2021/9/23 第三章 各种物理量的测试计量 第2节 电磁学计量测试 第1节时间颜率计量测试 电藏计量：应用电磁测量仅馨、仪表和设客，采用相应的 第2节电磁学计量测试 方法对被测量进行定量分析，研究和保证电藏量测量的铣一和 准确的计量学分支。 第3节电子计量测试 主要研充内容：精密测定与电融量有关的物理常激，确定 第4节温度计量测试 电融学单位制，按定义研究、复现和保存电磁学单位的计量蒸 第5节光学计量测试 准和标准，研究电藏量的测量方法，研究进行电藏量量值传递 的标准量具和专用测量装置，以及研究制定相应的检定系统、 第6节其他计量测试 检定规程、技术规范等技术法规。 (几何、力学、声单、电高福谢、物质的量) 分球内型色 与学心我年的修1学 第2节 电磁学计量测试 第2节 电磁学计量测试 宜流计量 电三、电流、电能（功率）、 电阻等的 电磁学 电学量计量 交流计量 电压、电流、功率、电能 (功率)、阻抗等 基本量做通、藏矩、微感应度 自自自 量 磁学量计量 电寻事、体电阻、给缘 材料电磁特性强度、介电常表、介质 损耗因散、藏化率、地 和微矩等 金韩扉菲鞋菲车 电磁计量从直流、低段超步发震到高额、撤被、嘉米被、亚立高米被。 整毅手中常食计分黄油来动 舶舶艄鰱自舶舶自自邮 第2节 电磁学计置测试 第2节电磁学计量测试 一、电学计量单位及标准 >电流 ●安培（国际单位制中七个基本单位之一。） 在真空中，藏面积可以忽略的两根相距1m的无限长平行 果肉文率男只闸方在年 所给了安培单位量值的理论说明，未规定如何具体地复 现它。 ●电流单位复现 电流天平值摸测量法)、核磁共振、欧姆定摔 终》9会% 1
2021/9/23 1 第三章 各种物理量的测试计量 第1节 时间频率计量测试 第2节 电 磁学计量测试 第3节 电子计量测试 第4节 温度计量测试 第5节 光学计量测试 第6节 其他计量测试 （几何、力学、声学、电离辐射、物质的量） 第2节 电磁学计量测试 电磁计量：应用电磁测量仪器、仪表和设备，采用相应的 方法对被测量进行定量分析，研究和保证电磁量测量的统一和 准确的计量学分支。 主要研究内容：精密测定与电磁量有关的物理常数，确定 电磁学单位制，按定义研究、复现和保存电磁学单位的计量基 准和标准，研究电磁量的测量方法，研究进行电磁量量值传递 的标准量具和专用测量装置，以及研究制定相应的检定系统、 检定规程、技术规范等技术法规。 第2节 电磁学计量测试 电学量计量 磁学量计量 直流计量 交流计量 电压、电流、电能（功率）、 电阻等 电压、电流、功率、电能 （功率）、阻抗等 基本量 磁通、磁矩、磁感应强度 材料电磁特性 电导率、体电阻、绝缘 强度、介电常数、介质 损耗因数、磁化率、饱 和磁矩等 电 磁 学 计 量 电磁计量从直流、低频段逐步发展到高频、微波、毫米波、亚毫米波。 世界上不少国家已将以电子学领域中电磁量为对象的计量分离出来，成为 计量学的另一分支——电子计量。 第2节 电磁学计量测试 第2节 电磁学计量测试 第2节 电磁学计量测试 一、电学计量单位及标准 电流 安培（国际单位制中七个基本单位之一。） 在真空中，截面积可以忽略的两根相距1m的无限长平行 圆直导线内通过等量恒定电流时，若导线间相互作用力在每 米长度上为2×10-7N，则每根导线中的电流为1A。 所给了安培单位量值的理论说明，未规定如何具体地复 现它。 电流单位复现 电流天平(直接测量法)、核磁共振、欧姆定律
2021/9/23 核磁共振 电流天平 nuclear magnetic resonance-NMR 安培秤：F)1 。核磁共振：在恒定磁场中。磁矩不为零的原子核受射频场激刷后 固定线圈A、B,活动线圈C 发生的能级间共报跃迁现象（共振吸收现象），1946年美国科学家布 洛赫和珀塞尔发现，两人获得1952年度诺贝尔物理学奖， ·A、B、C通相同的电流I B、C电流流向相同 核磁共振成像：利用水分子中氢原子的核磁 角 从而 A、C电流流向相反 绘制人体内部结构。其基本原理：将人体置于特殊 C线圈受力垂直向下 F=会 (4=4×10-) 引起氢原子核共振，并吸收能量 原子核按特定领率发出射电信号 将吸收的 能量释放出来，被体外的接收器收录，经电计算 比例常数（磁导系数） 机处理获得图像。 由现敏度和精确度都很高的等胸天平及螺管牌圆等 阻成的。利用电流天平现电流单位安增的神度的 ·核磁共振确立磁场强度的标准：I→B,复现安培 为105~10*量缘 精度约为106~107量级 5必南型% 牛地我年的松心 ⊙ © 【说明1： >电压（电位差、电势差） 由于直族由定义复现电流很率实现（其它方法单位精度不高，且很 ·伏特 雅进行保存)，因此，国际上常用的复瑰电速单位的方法是根端电学中 的做提定德。即用电压电阻两个电学量导出电液。 导出单位，S单位制中的定义为两点间的电位差，在蒙 因此在实标量值传通中，电压和电密态到了电学基本量的作用，用 有1A规定电流导线的这两点间消耗1W的功率， 于保存和现电流量值。 ·标准电池： I-UIR 利用化学反应广产生稳定的电动势(1.01860V) 电压单位伏物以及电阻单位恰好是电融测量拉术中要而且复 意新度1890发男的隔电池，由H型成单管型被痛客毒内兼入被最狮 现准南度最高的两个单位，有合道的实物蕾准来条存它们的单位量值。 喜液等制成，(2心性纪6年代以前各国家标准) 峡点：电池自发散作用，电动势也会时下降，对外界环境 件的影纳非常兼感，国家盖准若南时何变化款难以复现，不可国家可更 难于统一电融测量的结果。因此实物基准有必要商自然盖准（成称量于 基准》过渡。 ·约赛夫森电压基准： 量于能道效应：在可片金调同夹有极寒的地缘层（那度大的为1 如氧化薄减)，当两填施加势能形戒势鱼V时，导体中有动能E的部分撒 粒于在E<V的情况下仍可以从蜡绿浸一侧通过鳞盒V面达到另一侧的物 采用的墨夫布兼应电压盖准监视标准电池的电动鳞，可将其神皮绳 高约两个兼量维。 1962年的墨夫应理论提出以后，各渐以的■夫森电压标 作为国家电压标谁。19燃年到月，第行侧国际计量要员合避过决故，确 是“自1990年1月1日衡际上正式启用的夫素常兼米捷义和复演电压 (H型帖构：)单管型结构 单位。 饱和型标准电池的长期德定性很高，但温度系教较大，应 我同自1992年8月正式批准自用的■夫泰电正盖准普代原电动势实物 采取控温措施或必要时加以修正。精度约为105量级。 的4g风司 格夏电压单位电学计人的时。 2
2021/9/23 2 电流天平 • 安培秤：FI • 固定线圈A、B,活动线圈C • A、B、C通相同的电流I B、C电流流向相同 A、C电流流向相反 • C线圈受力垂直向下 ( 4 10 ) 2 7 0 0 2 F I 比例常数（磁导系数） 由灵敏度和精确度都很高的等臂天平及螺管线圈等 组成的。 利用电流天平复现电流单位安培的精度约 为10-5 ～10-6 量级 核磁共振 nuclear magnetic resonance——NMR • 核磁共振：在恒定磁场中，磁矩不为零的原子核受射频场激励后 发生的能级间共振跃迁现象（共振吸收现象）。 1946年美国科学家布 洛赫和珀塞尔发现，两人获得1952年度诺贝尔物理学奖。 • 核磁共振成像：利用水分子中氢原子的核磁 共振现象，获取人体内水分子分布信息，从而精确 绘制人体内部结构。其基本原理：将人体置于特殊 的磁场中，用无线电射频脉冲激发人体内氢原子核， 引起氢原子核共振，并吸收能量。在停止射频脉冲 后，氢原子核按特定频率发出射电信号，将吸收的 能量释放出来，被体外的接收器收录，经电子计算 机处理获得图像。 • 核磁共振确立磁场强度的标准：I B，复现安培 精度约为10-6 ～10-7 量级 由于直接由定义复现电流很难实现（其它方法单位精度不高，且很 难进行保存）。因此，国际上常用的复现电流单位的方法是根据电学中 的欧姆定律，即用电压和电阻两个电学量导出电流。 因此在实际量值传递中，电压和电阻起到了电学基本量的作用，用 于保存和复现电流量值。 【说明】： I U / R 电压单位伏特以及电阻单位欧姆恰好是电磁测量技术中需要而且复 现准确度最高的两个单位，有合适的实物基准来保存它们的单位量值。 电压（电位差、电势差） • 伏特： 导出单位，SI单位制中的定义为两点间的电位差，在载 有1A规定电流导线的这两点间消耗1W的功率。 • 标准电池： 利用化学反应产生稳定的电动势（1.01860V） 惠斯登1890发明的镉电池。由H型或单管型玻璃容器内装入硫酸镉 溶液等制成。（20世纪60年代以前各国家标准） 缺点：电池自发扩散作用，电动势也会随时间下降，对外界环境条 件的影响非常敏感，国家基准若随时间变化就难以复现，不同国家间更 难于统一电磁测量的结果。因此实物基准有必要向自然基准（或称量子 基准）过渡。 饱和标准电池 (a) H型结构; (b) 单管型结构 7 5 4 3 1 － ＋ 2 3 ＋ (a) (b) 1—汞(电池正极)； 2—10％镉汞合金(电池负极)； 3—硫酸亚汞； 4—硫酸镉结晶体； 5—硫酸镉饱和溶液； 6—铂引线 7—玻璃容器； 8—微孔塞片 8 6 7 5 4 2 6 1 － 饱和型标准电池的长期稳定性很高， 但温度系数较大，应 采取控温措施或必要时加以修正。精度约为10-5量级。 • 约瑟夫森电压基准： 量子隧道效应：在两片金属间夹有极薄的绝缘层（厚度大约为1nm, 如氧化薄膜），当两端施加势能形成势垒V时，导体中有动能E的部分微 粒子在E＜V的情况下仍可以从绝缘层一侧通过势垒V而达到另一侧的物 理现象。 采用约瑟夫森效应电压基准监视标准电池的电动势， 可将其精度提 高约两个数量级。 1962年约瑟夫森效应理论提出以后，各国逐渐以约瑟夫森电压标准 作为国家电压标准。1988年9月，第77届国际计量委员会通过决议，确 定“自1990年1月1日起国际上正式启用约瑟夫森常数来定义和复现电压 单位”。 我国自1992年8月正式批准启用约瑟夫森电压基准替代原电动势实物 基准，复现电压单位，电学计量进入了自然基准的新时期
2021/9/23 表周的电压单位量量 >电阻 冬国标准实室均用一组饱和式惠斯电泡作为电压基 并 欧是电营计量单位中另一个量要的导出单位，目前，电烈单位量值复 现的不定度小于1X10,是电计量雕位中数的 电图量值可以用魔好的失物 标准电现和保。 e装 我国伏种准通过自行比对保存电压. 基本的电阻蓄准标称值为10，其他的量值可情助于传递装置妆十进制向 两增扩展 1972年，我国开始研制超导约瑟夫森电乐标流。1984年，意京无输南计量试情 标准电阻一舰都是用具有低温度深数的铜丝轨制而成，密封在管修的 光所完成了5mV的多夫森电压标准研制，建立了我国第一套约瑟夫森电标，不确定 黄铜外完中 度小于1×107.1985年账，中测试术研完模建立了10mV瑟夫森电压标准，不确 电和四地息密当电位》· 电计所协 值与国际平整值仅相差4×10，得到与会专家的好详， 电流韩电流端】 从20世50年代至今，为了确保我国压单位与国际上统一，径历了四次改值 最近的一次改值是1995年1月1日.根据用约瑟夫森电压标准蓝祝国家刷基冷变化的结 果，发现刷基冻组累计变化较大，电压单位相应减小02W, 分必塑色% (a)二式：(o)三 标准电 ⊙ >电阻单位的复现 Klitzing常藏—hle子，量于化量尔效应复现的RK,最其喻定，达到 ·计算电容法阻抗标准 10量以上。不实物标准，复和保存时由于■阻值南时变化 面产生不确定性。 制作一个高精度电容毒，将其几何尺寸槽确计量出，从而计算出电 客量，记它作为阻抗标导出其它电带短抗 主要困难，非蓝薰值，实用标准电阻值为十进兼值，晋要地立高淮确 量子化量尔效应电阻标准 比例量度领高。日前只有五、大个回家海到了 R功。比能确度为10一10量最。 量于化量你放应自198年发现以来，在用于遮立量于电阻标灌方面 中国计量斜学研光院张钟华统士，意立丁我国量子化整尔电胞标准， 研制的低温电流比教仪不确定度达到100量级，世界第一，在甲际计 量额球率有授高产誉。1988年，能测得的量子化慧尔电阻的国际单位 Rw-h/c2-25812.8070 制量值被国原计量漫员会正式采用作为确定国际推锦值的依据之一， 2007年，张钟单和他的团队因量于化量尔电图盖准”项目顺先国 际而棠接回家科拉进步一等奖—这一蓄准的准确度比国外最高水平 高了10倍多。 >电容 >电 ·法 亨利： 当1F电容馨充以1C电荷量时，电容馨两极版产生1V 的电位差。 心小动的电鞋电流以 法拉这个单位比较太在日常工作中并不多用，实际 在日常应用中，电感的单位住往是亨利的分数单位老 应用的则是其分最单位衡法和皮法。 李和徽字。 常用的标准电容器主要有石英电容喜、空气电容器、 标准电感喜均为空芯无磁性骨架电感线圆。根据精度 云母电容要和组合武大电容善。 分为0.01、0.02、0.05、0.1、0.2等级别。 根据名义值与实际值的偏差和定性， 一般将标准电 电感器基准一般是由几只10mH的电感组成，精度一 容暑的度分为0.01、0.02、0.05、01和0.2别。 般的为10蓝级. 电容器基准一般是由几只10印F的石英电容悬组成， 精度一般约为10级（年变化率约10数量级）。 树g4当学流 终好492鲜g 3
2021/9/23 3 我国的电压单位量值 1972年以前，世界各国标准实验室均采用一组饱和式惠斯顿电池作为电压基准，并 以该组电池的平均电动势值保存和复现本国的电压单位。各国把一组传递标准定期送到 法国巴黎国际计量局（BIPM）进行比对，以实现国际电压单位的统一。 从50年代末到1973年，我国的伏特单位一直引用前苏联的伏特单位。其中，从 1960年到1973年，我国伏特基准通过自行比对保存电压值。1973年5月，我国伏特基 准第一次送到BIPM比对，发现我国电压单位比BIPM保存的电压单位大16.3uV。 1972年，我国开始研制超导约瑟夫森电压标准。1984年，北京无线电计量测试研 究所完成了5mV约瑟夫森电压标准研制，建立了我国第一套约瑟夫森电压标准，不确定 度小于1×10-7 。1985年底，中国测试技术研究院建立了10mV约瑟夫森电压标准，不确 定度为5×10-8 。 1988年，北京无线电计量测试研究所研制了10mV约瑟夫森电压标准 ，不确定度为2.4×10-8。同年，中国计量科学研究院、中国测试技术研究院和北京无 线电计量测试研究所协作，测试了2e/h常数值，并提交第18届CCE会议。中国的测试 值与国际平差值仅相差4×10-8，得到与会专家的好评。 从20世纪50年代至今，为了确保我国电压单位与国际上统一，经历了四次改值。 最近的一次改值是1995年1月1日。根据用约瑟夫森电压标准监视国家副基准变化的结 果，发现副基准组累计变化较大，电压单位相应减小0.2uV。 电阻 欧姆是电磁计量单位中另一个重要的导出单位，目前，电阻单位量值复 现的不确定度已小于1×10-7，是电磁计量单位中精度较高的一个。 • 电阻量值可以用良好的实物基准——标准电阻复现和保存。 • 基本的电阻基准标称值为1Ω，其他的量值可借助于传递装置按十进制向 两端扩展 • 标准电阻一般都是用具有低温度系数的锰铜丝绕制而成，密封在镀铬的 黄铜外壳中 • 两端电阻和四端电阻（把电流端与电位端分开）。 标准电阻 （a） 二端钮式; （b） 三端钮式; （c） 四端钮式; （d） 五端钮式 R R 屏蔽端 R 电位端 电流端 电流端 R 屏蔽端 (a) (b) (c) (d) 电阻单位的复现 • 计算电容法阻抗标准 制作一个高精度电容器，将其几何尺寸精确计量出，从而计算出电 容量，把它作为阻抗标准导出其它电学阻抗。 • 量子化霍尔效应电阻标准 量子化霍尔效应自1980年发现以来，在用于建立量子电阻标准方面 取得了巨大的成功。国际计量委员会建议从1990年1月1日起在世界范围 内启用量子化霍尔电阻标准代替原来的电阻实物标准，并给出了下面的 国际推荐值： RK=h/e2=25812.807Ω 量子化霍尔电阻基准的装置相当贵重，使用复杂，常常只作为国家 最高一级的量值溯源，或实现高精度计量。 • Klitzing常数——h/e2 ：量子化霍尔效应复现的RK，极其稳定，达到 10-8量级以上。不象实物标准，复现和保存时由于线圈阻值随时间变化 而产生不确定性。 • 主要困难：非整数值，实用标准电阻值为十进数值，需要建立高准确 度的非整数比例装置，实现难度极高。目前只有五、六个国家得到了 成功，比例准确度为10-8～10-9量级。 • 中国计量科学研究院张钟华院士：建立了我国量子化霍尔电阻标准 。 研制的低温电流比较仪不确定度达到10-10量级，世界第一，在国际计 量领域享有极高声誉。1988年，他测得的量子化霍尔电阻的国际单位 制量值被国际计量委员会正式采用作为确定国际推荐值的依据之一。 2007年，张钟华和他的团队因“量子化霍尔电阻基准”项目领先国 际而荣获国家科技进步一等奖——这一基准的准确度比国外最高水平 高了10倍多。 电容 • 法拉： 当1F电容器充以1C电荷量时，电容器两极板产生1V 的电位差。 法拉这个单位比较大， 在日常工作中并不多用, 实际 应用的则是其分数单位微法和皮法。 常用的标准电容器主要有石英电容器、 空气电容器、 云母电容器和组合式大电容器。 根据名义值与实际值的偏差和稳定性， 一般将标准电 容器的精度分为0.01、 0.02、 0.05、 0.1和0.2等级别。 电容器基准一般是由几只105pF的石英电容器组成， 精度一般约为10-5量级（年变化率约10-7数量级）。 电感 • 亨利： 亨利是一闭合回路的电感，当此回路中流过的电流以 1A/s的速率均匀变化时，回路中产生1V的电动势。 在日常应用中， 电感的单位往往是亨利的分数单位毫 亨和微亨。 标准电感器均为空芯无磁性骨架电感线圈。 根据精度 分为0.01、 0.02、 0.05、 0.1、 0.2等级别。 电感器基准一般是由几只10mH的电感组成，精度一 般约为10-5量级
2021/9/23 二、直流计量 二、直流计量 >直流电阻计量 >直流电阻计量 格后产盖钠电*民。 ·单电桥一韦斯顿四臂电桥 R1、R2构成比例 每个电阻都可以线法直接测试 也可以组合比，主豪的 的1/10，避行的100：1的 R, R。 R2 适用于计量10-10Q的电阻，其缺 点是不能消除决触电阻和引线电阻。 分型球内型色% 与学地年的欢1心 ⊙ 直流电阻计量—一双电桥 二、直流计量 >直流电阻计量 R3=13R+12R ·双电桥一一开尔文电桥 I R=12R+1Rx 1Q以下小电思四蜂电图计量 2(R+R)=(3-12)r 被测电阻和标淮电阻均采用四编接法，电流塘接电源国略，从而 持这两墙的引电阻、触电阻折合到电海回略的其它联电阻中 是+是 为了减小误差，要求跨线电阻值尽可能小 号为地我年心州你晚西 >直流电压计量 >直流电流计量 ·直流电位差计 。电瘦计量： 先根据标准电池的数值确定工作电流 把测电医接上使检流器次 。电压法： ,=R,=E 5。 用四端电阻（也称分演票）将电减#换为电压，用电位楚计戒数半 R. 电压表进行计量，不确定度可优于1量级， 制如，某分流器的标称电流值为00A,标称电压为100mV,分流器的电 两次检流器为零，不从标准电压和被测电压中吸收能量，标准电压稳定。 阻是1Mn,若选用一个电压量限是1O0mV的电压表和分德器相配套都么，电 数字电压表 压表指示I00mV的电压就代表了分流器中流有100A的电流，0mV就表示有50 A的电藏， 计量准确度提高得很快。计量1V左右的电压时不确定度为105~10， 大电流（几千安以上）时，分流事功施大、发热，影纳准确度。 用藏字电压我取代直速电位整计已是是直流电压计量的没展地势， 树4当g风 终好492遇城 4
2021/9/23 4 二、直流计量 直流电阻计量 建立电阻比例的方法：哈蒙电阻箱。把n个量值很接近的电阻串联， 然后将n个同样量值接近的电阻并联，形成n 2 ：1的电阻比例。 每个电阻都可以4线法直接测试， 也可以组合测试，更主要的是， 可以通过并联选件直接成为标称 值的1/10，进行精确的100:1的传 递，也可以接成串并联实现精确 的10:1的电阻传递。 二、直流计量 直流电阻计量 x R n R R R 2 1 •单电桥——韦斯顿四臂电桥 R1、R2构成比例 适用于计量10~109 Ω的电阻，其缺 点是不能消除接触电阻和引线电阻。 二、直流计量 直流电阻计量 • 双电桥——开尔文电桥 1Ω以下小电阻(四端电阻)计量 被测电阻和标准电阻均采用四端接法，电流端接电源回路，从而 将这两端的引线电阻、接触电阻折合到电源回路的其它串联电阻中 直流电阻计量——双电桥 I R R I I r I R I R I R I R I R I R N x ( ) ( ) 3 2 ' 2 1 3 1 2 2 1 3 ' 1 3 3 2 3 ( ) 1 ' 3 2 3 1 3 1 2 3 R R R R R R r rR R R R Rx N 为了减小误差， 要求跨线电阻r值尽可能小 直流电压计量 • 直流电位差计 先根据标准电池的数值确定工作电流 然后把被测电压接上，调节Rx使检流器再次 为零 n n x x x E R R E IR 两次检流器为零，不从标准电压和被测电压中吸收能量，标准电压稳定。 • 数字电压表 计量准确度提高得很快。计量1V左右的电压时不确定度为10-6 ～10-7。 … E Rn R Rx G Ex S En 用数字电压表取代直流电位差计已经是直流电压计量的发展趋势。 直流电流计量 • 电表计量： 精度低（低于千分之几）。大电流（几十安以上）时采用分流器 （低值四端电阻，并联分流）。 • 电压法： 用四端电阻（也称分流器）将电流转换为电压，用电位差计或数字 电压表进行计量，不确定度可优于10-6量级。 例如，某分流器的标称电流值为100 A，标称电压为100 mV，分流器的电 阻是1 MΩ，若选用一个电压量限是100 mV的电压表和分流器相配套那么，电 压表指示100 mV的电压就代表了分流器中流有100 A的电流，50 mV就表示有50 A的电流。 大电流（几千安以上）时，分流器功耗大、发热，影响准确度
2021/9/23 © @ >直流电流计量 >直流功率和电能计量 ·直流电流比较仪： 算决电压法中的大电流日愿 P=UI E=「Pdh 根据精度选择： >精度要求小于千分之一：电动势或电减式功率表(10量级) ~要求的准确度牧高：计量电压电流计算功率(10量级) 直流电能的计量准确度可达10量级 分家型色 为告型年的的公欢温是 ⊙ 三、交流计量 三、交流计量 >交流阻抗计量 >交流阻抗计量 ,交流电阻的等效电略 交流阻抗的量值是用计算电容法进行定义计量面得出的。 由于受分布参数的影响。在交流电路中数清纯电阻、纯电容和纯电感。 要将交流阻抗的量值应用于各种阻抗的计量，关健是建立 ◆电容器：电容量和损耗角正交分量（需要分别加以平衡和计量） 各级计量标准器。 ◆电感器：电感量和申联电阻 交流电桥 ◆电阻器：电阻量、申联的残余电感和并联的分布电容 当指零仪指零时，电桥湘对肯的阻抗之积相停， Z.ZEZ Z 2-17+0+ad 若用复兼表示阻轨，即Z=+X 偏南不商时：Z。0+a) R.R-X.X=R,RX2X 具有时的。仅取于电 RX+RXRX对度为1 三、交流计量 >交流电流与电压计量 >交流阻抗计量 量值时刻都在变化，常用有效值、平均值、峰值表示交流 感应式比例静交流电桥：解决题抗南比耀度不高问圆（自精 量的量值。 式感应分压作比例曾，隔离式感应分压作比例青) 交直流转换：交流量设有实物基准，用直流量基准作参考。 ACDC转换是交流量计量中最关能的问惠 袭整健装装势武熟电情6偏电身与加丝中文 ·平均值计量：全波或半波整流，取直流分重进行计量 UZ_N 匝数比稳定、可靠、准确 峰值计量：交直流比较判新峰值 2Z2N2 精度可达到107-108量级 的4岁名纯 终好49公g 5
2021/9/23 5 直流电流计量 • 直流电流比较仪： 解决电压法中的大电流问题 1 2 2 1 N N I I 直流功率和电能计量 T E Pdt P UI 0 精度要求小于千分之一：电动势或电磁式功率表（10-4量级） 要求的准确度较高：计量电压电流计算功率（10-6量级） 根据精度选择： 直流电能的计量准确度可达10-5量级 三、交流计量 交流阻抗计量 • 交流电阻的等效电路 由于受分布参数的影响，在交流电路中没有纯电阻、纯电容和纯电感。 电容器：电容量和损耗角正交分量（需要分别加以平衡和计量） 电感器：电感量和串联电阻 RC R L Z R j R j L j C Z (1 ） 1 /( ) 1 电阻器：电阻量、串联的残余电感和并联的分布电容 频率不高时： 交流电阻的时间常数：具有时间的量纲，仅取决于电阻 器的结构，而与频率无关 三、交流计量 交流阻抗计量 • 交流阻抗的量值是用计算电容法进行定义计量而得出的。 要将交流阻抗的量值应用于各种阻抗的计量，关键是建立 各级计量标准器。 • 交流电桥 D Z1 Z2 Z4 Z3 CDAC 当指零仪指零时，电桥相对臂的阻抗之积相等， A B 即 Z1 Z3=Z2 Z4 若用复数表示阻抗，即 Zi=Ri+jXi R1 R3 -X1 X3=R2 R4 -X2 X4 R1X3+R3 X1=R2 X4+Ｒ4 X2 电阻比例精度 约为10-5量级 三、交流计量 交流阻抗计量 • 感应式比例器交流电桥：解决阻抗臂比例精度不高问题（自耦 式感应分压器作比例臂，隔离式感应分压器作比例臂） 2 1 2 1 2 1 N N Z Z U U 匝数比稳定、可靠、准确 精度可达到10-7～10-8 量级 AC D D N1 N2 Z1 Z2 U1 U2 1 I 2 I AC N1 N2 U1 U 2 Z1 Z2 1 I 2 I (a) (b) 交流电流与电压计量 量值时刻都在变化，常用有效值、平均值、峰值表示交流 量的量值。 交直流转换：交流量没有实物基准，用直流量基准作参考。 AC-DC转换是交流量计量中最关键的问题 • 有效值计量：热效应转换，热电偶（热电势与加热丝中交 流电流有效值平方成正比） • 平均值计量：全波或半波整流，取直流分量进行计量 • 峰值计量：交直流比较判断峰值
2021/9/23 @ ·交流电流平均值的计量 ·交流电压的峰值的计量 纸通滤波器 直流电 国-t 交直流比较判断峰值 精度为10-310-量级 精度为103量级 R 分型球内型色% 与学心年的你欢1学心 峰值包络检波原理 峰值包络检波电路工作过程的特点： 设袖入为等幅檬波（包络为常数） ①在高颜信号的每一周 v(t)=V coso 电容服C充、放电一次 二极管两圳电压 ②T放》T充，充电快、放电慢！ vD=v,(t)-vw=v,(t)-ve 当亮放电衔达动态平衡时，V心=V。达输入情号峰值 @当轴入为AM信号 A 工作过程： 初增to,V。=0, ,充电 v(1)=V(1+m cosr)coso 当y,()>0时，二报管得通 检波输出两都分vw='P.+V四 一T东=R。C很小，充牧 .放电 广。一输出平均厂.厂- 当，(C)<V4时，二最管维止 T放=RC覆大，放得侵 V四一输出交毫，反映输入的包培 结果'心保持在输入债号的峰值上 粉 Var =VAr-Vem "ra0V_1+周.cosn) ④二极管只在输入债号峰值尖顶上有短潮的寻通， 大邮分时间戴止。 交流功率和能量计量 四、磁学计量 1、磁场计量 P=✉ 磁场强弱常用磁感应强度B描述，单位特斯节T 特新拉是1Wb藏量均内而直地漫过1m面积！ 电动式或电磁式功率表 磁感应强度B与减场强度： 直流功率比较：高精度乘法积分运算装置，热电式交直流功 B=uH μ磁导率 率比校舞，计算两个有效值实现，精度千分之0.1~0.01 电能的计量比功事的计量更有实际价值。电能是功率对时 间的积分，因此，电能的计量可以用功率计量和计时装量 以计主套利用水冲的 来联合完成。 树当5风 终好492摆年% 6
2021/9/23 6 • 交流电流平均值的计量R 低通滤波器 V＝ 直流电压 I － R V I 精度为10-3～10-4量级 示 波 器 ＋ V～ Vin Vout Vin tV＝ V～ ＋V＝ Vout V＝ t － • 交流电压的峰值的计量 交直流比较判断峰值 精度为10-3量级 峰值包络检波原理 设输入为等幅载波（包络为常数） ( ) cos i cm c v t V t D i AV i c v v (t) v v (t) v 二极管两端电压 工作过程： 初始 t=0， ＝0， c v 充 RDC ( ) 0 i 当 时，二极管导通 v t 充电 很小，充得快 当 时，二极管截止 i AV v (t) v 放电 放 RC 很大，放得慢 AV 结果： 保持在输入信号的峰值上 v AV AV cm v V V 输入 等幅波 峰值包络检波电路工作过程的特点： ① 在高频信号的每一周 电容器C充、放电一次 ③ 当输入为AM信号 ( ) (1 cos )cos i cm a c v t V m t t AV AV AV 检波输出两部分 v V v VAV ——输出平均值，V V AV cm AV v ——输出交流，反映输入的包络 ( ) (1 cos ) AV cm a v t V m t AV c v v ② >> ,充电快、放电慢； 当充放电荷达动态平衡时， 输入信号峰值 放 充 达到 ④ 二极管只在输入信号峰值尖顶上有短暂的导通， 大部分时间截止。 交流功率和能量计量 T vidt T P 0 1 电动式或电磁式功率表 直流功率比较：高精度乘法积分运算装置，热电式交直流功 率比较器,计算两个有效值实现，精度千分之0.1～0.01 电能的计量比功率的计量更有实际价值。 电能是功率对时 间的积分， 因此，电能的计量可以用功率计量和计时装置 来联合完成。 四、磁学计量 1、磁场计量 磁场强弱常用磁感应强度B描述，单位特斯拉T 特斯拉是1Wb磁通量均匀而垂直地通过1m2 面积的磁通量密度。 磁感应强度B与磁场强度H： B H 磁导率 弱磁（10-8-10-3T）计量主要利用亥姆霍兹线圈 中磁（10-3-10-1T）计量主要利用螺线管 强磁（10-1T以上）计量主要利用水冷或抽冷的 螺线管、 或低温超导螺线管。 如果有一对相同的载流圆线圈彼此 平行且共轴，通以同方向电流，当 线圈间距等于线圈半径时，两个载 流线圈的总磁场在轴的中点附近的 较大范围内是均匀的，常用于弱磁 场的计量标准
2021/9/23 旋转线圆法（精度103）： 核藏共振法：范围约为1×10之2T,精度10 发电机原理。线画的感应电动势与磁感应度B成正比 物质的磁性分为永磁、电磁以及核磁。 雪尔效应法（精度10）： 于由于及原于装神成 而原子沿自身 导体的电流与磁场相互作用而产生电动势的液应。 好粉中物生0 全失 动势（量尔电动势）。 原理：在恒定的德场中，任何具有本在徽炬的眼于模部全产生能 最分要，如果在垂直于外藏场的方向上加一个小的射高，当射抓 场的角颜率等于原子的进动颜率时，：能最的粒于就会从射颜场取 收量，迁跃到高域。 电电 0=yB之要也嫩于有关运 原子核的磁矩与自旋角动量之比称为壁旋比 B:够应度 分型必内型色 中学场型牛5鸡 @ 磁学计量 @ 磁学计量 2、磁通（磁感应通量）计量 并盘。 3、材料的磁特性计量 的标量积便膏为向S的法线一例穿过的融塘应通量。 ·抗藏材料、顺磁材料、铁磁材料 do=B-ds B-ds-cosB ·盖感应皮增地每一点的藏场，藏理措地阅合目毫所圈成的藏感应度 ●直流磁特性：直流破场中表瑰的特性，融化曲情、融滞回候、新浦 的温量。融退的变化直捷反映为事应电动势，融速是联系减学计量和电 九、常感应度、起始做导率、最大感幸、最大碱能积等 学计量的图带。 ·交流磁特性：交变场中衰现的特性，交流藏化曲雄、交流融清画四 ·伯：单亚环席的量，当它在1：内均匀地减小到零时，环略内产生 线、损病、赵始盖导率、景大藏导率、最大藏的积等 1V的电动鳞，盖通表又称事伯计。 ●计量方法，亲贝尔线圆(10一10)、新源线与计量线国组合（1一) ●材料磁特性计量的基本原理：法拉第电融墙应定排，敏半积分法、 ·直流道场测量：人为改交穿过测量城■的融提，线■中产生账冲喜应电 伏安法、冲击法等 动势，根湖电动势的藏值可以测量出变化的豫通值以及直流藏场度 法拉第电藏感应定神是融计量的基本定樟。 (表、法)， 7
2021/9/23 7 • 旋转线圈法 （精度10-3）： 发电机原理。线圈的感应电动势与磁感应强度B成正比 • 霍尔效应法（精度10-2） ： 导体的电流与磁场相互作用而产生电动势的效应。 将金属或半导体置于磁场中，在垂直于磁场的方向通以电流，则 电子在洛仑兹力的作用下，沿垂直于磁场和电流的平面移动，产生电 动势（霍尔电动势）。 d IB UH RH RH: 霍尔系数 I: 通电电流 d: 材料厚度 B: 磁感应强度 原理：在恒定的磁场中，任何具有本征磁矩的原子核都会产生能 级分裂，如果在垂直于外磁场的方向上加一个小的射频场，当射频 场的角频率等于原子的进动频率时，低能级的粒子就会从射频场吸 收能量，迁跃到高能级。 • 核磁共振法：范围约为1×10-2~2 T，精度10-5 物质的磁性分为永磁、电磁以及核磁。 原子由绕核电子及原子核构成，而原子核沿自身 轴旋转，根据电磁原理，自旋与周围绕核电子相互关 系可产生磁场，于是在原子核周围产生一个磁场—— 核磁。 B 磁旋比，与粒子有关的物理常量 原子核的磁矩与自旋角动量之比称为磁旋比 磁学计量 2、磁通（磁感应通量）计量 如果将某一空间曲线围成的某一曲面S分成无限多个微分面积dS， 并取其法线一侧的方向n作为dS的方向，则dS与该处磁感应强度矢量B 的标量积便称为向dS的法线一侧穿过的磁感应通量。 d B dS B dS cos 磁感应强度描述每一点的磁场，磁通描述闭合回路所围成的磁感应强度 的通量。磁通的变化直接反映为感应电动势，磁通是联系磁学计量和电 学计量的纽带。 韦伯：单匝环路的磁通量，当它在1s内均匀地减小到零时，环路内产生 1V的电动势。磁通表又称韦伯计。 计量方法：康贝尔线圈（10-5～10-6）、场源线圈与计量线圈组合（ 10-4 ） 直流磁场测量：人为改变穿过测量线圈的磁通，线圈中产生脉冲感应电 动势，根据电动势的数值可以测量出变化的磁通值以及直流磁场强度 （磁通表、冲击法）。 磁学计量 3、材料的磁特性计量 抗磁材料、顺磁材料、铁磁材料 直流磁特性：直流磁场中表现的特性，磁化曲线、磁滞回线、矫顽 力、剩磁感应强度、起始磁导率、最大磁导率、最大磁能积等 交流磁特性：交变磁场中表现的特性，交流磁化曲线、交流磁滞回 线、损耗、起始磁导率、最大磁导率、最大磁能积等 材料磁特性计量的基本原理：法拉第电磁感应定律，数字积分法、 伏安法、冲击法等 法拉第电磁感应定律是磁计量的基本定律
