电工测量的一般知识及误差分析.

电流和电压的相量测量实验中相角的测量方法及误差分析电流和电压的相量测量是电工学中常见的实验内容之一。

相位角是描述电流和电压之间相位关系的重要参数之一，在电力系统分析、电路分析以及电机控制等领域有着广泛的应用。

本文将介绍电流和电压的相量测量实验中相角的测量方法以及误差分析。

一、相角的概念在交流电路中，电压和电流是随时间变化的量，可以用正弦函数来描述。

相角是指正弦波的起始点在时间轴上的位置，用角度或弧度表示。

相角的测量对于理解电路中电流和电压的相位差以及相位关系的研究非常重要。

二、相角的测量方法在电流和电压的相量测量实验中，可以采用以下方法来测量相角：1. 直接测量法：通过示波器直接观察电压和电流的波形，确定波形的相位差，从而得出相角的值。

这种方法通常用于低频、低精度的实验。

2. 直接测量法的改进：由于直接测量法存在分辨率低、读数不准确等问题，可以使用X-Y坐标仪或数字示波器来精确测量电流和电压的相位差，从而得出相角的值。

3. 统计法：通过大量采样并对测量结果进行统计分析，可以得到较为准确的相角结果，该方法通常用于高频、高精度的实验研究。

4. 相量法：将电压和电流转换成相量形式，分别用复数表示，然后进行相量运算，通过计算得到相位差的大小及方向，从而得到相角的值。

这种方法在电力系统分析中具有广泛的应用。

三、相角测量误差的分析在相角测量过程中，由于各种因素的影响，可能引入误差，因此需要对误差进行分析和评估。

1. 系统误差：来源于测量设备的误差，如示波器的频率响应误差、示值误差等，可以通过仪器校准来减小系统误差的影响。

2. 环境误差：温度、湿度等环境因素对测量结果有一定的影响，需要进行环境适应性校验，并进行误差修正。

3. 人为误差：操作人员的操作不准确、读数不准确等因素可能引入误差，需要进行人为误差评估，并通过培训和规范操作来减小误差的影响。

4. 随机误差：由于噪声等因素的干扰，测量结果可能产生随机误差，可以通过多次测量取平均或进行数据滤波来减小随机误差的影响。

基本电工仪表的使用及测量误差的计算实验报告一、实验目的1.了解基本电工仪表的种类、使用方法和特点；2.掌握测量仪表电压、电流、电阻的方法和技巧；3.熟练掌握测量误差的计算方法。

二、仪器和材料1.万用表、电表、电阻箱、标准电池；2.电源、导线、电阻器。

三、实验原理1.万用表的使用（1）万用表测量电压安装测量电压的插头，选择直流或交流电压档位，将插头分别接在测量的电路两点上，读出示数。

（2）万用表测量电流将测量电流的插头从电压/电阻插座转移到电流插座上，用导线将电路分别串接，读出示数。

（3）万用表测量电阻选择测量电阻挡位，将电阻器两端接在测量的电路两点上，读出示数即为电路的电阻值。

2.电表的使用电表一般用于测量电流和电压，使用时需注意测量的电量是否符合电表的量程。

3.电阻箱的使用电阻箱一般用于校正和调节电路中的电阻，可以通过调整电阻箱的电阻值来控制电路的电阻值。

4.测量误差的计算方法测量误差是指测量结果与真实值之间的偏差，通常用相对误差和绝对误差来表示。

相对误差：e_r =\dfrac{\left V_1 -V_2 \right }{V_1}\times 100\%绝对误差：e_a =\left V_1 -V_2 \rightV1为实际测量值，V2为标准值。

四、实验过程1.万用表的测量（1）用万用表测量直流电压连接直流电源和标准电阻，选择万用表直流电压档位，将红表笔接在正极，黑表笔接在负极，读出示数。

（2）用万用表测量交流电压连接交流电源和标准电阻，选择万用表交流电压档位，将红表笔接在电源阳极，黑表笔接在电源阴极，读出示数。

（3）用万用表测量电流连接直流电源、标准电阻和电流表，选择万用表直流电流档位，将红表笔接在电源正极，黑表笔接在电流表的接纳处，读出示数。

2.电表的使用用电表测量交流电压和直流电流，读出示数。

3.电阻箱的使用连接电源、电阻箱和万用表，选择万用表电阻挡位，通过调节电阻箱电阻值，将电路中的电阻值控制在一定范围内。

实验一 基本电工仪表使用及测量误差分析一、实验目的1. 掌握电压表、电流表等使用方法。

2. 会测定电压表、电流表准确度。

3. 学会减少电表对测量结果的影响及测量误差的计祘。

二、实验原理用电工测量仪表测量一个电量时，仪表的指示值Ax 与被测量的实际值Ao 之间，不可避免地存在一定的误差，它可用两种形式表示：绝对误差：△＝Ax －Ao 相对误差：ν＝oA ∆×100% 用仪表测量会影响测量误差的因素很多（可参阅“附录一”或相关书籍），下面仅讨论其中的两个主要因素及处理方法。

1． 仪表准确度对测量误差的影响：仪表准确度关系到测量误差的大小。

目前，我国直读式电工测量仪表准确度分为0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5和5.0七个等级。

这些数字表示仪表在正常工作条件下进行测量时产生的最大相对误差的百分数。

仪表准确度等级通常标在仪表面板上。

仪表使用过程中应定期进行校验，最简单的校验方法是比较法。

按仪表校验规定，必须选取比被校表的准确度等级至少高2级的仪表作为标准表，校验可用图1－1所示电路。

图1－1 比较法校验电路在仪表的整个刻度范围内，逐点比较被校表与标准表的差值△，根据△最大值的绝对值m ∆与被校表量程Am 之比的百分数%100mm m A ∆=ν，可以确定被校表的准确度等级。

如测得结果%1.2=νm，则被校表的准确度等级νn 为2.5级。

例：有一准确度为2.5级的电压表，其量程为100V ，在正常工作条件下，可产生的最大绝对误差（即：由于仪表本身结构的不精确所产生的基本误差）为：m n U U ⨯=∆ν＝±2.5％×100＝±2.5（V ）对于量程相同的仪表，νn越小，所产生的U ∆就越小。

恒压源被测表恒压源被测表(a)校验电压表(b)校验电流表另外，用上述电压表分别测量实际值U 为5V 和100V 的电压时，测量结果的相对误差分别为：%5.2%1001005.2%50%10055.2%1008020±=⨯±=±=⨯±=⨯∆=ννU U可见，在选用仪表量程时，被测量程值愈接近仪表满量程值，相对测量误差越小。

实验一 基本电工仪表的使用及测量误差的计算一、实验目的1. 熟悉实验台上各类电源及各类测量仪表的布局和使用方法。

2. 掌握指针式电压表、电流表内阻的测量方法。

3. 熟悉电工仪表测量误差的计算方法。

二、原理说明1. 为了准确地测量电路中实际的电压和电流，必须保证仪表接入电路后不会改变被测电路的工作状态。

这就要求电压表的内阻为无穷大；电流表的内阻为零。

而实际使用的指针式电工仪表都不能满足上述要求。

因此，当测量仪表一旦接入电路，就会改变电路原有的工作状态，这就导致仪表的读数值与电路原有的实际值之间出现误差。

误差的大小与仪表本身内阻的大小密切相关。

只要测出仪表的内阻，即可计算出由其产生的测量误差。

以下介绍几种测量指针式仪表内阻的方法。

2. 用“分流法”测量电流表的内阻如图1-1所示。

A 为被测内阻(R A )的直流电流 表。

测量时先断开开关S ，调节电流源的输出电流I 使A 表指针满偏转。

然后合上开关S ，并保持I 值不 变，调节电阻箱R B 的阻值，使电流表的指针指在1/2满偏转位置，此时有I A ＝I S ＝I/2∴ R A ＝R B ∥R 1 可调电流源R 1为固定电阻器之值，R B 可由电阻箱的刻度盘上读得。

图 1-1 3. 用分压法测量电压表的内阻。

如图1-2所示。

V 为被测内阻(R V )的电压表。

测量时先将开关S 闭合，调节直流稳压电源的 输出电压，使电压表V 的指针为满偏转。

然后 断开开关S ，调节R B 使电压表V 的指示值减半。

此时有：R V ＝R B ＋R 1电压表的灵敏度为：S ＝R V /U (Ω/V) 。

式中U 为电压表满偏时的电压值。

4. 仪表内阻引起的测量误差（通常称之为方 可调稳压源 法误差， 而仪表本身结构引起的误差称为仪表基 图 1-2 本误差）的计算。

VR R V BSR 1+++_R A I AR BR 1I S+_A S（1）以图1-3所示电路为例，R 1上的电压为 R 1 1U R1＝─── U ，若R 1＝R 2，则 U R1＝─ U 。

第一篇 电工测量的基本知识第一章 概 述1.1 测量的概念测量是以确定被测对象量值为目的的全部操作。

通常测量结果的量值由两部分组成：数值（大小及符号）和相应的单位名称。

1.2 测量的分类测量可从不同的角度出发进行分类。

1.2.1 从获得测量结果的不同方式分类，可分为直接测量法、间接测量法和组合测量法。

1.2.1.1 直接测量法——从测量仪器上直接得到被测量量值的测量方法，直接测量的特点是简便。

此时，测量目的与测量对象是一致。

例如用电压表测量电压、用电桥测量电阻值等。

1.2.1.2 间接测量法——通过测量与被测量有函数关系的其它量，才能得到被测量量值的测量方法。

例如用伏安法测量电阻。

当被测量不能直接测量，或测量很复杂，或采用间接测量比采用直接测量能获得更准确的结果时，采用间接测量。

间接测量时，测量目的和测量对象是不一致的。

1.2.1.3 组合测量法——在测量中，若被测量有多个，而且它们和可直接（或间接）测量的物理量有一定的函数关系，通过联立求解各函数关系来确定被测量的数值，这种测量方式称为组合测量法。

例如，图1-1所示电路中测定线性有源一端口网络等效参数R eq 、U OC 。

调R L 为R 1时得到I 1，U 1 调R L 为R 2时得到I 2，U 2得⎪⎩⎪⎨⎧=+=+oc eq oc eq U I R U U I R U 2211解联立方程组可求得测量R eq 、U oc 的数值。

1.2.2 根据获得测量结果的数值的方法不同，分为直读测量法和比较测量法。

1.2.2.1 直读测量法（直读法）——直接根据仪表（仪器）的读数来确定测量结果的方法。

测量过程中，度量器不直接参与作用。

例如用电流表测量电流、用功率表测量功率等。

直读测量法的特点是设备简单，操作简便，缺点是测量准确度不高。

1.2.2.2 比较测量法——测量过程中被测量与标准量（又称度量器）直接进行比较而获得测量结果的方法。

例如用电桥测电阻，测量中作为标准量的标准电阻参与比较。

实验一，常用电工仪表的测量与误差分析一．实验目的1．掌握系统误差和随机误差的概念2．学会分析系统误差和随机误差的方法二．实验原理与说明（一）测量方法根据获得测量结果的方法不同，测量可以分为两大类：直接测量和间接测量。

1．直接测量法直接测量法是指被测量与其单位量作比较，被测量的大小可以直接从测量的结果得出。

例如：用电压表测量电压，读数即为被测电压值，这就是直接测量法。

直接测量法又分直接读数法和比较法两种。

上述用电压表测量电压，就是直接读数法，被测量可直接从指针指示的表面刻度读出。

这种测量方法的设备简单，操作方便，但其准确度较低，测量误差主要来源于仪表本身的误差，误差最小约可达±0.05%。

比较法是指测量时将被测量与标准量进行比较，通过比较确定被测量的值。

例如用电位差计测量电压源的电压，就是将被测电压源的电压与已知标准电压源的电压相比较，并从指零仪表确定其作用互相抵消后，即可以刻度盘读得被测电压源的电压值。

比较法的优点是准确度和灵敏度都比较高，测量误差主要决定于标准量的精度和指零仪表的灵敏度，误差最小约可达±0.001%，比较法的缺点是设备复杂，价格昂贵，操作麻烦，仅适用于较精密的测量。

2．间接测量法间接测量法是指测量时测出与被测量有关的量，然后通过被测量与这些量的关系式，计算得出被测量。

例如用伏安法测量电阻，首先测得被测电阻上的电压和电流，再利用欧姆定律求得被测电阻值。

间接测量法的测量误差较大，它是各个测量仪表和各次测量中误差的综合。

（二）测量误差测量中，无论采用什么样的仪表，仪器和测量方法，都会使测量结果与被测量的真实值（即实际值或简称真值）之间存在着差异，这就是测量误差。

测量误差可分为三类，即系统误差，偶然误差和疏忽误差。

1．系统误差系统误差的特点是测量结果总是向某一方向偏离，相对于真实值总是偏大或偏小，具有一定的规律性，根据其产生的原因可分为：仪表误差，理论或方法误差，个人误差。