《电路分析》实验综述.ppt
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1、电路分析实验综述 电路分析实验的地位与作用 电路分析实验,既是电路分析课程的重要组成部分,又是培养从事电工、电子等工程技术人员实验基本技能的重要环节。 电路分析实验,对学生实验技能的培养是初步的,也是基本的。所谓初步,电路分析实验所研究的对象比较简单、理想化,涉及的面和深度有限。同时,对实验本身的结果,要求不高。所谓基本,是指在实验全过程中,都将遇到实验原理,实验方法,实验电路设计及电路连接、排除故障等实验技巧。常用元件、仪表、仪器的使用和选择;实验效据的采集、处理,各种现象的观察、分析等诸多环节和问题。通过这些最基本的环节训练,逐步积累经验,达到巩固、扩展、深化理论知识,增长综合能力的目的。
2、以上正是工程技术人员进行科学实验所需的基本素质。工科院校的毕业生,主要面向是工厂、企业、研究部门的生产、科研第一线。毕业生走上工作岗位后,首先遇到的问题,多是基本实验技能问题。因此,师生应共同努力,加强基本技能的训练,不要把在学校里应该并且可以解决的问题,带到社会上去。 加强学生基本实验技能的训练是必要的和重要的。要把培养目标落实到每个具体实验环节中去。因为技能的培养,必须通过反复实践才有实现。同时,加强实验环节,也是巩固、深化理论,扩大知识面,促进理论联系实际的有效措施。,1.2 电路分析实验课的基本要求 一、实验课目的 1、通过实验可以观察并进一步理解许多现象,增强感性认识。 2、学习使用
3、仪器,提高实验技术,培养独立工作能力。 3、培养同学分析问题和解决问题的能力。 4、培养同学能以科学的态度,实事求是的作风,严谨的分析方法去研究、分析实际问题。 二、实验技能的要求 1、对常用的电工仪表要求能正确地选择和较熟练地使用,对常用的电子仪器的使用能较好地掌握。 2、要求能够正确地连接电路,合理地安排仪器和布线,并掌握检查电路、寻找与处理故障的方法。 3、掌握、观察实验现象,读取、选择和检查数据的方法,对实验报告的编写、曲线的绘制、实验结果的计算和分析等,能正确地完成。 三、实验进行的步骤 1、课前预习 实验课前,必须认真预习,充分准备,才能保证顺利地进行实验,按时完成任务,达到预期目
4、的。要求做到: (1)看懂指导书,明确实验目的,熟悉实验内容、方法和步骤,弄懂有关原理和计算方法。 (2)复习教材中与本次实验有关的内容。 (3)熟悉仪器设备的用法,并准备好实验数据记录表。 (4)明确注意事项。,2、实验操作 (1)在教师讲解的基础上,掌握仪表、设备的使用方法,检查本次实验所需的仪器设备和元件是否齐全完好。 (2)按实验线路图正确连接,经反复检查无误,教师许可后,才能接通电源。 (3)按要求进行操作、观察现象,读数、记录和审查数据。记录必须清楚、表格化、写上单位。测量完后,将数据结果交教师审查,认为符合要求后,教师签字,然后才拆线、避免返工。 (4)实验完后,整理好仪表设备和
5、导线、工具等,有不正常的设备要报告老师,做好桌面和环境的清洁工作,经教师同意后方可离开实验。 3、写出符合要求的实验报告。 四、实验报告的要求 实验报告是对实验的总结,主要内容应包括:目的、原理(含原理图)、器材、步骤、数据、数据分析、结论、问题讨论、意见建议。且应将原始记录贴在最后,写报告时要求做到: 1、文理通顺,简明扼要,字迹清楚。 2、数据整理和计算结果尽量以表格列出,物理量必须写出单位。 3、画曲线先选好坐标(最好使用坐标纸),标上物理量及单位,比例尺大小合适,不同曲线可用不同的点标出,以示区别,曲线用曲线板画,联成光滑的曲线,不必通过一切点,点可落在曲线两旁,线条粗细均匀,在坐标适
6、当空白处,写上曲线名称。 4、结论应根据实验结果作出。分析、讨论内容较广泛,如分析结果变化趋势,结果好坏,观察的现象,讨论误差来源和避免或减少方法,讨论一些与实验内容有关的问题,对实验内容和方法提出改进意见等。 5、实验报告由专人收齐,在规定的时间内交给教师批阅,五、实验室制度 1、为保证实验顺利进行、为保证人身及设备的安全,实验前每位同学必须认真作好预习。 2、按时进行和完成实验,有要事时,事先必须写出请假条。 3、为保证文明地进行实验,室内应保持安静。在实验室内不准喧哗,不准在室内抽烟,不准随地吐痰,不准乱丢果皮、纸屑,不准在设备及桌凳上涂画。 4、非本组实验设备和仪器,未经教师许可,不得
7、搬动。 5、实验室设备和仪器,不要拆卸,不准挪动,更不准拿出室外。 6、接好实验线路后,未经教师检查同意,不能合电源,禁止人身接触带电部分,不许带电操作。 7、应按操作规程正确使用仪器仪表,在实验过程中,对违反操作规程造成事故损坏仪器及元件者,按有关规定进行赔偿。 8、应按实验指导书进行实验,要作超出实验指导书以外内容者事先与实验室联系,经同意后方可进行。 9、实验过程中,同学应集中精力观察现象,认真地记录数据,主动地思考与分析问题,实验后按规定要求和格式认真地完成实验报告。 10、实验完毕,先切除电源,经教师检查实验记录数据同意后再拆除连结线,整理好桌上设备及导线,并作好清洁工作,方得离开实
8、验室。,六、实验室安全细则 电路实验室布满用电设备,带电体很多,为保证人身、设备安全,要求同学们注意以下几点: 1、必须穿带有绝缘底的鞋进入实验室。 2、使用时,手要干燥、干净,实验台、电路板、元器件插座表面禁用利器划伤。 3、不得带电操作:合闸的同学要提醒同组同学注意,连接或改换接线,必须拉闸后进行。 4、闭合或断开电源开关时,应迅速而肯定。 5、做强电实验时,必须先接好线路,后接通电源,认清零线、地线、相线,严禁用手或导电物在带强电的器件上相碰。违章操作触电责任自负。 6、进行实验时如发现烧断保险丝,损坏仪器或其它事故应迅速关断电源总开关,排除故障后才能继续进行实验。 7、爱护实验室一切设
9、备,按设备规程和操作方法使用,对设备不了解时,必须弄清楚后才使用。如果仪器损坏,视损坏轻重、性质按学校的规定给予赔偿。 8、实验台各输出电源、信号源严禁短路。 9、每次使用完毕后,必须关断电源总开关。,七、实验设计的基本方法 实验设计是指给定某个实验题目和要求,确定实验方案,正确选择所需的实验仪器仪表和设备,自拟实验线路。进行实验。并解决实验中遇到阻各种问题。实验设计的程序: 1、实验方案的确定 根据实验课题、任务、要求等选择可行的实验方案。既要考虑可靠的理论依据。又要考虑有无实现的司能性。实验方案能否正确拟定,是实验设计的成败关键。如果偏离正确的测量方案,一味追求高精度仪表,仪器。反而得不到
10、预期的实验目的因此需要综合理论知识和实验经验,将两者融合在一起,才有可能作出好的实验方案。 确定实验方案的步骤 实验原理的研究。包括了解与实验题目有关的理论知识。选择实验电路,实验方法及实验方式等。 (2) 仪器设备与器件的选择。包括电路参数的计算,仪器设备和器件的型号、规格、数量的选择等。 (3) 实验条件的确定。包括电源电压,信号源频率的选择,测试范围的确定等。 2、实验进行中出现问题的处理 (1) 不到预期的实验结果。先检查电路、仪器设备、实验方法、实验条件等再检查实验方案,然后修订实验方案。 (2) 实验结果与理论不_一-致。仔细观察现象,分析数据并找出原因。 (3) 误差偏大。分析产
11、生误差的原因找出减小误差的方法。 3、实验结果的分析 实验结果的分析应紧扣实验题目和要求它包括实验结果的理论解释;实验误差分析;实验方案的评价与改进意见;解决实验问题的体会等。 实验设计不但能巩固和扩展理论知识,而且能提高实验技能,丰富实践经验。它是买验能力和独立工作能力的综合锻炼。,1.3 电工测量的一般知识 一、电工测量的主要内容及方法 1、电工测量的主要内容 电工测量主要包括如下几项内容。 (1)电能量的测量:包括电流、电压(电位)、功率等。 (2)电信号特性的测量:包括频率、周期、相位、调幅度、逻辑状态等。 (3)电路元器件参数的测量:包括电阻、电容、电感、Q值、互感量、双口网络参数
12、等。 (4)电路性能的测量:包括电压源伏安特性、电流源伏安特性、无源单口网络伏安特性、有源单口网络伏安特性、变压器端口伏安特性、电机性能、增益、衰减量、灵敏度、频率特性,电路响应、信号波形等。 (5)电路定理的验证:包括欧姆定律、KVL、KCL、叠加原理、戴维南定理、诺顿定理等。 (6)电路分析方法的测量:包括节点电压法,网孔分析法,一阶电路三要素法,无源单口网络等效阻抗的测量等。 (7)各种非电量通过传感器转化为电量后的测量:包括温度、位移、压力、重量等。,2、电工测量的基本方法 电工测量的方法正确与否,直接关系到测量工作能否正常进行及测量结果是否可靠。所以,测量方法是测量过程中至关重要的一
13、步。根据获得测量结果的方式不同,电工测量方法分为以下三种: (1)直接测量法 用测量仪器仪表直接得到被测量的数值。例如用电流表测电流,用电桥测电阻等。 (2)间接测量法 先测出与被测量有关的几个中间量,然后通过计算求得被测量,如用伏安法测电阻。 (3)组合测量法 在直接测量和间接测量所得到的实验数据基础上,通过联立求解各函数关系方程得到被测量。 二、测量误差 1、 测量误差的几个名词术语 (1)真值 表征物理量与给定的特定量的定义一致的量值。真值是客观存在,但是,它是不可测量的。随着科学技术的不断发展,人们对客观事物认识的不断提高,测量结果的数值会不断接近真值。在实际的计量和测量工作中,经常使
14、用”约定真值“和“相对真值”,约定真值是按照国际公认的单位定义,利用科学技术发展的最高水平所复现的单位基准。约定真值常常是以法律形式规定或指定的。就给定目的而言,约定真值的误差是可以忽略的,如国际计量局保存的国际千克原器。相对真值也叫实际值,是在满足规定准确度时用来代替真值使用的值。,(2)标称值 是计量或测量器具上标注的量值.如标准砝码上标出1kg,标准电池上标出的1.0186V.由于制造上不完备、测量不准确及环境条件的变化,标称值并不一定等于它的实际值,所以,再给出量具标称值的同时,通常应给出它的误差范围或准确度的等级。 (3)示值 由测量仪器(设备)给出或提供的量值,也称测量值 (4)准
15、确度 是测量结果中系统误差和随机误差的综合,表示测量结果与真值的一致程度.准确度及到真值,由于真值的不“可知性”,所以它只是一个定性概念,而不能用于定量表达.定量表达应该用“测量不确定度”.这里应注意,过去经常讲的两个术语“测量精密度”和“测量正确度”在国际通用计量学基本术语(1993年第二版)中再未列出,故以后最好不用。 (5)重复性 在相同条件下,对同一被测量进行多次连续测量所得结果之间的一致性.所谓相同条件就是重复条件,它包括:相同测量程序;相同测量条件;相同观测人员;相同测量设备; 相同地点。 (6)误差公理 在实际测量中,由于测量设备不准确、测量方法(手段)不完善、测量程序不规范及测
16、量环境因素的影响,都会导致测量结果或多或少地偏离被测量的真值.测量结果与被测量真值之差就是测量误差。测量误差的存在是不可避免的,也就是说”一切测量都具有误差,误差自始至终存在于所有科学实验的过程之中”,这就是误差公理.人们研究测量误差的目的就是寻找产生误差的原因,认识误差的规律、性质、进而找出减小误差的途径与方法,以求获得尽可能接近真值的测量结果。,2、测量误差的来源 (1)仪器误差 仪器(仪表)本身的误差称为仪器误差,这是测量误差的主要来源之一。指针式仪器(仪表)的零点漂移、刻度误差以及非线性引起的误差,数字式仪表的量化误差,比较式仪器中标准量本身的误差均属于此类误差。 (2)方法误差 由于
17、测量方法不合理而造成的误差称为方法误差。例如,用普通万用表测量高内阻回路的电压是不合理的,但若由于认识不清而采用了这种测量方法,则由此引起的误差就是方法误差。 (3)理论误差 由于测量方法建立在近似公式或不完整的理论基础之上,或是用近似值来计算测量结果,则由此引起的误差便称为理论误差。 (4)影响误差 由于环境因素与要求的条件不一致而造成的误差,称谓影响误差。影响误差也是测量误差的主要来源之一。例如,当环境温度、预热时间或电源电压等因素要求一不致时,将会产生误差,这就是影响误差。 (5)人身误差 由于测量者的分辨能力、疲劳程度、固有习惯或责任心等因素而引起的误差,称为人身误差。例如,对最后一位
18、数的估读能力差,或念错读数,或习惯斜视等引起的误差均属于此类误差。,3、测量误差的表示 测量误差可表示为四种形式。 (1)绝对误差 绝对误差定义为示值之差,即 (1.1.1) 式中 A-绝对误差; Ax示值,在具体应用中,示值可以用测量结果的测量值,标准量具的标称值,标准信号源的调定值或定值代替; Ao被测量的真值,由于真值的不可知性,常常用约定真值和相对真值代替。绝对误差可正可负,且是一个有单位的物理量。绝对误差的负值称之为修正值,也叫补值,一般用C表示,即 (1.1.2) 测量仪器的修正值一般是通过计量部门检定给出。从定义不难看出,仪器(示值)加上修正(补值)就可获得相对真值,即实际值。实
19、际值表示为 例1.1 某电流表的量程为1mA,通过检定知其修正值为0.02mA。用该电流表测量某一电流,示值为0.78mA,试问被测电流的实际值和测量中存在的绝对误差各为多少?,解 : 求被测电流的实际值 A0=C+Ax = 0.02+0.78=0.76mA 求绝对误差 =0.78-0.76=0.02mA 本例中,绝对误差也可以由修正值直接求得,即A =C=0.02mA。 (2)相对误差 1)真值相对误差或实际值相对误差与示值相对误差 相对误差定义为绝对误差与真值之比,一般用百分数形式表示,即,这里真值Ao也用约定真值或相对真值代替。但在约定真值或相对真值无法知道时,往往用测量值(示值)代替,
20、即 (1.1.4),应注意,在误差比较小时, 和 相差不大,无须区分,但在误差比较大时,两者相差悬殊,不能混淆.为了区分,通常把 称为真值相对误差或实际值相对误差,而把 称为示值相对误差。,在测量实践中,测量结果准确度的评价常常使用相对误差,因为它方便直观.相对误差愈小,准确度愈高. 2)分贝误差 分贝误差用 表示,这是一种用分贝(dB)表示相对误差。当绝对误差值 1时,它与示值相对误差 之间存在如下的简单关系。 对于电流、电压类的电参数:,=8.69 (dB) (1.1.5),对于功率类的电参数: =4.3 (dB) (1.1.6) 例如,DW3型高频微伏表测电压时的误差为1.5dB,如用示
21、值相对误差表示,则为 =1.50.1150.17=17% 综上所述,除分贝误差外,其它的相对误差都是一个只有大小和符号、而没有量纲的百分数。 3)引用误差 引用误差是为了评价测量仪表的准确度等级而引入的,因为绝对误差和相对误差均不能客观正确地反映测量仪表的准确度高低。引用误差定义为绝对误差与测量仪表量程之比,用百分数表示,即,(1.1.7),式中 引用误差; 测量仪表的量程。 测量仪表的各指示(刻度)值的绝对误差有正有负,有大有小。所以,确定测量仪表的准确度等级应用最大引用误差,即绝对误差的最大绝对值|A |m与量程之比.若用表示最大引用误差,则有 (1.1.8) 国家标准GB776-76测量
22、指示仪表通用技术条件规定,电测量仪表的准确度等级指数a分为:0.1 0.2 0.5 1.0 1.5 2.5 5.0 等7级.它们的基本误差(最大引用误差)不能超过仪表准确度等级指数a的百分数,即 (1.1.9) 依照上述规定,不难得出:电测量仪表在使用时所产生的最大可能误差可有下式求出,例1.2 某1.0级电压表,量程为300V,当测量值分别为U1 =300V,U2=200V,U3=100V时,试求这些测量值的(最大)绝对误差和示值相对误差。 解:绝对误差为 示值相对误差分别为,五、实验注意事项 1、电源电压较高,应注意安全,换接线路时,必须切断电源; 2、三角形联接时,电源电压须调到220V
23、; 3、注意仪表量程。 六、思考题 1、采用三相四线制供电时,为什么不允许在中线上接保险丝? 2、为什么在短路实验中取电源线电压为220V? 七、实验报告要求 1、整理实验数据,对实验结果作出分析和讨论; 1、 2、 画出负载作星形联接时A相开路、A相短路情况下的电压位形图。,由上例不难看出:测量仪表产生的示值测量误差不仅与所选仪表等级指数有关,而且与所先仪表的量程有关。量程Am和测量值Ax相差愈小,测量准确度愈高。所以在选择仪表量程时,测量值应尽可能接近仪表满度值,一般不小于满度值的2/3。这样,测量结果的相对误差将不会超过仪表准确度等级指数百分数的1.5倍。这一结论只适合于以标度尺上量限的
24、百分数划分仪表准确度的一类仪表,如电流表、电压表、功率表;而对于测量电阻的普通型欧姆表是不适合的,因为欧姆表的准确等级度等级是以标度尺长度的百分数划分的。可以证明欧姆的示值接近其中值电阻时,测量误差最小,准确度最高。 4)容许误差 容许误差是指测量在使用条件下可能产生的最大误差范围,它是衡量测量仪表的最重要的指标。测量仪器的准确度、稳定度等指标都可用容许误差来表征。按照标准SJ94382电子仪器误差的一般规定的规定,容许误差可用工作误差、固定误差、影响误差、稳定性误差来描述。 a工作误差 工作误差是在额定工作条件下仪器误差的极限值,即来自仪器外部的各种影响量和仪器内部的影响特性为任意可能的组合
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