.13.1 差动测量系统 102 3.13.2 差动传感器 102 3.13.3 测量电桥 104 习题 110 第4章 测量系统中的调理电路 112 4.1 集成运算放大器 112 4.1.1 集成运算放大器概述 112 4.1.2 集成运算放大器的基本电路 114 4.2 集成运算放大器的结构特点与主要技术参数 115 4.2.1 集成运算放大器的结构特点 115 4.2.2 集成运算放大器的主要技术参数 116 4.3 仪表放大器 121 4.3.1 仪表放大器的基本电路结构 121 4.3.2 集成仪表放大器 123 4.4 电气测量中的共模信号 125 4.4.1 电气测量中常见的共模信号 125 4.4.2 共模输入的危害 127 4.5 集成差分放大器 129 4.6 隔离放大器 130 4.7 集成乘法器的应用 131 4.7.1 集成乘法器的介绍 131 4.7.2 集成乘法器能完成的运算 132 4.7.3 集成乘法器用于调制和解调 132 习题 134 第5章 电气测量技术 136 5.1 电压互感器 136 5.1.1 电磁式电压互感器 136 5.1.2 电容式电压互感器 143 5.1.3 光学电压传感器 145 5.2 电流互感器 146 5.2.1 电磁式电流互感器 146 5.2.2 低功率电流互感器 157 5.2.3 罗哥夫斯基电流互感器 158 5.2.4 光学电流传感器 160 5.3 交流电的频率、周期、相位的测量 161 5.3.1 频率和周期的测量 161 5.3.2 相位的测量 164 5.4 指针式电工仪表 166 5.4.1 电压、电流的测量 166 5.4.2 功率的测量 168 5.5 电力设备绝缘参数的测量 172 5.5.1 绝缘电阻和吸收比的测量 172 5.5.2 介质损耗因数 的测量 176 5.6 接地电阻的测量 178 5.6.1 测量接地阻抗的基本原理 178 5.6.2 接地阻抗的测量试验 179 5.6.3 接地阻抗测量注意事项 180 5.6.4 电力设备接地引下线导通试验 181 5.7 局部放电的测试 181 5.7.1 局部放电的机理分析 182 5.7.2 局部放电的主要参数 183 5.7.3 局部放电测量的基本回路及检测阻抗的选择 184 习题 1