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文档简介
第一章绪论
1.狭义测量的定义:测量是为了确定被测量的量值而进行的实验过程。一测量的定义测量结果=测量数值.测量单位,即:
2.广义测量的定义
二与测量相近的几个术语测试检测计量★它的三个主要特征是统一性、准确性和法制性。★计量和测量的关系三电子测量的一般方法
1.按测量手续分类直接测量间接测量组合式测量
2.按被测量的性质分类
时域测量频域测量数据域测量随机测量技术四电子测量的变换技术
第二章测量误差理论与数据处理
一、有关误差的基本概念真值、示值、实际值、标称值、测量误差二测量误差的表示方法
绝对误差、相对误差、实际相对误差、示值相对误差分贝误差、满度相对误差三测量误差的来源仪器误差、影响误差、理论误差和方法误差、人身误差、使用误差四测量误差的分类
根据测量误差的性质,测量误差可分为系统误差、随机误差、粗大误差三类。五测量误差的分析与处理(一)随机误差的分析与处理1.随机变量的数字特征数学期望:剩余误差:方差和标准偏差:2随机误差的分布1)正态分布
对称性、单峰性、有界性、抵偿性2)均匀分布:①仪表度盘刻度误差②数字显示仪表的最低位±l(或几个字)的误差③由于舍入引起的误差。
3.有限次测量的数学期望和标准偏差的估计值
1、系统误差的判断方法1)理论分析法2)校准和比对法3)改变测量条件法4)剩余误差观察法5)马利科夫判据6)阿贝-赫梅特判据(二)系统误差的判断及消除方法
(1)从产生系统误差的根源上采取措施减小系统误差。
2.系统误差的削弱或消除方法①
要从测量原理和测量方法尽力做到正确、严格。②
测量仪器定期检定和校准,正确使用仪器。③注意周围环境对测量的影响,特别是温度对电子测量的影响较大。④
尽量减少或消除测量人员主观原因造成的系统误差。应提高测量人员业务技术水平和工作责任心,改进设备。(2)用修正方法减少系统误差修正值=-误差=-(测量值-真值)实际值=测量值+修正值如零示法替代法微差法对照法(交换法)补偿法等。(3)采用一些专门的测量方法削弱或消除系统误差。(三)粗大误差的分析与处理
大误差出现的概率很小,列出可疑数据,分析是否是粗大误差,若是,则应将对应的测量值剔除。粗大误差的判别:1)莱特检验法|νi|>3s,2)格拉布斯检验法|νmax|>Gs,六、测量误差的合成1.误差传递公式当某量y由m个分项合成时,可得相对误差:绝对误差:2.系统误差的合成3.随机误差的合成七、误差分配
1)等准确度分配等准确度分配是指分配给各分项的误差彼此相同,即ε1=ε2=…=εm
σ(x1)=σ(x2)=…=σ(xm)等作用分配是指分配给各项的误差在数值上虽然不一定相等,但它们对测量误差总和的作用或者说对总和的影响是相同的,2)等作用分配八测量数据处理(一)有效数字的处理
1.有效数字的概念2.数字舍入规则
3.近似运算规则(二)测量结果的处理1.等精度测量①求出算术平均值②列出残差,并验证③按贝塞尔公式计算标准偏差的估计值④按莱特准则,或格拉布斯准则检查和剔除粗大误差;⑤判断有无变值系统误差。如有,应查明原因,修正或消除系统误差后重新测量;⑥计算算术平均值的标准偏差;⑦写出最后结果的表达式,即(单位)。
2.不等精度测量:各次的测量条件不一样
1)不等精度测量中权的概念
各测量结果的可靠程度可用一数值来表示,此数值就称为该测量结果的“权”,记为W。2)加权平均值
3)加权平均值的标准偏差第3章频率时间测量一时间、频率的基本概念二时间与频率基准1)天文时标:2)原子时标3)在一般的电子设备与系统中,常用的频率标准是石英晶体振荡器(简称“晶振”).三电子计数法测量频率
若某一信号在T秒时间内重复变化了N次,则根据频率的定义,可知该信号的频率fx为根据误差合成原理得1.计数器计数误差——±1误差ΔN=±12.闸门时间误差(时基误差)
计数器测频的总误差为:
3.计数器测频的总误差考虑到Δfc有可能大于零,也有可能小于零。若按最坏情况考虑,测量频率的最大相对误差应写为四电子计数法测量周期的原理或电子计数器测量周期的误差由两项构成,第一项为计数器计数误差,第二项为时基误差。由于在极限情况下,量化误差ΔN=±1,所以测量误差:由随机噪声引起的触发相对误差为:结论:测量周期时的触发误差与信噪比成反比。信噪比越大时其触发误差就越小。五中界频率“中界频率”的定义:对某信号使用测频法和测周法测量频率,两者引起的误差相等,则该信号的频率定义为中界频率,记为fz。六电子计数法测量时间间隔七减小计数器±1误差的方法平均法原理
多周期同步法
基本原理:一次测量中,对多个周期进行测量。在同样一个时间闸门的作用下,同时用两个计数器对被测信号的周期数和标准信号的周期数进行计数,然后将计得的标准信号的周期数除以所测的被测信号的周期数,再经有关运算后得到被测信号的周期或频率。模拟内插法一电压测量的分类按对象:直流电压测量;交流电压测量按技术:模拟测量;数字测量第四章电压电流的测量二直流电压的模拟测量直流电压的模拟测量一般是将被测模拟电压经过放大或衰减后,驱动直流电流表(动圈式μA表)指针偏转,以指示测量结果。其结构简单,但一般测量准确度较低。1表征交流电压的基本参量三交流电压的测量★峰值、平均值、有效值、波峰因数和波形因数。交流电压的波峰因数定义为峰值与其有效值的比值,用Kp表示,即波峰因数和波形因数
交流电压的波形因数定义为有效值与其平均值的比值,用KF表示,几种典型的交流电压波形参数序号名称波形因数KF波峰因数KP有效值平均值1正弦波1.111.4142三角波1.151.733锯齿波1.151.734方波11UPUP5白噪声1.2532交流电压的测量方法
1).峰值电压表一般的峰值电压表也称检波-放大式电子电压表。特性关系:特点:一般用来测量高频交流电压,故又称为“高频毫伏表”或“超高频电压表”。峰值电压表的表头指针偏转的位移(角度)正比于被测电压(任意波形)的峰值.
若被测电压的峰值相同,则表头指针偏转的位移(角度)相同。一般峰值电压表都是按正弦波有效值来刻度的.刻度特性
2).均值电压表特性关系:特点:一般用来测量低频交流电压,故又称为“低频毫伏表”一般的均值电压表也称放大-检波式电子电压表。刻度特性均值电压表的表头指针偏转的位移(角度)正比于被测电压(任意波形)的平均值。若被测电压的均值相同,则表头指针偏转的位移(角度)相同。一般均值电压表都是以正弦波电压有效值刻度的,
1功率电平dBm四分贝的测量2电压电平:以600Ω电阻上吸收P0=1mW的基准功率时电压的有效值为参考基准量U0。
3.宽频电平表步进10dB,相当于衰减倍75Ω/150Ω/600Ω/高阻调节增益校准标定输入阻抗600Ω,0dB电压有效值0.775V被测电压dB值=衰减器读数+表头读数五电压的数字化测量
按A/D变换的不同方法划分的:积分式和非积分式。非积分式DVM1.逐次逼近比较式DVM
2.单斜式DVM双积分式DVM六DVM主要工作特性
1.显示位数完整显示位:能够显示0---9的数字。非完整显示位(俗称半位):只能显示0和1(在最高位上)。如4位DVM,具有4位完整显示位,其最大显示数字为9999。而位(4位半)DVM,具有4位完整显示位,1位非完整 显示位,其最大显示数字为19999。
2.量程基本量程:无衰减或放大时的输入电压范围,由A/D转换器动态范围确定。通过对输入电压(按10倍)放大或衰减,可扩展其他量程。3.分辨力指DVM能够分辨最小电压变化量的能力。反映了DVM灵敏度。用每个字对应的电压值来表示,即V/字。不同的量程上能分辨的最小电压变化的能力不同,显然,在最小量程上具有最高分辨力。例如,3位半的DVM,在200mV最小量程上,可以测量的最大输入电压为199.9mV,其分辨力为0.1mV/字(即当输入电压变化0.1mV时,显示的末尾数字将变化“1个字”)。4.超量程能力:指DVM所能测量的最大电压超过量程值的能力,且不降低测量结果的精度和分辨力。怎么判断数字式电压表有无超量程能力?A.显示位数全是完整位的DVM,没有超量程能力。B.带有1/2位的数字电压表,如最大显示为1999,如果按2V、20V、200V分档,也没有超量程能力。C.带有1/2位并以1V、10V、100V分档的DVM,才具有超量程能力。5.测量准确度
DVM的测量准确度通常用固有误差表示,即
ΔU=±(α%Ux+β%Um)
有时将±β%Um等效为“±n字”的电压值表示,即△U=±(α%Ux+n字)
记为±n个字,即在该量程上末位跳n个单位时的电压值恰好等于β%Um
7.输入阻抗
8.抗干扰能力根据干扰信号的加入方式不同,DVM的干扰分为串模干扰和共模干扰。通常用串模干扰抑制比(SMR)和共模干扰抑制比(CMR)来表征。第五章示波测量技术一示波器的分类从示波器对信号的处理方式出发,可将示波器分为模拟、数字两大类。模拟示波器可分为通用示波器、多束示波器、取样示波器、记忆示波器和专用示波器等。数字示波器将输入信号数字化(时域取样和幅度量化)后,经由D/A转换器再重建波形。数字示波器具有记忆、存贮被观察信号功能,又称为数字存贮示波器。二示波器的主要技术指标
1.频带宽度BW和上升时间tr
示波器的频带宽度BW一般指Y通道的频带宽度:BW=fH-fL频带宽度BW与上升时间tr的关系可近似表示为:或
2.扫描速度cm/s时基因数s/cm
偏转因数指在输入信号作用下,光点在荧光屏上的垂直(Y)方向移动1cm(即1div)所需的电压值,单位为“V/cm”、“mV/cm”(或“V/div”、“mV/div”)。
3.偏转因数
偏转因数的倒数称为“(偏转)灵敏度”,单位为“cm/V”、“cm/mV”(或“div/V”、“div/mV”)。偏转因素表示了示波器Y通道的放大/衰减能力。
当输入交流信号时,输入阻抗用输入电阻Ri和输入电容Ci的并联表示,Ci一般在33pF左右,当使用有源探头时,Ri=10MΩ,Ci<10pF。
4.输入阻抗当被测信号接入示波器时,输入阻抗Zi形成被测信号的等效负载。
当输入直流信号时,输入阻抗用输入电阻Ri表示,通常为1MΩ;
5.输入方式输入耦合方式一般有直流(DC)、交流(AC)和接地(GND)三种,可通过示波器面板选择。
6.触发源选择方式
触发源是指用于提供产生扫描电压的同步信号来源,一般有内触发(INT)、外触发(EXT)、电源触发(LINE)三种。三通用示波器的阴极射线示波管(CRT)CRT主要由电子枪、偏转系统和荧光屏三部分组成四波形显示的基本原理1.显示随时间变化的图形2.显示任意两个变量之间的关系
3.扫描的概念光点在锯齿波作用下扫动的过程称为“扫描”,能实现扫描的锯齿波电压称为扫描电压,光点自左向右的连续扫动称为“扫描正程”,自荧光屏的右端迅速返回左端起扫点的过程称为“扫描逆程”。4.同步的概念
(11(1)Tx=nTy(n为正整数):荧光屏上将稳定显示n个周期的被测信号波形。
n=2如果扫描电压周期Tx与被测电压周期Ty保持Tx=nTy的关系,则称扫描电压与被测电压“同步”。
(2)Tx≠nTy(n为正整数),即不满足同步关系时,显示的波形不稳定。
(5)连续扫描和触发扫描扫描电压是连续的方式称为连续扫描。当欲观测脉冲信号,尤其是占空比很小的脉冲时,采用连续扫描存在一些问题:选择扫描周期等于脉冲重复周期时,难以看清脉冲波形的细节。选择扫描周期等于脉冲底宽时,观测者不易观察波形,而且扫描的同步很难实现。
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