第11章 电学与磁学测量（课件）- 《传感器与检测技术》同步教学（清华大学·2021）

传感器与检测技术 工程检测技术 磁场测量技术 电磁技术发展： 1820年，H．C．奥斯特发现电流的磁效应； 1831年，M．法拉第发现电磁感应现象； 1864年，麦克斯韦总结出——麦克斯韦电磁场理论； 1879年，E．H．Hall发现霍尔效应； 1946年，F．Block和E．M．Purcell发现核磁共振现象。 工程检测技术 电学与磁学量测量 1820年—电流的磁效应 1831年-1845年—电磁感应现象 工程检测技术 电学与磁学量测量 1864年—麦克斯韦电磁学方程组 1887年—赫兹首先发现并验证了电磁波的存在 工程检测技术 电学与磁学量测量 电量— 电学量 电参数— 电流、电压、功率、电能、频率、相位差、功率因数、静电电荷、静电场强度等 电阻、电容、电感、时间常数、介质损耗因数 磁场性质— 磁学量 材料磁 特性参量— 磁通密度B、磁场强度H 磁导率 、饱合磁通密度、矫顽力 、剩磁、铁损P等 工程检测技术 电学与磁学量测量 材料磁特性 工程检测技术 电学测量 直读（或偏转） 电参量 比较测量法 被测的量与标准量直接比较 模拟指针式仪表、数字式仪表 图11-1 一般数字式仪表的结构框图 工程检测技术 电学测量 图11-2直流数字电压表原理框图 图11-3数字万用表原理框图 工程检测技术 电学测量 直流电压 2 .直流高压可输入衰减网络进行幅值调整 高压直流电阻串联衰减电路 + R1 R2 U0 - 直流高压 + - 工程检测技术 电学测量 直流电压 2 .直流高压可输入衰减网络进行幅值调整 高压直流检测线性光耦测量电路 现有传感器最高测量6000V 工程检测技术 电学测量 2. 交流高压 变压器降压 电阻串联衰减 后续电路需隔离 交流电压 ~ R1 R2 U0 ~ 工程检测技术 电学测量 直流电流 取样电阻 电流 —— 电压进行测量 直接测量 间接测量 电流表串接在被测电路中 取样电阻 R I U0 + - U0=IR 工程检测技术 电学测量 直流电流 直流大电流测量： 分流器 工程检测技术 电学测量 直流大电流测量： 图4-4霍尔效应直接检测直流电流的原理图 工程检测技术 电学测量 直流小电流 图11-5霍尔检零式测量直流电流的原理图 工程检测技术 电学测量 交流大电流测量： 交流电流测量： 电流互感器 使用时副边必须处于短路状态！ 工程检测技术 电学测量 伏安法 利用欧姆定律 电阻测量时需要根据阻值的大小采取相应的措施 中高值电阻的测量 电阻、电容、电感的测量 恒流源激励 测量的精度较低 工程检测技术 电学测量 图11-6恒流源式电阻测量原理 电阻、电容、电感的测量 工程检测技术 电学测量 图4-7 不平衡电桥测量电阻原理 不平衡电桥，准确测量 工程检测技术 电学测量 图4-8 四端式测量低值电阻阻值的数字欧姆表原理图 低值电阻测量 关键——电阻引线电阻与接触电阻的影响 工程检测技术 电学测量 图11-9基于电容充电原理的超高值电阻测量原理图 超高值电阻测量（ 以上的电阻） 依据电容充电原理 经过时间T达到 值 工程检测技术 电学测量 电容、电感测量 不平衡交流电桥 将桥路电阻替换为电容或电感，进行测量 工程检测技术 电学测量 频率的测量 频率——周期信号在单位时间内变化的次数。 方法：将被测信号放大整形后送到计数器进行 计数测量 计数 正弦波 脉冲波 工程检测技术 电学测量 直接测频法 测周法 按计数器控制方式 和计量对象的不同 工程检测技术 电学测量 直接测频法 工程检测技术 电学测量 直接测频记数误差分析 影响测量误差的因素： 1.标准时基的误差 2.脉冲计数误差 工程检测技术 电学测量 直接测频记数误差分析 最大的脉冲计数误差为±1个 测量相对误差 工程检测技术 电学测量 直接测频记数误差分析 设定时时间间隔 当 f=1kHz时 当 f=10kHz时 适合于高频测量！ 工程检测技术 电学测量 测周法 工程检测技术 电学测量 多周期同步测频法 使闸门信号与被测信号同步 控制闸门时间T为被测信号周期的整数倍 思路 工程检测技术 电学测量 原子时标（频标）：准确度10-13～ 10-14 陕西天文台： 世界时标（ UTC ） 准确度优于±2×10-11 30万年差1秒 3万年差1秒 工程检测技术 电学测量 量的名称 单位名称 单位符号 单位的定义 长度 米 m 光在真空中于(1／299792458)s的时间间隔内所经路径的长度 质量 千克(公斤) kg 千克是质量单位，等于国际千克原器的质量 时间 秒 s 1s是与铯-133原子基态的两个超精细能级间跃迁相对应的辐射的9192631770个周期的持续时间 电流 安[