電氣與電子測量技術(上海交通大學建設的慕課)

電氣與電子測量技術課程是上海交通大學建設的慕課、國家精品線上開放課程。該課程於2018年11月16日首次在中國大學MOOC開課。該課程授課教師是羅利文、嚴正、盛戈皞、李喆、徐青菁、徐珍、張君。據2021年6月中國大學MOOC官網顯示，該課程已開課4次。

該課程共9章，包括測量及測量系統、誤差和測量不確定度、常用感測器、調理電路與集成運放進階課程、電壓互感器和電流互感器、數位化電氣測量技術、虛擬儀器、電氣測量中的抗干擾技術、基於ADE9000的數位化電氣測量實驗的內容。

基本介紹

• 中文名：電氣與電子測量技術
• 建設院校：上海交通大學
• 類別：慕課、國家精品線上開放課程
• 開課時間：2018年11月16日
• 授課教師：羅利文、嚴正、盛戈皞、李喆、徐青菁、徐珍、張君
• 授課平台：中國大學MOOC

課程性質

課程定位

通過該課程的學習，使學習者掌握測量系統的基本構成和特性以及測量不確定度的評估方法；熟悉電氣測量感測器、互感器、調理電路和數據轉換器件的原理和特徵，針對穩態電氣測量和暫態電氣測量的不同要求，能設計測量系統的解決方案，並能基於Labview平台實現對電壓、電流、有功和無功的測量，通過對測量數據的分析得到反映電能質量的指標，在實驗過程中積累和鍛鍊理論聯繫實際的專業素質，以及綜合分析問題、解決問題的能力。

適應對象

該課程適合電氣工程與自動化、儀器儀表、工業自動化、電子工程等相關專業的本科或大專、高職院校學生，以及相關領域的工程技術人員。

課程簡介

21世紀初的智慧型電網，在發電廠、變電站、配電站或用戶端，都會用到數位化、智慧型化的電氣測量技術。這是因為快速準確的測量是電氣控制和繼電保護的基礎，它們關係到電力系統的安全和穩定運行。該課程內容如下：

1. 用國際同行的方法對測量數據進行不確定度的評定；

2. 用計量專業術語描述測量儀器；

3. 共模六邊形為什麼會限制放大電路的輸出電壓；

4. 新能源併網發電是如何持續跟蹤電網電壓的頻率和相位的；

5. 透析電磁式互感器的穩態特性和暫態特性；

6. 定量計算抖動和輸入信號頻率對ADC實際有效轉換位數的影響；

7. 電能計量AFE晶片的結構和原理；

8. 功率脈衝電壓是如何對附近的電路形成共模性質的電流干擾；

9. 功率脈衝電流又是如何在附近的迴路中感應出差模性質的感應電動勢；

10. 採用電能計量晶片設計了數位化電氣測量實驗平台，並基於該平台開設了多個電能計量和電能質量分析實驗。

課程大綱

第一課時 測量及測量系統	5.1 模數轉換器基礎
1.1 課程導論——測量的內涵	5.2 模數轉換器進階
1.2 測量系統的構成及其特性	5.3 高性能數位化電能計量晶片ADE9000系列
第二課時 誤差和測量不確定度	5.4 數位化電氣測量系統的計算舉例
2.1 誤差理論基礎	第六課時 數位化電氣測量技術
2.2 隨機誤差和粗大誤差	6.1 模數轉換器基礎
2.3 測量不確定度及其評定方法	6.2 模數轉換器進階
2.4 測量不確定度的擴展與合成	6.3 高性能數位化電能計量晶片ADE9000系列
第三課時 常用感測器	6.4 數位化電氣測量系統的計算舉例
3.1 感測器概述	6.5 數字鎖相環與電網電壓頻率和相位的測量
3.2 金屬熱電阻溫度感測器	第七課時 虛擬儀器
3.3 熱敏電阻溫度感測器	7.1 虛擬儀器簡介
3.4 熱電偶溫度感測器	第八課時 電氣測量中的抗干擾技術
3.5 霍爾感測器	8.1 分布電容耦合的干擾及其對策
3.6 壓電感測器	8.2 空間互感耦合的干擾及其對策
3.7 光電感測器	8.3 共模干擾的形成及其對策
3.8 電容式感測器	第九課時 基於ADE9000的數位化電氣測量實驗
3.9 電感式感測器	實驗第1講 數位化電氣測量實驗預備知識
3.10 測量電橋	實驗第2講 實驗1-利用Labview測量交流電壓和交流電流
第四課時 調理電路與集成運放進階課程	實驗第3講 實驗2-非線性負載的電流測量和分析
4.1 集成運放進階1——集成運放的結構特點	實驗第4講 實驗3-交流電壓和交流電流的諧波分析
4.2 集成運放進階2——高性能集成運算放大器	實驗第5講 實驗4-三相不平衡度的測量
4.3 集成運放進階3——集成儀表運算放大器AD620系列	實驗第6講 實驗5-絕緣電阻的測量
第五課時 電壓互感器和電流互感器	實驗第7講 實驗6-介質損耗因數的測量

（註：課程大綱排版從左到右列）

開課信息

開課次數	開課時間	學時安排	授課教師	參與人數
第1次開課	2018年11月16日~2019年1月10日	4學時每周	羅利文、盛戈皞、李喆、徐青菁、徐珍	2484
第2次開課	2019年4月20日~2019年7月23日	4學時每周	羅利文、嚴正、盛戈皞、李喆、徐青菁、徐珍	6901
第3次開課	2020年4月19日~2020年7月25日	3~5小時每周	羅利文、嚴正、盛戈皞、李喆、徐青菁、徐珍、張君	3698人
第4次開課	20201年4月18日~2021年7月11日	4小時每周	羅利文、盛戈皞、李喆、徐青菁、徐珍、張君	待定
表格內容參考資料

教學目標

• 授課總目標

通過該課程的學習，理解測量的內涵、測量方法的多樣性，掌握測量系統的基本構成和特性以及測量不確定度的評估方法；熟悉典型的電氣測量感測器、互感器、調理電路和數據轉換器件的原理和特徵，針對穩態電氣測量和暫態電氣測量的不同要求，能設計測量系統的解決方案，並能基於Labview平台實現對電壓、電流、有功和無功的測量，通過對測量數據的分析得到反映電能質量的指標，在實驗過程中積累和鍛鍊理論聯繫實際的專業素質，以及綜合分析問題、解決問題的能力。

• 授課分目標

第一周，準確理解測量的內涵和測量方法的多樣性；掌握現代測量系統的構成；準確理解描述測量系統或測量儀器的主要技術指標；熟悉一階測量系統和二階測量系統的特性。

第二周，準確使用誤差術語去描述測量的誤差和儀表的誤差；理解系統誤差、隨機誤差和粗大誤差的性質；掌握按GUM指南推薦的方法對評定測不確定度進行全面評估。

第三周，掌握常用感測器的工作原理和主要特性；能夠針對電氣測量的目標正確選擇測量感測器。

第四周，理解測量系統中調理電路的功能；深入理解集成運放的結構和特點；熟悉常用的高性能能集成運放的種類及其關鍵技術指標；掌握集成儀表運算放大器AD620系列的結構特點，並能熟練運用於調理電路的設計。

第五周，理解電磁式電壓互感器、電磁式電流互感器、電子式電流互感器技術。

第六周，掌握ADC的構成和工作原理；理解實際ADC器件中的孔徑抖動和時鐘抖動；能夠計算ADC器件的實際有效轉換位數ENOB，並套用於數位化電氣測量系統的設計；熟悉ADI的ADE系列數位化電能計量晶片的構成與工作原理。

第七周，掌握虛擬儀器的的構成和特點。

第八周，深入理解兩類典型電氣干擾的四要素：干擾源、耦合途徑、受擾對象和干擾性質針對電氣測量中的干擾問題，能夠準確分析出形成干擾的四個要素；有針對性底地設計抗干擾對策；理解共模干擾的形成機理和抗干擾對策。

第九周，通過團隊合作，解決複雜的電氣測量問題；利用Labview設計虛擬儀器進行數位化電氣測量；掌握運用ADE9000進行數位化電能計量的方法；掌握主要電能質量指標的分析方法；理解諧波電流與非線性負載的關係；掌握利用不同儀器測量絕緣介質絕緣性能的方法。

學習預備

• 預備知識

學習該課程需要具備以下知識：

1. 電路理論；
2. 模擬電子技術；
3. 數字電子技術；
4. 電磁場理論；
5. 電氣工程基礎。

• 學習資料

參考教材

書名	作者	出版時間	ISBN	出版社
《電氣與電子測量技術（第2版）》	羅利文、盛戈皞、李喆、張君	2018年8月	9787121325182	電子工業出版社
《現代電能質量測量技術》	何學農	2014年11月	9787512366916/01	電力工業出版社
表格內容參考資料

考核標準

• 成績構成

1. 單元作業：20%
2. 互動討論：20%
3. 期末考試：60%

• 認證證書

1. 總成績60分~84分可申請合格證書；
2. 85分以上可申請優秀證書。

所獲榮譽

2017年，該課程入選上海市精品課程。

2019年，該課程被中華人民共和國教育部認定為“國家精品線上開放課程”。

2020年11月24日，該課程被中華人民共和國教育部認定為“首批國家級一流本科課程”。

教師簡介

羅利文，男，博士，上海交通大學副教授。

盛戈皞，男，上海交通大學電子信息與電氣工程學院教授，博士生導師。

李喆，男，上海交通大學電氣工程系副教授，上海交通大學科學技術發展研究院科技合作辦公室主任。

徐青菁，女，上海交通大學電氣工程實驗教學中心教師。

徐真，上海交通大學電力學院電氣工程及其自動化專業工程師。

張君，男，上海交通大學電氣工程系講師。

嚴正，男，上海交通大學教授。