電子測(cè)量與儀器基礎(chǔ)知識(shí)

電子測(cè)量與儀器基礎(chǔ)知識(shí)第一頁(yè)，共三十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日教學(xué)導(dǎo)航教知識(shí)重點(diǎn)1.電子測(cè)量的內(nèi)容。2.電子測(cè)量方法的分類(lèi)。3.測(cè)量誤差的表示方法、來(lái)源及分類(lèi)。4.測(cè)量結(jié)果的表示。5.電子測(cè)量?jī)x器的分類(lèi)及誤差。知識(shí)難點(diǎn)1.測(cè)量誤差的表示方法。2.測(cè)量結(jié)果的表示。3.有效數(shù)字的處理。推薦教學(xué)方式1.從測(cè)量誤差的實(shí)際應(yīng)用入手，通過(guò)對(duì)應(yīng)用的分析，加深對(duì)測(cè)量誤差的感性認(rèn)識(shí)。2.另舉一實(shí)例，進(jìn)行案例分析，介紹測(cè)量誤差，鞏固理論知識(shí)，將理論與實(shí)際結(jié)合起來(lái)，同時(shí)拓展學(xué)生知識(shí)面。建議學(xué)時(shí)4學(xué)時(shí)學(xué)推薦學(xué)習(xí)方法1.本章注重對(duì)概念、各種測(cè)量?jī)x器分類(lèi)、誤差等的理解。2.通過(guò)案例，掌握測(cè)量誤差，并對(duì)它進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用。3.查有關(guān)資料，加深理解，拓展知識(shí)面。必須掌握的理論知識(shí)1.測(cè)量誤差的表示方法、來(lái)源及分類(lèi)。2.測(cè)量結(jié)果的表示。必須掌握的技能能夠熟練認(rèn)識(shí)各種測(cè)量?jī)x器并能正確表示測(cè)量結(jié)果。第二頁(yè)，共三十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日1.1測(cè)量及其意義

測(cè)量是人類(lèi)對(duì)客觀事物取得數(shù)量概念的認(rèn)識(shí)過(guò)程。在這種認(rèn)識(shí)過(guò)程中，人們依據(jù)一定的理論，借助于專(zhuān)門(mén)的設(shè)備，通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法求出被測(cè)量的量值或確定一些量值的依從關(guān)系。

測(cè)量結(jié)果的量值由兩部分組成：數(shù)值（大小及符號(hào)）和相應(yīng)的單位名稱(chēng)。沒(méi)有單位的量值是沒(méi)有物理意義的。第三頁(yè)，共三十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日

測(cè)量是一種比較過(guò)程，把被測(cè)量與同種類(lèi)的單位量通過(guò)一定的測(cè)量方法進(jìn)行比較，以確定被測(cè)量是該單位的若干倍。被測(cè)量的數(shù)值與所選單位成反比。第四頁(yè)，共三十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日1.2功放靜態(tài)參數(shù)測(cè)量與調(diào)試第五頁(yè)，共三十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日

電子測(cè)量涉及極寬頻率范圍內(nèi)所有電量、磁量以及各種非電量的測(cè)量。目前，電子測(cè)量不僅因?yàn)槠鋺?yīng)用廣泛而成為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中不可缺少的手段，同時(shí)也是一門(mén)發(fā)展迅速、對(duì)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展起著重大推動(dòng)作用的獨(dú)立學(xué)科。從某種意義上說(shuō)，近代科學(xué)技術(shù)的水平是由電子測(cè)量的水平來(lái)保證和體現(xiàn)的。電子測(cè)量的水平是衡量一個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)水平的重要標(biāo)志之一。1、電子測(cè)量的意義第六頁(yè)，共三十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日2、電子測(cè)量的內(nèi)容1)、電能量的測(cè)量，如電流、電壓、功率等的測(cè)量。2）、電路、元器件參數(shù)的測(cè)量，電阻、電感、電容、阻抗的品質(zhì)因數(shù)、電子器件參數(shù)等的測(cè)量。3）、電信號(hào)特性的測(cè)量，如頻率、波形、周期、時(shí)間、相位、諧波失真度、調(diào)幅度及邏輯狀態(tài)等的測(cè)量。4）、電路性能的測(cè)量，如放大倍數(shù)、衰減量、靈敏度、通頻帶、噪聲指數(shù)等的測(cè)量。5）、特性曲線的顯示，如幅頻特性、器件特性等的顯示。第七頁(yè)，共三十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日3、電子測(cè)量的特點(diǎn)1）、測(cè)量頻率范圍寬2）、量程寬3）、測(cè)量準(zhǔn)確度高4）、測(cè)量速度快5）、易于實(shí)現(xiàn)遙測(cè)6）、易于實(shí)現(xiàn)測(cè)量自動(dòng)化和測(cè)量?jī)x器微機(jī)化第八頁(yè)，共三十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日1.3電子測(cè)量方法的分類(lèi)第九頁(yè)，共三十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日1、按測(cè)量方式分類(lèi)1）、直接測(cè)量2）、間接測(cè)量3）、組合測(cè)量第十頁(yè)，共三十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日2、按被測(cè)信號(hào)的性質(zhì)分類(lèi)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)量第十一頁(yè)，共三十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日3、選擇測(cè)量方法的原則根據(jù)被測(cè)量本身的特性、所需要的精確程度、環(huán)境條件及所具有的測(cè)量設(shè)備等因素，綜合考慮，選擇合適的測(cè)量方法。只有選擇正確的測(cè)量方法，才能使測(cè)量得到精確的測(cè)量結(jié)果；否則，可能會(huì)出現(xiàn)下列問(wèn)題：1.出錯(cuò)誤的測(cè)量數(shù)據(jù)，測(cè)量結(jié)果不能信賴(lài)。2.壞測(cè)量?jī)x器、儀表或被測(cè)設(shè)備、元器件。在選擇測(cè)量方法時(shí)，如果必要，還要制訂正確的測(cè)量方案。第十二頁(yè)，共三十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日1.4測(cè)量誤差的基本概念第十三頁(yè)，共三十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日1、測(cè)量誤差的表示方法測(cè)量誤差有兩種表示方法：絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差。1）、絕對(duì)誤差（1）定義：由測(cè)量所得到的被測(cè)量值x與其真值之差，稱(chēng)為絕對(duì)誤差，即

(2.1)式中，為絕對(duì)誤差。由于測(cè)量結(jié)果x總含有誤差，x可能比大，亦可能比小，因此既有大小，又有正、負(fù)。其量綱和測(cè)量值相同。第十四頁(yè)，共三十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日【例1-1】?jī)蓚€(gè)電壓的實(shí)際值分別為U1A=100V，U2A=10V；測(cè)量值分別為U1x=98V，U2x=9V。求兩次測(cè)量的絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差。解：△U1=U1x—U1A=98—100=-2V△U2=U2x—U2A=9—10=-1V|△U1|＞|△U2|，兩者的相對(duì)誤差分別為

，說(shuō)明U2的測(cè)量準(zhǔn)確度低于U1。第十五頁(yè)，共三十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日【例1-2】被測(cè)電壓的實(shí)際值在10V左右，現(xiàn)有150V、0.5級(jí)和15V、1.5級(jí)兩塊電壓表，問(wèn)選用哪塊表更為合適？解：若使用150V、0.5級(jí)電壓表它的最大絕對(duì)誤差為：若表頭的示值為10V，則測(cè)量的相對(duì)誤差為同理，用15V、1.5級(jí)電壓表測(cè)量，則相對(duì)誤差為：顯然，應(yīng)選用15V、1.5級(jí)電壓表。說(shuō)明：由此可見(jiàn)，在測(cè)量中，應(yīng)根據(jù)被測(cè)量的大小，合理選擇儀表量程，并兼顧準(zhǔn)確度等級(jí)，而不能片面追求儀表的級(jí)別第十六頁(yè)，共三十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日1、測(cè)量誤差的表示方法（2）修正值與絕對(duì)誤差的絕對(duì)值大小相等，但符號(hào)相反的量值，稱(chēng)為修正值，用c表示。（2.3）對(duì)測(cè)量?jī)x器進(jìn)行定期檢查時(shí)，用標(biāo)準(zhǔn)儀器與受檢儀器相對(duì)比，以表格、曲線或公式的形式給出受檢儀器的修正值。在日常測(cè)量中，使用該受檢儀器測(cè)量所得到的結(jié)果應(yīng)加上修正值，以求得被測(cè)量的實(shí)際值，即（2.4）第十七頁(yè)，共三十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日1、測(cè)量誤差的表示方法2）相對(duì)誤差絕對(duì)誤差雖然可以說(shuō)明測(cè)量結(jié)果偏離實(shí)際值的情況，但不能確切反映測(cè)量的準(zhǔn)確程度，不便于看出對(duì)整個(gè)測(cè)量結(jié)果的影響。因此，除絕對(duì)誤差外，還有相對(duì)誤差。絕對(duì)誤差與被測(cè)量的真值之比，稱(chēng)為相對(duì)誤差（或稱(chēng)相對(duì)真誤差），用表示（2.5）第十八頁(yè)，共三十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日2、測(cè)量誤差的來(lái)源1）、儀器誤差2）、理論誤差和方法誤差3）、影響誤差4)、人身誤差第十九頁(yè)，共三十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日3、測(cè)量誤差的分類(lèi)1）、系統(tǒng)誤差2）、隨機(jī)誤差3）、疏失誤差第二十頁(yè)，共三十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日1.5測(cè)量結(jié)果的表示及有效數(shù)字第二十一頁(yè)，共三十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日1、測(cè)量結(jié)果的表示測(cè)量結(jié)果的數(shù)字式表示：它包括一定的數(shù)值（絕對(duì)值的大小及符號(hào)）和相應(yīng)的計(jì)量單位。例如7.1V、465kHz等。有時(shí)為了說(shuō)明測(cè)量結(jié)果的可信度，在表示測(cè)量結(jié)果時(shí)，還要同時(shí)注明其測(cè)量誤差值或范圍。例如（4.32±0.01）V，（465±1）kHz等。第二十二頁(yè)，共三十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日2、有效數(shù)字及有效數(shù)字位有效數(shù)字：指從最左面一位非零數(shù)字算起，到含有誤差的那位存疑數(shù)字為止的所有數(shù)字。有效數(shù)字位數(shù)的確定應(yīng)掌握以下幾方面的內(nèi)容：①有效數(shù)字位與測(cè)量誤差的關(guān)系，原則上可以從有效數(shù)字的位數(shù)估計(jì)出測(cè)量誤差，一般規(guī)定誤差不超過(guò)有效數(shù)字末位單位的一半。例如1.00A，則測(cè)量誤差不超過(guò)±0.005A。第二十三頁(yè)，共三十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日2、有效數(shù)字及有效數(shù)字位②“0”在最左面為非有效數(shù)字。例如0.03kΩ，兩個(gè)零均為非有效數(shù)字?！?”在最右面或兩非零數(shù)字之間均為有效數(shù)字，不得在數(shù)據(jù)的右面隨意加“0”。③有效數(shù)字不能因選用的單位變化而改變。如測(cè)量結(jié)果為2.0A，它的有效數(shù)字為二位。如改用mA做單位，將2.0A改寫(xiě)成2000mA，則有效數(shù)字變成四位，是錯(cuò)誤的，應(yīng)改寫(xiě)成，此時(shí)它的有效數(shù)字仍為二位。第二十四頁(yè)，共三十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日3、數(shù)字的舍入規(guī)則超過(guò)保留位數(shù)的有效數(shù)字，應(yīng)予刪略。刪略的原則如下：（1）四舍六入。（2）若大于保留數(shù)字末位數(shù)為“5”時(shí)①如“5”后為非0數(shù)，則“入”②如“5”后為0,則“求偶數(shù)法則”，——即是原為奇數(shù)則加1變?yōu)榕紨?shù)，原為偶數(shù)不變?！纠?-3】將下列數(shù)字保留三位有效數(shù)字。解：25.534→25.533.461→33.568.45001→68.443.35→43.453.45→53.4900000→9.00×105

由上述可見(jiàn)，經(jīng)過(guò)數(shù)字舍入后，末位是欠準(zhǔn)數(shù)字（或叫存疑數(shù)字），末位以前的數(shù)字為準(zhǔn)確數(shù)字，末位欠準(zhǔn)的程度不超過(guò)該位單位的一半。第二十五頁(yè)，共三十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日4、有效數(shù)字的運(yùn)算加、減運(yùn)算，有效數(shù)字的取舍以小數(shù)點(diǎn)后有效數(shù)字位數(shù)最少的那一項(xiàng)為準(zhǔn)。乘、除運(yùn)算，有效數(shù)字的取舍決定于有效數(shù)字最少的一項(xiàng)數(shù)據(jù)而與小數(shù)點(diǎn)無(wú)關(guān)?！纠?-3】對(duì)下列數(shù)據(jù)式子進(jìn)行有效數(shù)字的計(jì)算：6.362+2.4+2.315；24.31×0.42÷2.09。解：6.362+2.4+2.355=6.4+2.4+2.4=1124.31×0.42÷2.09=24×0.42÷2.1=27第二十六頁(yè)，共三十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日1.6電子測(cè)量?jī)x器的分類(lèi)與誤差第二十七頁(yè)，共三十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日1、電子測(cè)量?jī)x器的分類(lèi)

電子測(cè)量?jī)x器一般分為專(zhuān)用儀器和通用儀器兩大類(lèi)。本課程主要討論后者。通用儀器是為了測(cè)量某一個(gè)或某一些基本電參量而設(shè)計(jì)的，它能用于各種電子測(cè)量。通用儀器按照功能，可作如下分類(lèi)。1）、信號(hào)發(fā)生器2）、電平測(cè)量?jī)x器3）、信號(hào)分析儀器4）、頻率、時(shí)間和相位測(cè)量?jī)x器第二十八頁(yè)，共三十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日1、電子測(cè)量?jī)x器的分類(lèi)5）、網(wǎng)絡(luò)特性測(cè)量?jī)x6）、電子元器件測(cè)試儀7）、電波特性測(cè)試儀8）、邏輯分析儀9）、輔助儀器10）、微機(jī)化儀器第二十九頁(yè)，共三十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日2、電子測(cè)量的誤差

在電子測(cè)量中，由于電子測(cè)量?jī)x器本身性能不完善所產(chǎn)生的誤差，稱(chēng)為電子測(cè)量?jī)x器的誤差。它包括以下幾類(lèi)。1）、固