磁性材料静态磁特性的测量-Read.doc

电气量的测量 实验目的： 1．学习交流电压、电流和功率的测量方法； 2．了解电压变送器、电流变送器的工作原理和使用方法； 3．对实验装置组成的测试系统进行电压和电流的标定； 4．对给定的负载电压和电流进行满量程校验，对给定的三个负载的有功功率进行测量。 实验原理： 1.交流电压参数的测量 1.1 交流电压的主要参数 1）瞬时值： T0为交流电的周期； 2）幅值：在一个周期内T达到正的最大值称为幅值。 3）平均值： （1） 当有直流分量时，对纯正弦交流电压，平均值就等于该直流分量。当无直流分量时，平均值为零。在实用中是对u(t)的绝对值进行平均。所以： 4）有效值：交变电压u(t)的均方根称为有效值（又称真有效值）。 1.2 交流电压参数的测量方法 交流电压参数的测量一般分传统的仪表测量和计算机测量两种方法。 采用传统的交流电压表测量，一般显示值为被测电压的有效值。根据仪表的工作特性，一般分为平均响应型和有效值响应型两种。 平均响应型仪表是把被测电压经平均值转换电路变成与u(t)的平均值成正比的直流电压，然后乘上特定的波形系数变换成被测电压的有效值。此类仪表显然只适用于特定的波形（一般为正弦波）的有效值测量。而对非正弦波，会因波形系数的变化而引起误差。 有效值响应型电压表是利用热电变换或有效值检波电路，将U(t)变换成与其有效值成正比的直流电压，然后计算显示。此类仪表不仅适用于测量正弦波，而且也适用于测量非正弦波。通常讲的真有效值电压表就是指此类仪表。 在交流电压测量中，交流电压的频率f对仪表误差的影响很大。保证仪表基本误差的频率范围称之为仪表的工作频带。 采用计算机测量交流电压参数，由于能够采集显示被测信号的完整波形，能同时测量各种参数，且准确度较高。这是传统仪表无法比拟的。 计算机测量交流电压参数的原理 频率的测量 频率的测量是通过计算信号的过零点来实现的。将采集到的被测信号去掉直流分量，然后寻找其过零点，则得到信号频率为： 式中：pot_0为一个周期的采样点数，为采样周期。 有效值测量 根据有效值的定义式： 可得有效值的离散计算式： 式中，N为信号在一个整周期内的采样点数。 平均值测量 根据式（1）式，可得平均值的离散计算公式： 式中，N为信号在一个整周期内的采样点数。 此外通过相应程序的编制，极易实现信号峰值、交流分量的有效值、直流分量等参数的测量。 功率的测量 变送器原理概述 变送器原理框图如图1所示。变送器的输入信号可以是电量的(如电压、电流)，也可以是非电量的(如压力、温度)。其内部主要包含传感器、前置放大器及输出电路三部分。传感器将待测的非电量信号转换为电信号，经前置放大器放大后，通过输出电路转换成1～5V标准电压或4～20mA标准电流信号。 图1 变送器原理框图 2.2 功率的测量 负载功率与电压、电流的关系式为： 其中： 、分别为交流电压、电流的有效值，为有功功率，为电压和电流的相位差。当负载为纯阻性时，＝1。 可知，电流和电压的有效值离散计算式分别为： 其中：N为电压/电流信号在一个周期内的采样点数，ik、uk分别为采集到的电压、电流信号在第k个时刻的采样值。 则负载功率的离散计算式为： 其中：为有功功率，N信号在整周期内的采样点数。、分别为整周期内交流电压、电流的采样值。 相位的测量 过零法测量原理 过零法即通过判断两同频率信号过零点时刻, 计算其时间差, 然后转换为相应相位差。 这一过程可用图2表示。 Δφ=△t/T*360 图2 过零法计算相位差的示意图 其中: △t为过零点时差; T为信号周期 在软件实现时, 信号被采样离散化而用一组数表示, △t即与数组元素的序号之差有关。 假设信号1过零点对应数组第i个元素, 信号2的过零点对应其数组第j个元素, 则有 Δφ=(j-i)*t/T 其中:t为采样周期。 实际上，在程序的算法实现中, 过零点的判断本身就存在误差, 因为实际信号采集几乎无法准确采集到零点时刻, 我们是通过信号前一时刻和后一时刻的值的变化来判断过零点的,通常依据两值乘积为小于等于零来判断,因此过零法本身就有一定的误差。 FFT频谱分析法原理 FFT法求相位差，即对信号进行频谱分析, 获得信号的相频特性, 两信号的相差即主频率处相位的差值，所以这一方法是针对单一频率信号的相差测量的。 在有限区间(t,t+T)内绝对可积的任一周期函数x（t），它的傅里叶级数展开式为 同时x（t）可以表示为 比较上式可得： 由此可得，两信号的相位差为 此方法基于连续信号离散化处理的离散傅利叶变换(DFT)，FFT是DFT的一种快速算法。它要求所处理的数