面向電氣類專業的《電氣測試技術》教材編寫分析

摘要：“電氣測試技術”是電氣類專業學生的一門重要的專業課程。隨著科學技術的發展，該門課程的教材內容必須不斷更新。簡要介紹《電氣測試技術》教材的編寫和改進的過程，重點介紹第3版的框架、內容和特色。

關鍵詞：電氣測試技術；教材建設；電氣工程專業

作者簡介：徐科軍（1956-），男，江蘇無錫人，合肥工業大學電氣與自動化工程學院，教授。（安徽 合肥 230009）馬修水（1963-），男，安徽廬江人，浙江大學寧波理工學院信息科學與工程學院，教授。（浙江 寧波 315100）

基金項目：本文系安徽省高等學校省級教學研究項目（項目編號：2012jyxm058）、安徽省信號檢測、處理及實現系列課程教學團隊建設項目、浙江省新世紀教改項目（項目編號：yb2010084）、浙江省信號檢測、處理及實現系列課程教學團隊建設項目的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）33-0110-02

“電氣測試技術”課程是電氣類專業學生的一門重要的專業課。電氣類專業教學的核心內容是電能的產生、變換、控制和傳輸，其中，必然涉及到電氣設備的電磁量和非電量的測試?！半姎鉁y試技術”課程教學目的是使學生掌握常用電磁量的測試方法和電工儀表的工作原理，掌握常用傳感器的工作原理、基本結構、測量電路和各種應用，熟悉電氣測試的基本知識和數據處理方法。教材在教學中起著非常重要的作用，為此，筆者根據多年的教學經驗和科研積累，編寫了《電氣測試技術》教材。[1-3]在10年的應用中，筆者在教材定位、框架構建和內容更新等方面不斷探索，已經出版了第3版，不斷完善和提升其出版質量，選用的高校逐年增加，在相關課程的教學中發揮了應有的作用。本文以第3版修訂過程為例，介紹其與時俱進、不斷探索的過程。

一、教材的現狀

1.教材的框架有待商討

20世紀80年代以來，“電氣測試技術”方面的教材出版不下十幾種，[4-9]基本上可以分為兩大類：一類是專門介紹電學量和磁學量測試；另外一類是既介紹電磁量的測試，又介紹非電量的測試。

針對于電氣類專業學生來說，電磁量的測試是必須的；同時，在電氣設備的運行和控制中，也需要測試一些非電量，例如溫度、轉速、扭矩等。可見，僅僅介紹電磁量的測試是不夠的。但是，因為非電量很多，有尺寸、形狀、位移、速度、加速度、力、壓力、溫度、物位、流量、成分等，若要面面俱到介紹非電量測試，教材的篇幅就會很長，需要的學時數多；同時，有些非電量的測試并不是電氣類專業所常用的，需要對非電量測試內容優化。

2.教材內容比較陳舊

近年來數字技術發展非常迅速。然而，大多數《電氣測試技術》教材的內容陳舊，介紹模擬電測儀表的篇幅較多。電測儀表按測量方式的不同，可分為直讀式儀表和比較式儀表兩大類。直讀式電測儀表按顯示方式又可分為模擬量指示儀表和數字量顯示儀表。模擬量指示儀表主要是電氣機械式儀表，可以進行電壓、電流、電阻和功率等測量，測量結果通過儀表指針在儀表標尺或表盤上讀出，又稱指示儀表。按其內部結構和工作原理，可分為磁電系儀表、電磁系儀表、電動系儀表、靜電系儀表和感應系儀表幾大類。在直讀式電測儀表中的磁電系儀表、電磁系儀表和電動系儀表，在實際應用中越來越少，需要適應技術發展，實時調整教學內容。

3.測試技術的基礎發生了變化

過去電氣測試的基礎是誤差理論，而目前的基礎還應該包括信息論，特別是信號處理方法和技術。新技術的應用將極大地提高電氣測試的準確度和抗干擾能力，教學內容需與時俱進。

二、教材修訂與完善的過程

1.概述

以徐科軍主編的《電氣測試技術》教材為例，2002年在機械工業出版社出版《電氣測試技術》第1版。當時是針對課程學時較少的情況編寫的，僅限于電磁量的測試，內容較為單薄。為了完整地介紹電氣測試技術，也考慮到有些學校將電磁量測量和非電量測量合并在一起作為一門課來講授，所以，于2008年由電子工業出版社出版了第2版。在第2版中，加入了非電量測量的內容，形成上篇《電磁量測試技術》和下篇《非電量測試技術》。通過這幾年的教學實踐，根據部分使用本教材有關教師的意見，也為了適應電氣工程專業教學改革的需要，2013年又出版了第3版。第3版對第2版的框架進行了重新規劃，對部分內容進行了修改。

2.針對電氣類專業組織教材內容

第3版不再將教材明顯地分為上篇和下篇，而是緊扣“測試技術”主題來組織內容，其內容分為四部分：測試技術基礎知識、電磁量測試技術、非電量測試技術和電氣測試技術新進展。第3版主要面向電氣工程類專業，對非電量測試技術部分中的傳感器做了較大幅度的刪減和調整。按照被測量對傳感器進行了分類，僅介紹幾種在電氣工程中常用的傳感器，例如溫度測量傳感器、轉速測量傳感器和扭矩測量傳感器，突出測試技術在電氣工程中應用的特點。其教材內容框架如圖1所示。

3.刪減一些陳舊內容

第3版刪減了一些比較陳舊的技術內容。例如，考慮在實際中直讀式電測儀表很少應用，所以刪除了“直讀式電測儀表”的內容。

4.增加數字式電測儀表的內容

數字儀表是測量裝置將測量結果自動地以數字的形式進行顯示、記錄和控制的儀表。具體地說，當被測量是模擬信號，例如電壓和電流等，數字儀表就是對被測量進行離散化和數據處理后，以數字形式顯示的儀表；若被測量不是連續量，例如脈沖信號的頻率或者時間間隔等，數字儀表就是用數字電子技術或者微處理器對其進行測量和處理，以數字形式顯示的儀表。數字式電測儀表，無論在測量方法、原理、結構或操作方法上都完全與前面所講述的模擬式電測儀表不同。數字技術的引入，使測量技術得以提升、儀表功能得以增強。數字化測量技術已成為電磁測量技術的一個非常重要的方面。

數字化測量技術可分為3個階段，如表1所示。一是基于數字電路的測量技術階段，即電測儀表中采用了大量的數字電路。二是基于微處理器的測量階段，即將微處理器引入電測儀表中，用微處理器的一些功能來完成測量任務，例如，用微處理器的定時器來對脈沖信號進行計數，此時，微處理器僅對信號做簡單的加減運算或者平均處理。三是基于數字信號處理技術的測量階段，針對某些含有很多現場噪聲的被測量，基于高性能單片機或者數字信號處理器（DSP），采用數字信號處理方法，對其進行處理，從而有效地消除噪聲，提取更多更為準確的有用信息。第二和第三階段均使用了微處理器，所以，將這兩個階段的儀表定義為微機化儀表。其中，第三階段是對信號進行數字信號處理，必須對被測量進行采樣，所以，稱為基于數字信號處理的儀表。需要說明的是，這三個階段是相繼發展的，是相互銜接的，并非后一個階段的儀表能夠完全取代前一個階段的儀表。這是因為電氣測試的任務、場合、要求各不相同，工程中需根據測試的需要來選擇最合適的測試技術。

表1 數字化測量儀表的發展與特點

階段名稱特點

第一階段基于數字電路的儀表采用數字電路，以數字形式顯示測試結果，價格便宜

第二階段帶微處理器的儀表可以做簡單的運算，設置參數、顯示結果，定時器計數，價格適中

第三階段基于數字信號處理的儀表對信號進行采樣，數字信號處理方法處理數據，價格較貴

微機化儀表可分為三類。第一類是帶微處理器的儀表。此類儀表利用微處理器對被測量進行簡單的數據處理，例如，進行簡單的平均處理和誤差修正等；利用微處理器對儀表進行參數設置和測量結果顯示等；利用微處理器的定時器和捕獲單元對脈沖信號進行計數等。第二類是基于數字信號處理的微機化儀器。此類儀表往往基于高性能單片機、DSP等，對被測信號進行采樣，然后，采用數字信號處理方法，例如數字濾波、靜態系統誤差修正、動態誤差頻域修正、功率譜分析、相關函數分析等，從含有大量噪聲的信號中，提取有用的信息；對靜態誤差和動態誤差進行修正，得到較為準確的測試結果。第三類是虛擬儀器。此類儀器由計算機、應用軟件和儀器硬件組成，其特點是以計算機為基礎，將硬件模塊化，采用Labview軟件編程，實現測量任務。[3]

三、結束語

第3版《電氣測試技術》教材特色如下：

第一，面向電氣工程類專業，注重介紹電磁測量，包括電參量、磁參量以及信號和電源質量的測量。其中，電參量又分為電量（如電壓、電流、電功率、電能和相位等）和電路參數（如電阻、電容、電感和互感等）；磁參量又分為磁量（如磁通、磁感應強度、磁場強度等）和磁路參數（如磁阻、磁性材料的磁導率等）；信號和電源質量包括頻率、周期和相位等。此外，簡要介紹電氣工程中經常用到的溫度測量、轉速測量和扭矩測量。

第二，將電磁量的測試與非電量的測試很好地融合起來，滿足電氣工程專業教學的需要。介紹用各種比較式電測儀表、電子式測量儀表和數字化電測儀表完成電磁量的測試，用各種傳感器完成非電量的測試，因為非電量的測量是通過傳感器轉換成電量來進行的。電量的測量是非電量測量的基礎，而非電量的測量是電量測量的拓展。

第三，刪減比較陳舊的技術內容，增加新的技術內容。例如，考慮到實際情況中直讀式電測儀表很少應用，刪除了“直讀式電測儀表”，增加了數字式電測儀表的內容。例如，增加了“數字熒光示波器”和“基于數字信號處理的電測儀表”等。

參考文獻：

[1]徐科軍，李國麗.電氣測試基礎[M].北京：機械工業出版社，2002.

[2]徐科軍，馬修水，李國麗.電氣測試技術[M].第2版.北京：電子工業出版社，2008.

[3]徐科軍，馬修水，李國麗.電氣測試技術[M].第3版.北京：電子工業出版社，2013.

[4]傅維潭.電磁測量[M].北京：中央廣播電視大學出版社，1985.

[5]陶時澍.電氣測量[M].哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社，1997.

[6]唐統一，趙偉.電磁測量[M].北京：清華大學出版社，1997.

[7]袁祿明.電磁測量[M].北京：機械工業出版社，1983.

[8]淦君載.電磁測量數字化及其應用[M].北京：機械工業出版社，1989.

[9]陳立周.電氣測量[M].北京：機械工業出版社，1997.