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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1

1.1.2 间接测量法2

1.1.3 组合测量法2

1.2 现代数字化测量系统的基本构成3

1.3 测量系统的静态特性5

1.3.1 零位6

1.3.2 灵敏度6

1.3.3 线性度6

1.3.4 回程误差7

1.3.5 分辨力与分辨率7

1.3.6 量程、测量范围和动态范围7

1.4 测量系统的动态特性8

1.4.1 一阶系统8

1.4.2 二阶系统9

1.4.3 动态性能指标11

习题12

第2章 误差的基本理论14

2.1 测量误差的基本概念14

2.1.1 测量误差的几个名词术语14

2.1.2 测量误差的主要来源16

2.2 表达误差的几种形式16

2.2.1 绝对误差17

2.2.2 相对误差17

2.2.3 最大允许误差和最大引用误差17

2.3 误差的性质及分类19

2.3.1 系统误差19

2.3.2 随机误差19

2.3.3 粗大误差20

2.3.4 三类误差的关系及其对测得值的影响20

2.4 有效数字20

2.4.1 有效数字的定义21

2.4.2 四舍五入与偶数法则21

2.4.3 数字的运算规则21

2.5 系统误差的校正22

2.5.1 系统误差产生的原因22

2.5.2 系统误差的减小和消除23

2.6 随机误差的统计学处理23

2.6.1 随机误差的产生原因23

2.6.2 随机误差的特性24

2.6.3 随机误差的标准差和实验标准差24

2.6.4 典型分布的置信度25

2.7 粗大误差的剔出29

2.7.1 判别粗大误差的准则29

2.7.2 防止与消除粗大误差的方法34

2.8 测量不确定度及其评定方法34

2.8.1 测量不确定度34

2.8.2 测量不确定度的评定方法35

2.8.3 GUM法评定测量不确定度的一般步骤36

2.8.4 输入量标准不确定度的评定37

2.8.5 不确定度的合成38

2.8.6 有效自由度的计算39

习题43

第3章 传感器45

3.1 传感器概述45

3.1.1 传感器的定义45

3.1.2 传感器的一般结构46

3.1.3 变送器46

3.1.4 传感器的分类46

3.2 金属温度传感器47

3.2.1 工作原理47

3.2.2 金属热电阻48

3.2.3 热电阻技术参数49

3.2.4 测量电路举例52

3.3 热电偶53

3.3.1 热电效应53

3.3.2 热电偶定理55

3.3.3 热电偶技术参数56

3.3.4 热电偶的冷端补偿57

3.3.5 补偿导线60

3.3.6 热电偶测温仪表的接线61

3.4 热敏电阻62

3.4.1 工作原理62

3.4.2 热敏电阻的伏安特性63

3.4.3 热敏电阻的特点63

3.5 霍尔传感器64

3.5.1 霍尔效应64

3.5.2 霍尔效应传感器65

3.5.3 霍尔电流传感器68

3.6 磁敏式传感器69

3.6.1 工作原理69

3.6.2 磁阻元器件的主要特性70

3.6.3 磁敏电阻的应用71

3.7 电场测量探头71

3.7.1 悬浮体型探头71

3.7.2 地参考场强仪72

3.7.3 光电场强仪73

3.8 电涡流传感器73

3.8.1 工作原理73

3.8.2 电涡流传感器的基本特性75

3.8.3 电涡流传感器的调理电路76

3.8.4 电涡流传感器的应用77

3.9 压电传感器78

3.9.1 压电效应78

3.9.2 压电传感器的等效电路80

3.9.3 压电传感器的调理电路81

3.9.4 压电传感器的应用举例82

3.10 光电传感器83

3.10.1 光电效应及其元器件83

3.10.2 光电传感器的应用84

3.10.3 光电传感器测量转速85

3.11 电容式传感器86

3.11.1 工作原理及其分类87

3.11.2 调理电路举例89

3.11.3 电容传感器的应用92

3.12 电感式传感器92

3.12.1 变间隙型自感传感器93

3.12.2 变面积型自感传感器94

3.12.3 螺管型电感传感器95

3.13 差动传感器与测量电桥95

3.13.1 差动测量系统95

3.13.2 差动传感器96

3.13.3 测量电桥98

习题104

第4章 测量系统中的调理电路106

4.1 集成运算放大器106

4.1.1 集成运算放大器概述106

4.1.2 集成运算放大器的基本电路108

4.2 集成运放的结构特点与主要技术参数109

4.2.1 结构特点109

4.2.2 集成运算放大器的主要技术参数110

4.3 仪表放大器114

4.3.1 仪表放大器的基本电路结构114

4.3.2 集成仪表放大器115

4.4 电气测量中的共模信号118

4.4.1 电气测量中常见的共模信号118

4.4.2 共模输入的危害119

4.5 集成差分放大器121

4.6 隔离放大器122

4.7 集成乘法器的应用123

4.7.1 集成乘法器的介绍123

4.7.2 集成乘法器能完成的运算123

4.7.3 集成乘法器用于调制和解调124

习题126

第5章 电气测量技术127

5.1 高电压的测量127

5.1.1 电磁式电压互感器127

5.1.2 电容式互感器134

5.1.3 光学电压传感器136

5.2 大电流的测量137

5.2.1 电磁式电流互感器137

5.2.2 低功率电流互感器148

5.2.3 罗哥夫斯基电流互感器149

5.2.4 光学电流传感器151

5.3 交流电的频率、周期、相位的测量152

5.3.1 频率和周期的测量152

5.3.2 相位的测量155

5.4 交流电电压、电流、功率的测量157

5.4.1 电压、电流的测量157

5.4.2 功率的测量159

5.5 电力设备绝缘参数的测量162

5.5.1 绝缘电阻和吸收比的测量163

5.5.2 介质损耗因数tanδ的测量166

5.6 接地电阻的测量169

5.6.1 测量接地阻抗的基本原理169

5.6.2 接地阻抗的测量试验170

5.6.3 接地阻抗测量注意事项171

5.6.4 电力设备接地引下线导通试验171

5.7 局部放电的测试172

5.7.1 局部放电的机理分析172

5.7.2 局部放电的主要参数173

5.7.3 局部放电测量的基本回路及检测阻抗的选择174

习题175

第6章 数字化电气测量技术177

6.1 数字化电气测量系统概述177

6.1.1 数字化电气测量系统中的测量信号分类177

6.1.2 数字化电气测量系统的结构178

6.1.3 电气测量中常用的微处理器片上外设简介179

6.2 A/D转换器182

6.2.1 名词术语182

6.2.2 A/D转换原理183

6.2.3 常用ADC集成芯片及其与微处理器的接口设计189

6.3 采样保持器AD781200

6.3.1 动态性能201

6.3.2 AD781与AD674的接口电路201

6.4 并行数字I/O接口202

6.4.1 MCU和DSP的并行数字I/O接口202

6.4.2 ＋5V和＋3.3V数字I/O接口的互连203

6.5 数字电表204

6.5.1 数字电表的基本功能204

6.5.2 数字化电能计量基础204

6.5.3 集成三相多功能数字电能计量芯片ADE7878205

6.6 数字化测量常用算法208

6.6.1 有效值的计算与数字积分208

6.6.2 谐波分析和DFT变换210

6.6.3 噪声抑制与数字滤波218

习题227

第7章 虚拟仪器及其开发语言229

7.1 虚拟仪器229

7.1.1 虚拟仪器的基本概念229

7.1.2 虚拟仪器的特点229

7.1.3 虚拟仪器的结构231

7.2 虚拟仪器的开发语言——LabVIEW232

7.2.1 LabVIEW的优势232

7.2.2 LabVIEW的编辑界面233

7.2.3 LabVIEW的应用实例234

7.3 虚拟仪器的开发语言——LabWindows/CVI238

7.3.1 LabWindows/CVI简介238

7.3.2 LabWindows/CVI特点238

习题239

第8章 电气测量中的抗干扰技术240

8.1 电气测量干扰的三要素240

8.1.1 干扰源240

8.1.2 干扰耦合途径240

8.1.3 受扰对象241

8.2 电容耦合及其抗干扰对策241

8.2.1 电容耦合241

8.2.2 电容耦合的抗干扰措施242

8.3 磁场耦合及其抗干扰对策244

8.3.1 磁场耦合或互感耦合244

8.3.2 防磁场（互感）耦合的措施245

8.4 共阻抗耦合及其抗干扰对策246

8.4.1 冲击负载电流通过电源内阻抗影响测量仪器的供电质量246

8.4.2 测量仪器内部不同电路环节间通过直流稳压电源内阻抗的耦合247

8.5 共模干扰及其抑制248

8.5.1 共模信号及其对测量系统的干扰248

8.5.2 共模干扰的抑制250

8.6 测量系统输入级的接地与浮置251

习题252

参考文献254