第1章 電子測(cè)量教程緒論

第1章緒論1.1電子測(cè)量的基本概念1.2計(jì)量的基本概念1.3測(cè)量誤差的基本概念1.4測(cè)量的基本技術(shù)1.5測(cè)量數(shù)據(jù)的處理1.1電子測(cè)量的基本概念1.1.1電子測(cè)量及其特點(diǎn)

1.1.2電子測(cè)量的內(nèi)容、方法及儀器

1.1.1電子測(cè)量及其特點(diǎn)1.準(zhǔn)確度高、靈敏度高。2.頻率范圍寬。3.量程范圍大。4.響應(yīng)速度快。5.易實(shí)現(xiàn)遙控、遙測(cè)、自動(dòng)化和智能化。1.1.2電子測(cè)量的內(nèi)容方法儀器1.測(cè)量的內(nèi)容2.基本的測(cè)量方法3.電子測(cè)量?jī)x器1.測(cè)量的內(nèi)容(1)電能量的測(cè)量；(2)電路及元器件參數(shù)的測(cè)量；(3)信號(hào)參數(shù)的測(cè)量；(4)電路基本性能的測(cè)量；(5)特性曲線的測(cè)量；2.基本的測(cè)量方法(1)根據(jù)測(cè)量的狀態(tài)分類；①靜態(tài)測(cè)量②動(dòng)態(tài)測(cè)量(2)根據(jù)測(cè)量的性質(zhì)分類；①時(shí)域測(cè)量②頻域測(cè)量③數(shù)據(jù)域測(cè)量④隨機(jī)測(cè)量2.基本的測(cè)量方法(3)根據(jù)測(cè)量手段分類；①直接測(cè)量②間接測(cè)量③組合測(cè)量(4)根據(jù)測(cè)量方式分類；①替代法②指零法③差值法3.電子測(cè)量?jī)x器通用電子測(cè)量?jī)x器按其功能分類：(1)電平測(cè)量?jī)x器；(2)電子元器件測(cè)試儀器；(3)信號(hào)源儀器；(4)波形測(cè)量?jī)x器；(5)頻率、時(shí)間和相位測(cè)量?jī)x器；(6)網(wǎng)絡(luò)特性測(cè)量?jī)x器；(7)電波特性測(cè)試儀器；(8)輔助儀器；1.2計(jì)量的基本概念1.2.1計(jì)量的定義

1.2.2計(jì)量的工作范圍與計(jì)量基準(zhǔn)1.2.1計(jì)量的定義利用測(cè)量技術(shù)和計(jì)量法制的手段實(shí)現(xiàn)單位統(tǒng)一和量值準(zhǔn)確可靠的測(cè)量，計(jì)量也可以看作測(cè)量的特殊形式。1.2.2計(jì)量的工作范圍與計(jì)量基準(zhǔn)1.計(jì)量的范圍2.計(jì)量器具3.計(jì)量單位4.幾個(gè)概念的介紹1.計(jì)量的范圍(1)計(jì)量單位及其基準(zhǔn)；(2)標(biāo)準(zhǔn)的建立、保存、傳遞、復(fù)制和使用；(3)測(cè)量的方法和測(cè)量的準(zhǔn)確度；(4)計(jì)量器具；(5)計(jì)量管理和計(jì)量法等幾個(gè)方面。2.計(jì)量器具按它的準(zhǔn)確度和用途分為計(jì)量基準(zhǔn)、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)和工作用計(jì)量器具，計(jì)量基準(zhǔn)又分為主基準(zhǔn)、副基準(zhǔn)和工作基準(zhǔn)。3.計(jì)量單位1984年2月27日國(guó)務(wù)院在發(fā)布《關(guān)于在我國(guó)統(tǒng)一實(shí)行法定計(jì)量單位的命令》時(shí)指出：我國(guó)的計(jì)量單位一律采用《中華人民共和國(guó)法定計(jì)量單位》。4.幾個(gè)概念的介紹(1)計(jì)量器具(2)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具(3)工作計(jì)量器具(4)比對(duì)(5)檢定(6)校準(zhǔn)(7)量值的傳遞與跟蹤1.3測(cè)量誤差的基本概念 1.3.1有關(guān)誤差概念的介紹

1.3.2誤差的表示方法

1.3.3儀器誤差

1.3.4測(cè)量誤差的來(lái)源與分類1.3.1有關(guān)誤差概念的介紹1.真值A(chǔ)0

在一定條件下，被測(cè)量本身所呈現(xiàn)的客觀大小或真實(shí)數(shù)值稱謂它的真值。2.指定真值A(chǔ)

S也稱約定真值。由于絕對(duì)真值是很難做到的，所以我們將足夠接近一個(gè)量的真值量，稱為指定真值，作為真值來(lái)對(duì)待。1.3.1有關(guān)誤差概念的介紹3.實(shí)際值A(chǔ)也叫作相對(duì)真值。

4.標(biāo)稱值測(cè)量器具上標(biāo)定的數(shù)值稱為標(biāo)稱值。1.3.1有關(guān)誤差概念的介紹5.示值由測(cè)量?jī)x器或器具指示的被測(cè)量量值稱為該測(cè)量?jī)x器或器具的示值，也稱測(cè)得值或測(cè)量值。6.測(cè)量誤差我們將測(cè)量?jī)x器或器具所測(cè)得的值與被測(cè)量真值之間的差異，稱之為測(cè)量誤差。1.3.1有關(guān)誤差概念的介紹7.單次測(cè)量和多次測(cè)量單次測(cè)量，也稱一次測(cè)量，它是用測(cè)量?jī)x器或器具對(duì)被測(cè)量進(jìn)行一次測(cè)量的過(guò)程。8.等精度測(cè)量和非等精度測(cè)量在測(cè)量條件保持不變的情況下對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行多次測(cè)量的過(guò)程稱之為等精度測(cè)量。1.3.2誤差的表示方法1.絕對(duì)誤差2.相對(duì)誤差3.分貝誤差1.絕對(duì)誤差如果x為測(cè)得的值，A0為被測(cè)量的真值，那么絕對(duì)誤差Δx定義為Δx＝x-A0

。絕對(duì)誤差的特點(diǎn)(1)絕對(duì)誤差是有量綱單位的量，其單位量綱與測(cè)得值和實(shí)際值相同。(2)絕對(duì)誤差是有正負(fù)符號(hào)的量，其符號(hào)表示出測(cè)量值與實(shí)際值的大小關(guān)系，若測(cè)得值比實(shí)際值要大，則絕對(duì)誤差為正值，反之為負(fù)值。(3)絕對(duì)誤差僅能體現(xiàn)測(cè)得的值與被測(cè)量的實(shí)際值之間的偏離方向與程度，而不能說(shuō)明測(cè)量的質(zhì)量，所以應(yīng)該用相對(duì)誤差來(lái)衡量測(cè)量的質(zhì)量。(4)對(duì)于信號(hào)源或穩(wěn)壓電源等供給量值的儀器，絕對(duì)誤差定義為Δx＝A-x2.相對(duì)誤差實(shí)際相對(duì)誤差示值相對(duì)誤差滿度相對(duì)誤差滿度相對(duì)誤差也稱為引用誤差或滿度誤差。定義為在測(cè)量?jī)x器量程內(nèi)的最大絕對(duì)誤差Δxm與測(cè)量?jī)x器量程的上限值（即滿度值）xm的百分比值〖例題1.1〗一塊電壓表的S＝1.0，計(jì)算出它在0V～50V量程中的最大絕對(duì)誤差。解：電壓表的量程上限值是xm＝50V，由（1－9）式可得到Δxm=γm×xm＝±1.0%×50＝±0.5V〖例題1.2〗一塊1.5級(jí)電流表，用滿度值為100μА的量程來(lái)測(cè)量電路中三個(gè)不同大小的電流，測(cè)量結(jié)果分別為x1

＝100μА、x2＝60μА、x3＝20μА。求三種不同電流情況下的絕對(duì)誤差和示值相對(duì)誤差。解：由式（1－9）得到絕對(duì)誤差

Δxm=γm×xm＝±1.5%×100＝±1.5μА三種電流示值情況下的示值相對(duì)誤差分別為〖例題1.3〗若要測(cè)量一個(gè)12V左右的穩(wěn)壓電源輸出，現(xiàn)有兩塊電壓表可供選擇，其中一塊量程為150V、1.5級(jí)；另一塊量程15V、2.5級(jí)。問(wèn)選擇哪一塊表測(cè)量較為合適些？解：對(duì)于1.5級(jí)電壓表，可能產(chǎn)生的最大絕對(duì)誤差為

Δxm=γm×xm=±1.5%×150=±2.25V對(duì)于2.5級(jí)電壓表，可能產(chǎn)生的最大絕對(duì)誤差為

Δxm=γm×xm=±2.5%×15=±0.375V所以，用1.5級(jí)表測(cè)量示值為12V的電壓時(shí)，其誤差范圍在12V±2.25V之間，而用2.5級(jí)表測(cè)量時(shí)，其誤差范圍在12V±0.375V之間。可見(jiàn)誤差范圍小了不少。3.分貝誤差貝誤差實(shí)質(zhì)上是相對(duì)誤差的另一種表示形式，即是用對(duì)數(shù)形式表示的一種誤差，單位為分貝（dB）?！祭}1.4〗某晶體管單管放大器的電壓增益的真值A(chǔ)O=80倍（或?qū)嶋H值），現(xiàn)測(cè)量得到的電壓增益x=75倍，求測(cè)量的相對(duì)誤差和分貝誤差是多少？解：由式（1-1）或（1-2）增益的絕對(duì)誤差為Δx＝x-A＝75–80＝–5由（1.3.6）式可以得到實(shí)際相對(duì)誤差為由式（1－15）可以得到分貝誤差為γdB

＝20lg(1+γX)=20lg(1-0.0625)=-0.561（dB）1.3.3儀器誤差(1)工作誤差；(2)固有誤差；(3)影響誤差；(4)穩(wěn)定誤差；1.3.4測(cè)量誤差的來(lái)源與分類1.誤差的來(lái)源(1)儀器誤差(2)使用誤差(3)人身誤差(4)影響誤差(5)方法誤差2.誤差的分類(1)系統(tǒng)誤差(2)隨機(jī)誤差(3)粗大誤差1.4測(cè)量的基本技術(shù)1.4.1顯示技術(shù)

1.4.2處理技術(shù)

1.4.3比較技術(shù)

1.4.4變換技術(shù)

1.4.1顯示技術(shù)1.指針式電表2.電光顯示器件1.指針式電表用指針的偏轉(zhuǎn)來(lái)表示電量的儀表稱為指針式儀表。按工作原理可分為動(dòng)圈式、電動(dòng)式、熱電式、靜電式、整流式和感應(yīng)式等。按用途可分為電流表、電壓表、功率表、電能表、功率因數(shù)表、頻率表、相位表、兆歐表和電容表等。2.電光顯示器件(1)發(fā)光二極管（LED）(2)液晶顯示器(LCD)液晶(3)陰極射線管(CRT)1.4.2處理技術(shù)1.基本模擬運(yùn)算2.數(shù)字計(jì)算與數(shù)字信號(hào)處理1.4.3比較技術(shù)1.電子測(cè)量中的典型比較方法差值運(yùn)算比較比例運(yùn)算比較2.電壓比較器3.阻抗比較器4.頻率(時(shí)間)比較器5.相位比較器6.數(shù)字比較器1.4.4變換技術(shù)1.量值變換2.頻率變換3.波形變換4.參量變換5.能量變換6.模／數(shù)和數(shù)／模變換1.5測(cè)量數(shù)據(jù)的處理1.5.1有效數(shù)字的處理

1.5.2圖示曲線的數(shù)據(jù)分析1.5.1有效數(shù)字的處理1.有效數(shù)字

2.數(shù)據(jù)的舍入規(guī)則3.有效數(shù)字的運(yùn)算1.有效數(shù)字(1)位于數(shù)字中間和末位的0都是有效數(shù)字，而位于第一非零數(shù)字前面的0，都不是有效數(shù)字。(2)有效數(shù)字的末位數(shù)字是0時(shí)，不能隨意刪除，上例中的2.50mA和2.5mA中的有效數(shù)字分別為，前者是三位，后者是二位；絕對(duì)誤差也相差10倍。(3)若用10的方冪來(lái)表示數(shù)據(jù)，則10的方冪前面都是有效數(shù)字。比如上例中的5.5×102mV。(4)有效數(shù)字不能因使用的單位變化而改變，上例中的1.05V和1050mV兩個(gè)數(shù)值，前者是三位有效數(shù)字，后者是四位有效數(shù)字。所以要保持有效數(shù)字不變，后者必須寫成1.05×103mV，這時(shí)它的有效數(shù)字是三位了。2.數(shù)據(jù)的舍入規(guī)則(1)當(dāng)?shù)贜＋1位為小于5的數(shù)時(shí)，舍掉第N+1位及其后面的所有數(shù)字；如果第N+1位為大于5的數(shù)時(shí)，舍掉N+1位及其后