電子測量總復(fù)習(xí)

電子測量總復(fù)習(xí)1、緒論測量的根本概念，即測量是測量主體通過比較的方法，對被測對象取得定量信息〔即量值〕的實(shí)驗(yàn)過程，是人類獲取信息的根本手段，是認(rèn)識(shí)客觀世界的主要工具。測量具有很重要的意義，“沒有測量，就沒有科學(xué)〞，也沒有現(xiàn)代文明。電子測量是指利用電子科學(xué)技術(shù)手段進(jìn)行的測量，它是測量學(xué)和電子學(xué)相結(jié)合的結(jié)晶，它處于信息源頭的地位，是電子信息科學(xué)技術(shù)十分重要且開展迅速的一個(gè)分支。電子測量的內(nèi)容〔1〕能量的測量對電流、電壓、功率、電場強(qiáng)度等參量〔2〕電路參數(shù)的測量對電阻、電感、電容、阻抗、品質(zhì)因數(shù)、損耗率等參量〔3〕信號(hào)特性的測量對頻率、周期、時(shí)間、相位、調(diào)制系數(shù)、失真度等參量〔4〕電子設(shè)備性能的測量對通頻帶、選擇性、放大倍數(shù)、衰減量、靈敏度、信噪比等參量〔5〕特性曲線的測量對幅頻特性、相頻特性、器件特性等特性曲線電子測量的特點(diǎn)〔1〕頻率范圍寬〔2〕量程廣〔3〕精確度高〔4〕測量速度快〔5〕便于實(shí)現(xiàn)遙測遙控〔6〕易于實(shí)現(xiàn)測量過程自動(dòng)化電子測量的方法

直接測量間接測量組合測量偏差式測量法〔直讀法〕零位式測量法〔比較測量法〕微差式測量法

時(shí)域測量頻域測量數(shù)據(jù)域測量隨機(jī)測量

③按測量性質(zhì)分：①按測量手段分：②按測量方式分：④按物理量時(shí)間性質(zhì)分：靜態(tài)〔直流〕測量穩(wěn)態(tài)〔交流〕測量動(dòng)態(tài)〔脈沖〕測量測量方法的選擇原那么正確可靠的測量結(jié)果=正確選擇測量方法和測量儀器+正確操作+正確處理測量數(shù)據(jù)正確選擇測量方法考慮的主要因素：被測量本身的特性所要求的測量準(zhǔn)確度測量環(huán)境現(xiàn)有測量設(shè)備等否那么，即便使用價(jià)值昂貴的精密儀器設(shè)備，也不一定能夠得到準(zhǔn)確的結(jié)果，甚至可能損壞測量儀器和被測設(shè)備。電子測量儀器：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。電子測量儀器的功能〔三大功能)電子測量儀器的分類電子測量儀器的誤差：固有誤差、根本誤差、工作誤差、影響誤差、穩(wěn)定誤差1計(jì)量是為了保證量值的統(tǒng)一和準(zhǔn)確一致的一種測量，即是一種特殊的測量。它具有統(tǒng)一性、準(zhǔn)確性和法制性的三個(gè)主要特征；測量基準(zhǔn)具有權(quán)威性和相對性；測量標(biāo)準(zhǔn)的傳遞是從上到下，逐級傳遞。國際單位制〔SI〕計(jì)量器具按作用可分為計(jì)量基準(zhǔn)、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)和工作計(jì)量器具三類量值的傳遞與跟蹤、檢定與比對1〔5〕介紹了測量的量值比較原理，包括基于比例變換的間接比較法、基于差值示零的直接比較法和復(fù)合比較法?！?〕討論了實(shí)現(xiàn)測量的根本技術(shù)，即變換、比較、處理和顯示技術(shù)。第2章誤差與不確定度測量誤差:測量誤差的來源：儀器誤差、方法誤差、理論誤差、影響誤差、人身誤差誤差的表示方法：絕對誤差〔修正值〕、相對誤差〔真值相對誤差、實(shí)際值相對誤差、測量值〔示值〕相對誤差；滿度誤差〕根據(jù)測量誤差的性質(zhì)，測量誤差可分為隨機(jī)誤差、系統(tǒng)誤差、粗大誤差三類測量精度：精密度：隨機(jī)誤差影響、正確度：系統(tǒng)誤差影響、準(zhǔn)確度：精密度和正確度的綜合歸納：有限次測值的算術(shù)平均值和標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算步驟：(1)列出測量值的數(shù)據(jù)表

(2)計(jì)算算術(shù)平均值

(3)殘差

(4)標(biāo)準(zhǔn)差的估計(jì)值〔實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差〕(5)算術(shù)平均值標(biāo)準(zhǔn)差的估計(jì)值

隨機(jī)誤差性質(zhì)：服從正態(tài)分布，具有以下4個(gè)特性：對稱性、單峰性、有界性、抵償性粗大誤差無規(guī)律可循，故必須當(dāng)作壞值予以剔除。具體檢驗(yàn)方法常見的有三種：萊特檢驗(yàn)法〔n>200〕、格拉布斯檢驗(yàn)法〔理論與實(shí)驗(yàn)證明較好〕、中位數(shù)檢驗(yàn)法系統(tǒng)誤差表現(xiàn)出恒偏大、恒偏小或周期性的特點(diǎn)〔有規(guī)律性〕。增加測量次數(shù)不能減少系統(tǒng)誤差,只能從方法、理論、儀器等方面的改進(jìn)與修正來實(shí)現(xiàn)。恒定系統(tǒng)誤差的檢查和處理1)改變測量條件2)理論分析計(jì)算3)用高檔儀器比對、校準(zhǔn)4)統(tǒng)計(jì)法變值系差的判定：1)剩余誤差觀察法2〕累進(jìn)性系差的判別—馬利科夫判據(jù)3)周期性系差的判別——阿貝—赫梅特判據(jù)削弱系統(tǒng)誤差的典型技術(shù)：零示法、替代法〔置換法〕、交換法〔對照法〕、微差法絕對誤差的傳遞公式相對誤差傳遞公式等準(zhǔn)確度分配等作用分配抓住主要誤差項(xiàng)進(jìn)行分配最正確測量方案的選擇：函數(shù)形式的選擇、測量點(diǎn)的選擇測量不確定度：表征合理地賦予被測量之值的分散性，與測量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)。測量結(jié)果的表示〔三要素〕Y=y±U〔單位〕不確定度標(biāo)準(zhǔn)不確定度擴(kuò)展(展伸)不確定度〔擴(kuò)大uC的置信區(qū)間，提高置信概率〕A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度uA〔由屢次測值求標(biāo)準(zhǔn)差獲得〕B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度uB〔查已有信息求得〕合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uC〔A、B類的合成；多個(gè)不確定度合成〕數(shù)字的舍入〔修約〕規(guī)那么測量數(shù)據(jù)的三種表示：列表法、圖示法和公式法。第3章信號(hào)發(fā)生器測量用信號(hào)發(fā)生器，通常稱為信號(hào)源。信號(hào)發(fā)生器的功用：作鼓勵(lì)源、信號(hào)仿真、校準(zhǔn)源信號(hào)發(fā)生器的分類正弦信號(hào)發(fā)生器的性能指標(biāo)：輸出特性、頻率特性、調(diào)制特性低頻信號(hào)發(fā)生器：組成原理框圖、主振蕩器大多都采用文氏橋式振蕩器、其特點(diǎn)是頻率穩(wěn)定，易于調(diào)節(jié)，并且波形失真小和易于穩(wěn)幅。輸出電壓的調(diào)節(jié)和測讀高頻信號(hào)發(fā)生器：組成原理、主振級通常是LC三點(diǎn)式振蕩電路脈沖信號(hào)發(fā)生器、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器：組成原理頻率合成的方法直接數(shù)字頻率合成法（DDS）間接鎖相式合成法（DirectAnalogFrequencySynthesis）（DirectDigitalFrequencySynthesis）直接模擬頻率合成法（DAFS）信號(hào)源主振級頻率準(zhǔn)確度頻率穩(wěn)定度通用信號(hào)源RC、LC振蕩器10-2量級10-3～10-4合成信號(hào)源晶體振蕩器10-8量級10-7量級直接模擬頻率合成法：頻率分辨力高、頻率切換快、電路龐大、復(fù)雜直接數(shù)字合成間接合成法即鎖相合成法，它是利用鎖相環(huán)〔PLL〕的頻率合成方法。PD兩輸入頻率相等根本鎖相環(huán)路是由相位比較器〔PD〕，壓控振蕩器〔VCO〕和環(huán)路濾波器〔LPF〕組成的閉合環(huán)路。輸出頻率高，結(jié)構(gòu)簡單，易于集成計(jì)算機(jī)控制，頻譜純度好。頻率切換速度慢100GHz(微波)ms級間接鎖相頻率切換速度快，頻率分辨率高、頻率相位易于程控，可得任意波形處理器A/D轉(zhuǎn)換器速度限制，使頻率上限相對較低，雜散較大300MHzμs級直接數(shù)字工作可靠，頻率切換速度快，相位噪聲低，硬件電路復(fù)雜100MHzμs級直接模擬主要特點(diǎn)最高工作頻率速度合成方法第4章時(shí)頻測量時(shí)間和頻率的標(biāo)準(zhǔn)電子計(jì)數(shù)法測頻:原理框圖誤差電子計(jì)數(shù)法測量周期的原理框圖誤差中界頻率通用計(jì)數(shù)器：可測量頻率、頻率比、周期、時(shí)間間隔、累加計(jì)數(shù)等。其測量功能可擴(kuò)展電子計(jì)數(shù)器性能的改進(jìn)：多周期同步測頻〔智能計(jì)數(shù)器〕、提高時(shí)間分辨力的方法、微波計(jì)數(shù)器頻率穩(wěn)定度的測量和頻率比對 衡量基準(zhǔn)源好壞的判斷方法，包括長期穩(wěn)定度和短期穩(wěn)定度；穩(wěn)定度的時(shí)域表征和頻域表征等內(nèi)容。第5章電壓測量電壓測量的重要性、電壓測量的根本要求、電壓測量儀器的分類模擬式直流電壓的測量：讀數(shù)交流電壓的表征：交流電壓可以用峰值、平均值、有效值、波形系數(shù)以及波峰系數(shù)來表征。正弦波三角波方波波形因數(shù)KF1.111.151波峰因數(shù)KP1交流電壓的測量均值電壓表組成、刻度特性與波形誤差

峰值電壓表原理、刻度特性與波形誤差

有效值電壓表〔真有效值〕原理數(shù)字電壓表組成原理數(shù)字電壓表的主要工作特性：位數(shù)、超量程能力、分辨力A/D變換積分式比較式雙斜式、多斜式脈沖調(diào)寬式電壓反饋型V-F變換式反饋比較式逐次比較式余數(shù)循環(huán)比較式直接比較式并聯(lián)比較式分級式（流水線式）A/D轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)——讀數(shù)誤差和滿度誤差,第6章時(shí)域測量示波器的分類示波器的組成：Y〔垂直〕通道、X〔水平〕通道、顯示屏示波管的組成：電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、熒光屏波形顯示原理：掃描、同步、連續(xù)掃描與觸發(fā)掃描、增輝、李沙育圖形示波器的Y(垂直)通道：探頭的選擇、耦合與輸入衰減、延遲線、Y放大器示波器的X(水平)通道：掃描發(fā)生器環(huán)〔掃描門、積分器、比較和釋抑電路〕、觸發(fā)電路和X放大器多蹤顯示：斷續(xù)與交替通用示波器的應(yīng)用：旋鈕、選擇原那么取樣的根本原理數(shù)字存儲(chǔ)示波器的組成原理、顯示方式、主要的技術(shù)指標(biāo)以及一些關(guān)鍵技術(shù)類型優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)模擬示波器直接操作控制，簡單方便數(shù)據(jù)更新快實(shí)時(shí)帶寬和實(shí)時(shí)顯示垂直分辨率高價(jià)格較低不能看到觸發(fā)前信號(hào)只能用照相方法保留波形難以顯示低重復(fù)率信號(hào)不能多通道同時(shí)測量數(shù)字示波器多通道同時(shí)采樣負(fù)時(shí)間測量單次瞬態(tài)信號(hào)測量波形存儲(chǔ)與數(shù)據(jù)處理能力自動(dòng)測量能力易于校準(zhǔn)有數(shù)字I/O接口可用打印機(jī)或繪圖儀繪制波形實(shí)時(shí)性不如模擬示波器水平、垂直分辨率不夠高可能出現(xiàn)混迭失真價(jià)格較高第7章阻抗測量阻抗測量一般是指電阻、電容、電感及相關(guān)的Q值、損耗角、電導(dǎo)等參數(shù)的測量。其中，電阻表示電路中能量的損耗，電容和電感那么分別表示電場能量和磁場能量的存儲(chǔ)和寄生參數(shù)對阻抗測試的影響。由于電阻器、電感器和電容器受到所加的電壓、電流、頻率、溫度及其它物理和電氣環(huán)境的影響而改變阻抗值，因此在不同的條件下其電路模型不同。阻抗的測量特點(diǎn)電阻的測量：伏安法、三用表中的電阻檔〔微小電阻值的測量、高值電阻的測量〕、電橋法〔平衡條件〕電感、電容的測量：電橋法、諧振法、數(shù)字化方法依據(jù)電橋法制成的測量儀總稱為電橋，電橋主要用來測量低頻元件。表是依據(jù)諧振法制成的測量儀器，表主要用來測量高頻元件。阻抗測量有多種方法，必須首先考慮測量的要求和條件，然后選擇最適宜的方法，需要考慮的因素包括頻率覆蓋范圍、測量量程、測量精度和操作的方便性。沒有一種方法能包括所有的測量能力，因此在選擇測量方法時(shí)需折衷考慮。應(yīng)在測試頻率范圍內(nèi)根據(jù)它們各自的優(yōu)缺點(diǎn)選擇正確的測試方法。第8、9章掃頻儀(頻率特性分析儀)的原理與應(yīng)用頻譜儀(頻譜分析儀)的用途、原理與分類數(shù)據(jù)域測量的根本概念及邏輯分析儀的應(yīng)用考試題型一、選擇題2*15=30二、填空題1*20=20三、判斷題1*10=10四、分析計(jì)算題8*5=401、信號(hào)發(fā)生器〔框圖、DDS輸出頻率、PLL輸出頻率〕2、時(shí)頻測量〔框圖、測頻測周誤差〕3、電壓測量〔交流電壓測量、數(shù)字電壓測量誤差〕4、時(shí)域測量〔示波器應(yīng)用讀數(shù)〕5、誤差與不確定度〔誤差的表示、誤差的合成、誤差的分配〕1．某測試人員在一項(xiàng)對航空發(fā)動(dòng)機(jī)頁片穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速試驗(yàn)中，測得其平均值為20000轉(zhuǎn)/分鐘〔假定測試次數(shù)足夠多〕。其中某次測量結(jié)果為20002轉(zhuǎn)/分鐘，那么此次測量的絕對誤差△x＝2，實(shí)際相對誤差＝2/20000。2、為了提高測量準(zhǔn)確度，在比較中常采用減小測量誤差的方法，如_零位測量_法、_微差測量_法、_代替測量_法。3.試述測量的定義?！泊_定量值為目的的操作〕4.什么是計(jì)量？〔實(shí)現(xiàn)單位統(tǒng)一、量值傳遞的活動(dòng)5、電子測量的特點(diǎn)有：測量頻率范圍寬、_測量值范圍廣_、_測量準(zhǔn)確度高_(dá)、_測量速度快_、_易于實(shí)現(xiàn)遙測_、易于實(shí)現(xiàn)測量過程的自動(dòng)化和測量儀器智能化。〕它有何特點(diǎn)？計(jì)量與測量的關(guān)系如何？1.隨機(jī)誤差的大小，可以用測量值的________來衡量，其值越小，測量值越集中，測量的________越高。2．將15.36和362.51保存3位有效數(shù)字后為__________,___________.3．用一只0.5級50V的電壓表測量直流電壓，產(chǎn)生的絕對誤差≤__伏。4.在測量數(shù)據(jù)為正態(tài)分布時(shí)，如果測量次數(shù)足夠多，習(xí)慣上取

作為判別異常數(shù)據(jù)的界限，這稱為萊特準(zhǔn)那么。5.在變值系差的判別中，馬利科夫判別常用于判定____性系差，阿卑一赫梅特判別常用于判定____性系差。6.不確定度是說明測量結(jié)果可能的______程度的參數(shù)。這個(gè)參數(shù)用_________表示，也可以用_________的倍數(shù)或置信區(qū)間的半寬度表示。7、設(shè)有兩只電阻，R1=200±0.8Ω，R2=51Ω±1%，試求這兩只電阻并聯(lián)時(shí)的總阻值及誤差。8、測量電阻R消耗的功率時(shí)，可間接測量電阻值R、電阻上的電壓V、流過電阻的電流I，然后采用三種方案來計(jì)算功率：(1)請給出三種方案；(2)設(shè)電阻、電壓、電流測量的相對誤差分別為νR=±1%,νv=±2%,νI±2.5%,問采用哪種測量方案較好?9、用量程是10mA的電流表測量實(shí)際值為8mA的電流，假設(shè)讀數(shù)是8.15mA。試求測量的絕對誤差ΔI、實(shí)際相對誤差γA和引用相對誤差γm分別為多少?假設(shè)該表準(zhǔn)確度等級S為1.5級，那么該表是否合格？1.電子計(jì)數(shù)器的測頻誤差包括_量化_誤差和_時(shí)基_誤差。2.頻率計(jì)除測頻、測周外，擴(kuò)展功能有____、_____、_____、____。3.在測量周期時(shí)的主要誤差有：____和____。通用計(jì)數(shù)器采用較小的____可以減小±1誤差的影響。4.在測量周期時(shí)，為減少被測信號(hào)受到干擾造成的轉(zhuǎn)換誤差，電子計(jì)數(shù)器應(yīng)采用____測量法。某計(jì)數(shù)器校準(zhǔn)頻率誤差|△fc/fc|=1×10-9，利用該計(jì)數(shù)器將一個(gè)10MHz的晶體振蕩器標(biāo)準(zhǔn)到10-7，那么計(jì)數(shù)器閘門時(shí)間應(yīng)取()5.采用電子計(jì)數(shù)器測頻時(shí)，當(dāng)被計(jì)數(shù)頻率一定時(shí)，____可以減小±1誤差對測頻誤差的影響；當(dāng)閘門時(shí)間一定時(shí)，____，那么由±1誤差產(chǎn)生的測頻誤差越大。6.在進(jìn)行頻率比測量時(shí),應(yīng)將____的信號(hào)加在B通道，取出____(周期倍乘為

1)作為計(jì)數(shù)的閘門信號(hào)，將____的信號(hào)加在A通道，作為被計(jì)數(shù)的脈沖。7、某電子計(jì)數(shù)器晶振頻率為誤差1×10－9，假設(shè)需利用該計(jì)數(shù)器將10MHz晶振校準(zhǔn)到10－7，問閘門時(shí)間應(yīng)選為多少方能滿足要求？fx=1MHz，選閘門時(shí)間T＝1s，那么由±1誤差產(chǎn)生的測頻誤差為假設(shè)T增加為10s，那么測頻誤差為1×10－7，即可提高一個(gè)量級。結(jié)論：⑴計(jì)數(shù)器直接測頻的誤差主要有兩項(xiàng)：±1誤差和標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差。⑵測量低頻時(shí)，由于±1誤差產(chǎn)生的測頻誤差大得驚人，例如fx=10Hz，T＝1s，那么±1誤差引起的測頻誤差可到達(dá)10%，所以，測量低頻時(shí)不宜采用直接測頻方法8、用一臺(tái)5位十進(jìn)電子計(jì)數(shù)器測量頻率，選用0.1s的閘門時(shí)間。假設(shè)被測頻率為10KHz，那么測頻分辨率為多少？量化誤差〔相對誤差值〕為多少？如果該計(jì)數(shù)器的最大閘門時(shí)間為10s，那么在顯示不溢出的情況下，測量頻率的上限為何值？9、欲用電子計(jì)數(shù)器測量一個(gè)fx=200Hz的信號(hào)頻率，采用測頻〔選閘門時(shí)間為1s〕和測周〔選時(shí)標(biāo)為0.1μs〕兩種方法。

〔1〕試比較這兩種方法由±1誤差所引起的測量誤差；

〔2〕從減少±1誤差的影響來看，試問fx在什么頻率范圍內(nèi)宜采用測頻方法，什么范圍宜采用測周方法？欲用電子計(jì)數(shù)器測量一個(gè)fX=200Hz的信號(hào)頻率，采用1、采用某電壓表〔正弦有效值刻度〕測量峰值相等〔Vp=5V〕的正弦波、方波、三角波，發(fā)現(xiàn)讀數(shù)相同，那么該表為____檢波方式，讀數(shù)____。2、某數(shù)字電壓表的最大計(jì)數(shù)容量為19999，通常稱該表為________位數(shù)字電壓表；假設(shè)其最小量程為0.2V，那么其分辨力為________。3、用峰值電壓表測量某一電壓，假設(shè)讀數(shù)為1V，那么該電壓的峰值為____伏。一臺(tái)位DVM，因有誤差為，那么在2V量程上的滿度誤差為____4.雙斜積分式DVM基準(zhǔn)電壓Vr=10V，第一次積分時(shí)間T1=100ms，時(shí)鐘頻率f0=100kHz，問：〔1〕該DVM為多少位的電壓表？〔2〕該DVM的分辨力為多少？〔3〕DVM顯示出T2時(shí)間內(nèi)的計(jì)數(shù)值N2=5600，問被測電壓Vx=?5、利用正弦有效值刻度的均值表、峰值表、有效值表測量正弦波、方波和三角波，讀數(shù)均為10V，試求三種波形信號(hào)的有效值分別為多少?6、甲、乙兩臺(tái)數(shù)字電壓表，甲的顯示屏顯示的最大值為9999，乙為19999，問：①它們各是幾位的數(shù)字電壓表，是否有超量程能力？②假設(shè)乙的最小量程為200mV，是否有超量程能力？其分辨力為多少？③假設(shè)乙的根本誤差為，用2V擋測量Ux＝1.56V電壓時(shí)，絕對誤差為多少？1交流電橋平衡必須同時(shí)滿足兩個(gè)條件:_____平衡條件和____平衡條件。2選擇阻抗測量的方法時(shí),需要考慮很多的因素,一般來講,有____,____,_____,______。頻率覆蓋范圍，測量量程，測量精度，操作的方便性1、用示波器觀測正弦波時(shí)，熒光屏上得到如下圖波形，試分析示波器哪個(gè)局部工作不正常?2、用雙蹤示波器觀測兩個(gè)同頻率正弦波a，b，假設(shè)掃描速度為20us/cm，而熒光屏顯示兩個(gè)周期的水平距離是8cm，問：

〔1〕兩個(gè)正弦波的頻率是多少？

〔2〕假設(shè)正弦波a比b相位超前1.5cm，那么兩個(gè)正弦波相差為多少？用弧度表示。3、示波管由____、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光熒三局部組成。

4、示波器熒光屏上，光點(diǎn)在鋸齒波電壓作用下掃動(dòng)的過程稱為____。

5、調(diào)節(jié)示波器“水平位移〞旋鈕，是調(diào)節(jié)____的直流電位。6、當(dāng)示波器兩個(gè)偏轉(zhuǎn)板上都加_____時(shí)，顯示的圖形叫李沙育圖形，這種圖形在_____和頻率測量中常會(huì)用到。7、示波器為保證輸入信號(hào)波形不失真，在Y軸輸入衰減器中采用_______電路。8、示波器的“聚焦〞旋鈕具有調(diào)節(jié)示