电子测量复习提纲PPT课件.ppt

误差与测量不确定度 第2章 2 随机误差的统计处理 剩余误差 残差 标准差标准偏差是代表测量数据和测量误差分布离散程度的特征数 3 有限次测量数据的标准偏差的估计值 当n为有限次时 可以导出这时的实验标准偏差 标准偏差的估计值 贝塞尔公式 算术平均值标准偏差的估计值 4 例用温度计重复测量某个不变的温度 得11个测量值的序列 见下表 求测量值的平均值及其标准偏差 解 平均值 用公式计算各测量值残差列于上表中 实验偏差 标准偏差 测量不确定度报告 5 电压测量 第3章 3 2 3交流电压表的刻度特性 在进行交流电压测量时 国际上一直以有效值表示被测电压的大小 因为有效值反映了被测信号的功率 但在实际测量中由于检波器的工作特性不同所得结果有峰值 平均值 有效值之别 各种特性的AC DC变换器都应该将最后的测量结果表示为有效值 7 均值表测量时的刻度特性 均值电压表的读数都用正弦有效值进行定度中 av为平均值电压表的指示值 K为定度系数 或称刻度系数 Uav为被测电压的平均值 如果被测电压是正弦波 又采用全波检波电路 已知正弦波有效值电压为1V时 全波检波后的平均电压为2 2 故 8 9 均值表波形换算方法 平均值电压表的读数都用正弦有效值进行定度如果不作修正 即将读数当成有效值时 将产生波形误差 v 峰值表测量时的刻度特性 峰值电压表的读数都用正弦有效值进行定度式中 p为峰值电压表的指示值 K为定度系数 K 2 2 Up为被测电压的峰值 当被测电压为非正弦波形时 应进行波形换算才能得出被测电压的有效值 首先将示值 p折算成被测电压的峰值 10 峰值表波形换算方法 有效值 由于峰值电压表的读数没有直接的物理意义 测量非正弦波时 如果不进行换算 将产生波形误差 11 12 例3 1 用平均值电压表测量一个三角波电压 读得测量值为10V 求有效值为多少 波形误差是多少 解 由读数 av 10V 假设电压表有一正弦波输入 其有效值Urms 10V 该正弦波的均值Uav 0 9 av 9V 将三角波电压引入电压表输入 其均值Uav 9V 查表 三角波的波形因数KF 1 15 该三角波的有效值为 Urms KFUav 1 15 9V 10 35V波形误差为 13 例3 2 用峰值电压表测量一个三角波电压 读得测量值为10V 试求有效值为多少 波形误差是多少 解 由读数 p 10V 假设电压表有一正弦波输入 其有效值 10V 该正弦波的峰值 14 14V 将三角波电压引入电压表输入 其峰值Up 14 14V 查表 三角波的波峰因数Kp 1 73 该三角波的有效值Urms Up Kp 8 2V波形误差为 可见若不换算 波形误差是很大的 14 计数 译码 12 54V Uin Ur 逻辑控制 u0 t 双积分A D转换器 4 3电子计数器测量误差分析 16 电子计数器测频误差分析 由求得 量化误差 时基误差 计数误差 测频时 主门的开启时刻与计数脉冲间的时间关系是不相关的 即它们在时间轴上的相对位置是随机的计数器值NT通常不是Tx的整数倍 N 9 若T NTx 如图T 8Tx图b N 9 图c N 7频率量化时带来的误差称量化误差 又称脉冲计数误差或 1误差 N 7 18 量化误差 量化误差 将模拟量转换为数字量 量化 时所产生的误差数字化仪器所特有的误差 计数法的最大量化误差为末尾 1字 1误差的大小与门控时间T有关 T越大 1误差越小 1误差往往是测量误差的主要部分 例如 fx 10Hz T 1s时 1误差为1Hz T 10s时 1误差为0 1Hz 19 时基误差 闸门时间不准 造成主门启闭时间或长或短 显然要产生测频误差 闸门信号T是由晶振信号分频而得 设晶振频率为fc 周期为Tc 则有 1 10 7 1 10 10 20 测频误差 计数器直接测频的误差主要有两项 1误差标准频率误差一般总误差可采用分项误差绝对值合成 即 被测频率fx越高 闸门时间T越大 测频的相对误差 fx fx越小 即测频的精确度越高 21 电子计数器测周误差分析 量化误差和基准频率误差与分析电子计数器测频时的误差类似 这里 22 误差分析 若被测频率fx较高 则直接测量频率 以保持最佳的测量状态 若被测频率fx较低 则应用测周法测频 所谓高频低频是以中界频率为界划定的中界频率 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 23 中界频率 令测频误差和测周误差相等求得测频与测周相对误差都一样的中界频率为 信号发生器 第5章 25 间接合成法即锁相合成法 它是利用锁相环 PLL 的频率合成方法 锁相环是一个相位环负反馈控制系统 鉴相器 PD 环路滤波器 LPF 电压控制振荡器 VCO 基准晶体振荡器 锁相频率合成法的工作原理 26 间接合成法 开始 f0 fi PD LPF VCO最后 f0 fi基本锁相环只能输出一个频率 而作为信号源必须要能输出一系列频率 PD相位比较器即鉴相器 它比较两个输入信号f0和fi的相位差 输出与相位差成比例的电压 这个电压称为误差电压ud 锁相环的几种基本形式 27 混频式锁相环混频环实现对频率的加减运算 28 锁相环的几种基本形式 倍频式锁相环倍频环实现对输入频率进行乘法运算 主要有两种形式 谐波倍频环和数字倍频环 当环路锁定时 PD两输入信号的频率相等 即 根据PD两输入频率相等列出等式 f0 N fi 从等式中解出输出频率 f0 Nfi 29 锁相环的几种基本形式 分频式锁相环分频环实现对输入频率的除法运算 与倍频环相似 也有两种基本形式 分频式锁相环主要用于频率很高以致很难采用数字分频器的情况 双环频率合成单元 30 在混频锁相环中 如果混频器的输入信号频率fi2可变 且变化的增量很小 小于fi1 即 fi2 fi1 则可以提高频率分辨力 输出信号频率 fo Nfi1 fi2 例 用双环频率合成器在合成信号发生器中提供连续可调的输出频率 取基准频率fi1 10KHz 调VCO1使N 330 500 调内插振荡器的振荡频率fi2 100 110KHz 连续可调 则双环输出信号频率 fo Nfi1 fi2 3400 5110 连续可调 31