電子測量與儀器基礎(chǔ)知識

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

測量是人類對客觀事物取得數(shù)量概念的認(rèn)識過程。在這種認(rèn)識過程中，人們依據(jù)一定的理論，借助于專門的設(shè)備，通過實驗的方法求出被測量的量值或確定一些量值的依從關(guān)系。

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

測量是一種比較過程，把被測量與同種類的單位量通過一定的測量方法進行比較，以確定被測量是該單位的若干倍。被測量的數(shù)值與所選單位成反比。第四頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期日1.2功放靜態(tài)參數(shù)測量與調(diào)試第五頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期日

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

(2.1)式中，為絕對誤差。由于測量結(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。其量綱和測量值相同。第十四頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期日【例1-1】兩個電壓的實際值分別為U1A=100V，U2A=10V；測量值分別為U1x=98V，U2x=9V。求兩次測量的絕對誤差和相對誤差。解：△U1=U1x—U1A=98—100=-2V△U2=U2x—U2A=9—10=-1V|△U1|＞|△U2|，兩者的相對誤差分別為

，說明U2的測量準(zhǔn)確度低于U1。第十五頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期日【例1-2】被測電壓的實際值在10V左右，現(xiàn)有150V、0.5級和15V、1.5級兩塊電壓表，問選用哪塊表更為合適？解：若使用150V、0.5級電壓表它的最大絕對誤差為：若表頭的示值為10V，則測量的相對誤差為同理，用15V、1.5級電壓表測量，則相對誤差為：顯然，應(yīng)選用15V、1.5級電壓表。說明：由此可見，在測量中，應(yīng)根據(jù)被測量的大小，合理選擇儀表量程，并兼顧準(zhǔn)確度等級，而不能片面追求儀表的級別第十六頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期日1、測量誤差的表示方法（2）修正值與絕對誤差的絕對值大小相等，但符號相反的量值，稱為修正值，用c表示。（2.3）對測量儀器進行定期檢查時，用標(biāo)準(zhǔn)儀器與受檢儀器相對比，以表格、曲線或公式的形式給出受檢儀器的修正值。在日常測量中，使用該受檢儀器測量所得到的結(jié)果應(yīng)加上修正值，以求得被測量的實際值，即（2.4）第十七頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期日1、測量誤差的表示方法2）相對誤差絕對誤差雖然可以說明測量結(jié)果偏離實際值的情況，但不能確切反映測量的準(zhǔn)確程度，不便于看出對整個測量結(jié)果的影響。因此，除絕對誤差外，還有相對誤差。絕對誤差與被測量的真值之比，稱為相對誤差（或稱相對真誤差），用表示（2.5）第十八頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期日2、測量誤差的來源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，共三十一頁，編輯于2023年，星期日3、測量誤差的分類1）、系統(tǒng)誤差2）、隨機誤差3）、疏失誤差第二十頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期日1.5測量結(jié)果的表示及有效數(shù)字第二十一頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期日1、測量結(jié)果的表示測量結(jié)果的數(shù)字式表示：它包括一定的數(shù)值（絕對值的大小及符號）和相應(yīng)的計量單位。例如7.1V、465kHz等。有時為了說明測量結(jié)果的可信度，在表示測量結(jié)果時，還要同時注明其測量誤差值或范圍。例如（4.32±0.01）V，（465±1）kHz等。第二十二頁，共三十一頁，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)字位與測量誤差的關(guān)系，原則上可以從有效數(shù)字的位數(shù)估計出測量誤差，一般規(guī)定誤差不超過有效數(shù)字末位單位的一半。例如1.00A，則測量誤差不超過±0.005A。第二十三頁，共三十一頁，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，兩個零均為非有效數(shù)字。“0”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改寫成2000mA，則有效數(shù)字變成四位，是錯誤的，應(yīng)改寫成，此時它的有效數(shù)字仍為二位。第二十四頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期日3、數(shù)字的舍入規(guī)則超過保留位數(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。【例1-3】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，經(jīng)過數(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)的程度不超過該位單位的一半。第二十五頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期日4、有效數(shù)字的運算加、減運算，有效數(shù)字的取舍以小數(shù)點后有效數(shù)字位數(shù)最少的那一項為準(zhǔn)。乘、除運算，有效數(shù)字的取舍決定于有效數(shù)字最少的一項數(shù)據(jù)而與小數(shù)點無關(guān)。【例1-3】對下列數(shù)據(jù)式子進行有效數(shù)字的計算：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，共三十一頁，編輯于2023年，星期日1.6電子測量儀器的分類與誤差第二十七頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期日1、電子測量儀器的分類

電子測量儀器一般分為專用儀器和通用儀器兩大類。本課程主要討論后者。通用儀器是為了測量某一個或某一些基本電參量而設(shè)計的，它能用于各種電子測量。通用儀器按照功能，可作如下分類。1）、信號發(fā)生器2）、電平測量儀器3）、信號分析儀器4）、頻率、時間和相位測量儀器第二十八頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期日1、電子測量儀器的分類5）、網(wǎng)絡(luò)特性測量儀6）、電子元器件測試儀7）、電波特性測試儀8）、邏輯分析儀9）、輔助儀器10）、微機化儀器第二十九頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期日2、電子測量的誤差

在電子測量中，由于電子測量儀器本身性能不完善所產(chǎn)生的誤差，稱為電子測量儀器的誤差。它包括以下幾類。1）、固