電氣與電子測量技術(shù)

前言

　　電氣測量在發(fā)電、輸配電、用電及保護(hù)的各個環(huán)節(jié)都必不可少，其重要性不必贅言。而且大多數(shù)的電氣測量儀表，特別是數(shù)字化測量系統(tǒng)，電子測量電路必然是其中的重要組成部分。作者在多年的電氣與電子測量技術(shù)教學(xué)中，使用過數(shù)本關(guān)于電氣測量方面的教材，發(fā)現(xiàn)在電子測量電路部分內(nèi)容大多停留在“模擬電子電路”課程的水平上，未作進(jìn)一步的拓展和深化；同時，有些章節(jié)內(nèi)容過于教條，不夠具體，學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情不高。于是，作者產(chǎn)生重新編寫教材的想法。經(jīng)過一年的努力，我和幾位同事合作，一起完成了本書的初稿，以校內(nèi)講義的形式在上海交通大學(xué)電氣工程及其自動化專業(yè)三年級本科生中試用1年，雖然講義版教材中錯誤不少，但學(xué)生對本課程的學(xué)習(xí)熱情有明顯提高。這極大地鼓舞了我和我的同事。于是，我們對講義做了大量的修訂，形成本書?！　”緯诳傮w內(nèi)容安排上，不能說有什么創(chuàng)新。如前兩章介紹測量系統(tǒng)和誤差理論，接下來介紹常用的傳感器原理和調(diào)理電路，后續(xù)章節(jié)介紹數(shù)字化測量系統(tǒng)等，最后是抗干擾技術(shù)。但在具體章節(jié)的內(nèi)容組織上，力求結(jié)合電氣測量的實際，讓設(shè)計目標(biāo)更加具體，激發(fā)學(xué)生將已學(xué)知識充分發(fā)揮運用。如第4章中關(guān)于調(diào)理電路的設(shè)計，較全面地介紹了實際集成運算放大器產(chǎn)品的多樣性和不同特性，讓學(xué)生在模電課程中建立的理想集成運放回歸到現(xiàn)實非理想的、多樣性的集成運放。為了適應(yīng)現(xiàn)代數(shù)字化電氣測量系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，本書著重對幾種模數(shù)轉(zhuǎn)換器的原理做了詳細(xì)的分析和介紹，從而讓學(xué)生能在具體的應(yīng)用中，能根據(jù)需要選擇正確的模數(shù)轉(zhuǎn)換器?！　≡诒緯?章中，重點對電氣測量中常見的干擾源做了歸納總結(jié)，對干擾路徑做了詳細(xì)的講解，并從最基本的原理--電磁感應(yīng)原理出發(fā)，來闡述抗干擾的對策，通俗易懂，避免了過去很多教材教條式的羅列，學(xué)生普遍有所收獲。　　本書在編寫過程中，上海交通大學(xué)電氣工程系張彥教授、江秀臣教授對本書提出不少寶貴的意見；美國Analogue Device公司為相關(guān)電路設(shè)計提供了產(chǎn)品資料，在此一并表示感謝?！　∽髡咴诟叩葘W(xué)校從事電氣及電子測量技術(shù)方面的教學(xué)工作近十年，期間也不斷地從事相關(guān)的科研工作，對電氣測量中常涉及的難點，如干擾、共模有深刻的理解和體會，也力求能在本書中得到體現(xiàn)。由于時間倉促，錯誤或不足之處恐難免，謹(jǐn)請讀者及同行批評指正?！　×_利文　　2011年11月

內(nèi)容概要

本書共8章，第1章主要介紹測量系統(tǒng)的構(gòu)成和特性；第2章介紹誤差理論；第3章介紹常用的傳感器和差動電橋；第4章介紹集成運放和調(diào)理電路；第5章介紹了互感器、指針式電工儀表原理以及常見的絕緣預(yù)防性試驗；第6章則介紹了現(xiàn)代數(shù)字化電氣測量系統(tǒng)及其常用的算法；第7章介紹了Labview在電氣測量中應(yīng)用；第8章介紹了電氣測量中典型的干擾源及其抗干擾對策。

書籍目錄

第1章 測量及測量系統(tǒng)基礎(chǔ)
 1.1 測量及測量方法
 1.2 現(xiàn)代數(shù)字化測量系統(tǒng)的基本組成
 1.3 測量系統(tǒng)的靜態(tài)特性
 1.4 測量系統(tǒng)的動態(tài)特性
 1.4.1 一階系統(tǒng)
 1.4.2 二階系統(tǒng)
 1.4.3 動態(tài)性能指標(biāo)
 1.5 測量系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)
 習(xí)題
第2章 誤差的基本理論
 2.1 測量誤差的基本概念
 2.1.1 測量誤差的幾個名詞術(shù)語
 2.1.2 測量誤差的主要來源
 2.2 表達(dá)誤差的幾種形式
 2.2.1 絕對誤差
 2.2.2 相對誤差
 2.2.3 引用誤差
 2.3 誤差的性質(zhì)及分類
 2.3.1 系統(tǒng)誤差
 2.3.2 隨機誤差
 2.3.3 粗大誤差
 2.3.4 三類誤差的關(guān)系及其對測得值的影響
 2.4 有效數(shù)字
 2.5 系統(tǒng)誤差的校正
 2.5.1 系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的原因
 2.5.2 系統(tǒng)誤差的分類和特征
 2.6 隨機誤差的統(tǒng)計學(xué)處理
 2.7 粗大誤差的剔出
 2.8 誤差的合成
 2.9 數(shù)據(jù)的一元線性回歸分析
 2.9.1 常用的線性擬合法
 2.9.2 相關(guān)系數(shù)及其顯著性檢驗
 2.9.3 經(jīng)驗公式的回歸精度
 2.10 測量結(jié)果的表達(dá)形式
 習(xí)題
第3章 常用傳感器及其調(diào)理電路
 3.1 傳感器概述
 3.1.1 傳感器的定義
 3.1.2 傳感器的一般結(jié)構(gòu)
 3.1.3 變送器
 3.1.4 傳感器的分類
 3.2 金屬溫度傳感器
 3.2.1 工作原理
 3.2.2 金屬熱電阻
 3.2.3 熱電阻技術(shù)參數(shù)
 3.2.4 測量電路
 3.3 熱電偶
 3.3.1 工作原理
 3.3.2 熱電偶定理
 3.3.3 熱電偶技術(shù)參數(shù)
 3.3.4 熱電偶的冷端溫度補償
 3.3.5 熱電偶的測溫電路
 3.4 熱 敏 電 阻
 3.4.1 工作原理
 3.4.2 熱敏電阻的基本特性
 3.4.3 熱敏電阻應(yīng)用特點
 3.5 霍爾傳感器
 3.5.1 工作原理
 3.5.2 霍爾元器件及其應(yīng)用
 3.5.3 霍爾電流傳感器
 3.6 磁敏式傳感器
 3.6.1 工作原理
 3.6.2 磁阻元器件的主要特性
 3.6.3 磁敏電阻的應(yīng)用
 3.7 電場測量探頭
 3.8 電渦流傳感器
 3.8.1 工作原理
 3.8.2 電渦流傳感器的基本特性
 3.8.3 電渦流傳感器的調(diào)理電路
 3.8.4 電渦流傳感器的應(yīng)用
 3.9 壓電傳感器
 3.9.1 工作原理
 3.9.2 壓電傳感器的等效電路和調(diào)理電路
 3.9.3 壓電傳感器的應(yīng)用舉例
 3.10 光電傳感器
 3.10.1 光電效應(yīng)及其元器件
 3.10.2 光電傳感器的應(yīng)用
 3.10.3 光電傳感器測量轉(zhuǎn)速
 3.11 電容式傳感器
 3.11.1 工作原理及其分類
 3.11.2 調(diào)理電路
 3.11.3 電容傳感器的應(yīng)用
 3.12 電感式傳感器
 3.12.1 工作原理及其分類
 3.12.2 同步分離法測量復(fù)阻抗
 3.13 差動傳感器與測量電橋
 3.13.1 差動測量系統(tǒng)
 3.13.2 差動傳感器
 3.13.3 測量電橋
 習(xí)題
第4章 測量系統(tǒng)中的調(diào)理電路
 4.1 集成運算放大器
 4.1.1 通用集成運算放大器和高性能集成運算放大器簡介
 4.1.2 通用集成運算放大器的使用
 4.2 集成運算放大器的結(jié)構(gòu)特點與主要技術(shù)參數(shù)
 4.2.1 結(jié)構(gòu)特點
 4.2.2 集成運算放大器的主要技術(shù)參數(shù)
 4.3 儀表放大器
 4.3.1 儀表放大器的基本電路結(jié)構(gòu)
 4.3.2 集成儀表放大器
 4.4 電氣測量中的共模信號
 4.5 集成差分放大器
 4.6 隔離放大電路
 4.7 集成乘法器及其應(yīng)用
 習(xí)題
第5章 電氣測量技術(shù)
 5.1 高電壓的測量
 5.1.1 電磁式電壓互感器
 5.1.2 電容式互感器
 5.1.3 光學(xué)電壓傳感器
 5.2 大電流的測量
 5.2.1 電磁式電流互感器
 5.2.2 羅哥夫斯基（Rogowski）線圈
 5.2.3 光學(xué)電流傳感器
 5.3 交流電氣量的測量
 5.3.1 頻率和周期的測量
 5.3.2 相位的測量
 5.3.3 指針式電工儀
 5.3.4 功率的測量
 5.4 電力設(shè)備絕緣參數(shù)的測量
 5.4.1 絕緣電阻和吸收比的測量
 5.4.2 介質(zhì)損耗因數(shù) 的測量
 5.5 接地阻抗的測量
 5.5.1 測量接地阻抗的基本原理
 5.5.2 接地阻抗的測量方法
 5.5.3 接地阻抗測量注意事項
 5.5.4 電力設(shè)備接地引下線導(dǎo)通試驗
 5.6 電力設(shè)備局部放電的測量
 5.6.1 局部放電的機理分析
 5.6.2 局部放電的主要參數(shù)
 5.6.3 局部放電測量的基本回路及檢測阻抗的選擇
 習(xí)題
第6章 數(shù)字化電氣測量技術(shù)
 6.1 數(shù)字化電氣測量系統(tǒng)概述
 6.1.1 數(shù)字化電氣測量系統(tǒng)中的測量信號分類
 6.1.2 數(shù)字化電氣測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
 6.1.3 電氣測量中常用的微處理器片上外設(shè)簡介
 6.2 A/D 轉(zhuǎn)換器
 6.2.1 名詞術(shù)語
 6.2.2. A/D 轉(zhuǎn)換原理
 6.2.3 常用ADC集成芯片及其與微處理器的接口設(shè)計
 6.3 采樣保持器AD781
 6.4 并行數(shù)字I/O接口
 6.4.1 MCU和DSP的并行數(shù)字I/O接口
 6.4.2 +5V和+3.3V數(shù)字I/O接口的互連
 6.5 數(shù)字電表
 6.5.1 數(shù)字電表的基本功能
 6.5.2 數(shù)字化電能計量基礎(chǔ)
 6.5.3 集成三相多功能數(shù)字電能計量芯片ADE7878
 6.6 數(shù)字化測量常用算法
 6.6.1 有效值的計算與數(shù)字積分
 6.6.2 諧波分析和DFT變換
 6.6.3 噪聲抑制與數(shù)字濾波
 習(xí)題
第7章 虛擬儀器及其開發(fā)語言
 7.1 虛擬儀器
 7.1.1 虛擬儀器的基本概念
 7.1.2 虛擬儀器的特點和優(yōu)勢
 7.1.3 虛擬儀器的結(jié)構(gòu)
 7.2 虛擬儀器的開發(fā)語言——LABVIEW簡介
 7.2.1 LabVIEW的優(yōu)勢
 7.2.2 LabVIEW的編輯界面
 7.2.3 LabVIEW的應(yīng)用實例
 7.3 虛擬儀器的開發(fā)語言——LABWINDOWS/CVI
 習(xí)題
第8章 電氣測量中的抗干擾技術(shù)
 8.1 電氣測量中的干擾三要素
 8.1.1 干擾源
 8.1.2 干擾途徑
 8.1.3 受擾對象
 8.2 電容耦合及其抗干擾對策
 8.2.1 電場耦合或電容耦合
 8.2.2 采用靜電屏蔽層來隔離電場耦合的干擾
 8.3 磁場耦合及其抗干擾對策
 8.3.1 磁場耦合或互感耦合
 8.3.2 防磁場（互感）耦合的措施
 8.4 共阻抗耦合及抗干擾對策
 8.4.1 沖擊負(fù)載電流通過電源內(nèi)阻抗影響測量儀器的供電質(zhì)量
 8.4.2 測量儀器內(nèi)部不同電路環(huán)節(jié)間通過直流穩(wěn)壓電源內(nèi)阻抗的耦合
 8.5 共模干擾及其對策
 8.5.1 共模信號及其對測量系統(tǒng)的干擾
 8.5.2 共模干擾的抑制
 8.6 測量系統(tǒng)輸入級的接地與浮置
 習(xí)題
 參考文獻(xiàn)

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