1.1 電工測量

學習目標

1.了解電工測量的概念、內容和基本方法。

2.了解測量方法的分類及各自特點。

3.了解電工測量中常用的基本術語。

內容提要

一、測量的概念和常用術語

1.測量與測量過程

測量是將被測量與標準量進行比較的過程。在這個過程中，它一定需要有作為測量單位復制實體的度量器參與（直接參與或間接參與）；同時又需要有能將被測量與度量器進行比較的測量儀器的參與。

測量過程一般包括三個階段：①準備階段。在這個階段，首先要明確“被測量”的性質及測量所要達到的目的，然后再選定合適的測量方式、合理的測量方法及足夠準確度的測量儀器。②測量階段。建立測量儀器所必須滿足的測量條件，慎重地進行操作，認真地記錄數據。③數據處理階段。根據記錄的數據，考慮測量條件的實際情況，對測量數據進行合理的運算和修正，以求得測量結果與真實值的無限接近。

總之，研究一個完整的測量過程，通常必須研究如下幾個方面：①測量對象；②測量方式和測量方法；③測量設備，其中包括度量器與測量儀器儀表。

2.測量中的幾個常用術語

在測量過程中，經常會遇到“準確度”、“精確度”、“靈敏度”、“分辨力”等術語，下面逐一進行說明。

（1）準確度。準確度是指測量結果與被測量真實值之間相接近的程度，它是測量結果準確程度的量度。

（2）精確度。精確度又稱精度。測量的精確度是指測量數據集中于真實值附近的程度。測量的精確度越高，說明測量的平均值越接近真實值，且各次測量的數據也越集中，測量的精確度是對測理結果的綜合評價。

（3）精密度。精密度是指在測量過程中所測數值重復一致的程度，它表明在同一條件下進行重復多次測量時，所得到的一組測量數據彼此之間相符合的程度，它是測量重復性的量度。若測量值非常集中，則精密度高；若非常分散，則精密度低。

（4）靈敏度。靈敏度是指儀器儀表讀數的變化量與相應的被測量的變化量的比值，它反映儀器儀表對被測量的反應能力。

（5）分辨力。分辨力是指儀器儀表所能反映被測量的最小變化值。

（6）誤差。誤差是指測量結果相對于被測量真實值的偏離程度。

（7）量限（也稱量程）。量限是指儀器儀表在規定的準確度下對應于某一測量范圍內所能測量的最大值。

需要指出的是，準確度與誤差本身的含義是相反的，但兩者又是緊密聯系的，測量結果的準確度高，它的誤差就小，因此在實際測量中往往采用誤差的大小來表示準確度的高低。

二、電工測量的概念和電學度量器

1.電工測量

電工測量就是借助于測量設備，把未知的電量（或磁量）與作為測量單位的同類標準電量（或標準磁量）進行比較，從而確定這個未知電量（或磁量）（包括數值和相應的單位）的過程。電工測量的主要對象是：反映電和磁特征的物理量，例如電流（I）、電壓（U）、電功率（P）、電能（W）和磁感應強度（B）等；反映電路特征的物理量，例如電阻（R）、電容（C）和電感（L）等；反映電和磁變化規律的非電量，例如頻率（f）、相位移（Φ）和功率因數（λ）等。

2.電學度量器

電學度量器是電量和磁量測量單位的復制體，它是電氣測量設備的一個重要組成部分。它不僅作為標準量參與測量過程，而且是維持電磁學單位統一、保證量值準確傳遞的器具。按照準確度的高低，電學度量器可分為：基準器、標準器和工作量具三大類，常用的標準器有標準電池、標準電阻、標準電感和標準電容。

三、測量方法及其分類

測量方法是指人們認識自然界事物的一種手段，例如關于電阻的測量，測量方法有很多種：使用模擬萬用表歐姆擋測量，使用伏安法測量，還可以使用直流電橋進行測量。根據不同的分類標準，測量方法分類如下。

1.按被測量的測量方式分類

測量方法可以分為直接測量法、間接測量法和組合測量法三種。

（1）直接測量法是指將被測量與作為標準的量直接比較，或用事先刻度好的測量儀表進行測量，從而直接測得被測量數值的測量方法。例如使用模擬萬用表的電壓擋測量電壓，使用模擬萬用表的歐姆擋測量電阻，使用直流電橋測量電阻等。

（2）間接測量法是指通過與被測量有一定函數關系的幾個量進行直接測量，然后再按這個函數關系計算出被測量數值的測量方法。例如使用伏安法測量電阻。

（3）組合測量法是指直接或間接地測量與被測量有一定函數關系的某些量，再通過聯立方程組求得被測量數值的方法。例如測量電源參數E和r，測試原理圖如圖1-1-1所示，R1、R2均為未知電阻，開關S置1時，電壓表讀數為U1，電流表讀數為I1；開關S置2時，電壓表讀數為U2，電流表讀數為I2；則可使用方程組解得電源參數E和r的值。其中電壓電流的測量方法屬于直接測量法，而整個測試方法屬于組合測量法。

2.按度量器參與測量過程的方式分類

測量方法可以分為直讀法和比較法兩種。

（1）直讀法是指用直接指示被測量數值的指示儀表進行測量，直接在儀表上讀取被測量數值的測量方法。在直讀法的使用過程中，度量器并不直接參與作用。直讀法的測量過程簡單，操作容易，但準確度不高。

（2）比較法是指將被測量與度量器通過比較儀器進行比較，從而測得被測量數值的測量方法。在比較法的使用過程中，度量器是直接參與作用的。比較法測量準確度高，但操作比較麻煩且儀器設備也較貴。

根據被測量與標準量進行比較時的特點不同，又可將比較法分為平衡法、較差法和替代法三種。

①平衡法又稱零值法，是指在測量過程中，連續改變標準量以使它產生的效應與被測量產生的效應相互抵消或平衡（由指零儀表顯示），從而由一定關系式確定被測量數值的測量方法。平衡法的準確度主要取決于標準量的準確度和指零儀表的靈敏度。

②較差法是指通過測量被測量與標準量的差值或正比于差值的量，從而根據標準量的數值確定被測量數值的測量方法。較差法的準確度主要取決于標準量的準確度及測量差值的誤差，差值越小則測量準確度便越高。

③替代法是指將被測量與標準量分別接入同一測量裝置，在標準量替代被測量的情況下，調節標準量使測量裝置的工作狀態保持不變，從而由標準量的大小來確定被測量的數值的測量方法。替代法的準確度主要取決于標準量的準確度和測量裝置的靈敏度。

例題解析

【例1-1-1】使用電橋測量電阻阻值屬于（）。

A.直接測量B.間接測量C.替代法D.較差法

【要點解析】電橋測量電阻，很多學生會聯想到《電工基礎》里使用惠斯通電橋測量電阻，其實在現代電工測量中，已經把電橋模塊化，產品化，只要簡單的電路連接，改變標準電阻（電阻箱）的數值，使檢流計（用于檢測電流的有無，而不測量電流的大小）指針指零，直接讀取標準電阻的數值即可完成測量。如圖1-1-2所示為常用的QJ—23型直流單臂電橋。

【答案】A。

鞏固訓練

一、單項選擇題

1.電學度量器沒有直接參與的測量是（）。

A.較差法 B.零值法 C.替代法 D.直讀法

2.比較測量法有（）種。

A.二 B.三 C.四 D.五

3.以下各種電學度量器中，準確度最高的是（）。

A.基準器 B.標準器 C.工作量具 D.模擬萬用表

4.反映測量重復性的術語是（）。

A.準確度 B.精密度 C.靈敏度 D.分辨力

5.測量時先測出與被測量相關的電量，然后通過計算求得被測量數值的方法叫做（）。

A.直接測量法 B.間接測量法 C.替代測量法 D.比較測量法

二、判斷題

6.比較測量法的優點是方法簡便，讀數迅速。（）

7.歐姆表測電阻屬于直接測量法。（）

8.伏安法測電阻屬于比較測量法。（）

9.一個物理量的測量只能用一種方法來實現。（）

三、填空題

10.測量過程的三個階段是：（1）_________；（2）_________；（3）_________。一個完整的測量過程，通常包含以下三個方面：（1）_________；（2）_________；（3）_________。

11.準確度是測量結果_________的量度；精密度是測量結果_________的量度；誤差則反映了測量結果相對于被測量真實值的_________程度；量限是指儀表在規定的準確度下對應于某一測量范圍內所能測量的_________。

12.電學度量器是電量或磁量_________的復制體，按準確度的高低依次分為_________、標準器和_________，實驗室使用的MF—47型萬用表屬于_________。常用的標準器有_________、_________、_________和_________，_________是電動勢的復制體。

13.測量方法按被測量的測量方式分類，有_________、_________和_________三種；按度量器參與測量過程的方式分類，有_________和_________。根據被測量與標準量進行比較時的特點不同，比較法又分為_________、_________和_________三種。

14.平衡法的準確度主要取決于_________和_________；較差法的準確度主要取決于_________和_________；替代法的準確度主要取決于_________和_________。

四、簡答題

15.什么是電工測量？電工測量的對象有哪些？

16.按度量器參與測量過程的方式分，測量方法有哪些種類？各自的優缺點有哪些？