電子測量基礎(chǔ)

電子測量基礎(chǔ)第1頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一1.1電子測量概述一、測量測量是通過實(shí)驗(yàn)方法對客觀事物取得定量信息即數(shù)量概念的過程。人們通過對客觀事物大量的觀察和測量，形成定性和定量的認(rèn)識，歸納、建立起各種定理和定律，而后又要通過測量來驗(yàn)證這些認(rèn)識、定理和定律是否符合實(shí)際情況，經(jīng)過如此反復(fù)實(shí)踐，逐步認(rèn)識事物的客觀規(guī)律，并用以解釋和改造世界。第2頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一因此可以說，測量是人類認(rèn)識和改造世界的一種不可缺少和替代的手段。俄國科學(xué)家門捷列夫在論述測量的意義時曾說過：“沒有測量，就沒有科學(xué)”，“測量是認(rèn)識自然界的主要工具”。·英國科學(xué)家?guī)炜?A．H．cook)也認(rèn)為：“測量是技術(shù)生命的神經(jīng)系統(tǒng)”o這些話都極為精辟地闡明了測量的重要意義。第3頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一歷史事實(shí)也已證明：科學(xué)的進(jìn)步，生產(chǎn)的發(fā)展，與測量理論、技術(shù)、手段的發(fā)展和進(jìn)步是相互依賴、相互促進(jìn)的。測量技術(shù)水平是一個歷史時期、一個國家的科學(xué)技術(shù)水平的一面“鏡子”o正如特爾曼(F，E．Telmen)教授所說：“科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展是與測量技藝并行進(jìn)步相互匹配的。事實(shí)上，可以說，評價一個國家的科技狀態(tài)，最快捷的辦法就是去審視那里所進(jìn)行的測量以及由測量所累積的數(shù)據(jù)是如何被利用的.”第4頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一二、電子測量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)和電子學(xué)相互結(jié)合的產(chǎn)物。電子測量除具體運(yùn)用電子科學(xué)的原理、方法和設(shè)備對各種電量、電信號及電路元器件的特性和參數(shù)進(jìn)行測量外，還可通過各種敏感器件和傳感裝置對非電量進(jìn)行測量，而且往往更加方便、快捷、準(zhǔn)確，有時是用其他測量方法所不能替代的。因此，電子測量不僅用于電學(xué)各專業(yè)，也廣泛用于物理學(xué)、化學(xué)、光學(xué)、機(jī)械學(xué)、材料學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)等科學(xué)領(lǐng)域及生產(chǎn)、國防＼交通、通訊、商業(yè)貿(mào)易、生態(tài)環(huán)境保護(hù)乃至日常生活的各個方面。第5頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一1.2測量誤差一、誤差

1．真值A(chǔ)0

一個物理量在一定條件下所呈現(xiàn)的客觀大小或真實(shí)數(shù)值稱作它的真值。要想得到真值，必須利用理想的量具或測量儀器進(jìn)行無誤差的測量。由此可推斷，物理量的真值實(shí)際上是無法測得的。這首先因?yàn)?，“理想”量具或測量儀器即測量過程的參考比較標(biāo)準(zhǔn)(或叫計(jì)量標(biāo)準(zhǔn))只是一個純理論值，第6頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一例如電流的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)安培，按國際計(jì)量委員會和第九屆國際計(jì)量大會的決議，定義為“安培是一恒定電流，若保持在處于真空中相距l(xiāng)米的兩根無限長而圓截面可忽略的平行直導(dǎo)線內(nèi)，則此兩導(dǎo)線之間產(chǎn)生的力為每米長度上等于2×l0-7牛頓”，顯然這樣的電流計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)是一個理想的而實(shí)際上無法實(shí)現(xiàn)的理論值，因而，某電流的真值我們無法實(shí)際測得，因?yàn)闆]有符合定義的可供實(shí)際使用的測量參考標(biāo)準(zhǔn)，盡管隨著科技水平的提高，可供實(shí)際使用的測量參考標(biāo)準(zhǔn)可以愈來愈逼近理想的理論定義值。其次，在測量過程中由于各種土觀、客觀因素的影響，做到無誤差的測量也是不可能的。第7頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一

1.指定值A(chǔ)s

由于絕對真值是不可知的，所以一般由國家設(shè)立各種盡可能維持不變的實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)(或基準(zhǔn))，以法令的形式指定其所體現(xiàn)的量值作為計(jì)量單位的指定值，這在第一章中已有敘述。例如指定國家計(jì)量局保存的鉑銥合金圓柱體質(zhì)量原器的質(zhì)量為1kg，指定國家天文臺保存的銫鐘組所產(chǎn)生的特定條件下銫—l33原子基態(tài)的兩個超精細(xì)能級之間躍遷所對應(yīng)的輻射的919263l770個周期的持續(xù)時間為1s(秒)等。國際間通過互相比對保持一定程度的一致。指定值也叫約定真值，一般就用來代替真值。第8頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一

3．實(shí)際值A(chǔ)

實(shí)際測量中，不可能都直接與國家基準(zhǔn)相比對，所以國家通過一系列的各級實(shí)物計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)成量值傳遞網(wǎng)，把國家基準(zhǔn)所體現(xiàn)的計(jì)量單位逐級比較傳遞到日常工作儀器或量具’上去。在每一級的比較中，都以上一級標(biāo)準(zhǔn)所體現(xiàn)的值當(dāng)作準(zhǔn)確無誤的值，通常稱為實(shí)際值，也叫作相對真值，比如如果更高一級測量器具的誤差為本級測量器具誤差的1／3到l／l0，就可以認(rèn)為更高一級測量器具的測得值(示值)為真值。在本書后面的敘述中，不再對實(shí)際值和真值加以區(qū)別。第9頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一

4.標(biāo)稱值測量器具上標(biāo)定的數(shù)值稱為標(biāo)稱值。如標(biāo)準(zhǔn)砝碼上標(biāo)出的lk8，標(biāo)準(zhǔn)電阻上標(biāo)出的1Ω，標(biāo)準(zhǔn)電池上標(biāo)出來的電動勢1.0186V，標(biāo)準(zhǔn)信號發(fā)生器度盤上標(biāo)出的輸出正弦波的頻率土00kHz等。由于制造和測量精度不夠以及環(huán)境等因素的影響，標(biāo)稱值并不一定等于它的真值或?qū)嶋H值。為此，在標(biāo)出測量器具的標(biāo)稱值時，通常還要標(biāo)出它的誤差范圍或準(zhǔn)確度等級.第10頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一

5．示值由測量器具指示的被測量量值稱為測量器具的示值，也稱測量器具的測得值或測量值，它包括數(shù)值和單位。一般地說，示值與測量儀表的讀數(shù)有區(qū)別，讀數(shù)是儀器刻度盤上直接讀到的數(shù)字。例如以l00分度表示50mA的電流表，當(dāng)指針指在刻度盤上的50處時，讀數(shù)是50，而值是25mA.為便于核查測量結(jié)果，在記錄測量數(shù)據(jù)時，一般應(yīng)記錄儀表量程、讀數(shù)和示值(當(dāng)然還要記載測量方法，連接圖，測量環(huán)境，測量用儀器及編號及測量者姓名、測量日期等)，對于數(shù)字顯示儀表，通常示值和讀數(shù)是統(tǒng)一的。第11頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一

6．測量誤差在實(shí)際測量中，由于測量器具不準(zhǔn)確，測量手段不完善，環(huán)境影響，測量操作刁二熟練及工作疏忽等因素，都會導(dǎo)致測量結(jié)果與破測量真值不同。測量儀器儀表的測下導(dǎo)值與破測量真值之間的差異，稱為測量誤差。測量誤差的存在具有必然性和普遍性，人們只能根據(jù)需要和可能，將其限制在一定范圍內(nèi)而不可能完全加以消除。人們進(jìn)行測量的目的，通常是為了獲得盡可能接近真值的測量結(jié)果，如果測量誤差超出一定限度，測量工作及由測量結(jié)果所得出的結(jié)論就失去了意義。在科學(xué)研究及現(xiàn)代生產(chǎn)中，第12頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一錯誤的測量結(jié)果有時還會使研究工作誤入歧途甚至帶來災(zāi)難性后果。因此，人們不得不認(rèn)真對待測量誤差，研究誤差產(chǎn)生的原因，誤差的性質(zhì)，減小誤差的方法以及對測量結(jié)果的處理等.第13頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一

7．單次測量和多次測量單次(一次)測量是用測量儀器對待測量進(jìn)行一次測量的過程。顯然，為了得知某一量的大小，必須至少進(jìn)行一次測量。在測量精度要求不高的場合，可以只進(jìn)行單次測量。單次測量不能反映測量結(jié)果的精密度，一般只能給出一個量的大致概念和規(guī)律。多次測量是用測量儀器對同一被測量進(jìn)行多次重復(fù)測量的過程。依靠多次測量可以觀察測量結(jié)果一致性的好壞即精密度。通常要求較高的精密測量都須進(jìn)行多次測量，如儀表的比對校準(zhǔn)等。第14頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一

8．等精度測量和非等精度測量在保持測量條件不變的情況下對同一被測量進(jìn)行的多次測量過程稱作等精度測量。這里所說的測量條件包括所有對測量結(jié)果產(chǎn)生影響的客觀和主觀因素如測量中使用的儀器、方法、測量環(huán)境，操作者的操作步驟和細(xì)心程度等。等精度測量的測量結(jié)果具有同樣的可靠性。第15頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一如果在同一被測量的多次重復(fù)測量中，不是所有測量條件都維持不變(比如，改變了測量方法，或更換了測量儀器，或改變了聯(lián)接方式，或測量環(huán)境發(fā)生了變化，或前后不是一個操作者，或同一操作者按不同的過程進(jìn)行操作，或操作過程中由于疲勞等原因而影響了細(xì)心專致程度等)，這樣的測量稱為非等精度測量或不等精度測量。等精度測量和非等精度測量在測量實(shí)踐中部存在，相比較而言，等精度測量意義更為普遍，有時為了驗(yàn)證某些結(jié)果或結(jié)論，研究新的測量方法、檢定不同的測量儀器時也要進(jìn)行非等精度測量。第16頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一二、誤差的表示方法

1．絕對誤差絕對誤差定義為(1.1-1)式中△x為絕對誤差，x為測得值，A0為被測量真值。前面已提到，真值A(chǔ)0一般無法得到，所以用實(shí)際值A(chǔ)代替A0，因而絕對誤差更有實(shí)際意義的定義是(1.1-2)第17頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一對于絕對誤差，應(yīng)注意下面幾個特點(diǎn)：①絕對誤差是有單位的量，其單位與測得值和實(shí)際值相同.②絕對誤差是有符號的量，其符號表示出測量值與實(shí)際值的大小關(guān)系，若測得值較實(shí)際值大，則絕對誤差為正值，反之為負(fù)值.⑧測得值與被測量實(shí)際值間的偏離程度和方向通過絕對誤差來體現(xiàn)。第18頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一④對于信號源、穩(wěn)壓電源等供給量儀器，絕對誤差定義為(1.1-3)式中A為實(shí)際值，x為供給量的指示值(標(biāo)稱值).如果沒有特殊說明，本書涉及的絕對誤差，按式(1.1—2)定義計(jì)算。與絕對誤差絕對值相等但符號相反的值稱為修正值，一般用符號c表示(1.1-4)第19頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一測量儀器的修正值，可通過檢定，由上一級標(biāo)準(zhǔn)給出，它可以是表格、曲線或函數(shù)表達(dá)式等形式。利用修正值和儀器示值，可得到被測量的實(shí)際值(1.1-5)第20頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一例如由某電流表測得的電流示值為0.83mA，查該電流表檢定證書，得知該‘乜流表在0.8mA及其附近的修正值部為一0.02mA，那么被測電流的實(shí)際值為智能儀器的優(yōu)點(diǎn)之一就是可利用內(nèi)部的微處理器，存貯和處理修正值，直接給出經(jīng)過修正的實(shí)際值。第21頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一

1.相對誤差相對誤差用來說明測量精度的高低，又可分為：

(1)實(shí)際相對誤差實(shí)際相對誤差定義為(1.1-6)(2)示值相對誤差示值相對誤差也叫標(biāo)稱相對誤差，定義為(1.1-7)第22頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一如果測量誤差不大，可用示值相對誤差代替實(shí)際誤差，但若和相差較大，兩者應(yīng)加以區(qū)別。

(3)滿度相對誤差滿度相對誤差定義為儀器量程內(nèi)最大絕對誤差與測量儀器滿度值(量程上限值)的百分比值(1.1-8)第23頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一滿度相對誤差也叫作滿度誤差和引用誤差。由式(2，l—8)可以看出，通過滿度誤差實(shí)際上給出了儀表各量程內(nèi)絕對誤差的最大值(1.1-9)第24頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一

[例]某電壓表s＝1.5，試算出它在0V～100V量程中的最大絕對誤差。解：在0V～l00V量程內(nèi)上限值xm＝100V，由式(2，l—9)，得到第25頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一一般講，測量儀器在同‘量程不同示值處的絕對誤差實(shí)際上未必處處相等，但對使用者來講，在沒有修正值可資利用的情況下，只能按最壞情況處理，即認(rèn)為儀器在同一量程各處的絕對誤差是個常數(shù)且等于△xm，人們把這種處理叫作誤差的整量化。由式(1.l—7)和(2，1—9)可以看出，為了減小測量中的示值誤差，在進(jìn)行量程選擇時應(yīng)盡可能使示值能接近滿度值，一般以示值不小于滿度值的2／3為宜。第26頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一

[例2]某1．0級電流表，滿度值xm＝l00uA，求測量值分別為x1＝100uA，x2＝80uA，x3

＝20uA時的絕對誤差和示值相對誤差。解：由式(1.l—9)得絕對誤差第27頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一前已敘述，絕對誤差是不隨測量值改變的。而測得值分別為100A、80A、20A時的示值相對誤差各不相同，分別為第28頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一可見在同一量程內(nèi)，測得值越小，示值相對誤差越大。由此我們應(yīng)當(dāng)注意到，測量中所用儀表的準(zhǔn)確度并不是測量結(jié)果的準(zhǔn)確度，只有在示值與滿度值相同時，二者才相等(不考慮其他因素造成的誤差，僅考慮儀器誤差)o.否則測得值的準(zhǔn)確度數(shù)值：降低于儀表的準(zhǔn)確度等級。第29頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一

[例3]要測量100℃的溫度，現(xiàn)有0．5級、測量范圍為0—300℃和l，0級、測量范圍為0～l00℃的兩種溫度計(jì)，試分析各自產(chǎn)生的示值誤差。解：對0．5級溫度計(jì)，可能產(chǎn)生的最大絕對誤差按照誤差整量化原則，認(rèn)為該量程內(nèi)絕對誤差，因此示值相對誤差第30頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一同樣可算出用l.0級溫度計(jì)可能產(chǎn)生的絕對誤差和示值相對誤差可見用1.0級低量程溫度計(jì)測量所產(chǎn)生的示值相對誤差反而小一些，因此選l.0級溫度計(jì)較為合適。在實(shí)際測量操作時，一般應(yīng)先在大量程下，測得被測量的大致數(shù)值，而后選擇合適的量程再行測量，以盡可能減小相對誤差。第31頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一

(4)分貝誤差在電子測量中還常用到分貝誤差。分貝誤差是用對數(shù)形式表示的一種誤差，單位為分貝(dB).分貝誤差廣泛用于增益(衰減)量的測量中。下面以電壓增益測量為例，引出分貝誤差的表示形式。設(shè)雙口網(wǎng)絡(luò)(比如放大器，或衰減器)輸入、輸出電壓的測得值分別為Ui和Uo，則電壓增益Au，的測得值為(1.1-10)第32頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一用對數(shù)表示為(1.1-11)Gx稱為增益測得值的分貝值。設(shè)A為電壓增益實(shí)際值，其分貝值G=20lgA，由式(1.1-2)及(1.1-11)，有(1.1-12)(1.1-13)第33頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一由此得到(1.1-15)(1.1-14)式中顯然與增益的相對誤差有關(guān)，可看成相對誤差的對數(shù)表現(xiàn)形式，稱之為分貝誤差。若令，則式(1.1-15)可寫成(1.1-16)第34頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一1.3電子測量儀器概述測量儀器是將被測量轉(zhuǎn)換成可供直接觀察的指示值或等效信息的器具，包括各類指示儀器、比較儀器、記錄儀器、傳感器和變送器等。利用電子技術(shù)對各種待測量進(jìn)行測量的設(shè)備，統(tǒng)稱為電子測量儀器。為了正確地選擇測量方法，使用測量儀器和估價測量結(jié)果，本節(jié)將對電子測量儀器的一般情況，包括它的主要功能、主要性能指標(biāo)和分類做一些概括介紹。第35頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一一、測量儀器的功能各類測量儀表一般具有物理量的變換、信號的傳輸和測量結(jié)果的顯示等三種最基本的功能。第36頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一

1．變換功能對于電壓、電流等電學(xué)量的測量，是通過測量各種電效應(yīng)來達(dá)到目的的。比如作為模擬式儀表最基本構(gòu)成單元的動圈式檢流計(jì)(電流表)，就是將流過線圈的電流強(qiáng)度，轉(zhuǎn)化成與之成正比的扭矩而使儀表指針偏轉(zhuǎn)初始位置一個角度，根據(jù)角度偏轉(zhuǎn)大小(這可通過刻度盤上的刻度獲得)得到被測電流的大小，這就是一種很基本的變換功能。對非電量測量，更須將各種非電物理量如壓力、位移、溫度、濕度、亮度、顏色、物質(zhì)成份等，通過各種對之敏感的敏感元件(通常稱為傳感器)，第37頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一轉(zhuǎn)換成與之相關(guān)的電壓、電流等，而后再通過對電壓、電流的測量，得到被測物理量的大小。隨著測量技術(shù)的發(fā)展和需要，現(xiàn)在往往將傳感器、放大電路及其他有關(guān)部分構(gòu)成獨(dú)立的單元電路，將被測量轉(zhuǎn)換成模擬的或數(shù)字的標(biāo)準(zhǔn)電信號，送往測量和處理裝置，這樣的單元電路常稱為變送器，它是現(xiàn)代測量系統(tǒng)中極為重要的組成部分。第38頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一

1.傳輸功能在遙測遙控等系統(tǒng)中，現(xiàn)場測量結(jié)果經(jīng)變送器處理后，需經(jīng)較長距離的傳輸才能送到測試終端和控制臺。不管采用有線的還是無線的方式，傳輸過程中造成的信號失真和外界干擾等問題都會存在。因此，現(xiàn)代測量技術(shù)和測量儀器都必須認(rèn)真對待測量信息的丫專輸問題。第39頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一

3．顯示功能測量結(jié)果必須以某種方式顯示出采才有意義。因此，任何測量儀器都必須具備顯示功能。比如模擬式儀表通過指針在儀表度盤上的位置顯示測量結(jié)果，數(shù)字式儀表通過數(shù)碼管、液晶或陰極射線管顯示測量結(jié)果。除此而外，一些先進(jìn)的儀器如智能儀器等還具有數(shù)據(jù)記錄、處理及自檢、自校、報警提示等功能。第40頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一二、測量儀表的主要性能指標(biāo)從獲得的測量結(jié)果角度評價測量儀表的性能，主要包括以下幾個方面。

1.精度精度是指測量儀器的讀數(shù)或測量結(jié)果與被測量真值相一致的程度。對精度目前還沒有一個公認(rèn)的定量的數(shù)學(xué)表達(dá)式，因此常作為一個籠統(tǒng)的概念來使用，其含義是：精度高，表明誤差?。痪鹊?，表明誤差大。因此，精度不僅用來評價測量儀器的性能，也是評定測量結(jié)果最主要最基本的指標(biāo)。精度又可用精密度、正確度和準(zhǔn)確度三個指標(biāo)加以表征。第41頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一

(1)精密度精密度說明儀表指示值的分散性，表示在同一測量條件下對同一被測量進(jìn)行多次測量時，得到的測量結(jié)果的分散程度。它反映了隨機(jī)誤差的影響。精密度高意味著隨機(jī)誤差小，測量結(jié)果的重復(fù)性好。比如某電壓表的精密度為0.1V，即表示用它對同一電壓進(jìn)行測量時，得到的各次測量值的分散程度不大于0.1v。第42頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一

(2)正確度正確度說明儀表指示值與真值的接近程度。所謂真值是指待測量在特定狀態(tài)下所具有的真實(shí)值的大小。正確度反映了系統(tǒng)誤差(例如儀器中放大器的零點(diǎn)漂移、接觸電位差等等)的影響。正確度高則說明系統(tǒng)誤差小，比如某電壓表的正確度是0．1v，則表明用該電，壓表測量電壓時的指示值與真值之差不大于0．1V。我國電工儀表的分級，就是按正確度來確定的。第43頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一

(3)準(zhǔn)確度()

準(zhǔn)確度是精密度和正確度的綜合反映。準(zhǔn)確度高，說明精密度和正確度都高，也就意味著系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差都小，因而最終測量結(jié)果的可信賴度也高。第44頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一在具體的測量實(shí)踐中，可能會有這樣的情況：正確度較高而精密度較低，或者情況相反，相當(dāng)精密但欠正確。當(dāng)然理想的情況是既正確，又精密，即測量結(jié)果準(zhǔn)確度高。要獲得理想的結(jié)果，應(yīng)滿足三個方面的條件：即性能優(yōu)良的測量儀器、正確的測量方法和正確細(xì)心的測量操作。為了加深對精密度、正確度和準(zhǔn)確度三個概念的理解，可以以射擊打靶為例加以比喻。第45頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一圖1．4—1中，以靶心比作被測量真值，以靶上的彈著點(diǎn)表示測量結(jié)果。其中圖(o)彈著點(diǎn)分散而偏斜，對應(yīng)測量中既不精密，也不正確，即準(zhǔn)確度很低。圖(a)彈著點(diǎn)仍較分散，但總體而言大致都圍繞靶心，屬于正確而欠精密。圖(c)彈著點(diǎn)密集但明顯偏，向一方，屬于精密度高而正確度差。圖(d)彈著點(diǎn)相互很接近且都圍繞靶心，屬于既精密又正確因而準(zhǔn)確度很高的情況。第46頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一圖1．4—1用射擊比喻測量第47頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一

1.穩(wěn)定性穩(wěn)定性通常用穩(wěn)定度和影響量兩個參數(shù)來表征。穩(wěn)定度也稱穩(wěn)定誤差，是指在規(guī)定的時間區(qū)間，其他外界條件恒定不變的情況下，儀器示值變化的大小。造成這種示值變化的原因主要是儀器內(nèi)部各元器件的特性、參數(shù)不穩(wěn)定和老化等因素。穩(wěn)定度可用。示值絕對變化量與時間一起表示。第48頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一

3．輸入阻抗前面(見§1．3[例2])曾提到測量儀表的輸入阻抗對測量結(jié)果的影響。像電壓表、示波器等類儀表，測量時并接于待測電路兩端，如圖l，4—2所示。不難看出，測量儀表的接入改變了被測電路的阻抗特性，這種現(xiàn)象稱為負(fù)載效應(yīng)。為了減小測量儀表對待測電路的影響，提高測量精度，通常對這類測量儀表的輸入阻抗都有一定要求。第49頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一儀表的輸入阻抗一般用輸入電阻只i和輸入電容Cf表示。例如SX2172交流毫伏表在lV～300V的測量范圍內(nèi)的輸入阻抗為只Rt＝10MΩ，Ci<35pF；SR37A型示波器不經(jīng)探頭的輸入阻抗為只Ri＝1MQ，Ci

＝16pF。順便指出，對信號源等供給量儀器，還要考慮輸出阻抗，在高頻尤其是微波測量等場合，還必須注意阻抗的匹配。第50頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一圖1.4—2測量儀表的負(fù)載效應(yīng)第51頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一

4．靈敏度靈敏度表示測量儀表對被測量變化的敏感程度，一般定義為測量儀表指示值(指針的偏轉(zhuǎn)角度、數(shù)碼的變化、位移的大小等)增量△y與被測量增量△x之比。例如示波器在單位輸入電壓的作用下，示波管熒光屏上光點(diǎn)偏移的距離就定義為它的偏轉(zhuǎn)靈敏度，單位為cm／V，cm／mV等。對示波器而言，偏轉(zhuǎn)靈敏度的倒數(shù)稱為偏轉(zhuǎn)因數(shù)，單位為V／cm，mV／cm或mV／diV(每格)等。由于習(xí)慣用法和測量電壓讀數(shù)的方便，也常把偏轉(zhuǎn)因素當(dāng)作靈敏度。比如說SR37A型雙蹤示波器的最高偏轉(zhuǎn)靈敏度是2mV／cm，第52頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一表示輸入電壓變化2mV時，示波器熒光屏上光點(diǎn)產(chǎn)生1cm的位移，顯然，這里的偏轉(zhuǎn)靈敏度實(shí)際上是偏轉(zhuǎn)因數(shù)，不過，這樣一般不會引起人們的誤解。靈敏度的另一種表述方式叫作分辨力或分辨率，定義為測量儀表所能區(qū)分的被測量的最小變化量，在數(shù)字式儀表中經(jīng)常使用。第53頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一圖1.4—3歐姆表和數(shù)字電壓表的刻度特性曲線第54頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一

5．線性度線性度是測量儀表輸入輸出特性之一，表示儀表的輸出量(示值)隨輸入量(被測量)變化的規(guī)律。若儀表的輸出為y，輸入為2，，兩者關(guān)系用函數(shù)z＝f(x)表示，如果y＝f(x)為y一x平面上過原點(diǎn)的直線，則稱之為線性刻度特性，否則稱為非線性刻度特性。由于各類測量儀器的原理各異，不向的測量儀器可能呈現(xiàn)不同的刻度特性。如常用的萬用表的電阻檔，具有上凸的非線性刻度特性，而數(shù)字電壓表，具有線性刻度特性，分別如圖1．4—3中(a)、(b)所示。

第55頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一儀器的線性度可用線性誤差來表示，如SR46雙線示波器垂直系統(tǒng)的幅度線性誤差≤5％.第56頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一

6．動態(tài)特性測量儀表的動態(tài)特性表示儀表的輸出響應(yīng)隨輸入變化的能力。例如模擬電壓表由于動圈式表頭指針慣性、軸承摩擦、空氣阻尼等因素的作用，使得儀表的指針不能瞬間穩(wěn)定在固定值上。又如示波器的垂直偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，由于輸入電容等因素的影響，造成輸出波形對輸入信號的滯后與畸變，示波器的瞬態(tài)響應(yīng)就表示了這種儀器的動態(tài)特性。最后指出，上述測量儀器的幾個特性，是就一般而論，并非所有儀器都用上述特性加以考核。有些測量儀器除了上述指標(biāo)特性外，還有其他技術(shù)要求，這些具體問題都將在后邊有關(guān)章節(jié)中一一加以說明。第57頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一三、電子測量儀器的分類電子測量儀器的分類方法不一，如果按其功能，大致可分為下面幾類。

1.電平測量儀器它包括各種模擬式電壓表，毫伏表，數(shù)字式電壓表，電壓標(biāo)準(zhǔn)等。

1.電路參數(shù)測量儀器它包括各類電橋，Q表，R、L、C測試儀，晶體管或集成電路參數(shù)測試儀，圖示儀等。

第58頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一

3．頻率、時間、相位測量儀器這主要有電子計(jì)數(shù)式頻率計(jì)，石英鐘，數(shù)字式相位計(jì)，波長計(jì)等。

4.波形測量儀器它主要指各類示波器。如通用示波器，多蹤示波器，多掃描示波器，取樣示波器，以及記憶和數(shù)字存儲示波器等。

5．信號分析儀器它包括失真度儀，諧波分析儀，頻譜分析儀等。第59頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一

6．模擬電路特性測試儀器它包括掃頻儀，噪聲系數(shù)測試儀，網(wǎng)絡(luò)特性分析儀等。

7．?dāng)?shù)字電路特性測試儀器它主要指邏輯分析儀。這類儀器內(nèi)部多帶有微處理器或通過接口總線與外部計(jì)算機(jī)相聯(lián)，是數(shù)據(jù)域測量中不可缺少的設(shè)備。

第60頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一

8．測試用信號源它包括各類低頻和高頻信號發(fā)生器，脈沖信號發(fā)生器，函數(shù)發(fā)生器，掃頻和噪聲信號發(fā)生器等。由于它們的主要功能是作為測試用信號源，因此也叫供給量儀器.第61頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一1.5計(jì)量的基本概念在這一章的最后，介紹一些有關(guān)計(jì)量的基本概念。這些基礎(chǔ)知識是從事電子測量的人員應(yīng)該了解的。第62頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一一、計(jì)量計(jì)量和測量是互有聯(lián)系又有區(qū)別的兩個概念。測量是通過實(shí)驗(yàn)手段對客觀事物取得定量信息的過程，也就是利用實(shí)驗(yàn)手段把待測量直接或間接地與另一個同類已知量進(jìn)行比較，從而得到待測量值的過程。測量過程中所使用的器具和儀器就直接或間接地體現(xiàn)了已知量。測量結(jié)果的準(zhǔn)確與否，與所采用的測量方法、實(shí)際操作和作為比較標(biāo)準(zhǔn)的已知量的準(zhǔn)確程度都有著密切的關(guān)系。因此，體現(xiàn)已知量在測量過程中作為比較標(biāo)準(zhǔn)的各類量具、儀器儀表，必須定期進(jìn)行檢驗(yàn)和校準(zhǔn)，以保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性、可靠性和統(tǒng)一性，這個過程，稱為計(jì)量。第63頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一計(jì)量的定義不完全統(tǒng)一，目前較為一致的意見是：“計(jì)量是利用技術(shù)·陽法制手段實(shí)現(xiàn)單位統(tǒng)一和量值準(zhǔn)確可靠的測量?！庇?jì)量可看作測量的特殊形式，在計(jì)量：過程中，認(rèn)為所使用的量具和儀器是標(biāo)準(zhǔn)的，用它們來校準(zhǔn)、檢定受檢量具和儀器設(shè)備，以衡量和保證使用受檢量具儀器進(jìn)行測量時所獲得測量結(jié)果的可靠性。因此，計(jì)量又，是測量的基礎(chǔ)和依據(jù)。計(jì)量工作是國民經(jīng)濟(jì)中一項(xiàng)極為重要的技術(shù)基礎(chǔ)工作，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)技術(shù)、國防建設(shè)、國內(nèi)外貿(mào)易以及人民生活等各個方面起著技術(shù)保證和技術(shù)監(jiān)督作用。第64頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一我國國防科技戰(zhàn)線的卓越領(lǐng)導(dǎo)人聶榮臻元帥生前指出：“科技要發(fā)展，計(jì)量要先行”.《中華人民共和國計(jì)量法》第一條就指出，做好計(jì)量工作“有利于生產(chǎn)、貿(mào)易和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，適應(yīng)社會主義現(xiàn)代化建設(shè)的需要，維護(hù)國家、人民的利益”，這些都非常深刻地說明了計(jì)量工作的重要意義。第65頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一計(jì)量學(xué)是研究測量、保證測量統(tǒng)一和準(zhǔn)確的科學(xué)，它研究的主要內(nèi)容包括：計(jì)量和測量的方法、技術(shù)、量具及儀器設(shè)備等一般理論；計(jì)量單位的定義和轉(zhuǎn)換；量值的傳遞和保證量值統(tǒng)一所必須采取的措施、規(guī)程和法制等。第66頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一二、單位制任何測量都要有一個統(tǒng)一的體現(xiàn)計(jì)量單位的量作為標(biāo)準(zhǔn)，這樣的量稱作計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)。計(jì)量單位是有明確定義和名稱并令其數(shù)值為l的固定的量，例如長度單位l米(m)，時間單位土秒(s)等。計(jì)量單位必須以嚴(yán)格的科學(xué)理論為依據(jù)進(jìn)行定義。法定計(jì)量單位是國家以法令形式規(guī)定使用的計(jì)量單位，是統(tǒng)一計(jì)量單位制和單位量值的依據(jù)和基礎(chǔ)，因而具有統(tǒng)一性、權(quán)威性和法制性o1984年2月27日國務(wù)院在發(fā)布《關(guān)于在我國統(tǒng)一實(shí)行法定計(jì)量單位的命令》時指出：我國的計(jì)量單位一律采用《中華人民共和國法定計(jì)量單位》。第67頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一三、計(jì)量基準(zhǔn)基準(zhǔn)是指用當(dāng)代最先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)和工藝水平，以最高的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性建立起來的專門用以規(guī)定、保持和復(fù)現(xiàn)物理量計(jì)量單位的特殊量具或儀器裝置等。根據(jù)基準(zhǔn)的地位、性質(zhì)和用途，基準(zhǔn)通常又分為主基準(zhǔn)、副基準(zhǔn)和工作基準(zhǔn)，也分別稱作一級、二級和三級基準(zhǔn).第68頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一

1．主基準(zhǔn)主基準(zhǔn)也稱作原始基準(zhǔn)，是用來復(fù)現(xiàn)和保存計(jì)量單位，具有現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)所能達(dá)到的最高準(zhǔn)確度的計(jì)量器具，經(jīng)國家鑒定批準(zhǔn)，作為統(tǒng)一全國計(jì)量單位量值的最高依據(jù)。因此主基準(zhǔn)也叫國家基準(zhǔn)。第69頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一

1.副基準(zhǔn)通過直接或間接與國家基準(zhǔn)比對(意義見后)，確定其量值并經(jīng)國家鑒定批準(zhǔn)的計(jì)量器具。它在全國作為復(fù)現(xiàn)計(jì)量單位的副基準(zhǔn)，其地位僅次于國家基準(zhǔn)，平時用來代替國家基準(zhǔn)使用或驗(yàn)證國家基準(zhǔn)的變化.第70頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一

3．工作基準(zhǔn)經(jīng)與主基準(zhǔn)或副基準(zhǔn)校準(zhǔn)(意義見后)或比對，并經(jīng)國家鑒定批準(zhǔn)，實(shí)際用以檢定下屬計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)量器具。它在全國作為復(fù)現(xiàn)計(jì)量單位的地位僅在主基準(zhǔn)和副基準(zhǔn)之下。設(shè)置工作基準(zhǔn)的目的是不使主基準(zhǔn)和副基準(zhǔn)因頻繁使用而喪失原有的準(zhǔn)確度。應(yīng)當(dāng)了解，基準(zhǔn)本身并不一定剛好等于一個計(jì)量單位。例如銫-133原子頻率基準(zhǔn)所復(fù)現(xiàn)的時間值不是ls，而是(919261770)-ls，氪86長度基準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)的長度值不是1m。而是(1650763．73)-1m，標(biāo)準(zhǔn)電池復(fù)現(xiàn)的電壓值是1．0186V，不是lV等。第71頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一四、量值的傳遞與跟蹤，檢定與比對首先介紹幾個有關(guān)的概念。計(jì)量器具復(fù)現(xiàn)量值或?qū)⒈粶y量轉(zhuǎn)換成可直接觀測的指示值或等效信息的量具、儀器、裝置.第72頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具準(zhǔn)確度低于計(jì)量基準(zhǔn)，用于檢定計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)或工作計(jì)量器具的計(jì)量器具。它可按其準(zhǔn)確度等級分類，如1級、2級、3級、4級、5級標(biāo)準(zhǔn)砝碼。標(biāo)準(zhǔn)器具按其法律地位可分為三類：①社會公用計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)指縣以上地方政府計(jì)量部門建立的，作為統(tǒng)一本地區(qū)量值的依據(jù)，并對社會實(shí)施計(jì)量監(jiān)督具有公證作用的各項(xiàng)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)。②部門使用的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)是省級以上政府有關(guān)主管部門組織建立的統(tǒng)一本部門量值依據(jù)的各項(xiàng)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)。③企事業(yè)單位使用的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)是企業(yè)、事業(yè)單位組織建立的作為本單位量值依據(jù)的各項(xiàng)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn).第73頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一工作計(jì)量器具工作崗位上使用，不用于進(jìn)行量值傳遞而是直接用來測量被測對象量值的計(jì)量器具。比對在規(guī)定條件下，對相同準(zhǔn)確度等級的同類基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)或工作計(jì)量器具之間的量值進(jìn)行比較，其目的是考核量值的一致性。檢定是用高一等級準(zhǔn)確度的計(jì)量器具對低一等級的計(jì)量器具進(jìn)行比較，以達(dá)到全面評定被檢計(jì)量器具的計(jì)量性能是否合格的目的。一般要求計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)確度為被檢者的l／3到l／10。第74頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一校準(zhǔn)校準(zhǔn)是指被校的計(jì)量器具與高一等級的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)相比較，以確定被校計(jì)量器具的示值誤差(有時也包括確定被校器具的其他計(jì)量性能)的全部工作。一般而言，檢定要比校準(zhǔn)包括更廣泛的內(nèi)容。量值的傳遞與跟蹤指的是把一個物理量單位通過各級基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)及相應(yīng)的輔助手段準(zhǔn)確地傳遞到日常工作中所使用的測量儀器、量具，以保證量值統(tǒng)一的全過程。第75頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一如前所述，測量就是利用實(shí)驗(yàn)手段，借助各種測量儀器量具(它們作為和未知量比較的標(biāo)準(zhǔn))，獲得未知量量值的過程。顯然，為了保證測量結(jié)果的統(tǒng)一、準(zhǔn)確、可靠，必須要求作為比較標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)確、統(tǒng)一、可靠。因此，測量儀器量具在制造完畢時，必須按著規(guī)定等級的標(biāo)準(zhǔn)(工作標(biāo)準(zhǔn))進(jìn)行校準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)又要定期地用更高等級的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢定，一直到國家級工作基準(zhǔn)，如此逐級進(jìn)行。同樣，測量儀器量具在使用過程中也要按著法定規(guī)程(包括檢定方法，檢定設(shè)備，檢定步驟，以及對受檢儀器量具給出誤差的方式等)，定期由上級計(jì)量部門進(jìn)行檢定，并發(fā)給檢定合格證書。第76頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一沒有合格證書或證書失效(比如超過有效期)者，該儀器的精度指標(biāo)及測量結(jié)果只能作為參考。檢定、比對和校準(zhǔn)是各級計(jì)量部門的重要業(yè)務(wù)活動，正是通過這些業(yè)務(wù)活動和國家有關(guān)法令、法規(guī)的執(zhí)行，將全國各地區(qū)、各部門、各行業(yè)、各單位都納入法律規(guī)定的完整計(jì)量體系中，從而保證現(xiàn)代社會中的生產(chǎn)、科研、貿(mào)易、日常生活等各個環(huán)節(jié)的順利運(yùn)行和健康發(fā)展。第77頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一小結(jié)

1．電子測量的內(nèi)容①電能量測量；②電信號特性測量；⑧電路元器件參數(shù)測量；④電子設(shè)備性能測量；⑤非電量測量。

1.電子測量的特點(diǎn)①測量頻率范圍寬；②測量量程廣；⑧測量準(zhǔn)確度高低相差懸殊；①測量速度快；⑤可實(shí)現(xiàn)遙測；⑥易于實(shí)現(xiàn)測量智能化和自動化；⑦測量結(jié)果影響因素眾多，誤差分析困難。第78頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一

3．測量方法分類按測量手續(xù)分類——①直接測量；②間接測量；⑧組合測量。按測量方式分類——①偏差式測量；②零位式測量；⑧微差式測量。按被測量性質(zhì)分類——①時域測量；②頻域測量；⑧數(shù)據(jù)域測量；④隨機(jī)測量。

4．測量儀器的主要性能指標(biāo)①精度；②穩(wěn)定性；③輸入阻抗；④靈敏度；⑤線性度；⑥動態(tài)特性。第79頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一

5．計(jì)量的基本概念計(jì)量是用規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)已知量作單位和同類型未知量相比較而加以檢定的過程。國家以法律形式規(guī)定全國統(tǒng)一執(zhí)行的計(jì)量單位制及其他有關(guān)計(jì)量法規(guī)。計(jì)量工作是國民經(jīng)濟(jì)中一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)工作。量值的傳遞和跟蹤，檢定和比對，是國家計(jì)量工作統(tǒng)一性和權(quán)威性的重要保證。

第80頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一習(xí)題一

1.1解釋名詞：①測量；②電子測量.1.2敘述直接測量、間接測量、組合測量的特點(diǎn)，并各舉一兩個測量實(shí)例.1.3解釋偏差式、零位式和微差式測量法的含義，并列舉測量實(shí)例。

1.4敘述電子測量的主要內(nèi)容o1.5列舉電子測量的主要特點(diǎn).第81頁，共89頁，2023年，2月20日，星期一

1.6選擇測量方法時主要考慮的因素有哪些?1.7設(shè)某待測量的真值為土0．00，用不同的方法和儀器得到下列三組測量數(shù)據(jù)