电气测试技术

第1章 测量及其系统 1

1.1 测量的概念和定义 1

1.1.1 测量的基本方程 1

1.1.2 单位及单位制 2

1.1.3 测量仪表的基本功能 3

1.1.4 测量过程 4

1.1.5 测量手段 4

1.1.6 测量结果的表示 5

1.2 测量仪表的基本性能 5

1.2.1 精确度 5

1.2.2 稳定性 5

1.2.3 测量仪表的输入/输出特性 6

1.3 测量方法 9

1.3.1 概述 9

1.3.2 按测量方法分 9

1.3.3 按测量方式分 10

1.4 测量系统 11

1.4.1 测量系统的构成 12

1.4.2 测量系统的特性 13

1.4.3 测量系统的选择与优化 14

1.4.4 测量系统的抗干扰技术 15

习题与思考题 25

第2章 测量误差及数据处理 26

2.1 误差来源及其分类 26

2.1.1 误差的来源 26

2.1.2 误差的分类 27

2.2 误差的表示方法 28

2.2.1 测量误差的表示方法 28

2.2.2 仪器仪表误差的表示方法 29

2.2.3 单次直接测量时最大误差的估计 31

2.3 随机误差的估算 32

2.3.1 测量值的算术平均值与数学期望 32

2.3.2 随机误差的估算过程 33

2.4 系统误差及其减小方法 35

2.4.1 系统误差的分类及判断 35

2.4.2 减小系统误差的方法 36

2.5 粗大误差的判断准则 38

2.5.1 有限次测量的置信度 38

2.5.2 随机不确定度与坏值剔除 41

2.6 测量数据的处理 42

2.6.1 测量数据的有效位数 42

2.6.2 等精密度测量结果的处理步骤 43

2.7 误差的合成与分配 46

2.7.1 概述 46

2.7.2 系统误差的合成 47

2.7.3 系统误差的分配 49

习题与思考题 50

第3章 电参量的传统测量 53

3.1 直读式电气测量仪表 53

3.1.1 直读式电气测量指示仪表的

主要技术特性 54

3.1.2 磁电系仪表 55

3.1.3 电磁系电流表和电压表 60

3.1.4 电动系仪表 60

3.1.5 感应系仪表 63

3.2 电位差计 64

3.2.1 直流电位差计 64

3.2.2 交流电位差计 66

3.3 测量用互感器 66

3.4 电压、电流的测量 68

3.4.1 中等值电压和电流的测量 68

3.4.2 电压、电流的准确测量 68

3.4.3 大电流测量 68

3.4.4 高电压测量 69

3.5 功率、电能测量 70

3.5.1 直流功率、电能测量 70

3.5.2 单相交流功率和电能的测量 71

3.5.3 三相交流功率和电能的测量 71

3.5.4 功率因数测量 72

习题与思考题 73

第4章 磁性测量技术 74

4.1 磁性测量的基本知识 74

4.1.1 电磁感应 74

4.1.2 铁磁材料的磁特性 75

4.1.3 空间磁场测量的常用方法 76

4.2 铁磁材料静态磁性的测量 86

4.2.1 测量样品 86

4.2.2 磁感应强度的测量 88

4.2.3 磁场强度的测量 88

4.2.4 基本磁化曲线的测量 90

4.3 铁磁材料动态磁性的测量 91

4.3.1 交流磁化曲线的测量 91

4.3.2 铁芯损耗的测量 92

4.3.3 复数磁导率的测量 93

4.4 工程应用实例——钢轨缺陷的无损漏磁检测 94

4.4.1 钢轨缺陷的无损漏磁检测原理 94

4.4.2 交流漏磁检测系统 95

习题与思考题 96

第5章 非电量的电气测试技术 97

5.1 常用传感器介绍 97

5.1.1 电阻式传感器 97

5.1.2 电容式传感器 100

5.1.3 变磁阻式传感器 101

5.1.4 磁电式传感器 103

5.1.5 压电式传感器 104

5.1.6 热电式传感器 107

5.1.7 光电式传感器 108

5.1.8 半导体磁效应传感器 112

5.1.9 新型传感器简介 115 2100433B

本书详细介绍了测量及其系统的基本概念和理论、 测量误差的分析及测量数据的处理，详尽阐述了常用电参数的测量方法，以及磁性测量技术、非电量的电气测试技术、 数字化测量技术、 虚拟化与智能化的电气测试技术及这些技术的工程应用。

本书在阐述相关基础理论的同时更注重工程应用，在相应的章节给出了相关技术在电气化铁道及高速铁路等领域的实际应用案例，使读者能够将理论与实践结合起来。

本书可以作为高等学校电气工程及其自动化、自动化、 测控技术等专业及相近专业的本科、专科教材，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。

电气测试原理、方法及仪器特性；测量误差分析、误差综合与误差分配；非电量电测技术；微型化和智能化传感器，《数字化测量技术及抗干扰技术。可作为普通高校电类本科专业自动检测技术和数字化测量技术两门课程的教材。

目录

前言

第1章测量的基本概念1

11测量的概念和定义1

111测量的基本方程1

112单位制和单位2

113测量仪表的基本功能2

12测量仪表的结构及其基本性能3

121仪表的基本性能3

122测量仪表的结构3

13测量仪表的输入输出特性5

131静态特性及其性能指标5

132测量仪表的动态特性9

14测量方法10

141概述10

142按测量方法分10

143按测量方式分11

习题与思考题12

第2章测量误差及数据处理13

21误差来源及其分类13

211误差的来源13

212误差的分类14

22误差的表示方法15

221测量误差的表示方法15

222仪器仪表误差的表示方法16

223数字仪表误差的表示方法17

224一次直接测量时最大误差的

估计18

23随机误差的估算19

231测量值的算术平均值与数

学期望19

232标准差20

233随机误差的正态分布21

234贝塞尔公式21

235算术平均值标准差21

24粗大误差的判断准则22

241置信概率与置信区间22

242有限次测量的置信度23

243随机不确定度与坏值剔除24

25系统误差及其减小方法25

251系统误差的分类25

252系统误差的判断26

253减小系统误差的方法27

26测量数据的处理29

261测量数据的舍入法则29

262有效数字的位数29

263有效数字的运算规则30

264有效数字位数的确定30

265等精密度测量结果的

处理步骤30

27误差的合成与分配33

271概述33

272常用函数的合成误差34

273系统误差的合成37

274系统误差的分配39

28最佳测量条件的确定40

习题与思考题42

第3章非电量的电测技术44

31电位器式传感器44

311电位器式传感器的结构44

312线性电位器式传感器45

313非线性电位器传感器48

314电位器式传感器的应用51

32电阻应变式传感器53

321应变片的工作原理53

322电阻应变传感器的测量电路55

323电阻应变传感器的温度误差

及其补偿60

324电阻应变传感器及其应用61

33电感式传感器65

331自感式传感器65

目录电气测试技术第4版332差动变压器式传感器72

333电涡流式传感器78

334压磁式传感器83

34电容式传感器85

341电容式传感器的工作原理

及其特性85

342测量电路88

343电容式传感器的特点及其

应用范围92

35热电偶传感器94

351热电偶的测温原理94

352有关热电偶回路的几点结论96

353热电偶冷端温度补偿98

354常用热电偶及其特性102

355热电偶常用测温电路103

356热电偶测温应用实例105

36热电阻传感器108

361金属热电阻及其特性108

362测量电路110

363热电阻应用实例111

37压电式传感器 114

371压电材料的特性114

372常用压电材料116

373压电传感器的等效电路和

测量电路117

374压电传感器的应用120

38超声波式传感器123

381超声波的种类及其特性123

382超声波发生器原理123

383超声波接收器原理124

384超声波传感器的应用124

39振弦式传感器126

391工作原理及测量电路126

392振弦式传感器的特性128

393振弦式传感器的应用129

310光电式传感器130

3101光电效应及其器件130

3102光电元件的特性134

3103光电信号的检测方法135

3104光电式传感器的应用实例135

311激光式传感器137

3111激光发射原理137

3112常用激光器及其原理138

3113激光的特点140

3114激光式传感器的应用及

实例140

312光纤式传感器142

3121概述142

3122光纤及光在其中的传输142

3123常用光纤式传感器143

313红外式传感器149

3131红外检测的基本定律149

3132红外探测器的类型149

3133红外探测器的应用及实例151

314热敏传感器152

3141半导体热敏电阻及其特性152

3142半导体热敏电阻的应用153

315霍尔式传感器155

3151工作原理155

3152霍尔元件的特性及其补偿156

3153霍尔集成电路158

3154霍尔式传感器的应用及

实例160

316气敏传感器161

3161概述161

3162半导体气敏电阻162

3163热导式气敏传感器164

3164气敏传感器的应用实例165

习题与思考题167

第4章微型化和智能化传感器171

41概述171

42微型温度传感器172

421热释电温度传感器172

422PN结温度传感器173

423集成(IC)温度传感器174

424石英振子温度传感器175

425微型温度传感器应用实例176

43硅压阻式微型压力传感器180

431硅盒制作工艺简述180

432普通型单片集成压力传感器181

433具有温度补偿功能集成压

力传感器181

434频率输出型压阻式集成压

力传感器183

435集成压力传感器MPX3100184

436MPX7000系列压力变送器185

437扩散硅差压变送器186

44电容式微型传感器187

441集成(IC)电容式加速度传

感器ADXL50187

442电容式数字输出压力变送器189

45智能化变送器190

451ST-3000系列智能变送器191

452LD302智能压力变送器192

4533051型智能压力变送器193

454EJA型差压(压力)智能

变送器194

455阵列式智能气敏传感器195

456阵列式智能压力图像传感器196

习题与思考题198

第5章数字化测量技术199

51概述199

52有源滤波器的设计200

521低通有源滤波器的设计201

522高通有源滤波器的设计202

523带通有源滤波器的设计203

524有源带阻滤波器的设计204

53模拟信号放大技术205

531概述205

532通用型集成运算放大器206

533高精度集成运放207

534高输入阻抗集成运放208

535测量放大器209

536程控增益放大器211

537集成隔离放大器212

54集成模拟多路开关213

541概述213

542常用集成模拟开关214

543多路模拟开关应用举例217

55集成采样/保持器(S/H)217

551概述217

552集成采样/保持器的工作原理及

其主要技术指标218

553常用集成采样/保持器220

56系统误差校正技术221

561利用误差模型校正系统误差221

562利用校准曲线通过查表法

修正系统误差222

563折线逼近法非线性校正225

564平方插值法非线性校正225

57量程自动切换与标度变换226

571量程自动切换226

572标度变换227

58A－D转换原理、器件及应用228

581双积分式A－D转换原理、器

件及应用228

582逐位逼近式A－D转换原理、器

件及应用241

583V/F转换原理及常用器件247

584A－D转换器的一般选择

原则253

59D－A转换原理及常用器件的

应用254

591D－A转换原理254

592主要技术指标255

593D-A转换器与单片机接

口电路255

510LED和LCD显示技术260

5101七段LED显示器及其接口

技术260

5102LCD显示器及其接口技术266

511数字化测量仪表分析270

5111数字式计数频率计270

5112数字多用表280

5113智能化数字存储示波器286

5114逻辑分析仪的原理及应用296

512数字化测量仪表设计302

5121智能温度变送器设计302

5122单片机电子称重系统的

电路设计311

5123单相电能计量系统设计314

习题与思考题322

第6章抗干扰技术323

61干扰源与干扰耦合方式323

611干扰的来源323

612干扰的耦合方式324

613仪表内部的干扰326

62干扰抑制技术326

621串模干扰及其抑制技术327

622共模干扰及其抑制技术329

623电源引入干扰的抑制333

624其他抑制干扰的措施334

习题与思考题335

附录337

附录A铂铑10—铂热电偶分度表337

附录B镍铬—铜镍热电偶分度表341

附录C镍铬—镍硅热电偶分度表341

附录D铂电阻分度表344

附录E铜电阻(Cu50)分度表346

部分习题答案347

参考文献3502100433B