電氣與電子測量技術(第3版)（簡體書）

本書共8章。1章主要介紹測量系統的構成及其靜態、動態特性；2章介紹誤差的基本理論；3章重點介紹常用的傳感器；4章介紹測量系統中的調理電路；5章重點介紹高電壓測量、大電流測量、交流電各電氣參數測量、電力設備緣參數測量、接地電阻測量等內容；6章介紹現代數字化電氣測量系統及其常用的算法；7章介紹虛擬儀器及其開發語言——LabVIEW；8章介紹電氣測量中典型的干擾源及其抗干擾對策。 本書內容豐富，理論推導嚴謹，可作為高等學校電氣工程及自動化或相關專業的教材，也可作為從事相關工作的科技人員的參考書。

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1章 測量和測量系統基礎 1
1.1 測量及測量方法 1
1.1.1 直接測量法 3
1.1.2 間接測量法 4
1.1.3 組合測量法 4
1.2 現代數字化測量系統的基本構成 5
1.3 測量系統的靜態特性 7
1.3.1 零位 8
1.3.2 靈敏度 8
1.3.3 線性度 8
1.3.4 回程誤差 9
1.3.5 分辨力與分辨率 9
1.3.6 量程、測量範圍和動態範圍 9
1.4 測量系統的動態特性 10
1.4.1 一階系統 10
1.4.2 二階系統 11
1.4.3 動態性能指標 13
習題 15
2章 誤差和測量不確定度 17
2.1 測量誤差的基本概念 17
2.1.1 測量誤差的幾個名詞術語 18
2.1.2 測量誤差的主要來源 19
2.2 表達誤差的幾種形式 20
2.2.1 對誤差 20
2.2.2 相對誤差 20
2.2.3 *大允許誤差和*大引用誤差 20
2.3 測量誤差的性質及分類 22
2.3.1 系統誤差 22
2.3.2 隨機誤差 22
2.3.3 粗大誤差 23
2.3.4 三類誤差的關係及其對測得值的影響 23

2.4 有效數字 24
2.4.1 有效數字的定義 24
2.4.2 舍五入與偶數法則 24
2.4.3 數字的運算規則 24
2.5 系統誤差的校正 25
2.5.1 系統誤差產生的原因 25
2.5.2 系統誤差的減小和消除 26
2.6 隨機誤差的統計學處理 27
2.6.1 隨機誤差的產生原因 27
2.6.2 隨機誤差的特性 27
2.6.3 隨機誤差的標準差和實驗標準差 28
2.6.4 典型分布的置信度 28
2.7 粗大誤差的剔除 32
2.7.1 判別粗大誤差的準則 32
2.7.2 防止與消除粗大誤差的方法 37
2.8 測量不確定度及其評定方法 37
2.8.1 測量不確定度 37
2.8.2 測量不確定度的評定方法 38
2.8.3 GUM法評定測量不確定度的一般步驟 39
2.8.4 輸入量標準不確定度的評定 40
2.8.5 不確定度的合成 41
2.8.6 有效自由度的計算 42
習題 46
3章 傳感器 48
3.1 傳感器概述 48
3.1.1 傳感器的定義 48
3.1.2 傳感器的一般結構 49
3.1.3 變送器 49
3.1.4 傳感器的分類 49
3.2 金屬溫度傳感器 51
3.2.1 工作原理 51
3.2.2 金屬熱電阻 51
3.2.3 熱電阻技術參數 52
3.2.5 PT100數字式測溫應用 56
3.3 熱電偶 57
3.3.1 熱電效應 57
3.3.2 熱電偶定理 58
3.3.3 熱電偶技術參數 59
3.3.4 熱電偶的冷端補償 60
3.3.5 補償導線 64
3.3.6 熱電偶測溫儀表的接線 64
3.4 熱敏電阻 65
3.4.1 工作原理 65
3.4.2 熱敏電阻的伏安特性 66
3.4.3 熱敏電阻的特點 67
3.5 霍爾傳感器 67
3.5.1 霍爾效應 67
3.5.2 霍爾效應傳感器 69
3.5.3 霍爾電流傳感器 70
3.6 磁敏式傳感器 73
3.6.1 磁敏電阻的工作原理 73
3.6.2 磁阻元器件的主要特性 73
3.6.3 磁敏電阻的應用 74
3.7 電場強度測量探頭 75
3.7.1 懸浮體場強儀探頭 75
3.7.2 地參考場強儀探頭 76
3.7.3 光電場強儀探頭 77
3.8 電渦流傳感器 77
3.8.1 工作原理 77
3.8.2 電渦流傳感器的基本特性 79
3.8.3 電渦流傳感器的調理電路 80
3.8.4 電渦流傳感器的應用 81
3.9 壓電傳感器 82
3.9.1 壓電效應 82
3.9.2 壓電傳感器的等效電路 85
3.9.3 壓電傳感器的調理電路 86
3.9.4 壓電傳感器的應用舉例 87
3.10 光電傳感器 88
3.10.1 光電效應及其元器件 88
3.10.2 光電傳感器的應用 89
3.10.3 光電編碼器 90
3.11 電容式傳感器 92
3.11.1 工作原理及其分類 93
3.11.2 電容式傳感器的調理電路舉例 95
3.11.3 電容式傳感器的應用 98
3.12 電感式傳感器 98
3.12.1 變間隙型自感傳感器 99
3.12.2 變面積型自感傳感器 101
3.12.3 螺管型自感傳感器 101
3.13 差動傳感器與測量電橋 102
3.13.1 差動測量系統 102
3.13.2 差動傳感器 102
3.13.3 測量電橋 104
習題 110
4章 測量系統中的調理電路 112
4.1 集成運算放大器 112
4.1.1 集成運算放大器概述 112
4.1.2 集成運算放大器的基本電路 114
4.2 集成運算放大器的結構特點與主要技術參數 115
4.2.1 集成運算放大器的結構特點 115
4.2.2 集成運算放大器的主要技術參數 116
4.3 儀表放大器 121
4.3.1 儀表放大器的基本電路結構 121
4.3.2 集成儀表放大器 123
4.4 電氣測量中的共模信號 125
4.4.1 電氣測量中常見的共模信號 125
4.4.2 共模輸入的危害 127
4.5 集成差分放大器 129
4.6 隔離放大器 130
4.7 集成乘法器的應用 131
4.7.1 集成乘法器的介紹 131
4.7.2 集成乘法器能完成的運算 132
4.7.3 集成乘法器用於調制和解調 132
習題 134
5章 電氣測量技術 136
5.1 電壓互感器 136
5.1.1 電磁式電壓互感器 136
5.1.2 電容式電壓互感器 143
5.1.3 光學電壓傳感器 145
5.2 電流互感器 146
5.2.1 電磁式電流互感器 146
5.2.2 低功率電流互感器 157
5.2.3 羅哥夫斯基電流互感器 158
5.2.4 光學電流傳感器 160
5.3 交流電的頻率、周期、相位的測量 161
5.3.1 頻率和周期的測量 161
5.3.2 相位的測量 164
5.4 指針式電工儀表 166
5.4.1 電壓、電流的測量 166
5.4.2 功率的測量 168
5.5 電力設備緣參數的測量 172
5.5.1 緣電阻和吸收比的測量 172
5.5.2 介質損耗因數 的測量 176
5.6 接地電阻的測量 178
5.6.1 測量接地阻抗的基本原理 178
5.6.2 接地阻抗的測量試驗 179
5.6.3 接地阻抗測量注意事項 180
5.6.4 電力設備接地引下線導通試驗 181
5.7 局部放電的測試 181
5.7.1 局部放電的機理分析 182
5.7.2 局部放電的主要參數 183
5.7.3 局部放電測量的基本回路及檢測阻抗的選擇 184
習題 185
6章 數字化電氣測量技術 186
6.1 數字化電氣測量系統概述 186
6.1.1 數字化電氣測量系統中的測量信號分類 186
6.1.2 數字化電氣測量系統的結構 187
6.1.3 電氣測量中常用的微處理器片上外設簡介 188
6.2 模數轉換器 191
6.2.1 模數轉換器的基礎知識 191
6.2.2 模數轉換器的靜態特性 192
6.2.3 模數轉換器的動態特性 194
6.2.4 模數轉換器的種類及其原理 197
6.2.5 常用的模數轉換器 203
6.3 采樣保持放大器AD781 213
6.3.1 動態性能 214
6.3.2 AD781與AD674的接口電路 214
6.4 電網電壓頻率和相位的鎖相 215
6.4.1 鎖相環的基本原理 215
6.4.2 同步參考坐標系中的電網電壓矢量 216
6.4.3 Clark反變換和Park變換 216
6.4.4 同步參考坐標系鎖相環 217
6.5 數字電表 219
6.5.1 數字電表的基本功能 219
6.5.2 數字化電能計量基礎 219
6.5.3 集成三相多功能數字電能計量芯片ADE7878 220
6.6 數字化測量常用算法 223
6.6.1 有效值的計算與數字積分 224
6.6.2 諧波分析和DFT變換 225
6.6.3 噪聲抑制與數字濾波 233
習題 243
7章 虛擬儀器及其開發語言 244
7.1 虛擬儀器 244
7.1.1 虛擬儀器的基本概念 244
7.1.2 虛擬儀器的特點 244
7.1.3 虛擬儀器的結構 246
7.2 虛擬儀器的開發語言——LabVIEW 247
7.2.1 LabVIEW的優勢 247
7.2.2 LabVIEW的編輯界面 248
7.2.3 LabVIEW的應用實例 249
7.3 虛擬儀器的開發語言——LabWindows/CVI 253
7.3.1 LabWindows/CVI簡介 253
7.3.2 LabWindows/CVI特點 253
習題 254
8章 電氣測量中的抗干擾技術 255
8.1 電氣測量干擾的三要素 255
8.1.1 干擾源 255
8.1.2 干擾耦合途徑 256
8.1.3 受擾物件 256
8.2 電容耦合及其抗干擾對策 256
8.2.1 電容耦合 256
8.2.2 電容耦合的抗干擾措施 258
8.3 磁場耦合及其抗干擾對策 259
8.3.1 磁場耦合或互感耦合 259
8.3.2 防磁場（互感）耦合的措施 260
8.4 共阻抗耦合及其抗干擾對策 262
8.4.1 衝擊負載電流通過電源內阻抗影響測量儀器的供電質量 262
8.4.2 測量儀器內部不同電路環節間通過直流穩壓電源內阻抗的耦合 262
8.5 共模干擾及其抑制 263
8.5.1 共模信號及其對測量系統的干擾 263
8.5.2 共模干擾的抑制 265
習題 266
參考文獻 268