电气测试技术

　　随着社会进步和科学技术的发展，电气测试技术发生着巨大的变革，电气测量范围从低压测试，向高压和超高压测试方向发展；电气测量模式也从传统测试向智能测试模式发展。与生产模式的变革相适应，电气测试技术包括机械量测量、电气量测量、传感器技术及电气测量抗干扰技术等也发生了很大变化。计算机网络技术以及智能测量等技术的发展，为现代电气测试技术提供了新的支撑条件。

　　作者为苏州电器科学研究院副总工程师，进行低压电器、高压电器、电力变压器检测的研究及检测设备、检测方法的开发。全国电气专业标准化技术委员会常委。参编为苏州科技大学、苏州大学、淮南师范学院、常熟理工学院老师。

前言第1章〖〗概论1 1.1 电气测试概述1 1.1.1 测试的任务和作用1 1.1.2 测试技术研究的内容1 1.2 电气测试系统的组成2 1.2.1 传感器3 1.2.2 信号调理器3 1.2.3 终端输出器3 1.3 电气测试信号的描述3 1.3.1 信号的分类和描述4 1.3.2 周期信号的频谱8 1.3.3 非周期信号的频谱9 1.3.4 傅里叶变换的常用性质10 1.3.5 几种典型信号的频谱11 1.4 电气测试技术的发展13 1.4.1 DPS应用技术13 1.4.2 高精度A/D转换技术14 1.4.3 传感器自评估技术15 1.4.4 多传感器数据融合技术16 1.4.5 动态误差修正技术16 习题与思考18第2章〖〗电气测试基础知识19 2.1 电磁量测试基础19 2.1.1 测试标准19 2.1.2 测量方法 20 2.1.3 测量结果的表示21 2.1.4 电学量和电学基准22 2.2 非电量测试基础25 2.2.1 传感器的静态特性25 2.2.2 传感器的动态特性27 2.2.3 传感器的标定与校准31 2.3 测量误差分析32 2.3.1 测量误差的概念和分类32 2.3.2 测量误差的表示方法36 2.3.3 测量不确定度37 习题与思考41第3章〖〗温度检测42 3.1 温标及测温方法42 3.1.1 温标42 3.1.2 常用测温方法43 3.2 膨胀式温度计44 3.2.1 双金属温度计44 3.2.2 压力式温度计45 3.3 电阻式温度传感器47 3.3.1 金属热电阻传感器47 3.3.2 热敏电阻49 3.4 热电偶52 3.4.1 热电偶的工作原理52 3.4.2 热电偶的基本定律55 3.4.3 热电偶的冷端温度补偿56 3.5 光纤温度传感器57 3.5.1 功能型光纤温度传感器57 3.5.2 传输型光纤温度传感器60 3.6 红外温度传感器61 3.6.1 红外测温的原理61 3.6.2 红外测温的特点62 3.6.3 常见红外温度传感器63 3.7 温度传感器的应用64 3.7.1 浴池水温控制器64 3.7.2 压电晶体极化温度控制器65 3.7.3 无触点恒温控制器65 习题与思考66第4章〖〗压力检测684.1 压力的概念及测量方法68 4.1.1 压力的概念68 4.1.2 压力测量方法69 4.2 应变式压力传感器70 4.2.1 电阻应变效应70 4.2.2 电阻应变片 71 4.2.3 电阻应变片的粘贴及温度补偿72 4.2.4 转换电路73 4.2.5 应变式压力传感器75 4.3 压电式压力传感器77 4.3.1 压电效应77 4.3.2 压电式压力传感器等效电路和测量电路81 4.3.3 压电式压力传感器的应用83 4.4 电容式压力传感器84 4.4.1 电容式压力传感器的工作原理及特性84 4.4.2 变极距型电容式压力传感器84 4.4.3 变面积型电容式压力传感器85 4.4.4 变介电常数型电容式压力传感器87 4.4.5 电容式压力传感器的应用88 4.5 霍尔式压力传感器91 4.5.1 霍尔效应91 4.5.2 霍尔式压力传感器工作原理91 4.5.3 霍尔式压力传感器的应用92 4.6 电子秤93 4.6.1 电子秤的工作原理93 4.6.2 称重传感器的工作原理94 6.6.3 电子秤的应用94 4.7 压力传感器的应用95 习题与思考96第5章〖〗机械位移检测97 5.1 电容式位移传感器97 5.2 电感式位移传感器100 5.3 差动变压器式位移传感器102 5.4 光栅位移传感器103 5.4.1 光栅位移传感器103 5.4.2 感应同步器104 5.4.3 角数字编码器106 5.5 位移传感器的应用108 习题与思考110第6章〖〗速度、加速度、振动检测111 6.1 速度传感器111 6.1.1 模拟式转速传感器111 6.1.2 计数式转速传感器113 6.2 加速度传感器116 6.2.1 电容式加速度传感器116 6.2.2 差动变压器式加速度传感器116 6.2.3 电阻式加速度传感器117 6.2.4 霍尔式加速度传感器117 6.2.5 压电式加速度传感器118 6.3 振动检测传感器119 6.3.1 机械振动测试系统的构成119 6.3.2 单自由度系统的受迫振动120 6.3.3 由系统的基础运动引起的受迫振动121 6.3.4 电感式振动传感器122 6.3.5 电阻式振动传感器123 6.4 速度、加速度、振动传感器的应用123 习题与思考125第7章〖〗电压与电流检测126 7.1 电压与电流测量基本原理126 7.1.1 直接测量法126 7.1.2 间接测量法129 7.2 几种常用的直读式测量仪表130 7.2.1 磁电系仪表130 7.2.2 电磁系仪表134 7.2.3 电动系仪表136 7.3 电压互感器和电流互感器138 7.3.1 电压互感器138 7.3.2 电流互感器140 7.3.3 电子式互感器142 7.4 电压与电流检测技术的应用147 习题与思考149第8章〖〗时间与频率检测150 8.1 概述150 8.1.1 时间与频率的基本概念150 8.1.2 时间与频率标准151 8.2 频率的频率响应法测量152 8.2.1 谐振法测量频率152 8.2.2 电桥法测量频率153 8.3 时间和频率的数字化测量154 8.3.1 电子计数器的工作原理154 8.3.2 频率和频率比的测量155 8.3.3 时间和时间间隔的测量156 8.4 电子计数器的误差158 8.4.1 电子计数器误差的来源159 8.4.2 测量频率的误差160 8.4.3 测量周期的误差161 习题与思考161第9章〖〗电功率和功率因数检测163 9.1 概述163 9.1.1 电功率的基本概念163 9.1.2 交流电路的功率因数164 9.1.3 功率和功率因数的测量方法165 9.2 单相功率的检测165 9.2.1 间接法测量165 9.2.2 直接法测量166 9.3 三相功率的检测167 9.3.1 间接法测量167 9.3.2 用单相功率表测有功功率169 9.3.3 用单相功率表测无功功率170 9.4 功率因数的检测172 9.4.1 直接测量法172 9.4.2 间接测量法172 9.5 电功率和功率因数检测技术的应用173 习题与思考175第10章〖〗磁学量检测177 10.1 概述177 10.1.1 概述177 10.1.2 磁学基础178 10.1.3 磁性材料及磁场分类184 10.1.4 磁学量的测量方法185 10.1.5 常用测量仪器仪表186 10.2 磁场测量技术186 10.2.1 磁感应法186 10.2.2 霍尔效应法187 10.2.3 磁通门法188 10.2.4 其他磁测量法189 10.3 磁性材料测量191 10.3.1 磁性材料测量的意义191 10.3.2 磁性材料特性及其测量特点191 10.3.3 退磁192 10.3.4 磁性材料静态特性测量193 10.3.5 磁性材料动态特性测量196 10.3.6 磁性材料特性测量电路的发展198 10.4 磁传感器199 10.4.1 霍尔元件199 10.4.2 半导体霍尔元件200 10.4.3 霍尔元件的应用201 习题与思考204第11章〖〗现代传感器205 11.1 智能传感器205 11.1.1 智能传感器的功能205 11.1.2 智能传感器的结构与设计206 11.1.3 智能传感器的实现207 11.1.4 智能传感器的应用208 11.2 微传感器210 11.2.1 MEMS与微加工210 11.2.2 微传感器的概述211 11.2.3 压阻式微传感器212 11.2.4 电容式微传感器214 11.2.5 电感式微传感器216 11.2.6 热敏电阻式微传感器217 11.3 网络传感器217 11.3.1 网络传感器的概念及特点217 11.3.2 网络传感器的类型218 11.3.3 基于IEEE1451标准的网络传感器219 11.3.4 网络传感器测控系统的体系结构222 11.3.5 网络传感器的应用前景223 习题与思考224第12章〖〗电气测量抗干扰技术225 12.1 常见干扰源分析225 12.1.1 干扰的定义、类型及来源225 12.1.2 干扰信号的耦合方式226 12.2 常用的抑制干扰技术227 12.2.1 差模干扰及抑制技术228 12.2.2 共模干扰及抑制技术229 12.2.3 电源引入干扰的抑制233 12.2.4 其他抑制干扰的措施235 12.3 电磁兼容235 12.3.1 电磁兼容含义235 12.3.2 电磁兼容设计236 12.3.3 电磁干扰滤波器246 12.4 电气测量抗干扰技术的应用249 习题与思考252参考文献〖〗253