1、1,电路实验 操作与仿真,2,绪 论,1 实验课的性质和目的,性质：实验课是理论联系实际，以实践为主的实践课。,2 实验课的内容和基本要求,(1)正确熟练地使用常用的电工测量仪表（如电压表、电流表、功率表等）及电工设备，学会使用电子仪器（如示波器、信号源等）。,目的：加强实践能力和创新能力的培养。具体为：,培养基本的实验技能；应用电路理论分析、解决实际问题，培养实践能力；验证理论知识，扩大知识领域；加强工程实际观念，培养严谨细致的工作作风。,3,(5)能根据电路分析的算法，编制简单的程序，并掌握程序调试的方法；学会用PSPICE等电路分析软件进行电路仿真实验。,(2)能合理布线、正确连接实验线
2、路。实验出现故障时能分析排除故障。,(3)能认真观察实验现象，正确读取数据，正确书写实验报告及分析实验结果。,(4)初步具有根据实验要求，设计实验线路和实验方案，选择仪器设备的能力。,3 实验课的进行,完成一个电路实验，一般按实验准备、进行实验和实验结束三个环节进行。,4,实验准备（预习）明确实验任务，复习相关内容制定实验步骤，设计实验电路和相关参数填写预习报告，准备实验数据记录表格。,实验进行（操作）签到，认真听实验指导老师讲解本次实验内容;检验所用的仪器设备是否完好，是否符合本次实验要求;接线：按图接线，较复杂的电路应先串联后并联。检查：接好电路后，先检查或请老师复查后，再接通电 源进行实
3、验；通电：先调试，而不要急于记录数据。例如某些实验中改变电路参数时，应先观察电流或电压的变化趋势。通电实验后，必须集中注意观察电路的情况，如有异常（如声、味、冒烟等）现象，应立即切断电源，检查原因。,5,读数：取关键点（最大、最小、拐点），曲率变化较大处 多测几点，曲率变化较小处少取几点，取点应分布在需要研究的范围内。注意仪表量程，小数点位置，单位。,实验结束：先关闭电源，暂不拆线，让实验指导老师检查实验数据和预习报告。,写明姓名、学号，同组同学姓名、学号。便于登记成绩。实验内容：包括实验目的、原理、任务和步骤(可以简略）以及实验设备、工整誊写实验数据。数据处理：计算、绘图。在坐标纸上绘制曲线
4、，标明曲线名称，坐标轴单位及分度。曲线应光滑，并用符号标出测量点。对实验结果进行分析，总结实验结论。对实验中发现的问题、现象及事故，进行分析，并回答课后的预习思考题。,4 实验报告的编写,6,安全：包括人身与设备安全，特别是人身安全。实验中，接通电源后，不要用手触及电路的裸露部分，改接线路或拆除电路时不能带电操作。使用仪器、仪表要符合操作规程，切勿随意乱拨乱调旋钮、档位，损坏设备。发现异常情况，立即切断电源，排除后再进行。,5 注意事项,6 实验故障检查与分析,电路实验中，常见的故障多为：开路、短路或接触不良。故障检查的方法，一般根据故障类型确定部位，缩小范围，然后在小范围内逐点检测，常采用的
5、方法有：,7,适用故障类型：过流、过压、短路，不断电会烧坏仪器设备。操作方法：应立即关掉电源，用万用表的欧姆档，根据实验原理，对有疑点的元件、连接线进行检查，根据测出的电阻大小，找出故障点。,（1）断电检查法,（2）通电检查法,适用故障类型：接触不良、开路。操作方法：用电压表或万用表的电压档，根据实验原理，逐一检测电路中有疑点的元件、连接线间的电压，由电压的大小判断故障点。,8,（3）综合检查法,适用故障类型：检查电路元件和连接时，故障原因和部位不易确定。操作方法：按下列顺序检查,检查电路接线有无接错；检查供电系统，从电源进线、熔断器、开关至电路输入端子，依次检查有无电压，是否符合额定值；检查
6、电路中各元件、仪器、仪表的连接是否完好和接触良好；检测仪表仪器的供电部分是否正常，测试线及接地线是否完好。,9,7 考核方法,平时成绩：50分 考勤、预习报告及实验报告：40分 Pspice作业：10分（两个Pspice 仿真作业）考试卷面成绩：50分,10,第一讲 电路实验基础知识,电工测量测量误差数据处理 指示仪表一般知识 常见指示仪表的测量原理数字仪表基本知识 电量测量方法,11,电工测量,概念：将两个同类量进行比较的量的认识过程。这两个同类量中，一个是已知量（标准量）A0，另一个为未知量（被测量）Ax，两个量进行比较的结果即为未知量的大小。,1 测量,三要素：测量对象、测量设备、测量方
7、法,2 电工测量,概念：电工测量就是借助于各种电工仪表，对电压、电流、功率等各种电磁量进行测量，以确定被测电磁量的值,12,特点,量程广（几个V几万V，AKA）,速度快（按电磁规律变化）,精度高（数字式仪表达到0.01级或更高）,智能化（带芯片、通信接口，通过数据传输，实现遥测）,应用十分广泛（其他行业也可用，例如将温度、压力等非电量转化为电量测量）,3 测量的分类,按测量的读数分类直读法：用直读式仪表（指示式、数字式）读数。简单方便、价格便宜、应用广泛。比较法：用同类量进行比较，得到被测量的值。适于高精度测量。其种类有：零值法、差值法、代替法、重合法。,13,按测量结果分类直接测量；间接测量
8、。例如要测电阻：RU/I，测功率（直流）：P=UI；组合测量，测量结果多个，需进行计算。,14,测量误差,1 误差概念,误差：测量结果与真值的差异。,真值：未知量在一定时空条件下客观存在的大小。,2 误差的表示方法,绝对误差：测量结果Ax与真值A0之间的差值。,绝对误差有大小、符号、量纲,修正值：在较准确的仪表中，常以表格、曲线或公式的形式给出修正值。修正值与绝对误差大小相等，符号相反。,15,相对误差：绝对误差与真值的比值。常用百分数表示，有时也用分贝误差。反映的是测量的准确度。,式中：绝对误差 A0 被测量的真值（或实际值）,例：对两个量u1200V、u2100V 进行测量，测得的误差为1
9、1.5V，21V，试判断那个测量的更准确。,计算得：1=0.75%，2=1%，说明u1测量比u2准确。,引用误差：用来表示仪表的准确度，又称满度相对误差。,式中：引用误差；绝对误差；Am 仪表的上限值。,16,相对误差,中变化较小，随着被测量的不同，,A0变化较大，所以在不断变化，不适合恒量仪表的准确度。,而 基本不变，可用来表示仪表的准确度。,仪表的准确度（最大引用误差）,式中：s 仪表的准确度等级；m 仪表的量程内最大绝对误差；Am 仪表的上限值。,仪表的准确度等级越高，仪表测量越不准确。,17,表1.1 指示仪表的准确度等级分类表,5.0级的仪表最不准确，一般为柜式仪表，用来观察读数的大
10、致情况，不作精确测量。0.1级的仪表准确度最高。,仪表的准确度可用来估计测量的最大误差。由,可得,，又,，所以有：,当仪表的s选定后，A0越接近Am，测量的相对误差的最大值就越小，测量越准确。一般要使测量的数值尽可能在仪表量程的2/3以上，而不能小于仪表量程的1/3。,18,3.误差的分类,系统误差：在相同的条件下，多次测量同一量时，误差的绝对值和符号保持恒定；或在条件改变时，按某种确定的规律而变化的误差称为系统误差。,产生原因：测量设备的缺陷、仪表安装和使用不当；依据理论不严密或采用了近似公式。消除方法：仪器校准和正确使用；检验测量系统和测量方法是否正确。,随机误差：在相同条件下，多次测量同
11、一量时，误差的绝对值和符号均发生变化，其值时大时小，符号时正时负，没有确定的变化规律，且不可以预测的误差称为随机误差。,产生原因：热骚动，噪声干扰，大地微振，测量者的感觉器官的各种无规律的微小变化等。特点：对称性，有界性、抵偿性 消除方法：可以通过多次测量计算平均值的办法来削弱随机误差对测量结果的影响。,19,粗大误差：测量值显著偏离真值。一般可以检查出来，称为坏值，用数理统计的方法加以判断。,20,数据处理,1 欠准数字及测量数据的定位,对指示仪表读取数据时，除了精确的刻度读数以外，还要估计一位数据，估计数字就称为欠准数字，在读数时只能取一位欠准数字，而且必须读取一位欠准数字。因为读取数据的
12、位数决定了仪表的精度。测量数据的定位为精确读数的位数加一位估计数字，,21,2 有效数字和有效位,定义：从测量数据的第一个非0数字到欠准数字的所有数字都是有效数字，有效数字的个数就是有效位数。,有效数字中，第一个不能是0；有效位数确定后，小数右边有0时，不能随意删去0；也不能在小数右边随便增添0。一个右边含若干个0的整数可以用科学记数法表示为含不同有效位数的数。,确定方法：,3 有效数字的近似计算,略，见教材。,22,指示仪表一般知识,1 电工测量仪表的分类,按工作原理（测量机构产生转矩的方式）分：磁电系、电磁系、电动系、感应系、静电系等。按被测量的名称分：电压表、电流表、功率表、欧姆表、电度
13、表、相位表、频率表等。按工作电流分：直流表、交流表、交直流两用表。一般交流表都能用于测直流，但直流表不能测交流。按安装方式分：开关柜式（用于现场、工业测量）和便携式（用于实验室）。其他：准确度等级、工作条件等。,23,2 电工测量指示仪表的组成,仪表的核心部件:,一般由测量机构和测量线路两部分组成,框图如下,测量机构,固定部分：磁路系统、固定线圈、标度盘、支架等,可动部分：可动线圈或可动铁片、指示器、阻尼器,24,3 指示仪表的基本工作原理,指示仪表基本工作原理是共同的。都是通过转动力矩M、反作用力矩M、阻尼力矩Mp、摩擦力矩Mf共同作用下实现测量的。,转动力矩,使指针往前走的力矩。一般由电磁
14、力或电场力产生。其大小是与被测量一一对应的函数关系。若A为测量机构的电场或磁场能量，则有：,反作用力矩,是与转动力矩大小相等、方向相反的力矩，其作用是使指针在相应的位置停下来。反作用力矩一般利用机械力或是电磁力产生。大小只与转角 一一对应。,由,和,得,（读数方程）,反映了仪表的偏转角与被测量x 的一一对应关系。,25,阻尼力矩,阻尼力矩是由仪表中的阻尼器产生的，使仪表尽快静止在平衡位置上的力矩。阻尼器一般有空气阻尼器、油阻尼器、磁感应阻尼器。,特点,方向：与指针运动方向相反,大小：与运动速度成正比,在,时，Mp0，不会影响偏转角的大小,摩擦力矩Mf,仪表本身所具有的，有转轴必然有摩擦。能带来
15、误差，应尽量减小。,26,4 指示仪表的基本部件,读数部件：指示器（指针或光电指示器）、刻度盘。支承装置：转轴、张丝或弹片。屏蔽装置：静电屏蔽、磁屏蔽。,5 指示仪表的主要技术特点,灵敏度，反映了仪表所测量的最小量。根据测量对象的不同，单位分别为1格/mA，1格/V等。,准确度s，反映仪表的基本误差范围。通常0.1级和0.2级仪表多用作标准表，以校准检验其它工作仪表；0.52.5级表用于实验室；开关柜采用的仪表准确度较低。,功耗，越小越好。,阻尼时间，是指被测量开始变动到指针距离平衡位置小于标尺全长1%时所需的时间。阻尼时间越短越好。一般4秒钟左右。,27,变差：由于测量机构工艺和材料性质等原因，上升路线与下降路线往往不重合，如图所示。当不重合在某处出现的最大数值A称为仪表的“变差”。,式中 上升时测得的结果 下降时测得的结果,一般要求，变差不能超过仪表的基本误差的绝对值。,28,6 仪表表面标志,在仪表的表面上都有一些标志符号，这些符号可以反映仪表一些基本技术特点和工作条件，使用方法。见教材表1.2 中仪表表面的常见的标志符号。,29,6 仪表表面标志,
