電子測量技術(shù) 李希文

1、1. 電子測量的定義狹義測量：測量是為了確定被測量的量值而進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)過程。廣義測量：測量是為了獲取被測量對象的信息而進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)過程2. 測量的五大要素觀察者；測量對象；測量儀器；測量方法，測量條件3. 計(jì)量的定義計(jì)量是利用技術(shù)和法制手段實(shí)施的一種特殊形式的測量，即吧被測量與國家計(jì)量部門作為基準(zhǔn)或標(biāo)準(zhǔn)的同類單位量進(jìn)行比較4. 計(jì)量的三個(gè)特征統(tǒng)一性；準(zhǔn)確性；法制性5. 基準(zhǔn)能不能參加測量？基準(zhǔn)本身并并不一定剛好等于計(jì)量單位，一個(gè)時(shí)期的基準(zhǔn)代表著此時(shí)人類的認(rèn)知，隨著發(fā)展，各種基準(zhǔn)不斷的發(fā)生變化6. 電子測量的特點(diǎn)電子測量是泛指以電子技術(shù)為基本手段的一種測量技術(shù)，它是測量學(xué)與電子學(xué)互相結(jié)合的產(chǎn)物。其特

2、點(diǎn)：1）測量頻率范圍寬。2）測量量程寬。3）測量準(zhǔn)確度高。4）測量速度快。5）可以進(jìn)行遙測。6）易于實(shí)現(xiàn)測試智能化和測試自動(dòng)化。8）易于小型化7. 真值的定義 一個(gè)量在被觀測時(shí)，該量本身所具有的真實(shí)大小稱為真值；真值不能通過測量得到。8. 誤差的表示方法，相對誤差，絕對誤差（會計(jì)算，意義）絕對誤差：由測量所得到的被測量x與其真值A(chǔ)0之差； x=x-A0。x為絕對誤差絕對誤差表明了被測量的測量值與被測值的實(shí)際值之間的偏離程度與方向相對誤差：絕對誤差與被測量的真值之比 Y=（x/A0）*100%為了說明測量的準(zhǔn)去程度9. 分貝誤差分貝誤差是用對數(shù)形式表示的一種相對誤差，單位為分貝（db）Ydb=2

3、0lg(1+Y)J10. 鑒定儀表是否合格如果儀表準(zhǔn)確度為s級，則說明該儀表的最大滿度誤差不超過s%，即|Ym|<=s%指導(dǎo)選擇不超過2/311. 誤差的來源與分類(各自特點(diǎn)，如何處理)來源：儀器誤差，使用誤差，影響誤差，理論誤差和方法誤差，人身誤差。 分類：1）系統(tǒng)誤差：只要測量條件不變，誤差即是確切的數(shù)值，用多次測量取平均值的方法不能改變和消除誤差，當(dāng)條件改變時(shí)，誤差也隨著遵循某種確定的規(guī)律改變，具有重復(fù)性，較易之修改和消除。2）隨機(jī)誤差：某一次測量的結(jié)果的大小和方向不可預(yù)知?？梢圆扇《啻螠y量取平均值的方法來減小誤差對測量結(jié)果的影響。3）粗大誤差：含有粗差的測量值稱為壞值或異常值，不

4、能反應(yīng)真實(shí)性，所以在處理數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)該剔除12. 誤差的分析和處理用概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法來研究隨機(jī)誤差對于測量數(shù)據(jù)的影響，并用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，從而克服或減少隨機(jī)誤差的影響13. 有限次測量的估計(jì)值的公式？1） 有限次測量的數(shù)學(xué)期望的估計(jì)值算術(shù)平均值：E(X)=X=(1/N)1NX,X為算術(shù)平均值，N為有限次2） 貝塞爾公式：2(x)=1/（n-1）1n(xi-x)2,n為測量次數(shù)，xi為測量某次的值，x為算術(shù)平均值14. 置信區(qū)間由于均方差表示測量值的分散程度，常用標(biāo)準(zhǔn)偏差（x）的若干倍表示這個(gè)確定的區(qū)間，=c（x）,c稱為置信系數(shù)，為置信區(qū)間，置信區(qū)間和置信概率是緊密相連

5、的，置信區(qū)間刻畫了測量結(jié)果的精確性，置信概率刻畫了這個(gè)結(jié)果的可靠性15. 誤差的判據(jù)消除方法系統(tǒng)誤差的判斷：1）不變的系統(tǒng)誤差常用校準(zhǔn)的方法來檢查系統(tǒng)誤差是否存在，還可以用實(shí)驗(yàn)對比來判斷是否存在不變的系統(tǒng)誤差。2）變化的系統(tǒng)誤差：殘差法，將所測得的數(shù)據(jù)以及殘差按照一定的先后次序列表或者作圖u，觀察各數(shù)據(jù)的殘差值的大小和符號變化情況。馬利克夫判據(jù)，判別有無累進(jìn)性誤差的常用方法，把n個(gè)等精度測量值所對應(yīng)的殘差按照測量的先后順序排列，吧殘差分成兩個(gè)部分求和，再求其差值D消除方法：1）處理在測量原理和測量方法上盡力做到正確，還必須定時(shí)對儀器定期檢定和校準(zhǔn)，注意儀器正確使用方法，注意周圍環(huán)境的影響。2）

6、預(yù)先通過檢定，校準(zhǔn)或計(jì)算得出測量儀器的系統(tǒng)誤差的估計(jì)值，做出誤差表或者誤差曲線，然后取得與誤差數(shù)值大小相同，方向相反的數(shù)值作為修正值，將實(shí)際測量結(jié)果加上相應(yīng)修正值，即可得到已經(jīng)修正的結(jié)果。3）通過測量方法削弱或消除系統(tǒng)誤差：替代法，交換法，對稱測量法，減小周期系統(tǒng)的班周期發(fā)粗大誤差的判別：1）萊特檢查法：假設(shè)在一列等精度測量結(jié)果誤差xi中，vi為各測量值對于殘差，s為標(biāo)準(zhǔn)偏差的估計(jì)值，若|vi|>3s，則為粗大誤差。2）格拉布斯檢驗(yàn)法消除方法：對測量過程進(jìn)行分析，是否有外界干擾，其次在精度條件下增加測量次數(shù)，或采用不等精度測量和互相之間進(jìn)行校核方法16. 測量誤差的合成（合成僅公式）Y=

7、y/y=1/y*1m(f/xi)xi.列題見P52，2-1117. 測量不確定度定義，表示A類，B類是否有本質(zhì)區(qū)分不確定度是說明測量結(jié)果可能的分散程度的參數(shù)A類不確定度：用統(tǒng)計(jì)的方法得到的不確定度，用符號Ua表示B類不確定度：用非統(tǒng)計(jì)的方法得到的不確定度，即根據(jù)資料或者假設(shè)的概率分布估計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)偏差表示的不確定度，用Ub表示兩者僅僅是評定方法不同，并不是不確定度性質(zhì)上的分類，即li兩者的不確定度不能表示為隨機(jī)或者系統(tǒng)的不確定度。18. 誤差的分配，等確定度和等作用誤差分配為將總誤差分配給各分項(xiàng)。P591） 等準(zhǔn)確度分配：指分配給各項(xiàng)的誤差彼此相同，等準(zhǔn)確度分配通常用于各項(xiàng)性質(zhì)相同(量綱相同)，大

8、小相近的情況；1=2=.=M2） 等作用分配：指分配各項(xiàng)的誤差在數(shù)值上不一定相等，但他們對于測量誤差總和的作用或者說對于總和的影響是相同的Fx1n=Fx2n=.=Fxnn19. 測量數(shù)據(jù)的處理p61通常取到數(shù)據(jù)后還要對數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析，整理，有時(shí)還要把數(shù)據(jù)歸納成一定的表達(dá)式或畫成表格，曲線等，也就是進(jìn)行數(shù)據(jù)處理1） 有效數(shù)字的概念：在進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算時(shí)，遇到一些無理數(shù)，實(shí)際計(jì)算時(shí)只能取近似值，當(dāng)用這個(gè)數(shù)據(jù)表示一個(gè)量時(shí)常規(guī)定誤差不能超過末尾數(shù)字的一半2） 數(shù)字的舍入規(guī)則：在處理數(shù)據(jù)和所用常數(shù)進(jìn)行舍入處理，規(guī)則如下：小與五舍去，大于五進(jìn)位，當(dāng)?shù)扔谖鍟r(shí)，取偶數(shù)，即舍去部分的數(shù)值恰好等于保留末尾的0.5個(gè)

9、單位，當(dāng)末尾為偶數(shù)時(shí)，末位不變，當(dāng)為奇數(shù)時(shí)，末尾加一3） 近似運(yùn)算規(guī)則：當(dāng)對于幾個(gè)測量數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算時(shí)，要考慮有效數(shù)字保留多少位的問題，以便不使運(yùn)算過于麻煩而又能進(jìn)行反應(yīng)測量的準(zhǔn)確度，保留的位數(shù)取決于各數(shù)中準(zhǔn)確度最差的那一項(xiàng)20. 不等精度測量，權(quán)的概念和等作用P65在測量條件不同的情況下進(jìn)行測量，則測量結(jié)果的精密度將不相同，則這樣的測量稱為不等精度測量權(quán)的概念：各測量結(jié)果的可靠程度用一數(shù)值來表示，此數(shù)值就稱為該測量結(jié)果的權(quán)，記作W，測量結(jié)果的權(quán)可以理解為，當(dāng)他與另一些測量結(jié)果比較時(shí)，對該測量結(jié)果的依賴程度。wi=j2，為標(biāo)準(zhǔn)偏差，為任意常數(shù)，當(dāng)W等于1時(shí)，也可以看成單位權(quán)的方差。加權(quán)平均值計(jì)算

10、：x=j=1nwjXi/j=1nwj21. 頻率和時(shí)間測量的基準(zhǔn)P78人們在進(jìn)行成千上萬的側(cè)測量物理量時(shí)，頻率（時(shí)間）測量所能達(dá)到的分辨率和準(zhǔn)確度最為準(zhǔn)確。22. 測頻原理P82電子計(jì)數(shù)器測頻原理實(shí)際是以比較法為基礎(chǔ)，將被測信號頻率fx和已知的時(shí)基信號想必，將相比結(jié)果以數(shù)字形式顯示出來。三部分組成1）時(shí)間基準(zhǔn)T產(chǎn)生電路：用于提供準(zhǔn)確的計(jì)數(shù)時(shí)間T，一般由高穩(wěn)定度的石英晶體振蕩器，分頻整形電路和門控信號組成。2）計(jì)數(shù)脈沖形成電路：將被測信號轉(zhuǎn)換成為可計(jì)數(shù)的窄脈沖。3）計(jì)數(shù)顯示電路：計(jì)數(shù)被測信號在閘門寬度T時(shí)間內(nèi)重復(fù)的次數(shù)，顯示被測頻率23. N的計(jì)算函數(shù)fx=N/T24. 計(jì)算正負(fù)一誤差P84由于

11、在相同主門開啟時(shí)間T計(jì)數(shù)器最多多計(jì)或少計(jì)一個(gè)數(shù)，所以稱為量化誤差或±1誤差。NN=±1N=±1fxT，fx為被測信號頻率，T為閘門時(shí)間。增大閘門時(shí)間可以減少脈沖誤差.25. 固有誤差的組成，如何減小組成：1）計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)誤差（正負(fù)一誤差），2）閘門時(shí)間誤差（時(shí)急誤差）。3）計(jì)數(shù)器測頻的總誤差；減小方法：1）增大閘門時(shí)間或者倍頻被測信號頻率，減小正負(fù)一誤差3） 提高晶振頻率的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度以減小閘門時(shí)間誤差4） 在閘門時(shí)間誤差大時(shí)，可以采用測周方法進(jìn)行測量。26. 觸發(fā)誤差所謂觸發(fā)誤差就是指在門控脈沖在干擾信號的作用下使觸發(fā)提前或滯后所帶來的誤差。27. 測周原理P8

12、7由于周期和頻率互為倒數(shù)，因此在測頻的原理中對換一下待測信號和時(shí)基信號的輸入通道就能完成周期的測量。28. 中界頻率計(jì)算P91定義：對某信號使用測頻法和測周法測量頻率，兩者引起的誤差相等，則該頻率定義為中界頻率，記作fz。計(jì)算：fz=1/(T*Tc)，29. 減小正負(fù)1誤差的方法P51） 平均法：在多次測量取平均值。limn01/ni趨近于02） 多周期同步法：一次測量中對多個(gè)周期進(jìn)行測量3） 模擬內(nèi)插法：在計(jì)數(shù)器頻率或時(shí)間測量電路中內(nèi)插一部分模擬時(shí)序電路30. 波形因素和波峰因素P114波峰因數(shù)：交流電壓表的波峰因素定義為峰值與有效值的比值，用Kp表示，即Kp=峰值/有效值。對于理想交流電壓

13、，其波峰因數(shù)為Kp=Up/(Up/2)=2.波形因素：交流電壓的波形因數(shù)定義為有效值與其平均值的比值，用kF表示即Kf=有效值/平均值，對于理想交流電壓K=(1/2Up)/(2/)Up=1.11.31. 三種表的結(jié)果和特點(diǎn)P1161) 峰值電壓表：交流電壓經(jīng)過檢波后，再進(jìn)行放大，然后驅(qū)動(dòng)直流電壓表。在峰值電壓表中，通常采用二極管峰值檢波器，即檢波器的輸出是被測電壓峰值的響應(yīng)，峰值檢波器決定了電壓表的頻率范圍，輸入阻抗和靈敏度2) 均值電壓表：被測交流信號經(jīng)過放大后，再檢波，然后驅(qū)動(dòng)直流電流表。在均值電壓表中，檢波器對于被測電壓的平均值產(chǎn)生相應(yīng)，一般都采用二極管全波或橋式整流作為檢波器，這類電壓

14、表的頻率范圍主要受到寬帶放大器帶寬的限制3) 有效值電壓表：在電壓測量技術(shù)中，經(jīng)常需要測量非正玄波，尤其是失真正弦波的有效值32. 分貝測量一般不直接計(jì)算或測量電路某測試點(diǎn)的電壓或者功率，而是計(jì)算他們某一電壓或功率基準(zhǔn)之比的對數(shù)分貝功率:兩個(gè)功率P1和P2之比取對數(shù)，就可以得到lg(P1/P2)電壓：10lgP1/P2=20lgU1/U2具有分貝讀數(shù)的電壓表常稱為寬頻電平表：在均值電壓表基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的，在寬帶放大器前加入衰減器，用Db表示輸入電平選擇，并可用標(biāo)準(zhǔn)電平振蕩器校準(zhǔn)。33. 電壓數(shù)字化的測量方法數(shù)字電壓表分為兩個(gè)部分，模擬與數(shù)字，其核心部件是A/D轉(zhuǎn)化器。其分為兩類:非積分式和積分式。

15、非積分：1） 逐漸逼近比較式DVM:將被測信號Ux和一可變的已知電壓（基準(zhǔn)電壓）進(jìn)行逐次比較，最終逼近被測電壓。2） 單斜式DVM:其A/D變化部分實(shí)際是一個(gè)典型的非積分式變換器，斜坡電壓發(fā)生器是這種DVM的核心部分。工作原理：斜坡發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)斜坡電壓分別與輸入信號Ux的比較器和接地比較器比較，兩個(gè)比較器的輸出觸發(fā)雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，得到時(shí)間間隔為T的門控信號，由計(jì)數(shù)器通過對門控時(shí)間間隔內(nèi)的時(shí)鐘信號進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)，即可測得時(shí)間T即T=NT0，其中T0為時(shí)鐘信號周期，N為計(jì)數(shù)值，Ux=Kt0N,。k為斜坡電壓的斜率，k=-Ur/RC積分式DVM1） 雙積分式DVM:其特點(diǎn)是一次測量中同一積分器先后兩次

16、進(jìn)行積分，首先對Ux進(jìn)行定時(shí)積分，然后對參考電壓進(jìn)行Ur進(jìn)行定值積分，通過兩次積分過程進(jìn)行比較，將Ux變換成為與之成正比的時(shí)間間隔2） 三斜積分式DVM:在雙斜積分式的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高分辨力而設(shè)計(jì)34. 逐漸逼近式的組成，數(shù)字量由哪個(gè)原件輸出組成：由比較器，D/A轉(zhuǎn)換器，逐次逼近移位寄存器，數(shù)字輸出由移位寄存器輸出。35. AD的轉(zhuǎn)換值時(shí)間決定轉(zhuǎn)換時(shí)間36. 與積分式比較逐漸逼近式：轉(zhuǎn)換速度快，轉(zhuǎn)換精度高，抗干擾能力弱積分式：轉(zhuǎn)換速度慢，抗干擾能力高，精度高。37. 兩次積分的特點(diǎn)其特點(diǎn)是一次測量過程中用同一積分器先后進(jìn)行兩次積分。雙斜式DVM具有抗干擾能力強(qiáng)，用較少的精密元件可以達(dá)到較高的指

17、標(biāo)38. 三斜積分和雙斜積分的有點(diǎn)雙斜式DVM具有抗干擾能力強(qiáng)，用較少的精密元件可以達(dá)到較高的指標(biāo)三斜式積分是在雙斜式積分基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高DVM的分辨力，采用三斜式，可大大降低對比較器的要求，并提高DVM的分辨力39. 位數(shù)和最大顯示的轉(zhuǎn)換DVM的位數(shù)分為完整顯示位和非完整顯示位，如4位完整顯示位為9999，四位半為19999。40. 分辨力的計(jì)算指能夠分辨最小電壓變化的能力通常用每個(gè)字對應(yīng)的電壓值表示。例如3又1/2位DVM，在200mv量程上，可測最大輸入電壓為199.9mv，即輸入電壓變化為0.1mv41. 數(shù)字電壓表誤差由兩部分組成，讀數(shù)誤差和滿刻度誤差42. DVM的抗干擾能力DVM

18、的測量準(zhǔn)確度遠(yuǎn)高于模擬電壓表，所以對于干擾要求很高。一般測量電壓時(shí)存在兩種基本干擾，即串模干擾和共模干擾43. 傳模抑制比和共模抑制比串模抑制比表示DVM對串模干擾的抑制能力，定義為SMRdB=20lg(Usm/)，Usm表示串模干擾電壓峰值，表示Usm造成的最大顯示誤差，SMR愈大，表示DVM的串模干擾能力愈強(qiáng)共模抑制比CMRdB=20lg(Ucm/Usm),Ucm表示共模干擾電壓，Usm表示Ucm轉(zhuǎn)換成的串模干擾電壓，對DVM測量系統(tǒng)進(jìn)行浮置或多層屏蔽，這是提高CMR行之有效的方法。44. 通用示波器的組成，結(jié)合作業(yè)十二題通用示波器的組成：由示波管，垂直通道和水平通道三部分組成，此外還包括

19、電源45. 示波管(CRT)的組成示波管主要由1) 電子槍：作用是發(fā)射電子并形成很細(xì)的高速電子束2) 偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)：由兩對互相垂直的平行金屬板組成，采用靜電偏轉(zhuǎn)原理，即偏轉(zhuǎn)板在外加電壓的作用下使電子束發(fā)生偏轉(zhuǎn)3) 熒光屏：將電信號轉(zhuǎn)換成為光信號，他是示波管的波形顯示部分46. 波形顯示原理示波器顯示圖形或波形原理是基于電子與電場之間的互相作用原理47. 多波形顯示在需要觀察幾個(gè)信號時(shí)，可以通過多線示波和多蹤示波1） 多線示波:利用多槍電子管實(shí)現(xiàn)，即在示波管中有兩個(gè)獨(dú)立的電子槍產(chǎn)生電子，每束電子都配備獨(dú)立的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，僅共用熒光屏。2） 多蹤示波:與普通示波器類似，在單線示波器的基礎(chǔ)上加電子開關(guān)而形成

20、，電子開關(guān)分時(shí)復(fù)用原理，把多個(gè)垂直通道的信號輪流接到Y(jié)偏轉(zhuǎn)板上，最終實(shí)現(xiàn)多個(gè)示波器同時(shí)顯示。48. 交替和連續(xù)交替：第一次掃描接通Y1通道，第二次接通Y2通道，交替顯示兩個(gè)通道的輸入信號，交替方式適合觀察高頻信號斷續(xù)：在一個(gè)掃描周期內(nèi)，高速的輪流接通兩個(gè)輸入信號，被測波形由許多線段時(shí)序的顯示出來。其適用于觀察頻率較低的情況。49. 取樣技術(shù)，x板和y板的波形，取樣示波器適合觀察信號取樣技術(shù)：取樣示波器的帶寬，取樣密度，等效掃速，其適用于觀察高頻信號50. 側(cè)電壓和測時(shí)間（要求會計(jì)算）直流：Udc=h*Dy*k h為直流信號線偏離水平高度線。Dy為垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)，k為代數(shù)衰減系數(shù)的探頭一般為1或10/交流：Upp=h*Dy*k時(shí)間;T=x*Dx/k. Dx為示波器時(shí)間因素，x為水平方向距離。K為擴(kuò)展倍數(shù)。51. 李沙育圖形測量相位在低頻信號的相位差測量中，常采用李沙育圖形法，這種方法是要把比較相位差的兩個(gè)同頻率，同幅度的正弦信號輸入Y通道和X通道，即可得到一個(gè)橢圓波形，即：=arcsin(y0/ym),或=arcsin(x0/xm),為兩信號的相位差，x0,y0為橢圓截距的一半；xm,ym為