电子测量知识点归纳91条

电子测量知识点归纳91条 1)-1-电子测量指以电子技术理论为依据，以电子测量仪器和设备为手段，对电量和非电量进行的测量。 2)电子测量特点1测量频率范围宽10-6-1012；2测量量程宽10-14-108；3测量准确度高低相差悬殊10-14-10-1；4测量速度快；5可以进行遥测；6易于实现测试智能化和测试自动化；7影响因素众多，误差处理复杂。 3)测量仪器的功能1.变换功能；2.传输功能；3.显示功能。 4)测量仪表的主要性能指标1.精度精密度、正确度、准确度；2.稳定性；3.输入阻抗；4.灵敏度；5.线性度；6.动态特性。 5)计量是利用技术和法制手段实现单位统一和量值准确可靠的测量。 6)基本计量单位（7个）长度米（m）时间秒（s）；质量千克（kg）；电流安培（A）；物质量摩尔（mol）；热力学温度开尔文（K）；发光强度坎德拉（cd）。 7)真值A0“纯理论值”，在一定条件下所呈现的客观大小或真实数值称作它的真值。 8)指定值As“约定真值”，一般由国家以法令的形式指定其所体现的量值作为计量单位的指定值，一般就用来代替真值。 9)实际值A“相对真值”，以上一级标准所体现的值当作准确无误的值。 10)标称值测量器具上标定的数值。 11)示值“测得值或测量值”，由测量器具指示的被测量量值称为测量器具的示值。 12)测量误差的表示方法绝对误差和相对误差。 13)绝对误差定义为0A x x-=D，x为测得值,A0为真值,但一般无法得到,所以用实际值A代替A0。 14)绝对误差的特点绝对误差是有单位的量；绝对误差是有符号的量。 15)修正值与绝对误差绝对值相等，符号相反，一般用符号c表示，c xA x=-D=-。 16)相对误差实际相对误差100%AxAgD=?；示值相对误差（标称相对误差）100%xxxgD=?；满度相对误差（满度误差和引用误差）100%mmmxxgD=?。 17)仪表各量程内绝对误差的最大值m mmx xg D=，其中%ms g=，s为准确度等级，我国电工仪表的准确度等级分为0. 1、0. 2、0. 5、1. 0、1. 5、2. 5、5.0七级。 18)分贝误差广泛用于增益(衰减)量的测量中，电压增益分贝误差20lg (1)()dBAdBAgD=+，功率增益分贝误差10lg (1)()dBAdBAgD=+。 19)容许误差又称仪器误差，指测量仪器在规定使用条件下可能产生的最大误差范围，是恒量电子测量仪器质量的最重要的指标。 有四项指标工作误差、固有误差、影响误差和稳定误差。 20)工作误差在额定工作条件下仪器误差的极限值；固有误差当仪器的各种影响量和影响特性处于基准条件时仪器所具有的误差；影响误差当一个影响量在其额定使用范围内取任一值，而其它影响量和影响特性均处于基准条件时所测得的误差；稳定误差仪器的标称值在其他影响量和影响特性保持恒定的情况下，于规定时间内产生的误差极限。 21)测量误差的仪器误差出厂校准定度不准确产生的校准误差、刻度误差，读数分辨力有限而造成的读数误差及数字式仪表的量化误差，仪器内部噪声引起的内部噪声误差，元器件疲劳、老化及周围环境变化造成的稳定误差，仪器响应的滞后现象造成的动态误差等；使用误差有些设备要求正式测量前进行预热而未预热，有些设备要求水平放置而倾斜或垂直放置，有的测量设备要求实际测量前须进行校准而未校准等；人身误差主要指由于测量者感官的分辨能力、视觉疲劳、固有习惯等而对测量实验中的现象与结果判断不准确而造成的误差；影响误差影响误差是指各种环境因素与要求条件不一致而造成的误差。 对电子测量而言，最主要的影响因素是环境温度、电源电压和电磁干扰等。 方法误差又称理论误差，是指所使用的测量方法不当，或测量所依据的-2-理论不严密，或对测量计算公式不适当简化等原因而造成的误差。 方法误差通常以系统误差形式表现出来。 22)误差的分类系统误差在多次等精度测量同一量值时，误差的绝对值和符号保持不变，或当条件改变时按某种规律变化的误差称为系统误差（系差）。 分为恒定系差和变值系差。 主要特点a.只要测量条件不变，误差即为确切的数值；b.用多次测量取平均值的办法不能改变或消除系差；而当条件改变时，这种误差的变化是有规律的，具有可重复性；c.可用修正值来减小这种误差。 系统误差体现了测量的正确度。 随机误差又称偶然误差，是指对同一量值进行多次等精度测量时，其绝对值和符号均以不可预料的方式无规则变化的误差。 特点有界性；对称性；抵偿性。 随机误差体现了多次测量的精密度。 粗大误差在一定的测量条件下，测得值明显地偏离实际值所形成的误差称为粗大误差，也称疏失误差或粗差。 确认含有粗差的测得值称为坏值。 23)产生系统误差的主要原因测量仪器设计原理及制作上的缺陷。 例如刻度偏差，刻度盘或指针安装偏心，使用过程中零点漂移，安放位置不当等；测量时的环境条件如温度、湿度及电源电压等与仪器使用要求不一致等；采用近似的测量方法或近似的计算公式等；测量人员估计读数时习惯偏于某一方向等原因所引起的误差。 24)产生随机误差的主要原因测量仪器元器件产生噪声，零部件配合的不稳定、摩擦、接触不良等；温度及电源电压的无规则波动，电磁干扰，地基振动等；测量人员感觉器官的无规则变化而造成的读数不稳定等。 25)产生粗差的主要原因测量方法不当或错误；测量操作疏忽和失误；测量条件的突然变化。 26)设对被测量x进行n次等精度测量，得到n个测得值123,nx x x xL，定义这n个随机变量的算术平均值为11niix xn=?，也称作样本平均值；当测量次数n?时，样本平均值的极限定义为测得值的数学期望11lim()nx iniExn?=?，也称作总体平均值。 随机误差的算术平均值11niix And=-?，由于随机误差的抵偿性，当测量次数n趋于无限大时，d趋于零，即随机误差的数学期望等于零。 而因为()xE An d=-?，故xE A=，即测得值的数学期望等于被测量真值A。 27)当进行有限次测量时，各次测得值与算术平均值之差，定义为剩余误差或残差i ixx u=-。 28)方差定义为n?时，测量值与期望值之差的平方的统计平均值，即2211lim()ni xnixEns?=-?，标准差s反映了测量的精密度，小表示精密度高，测得值集中，大表示精密度低，测得值分散。 29)极限误差（最大误差或随机不确定度）3s D=。 莱特准则在正态分布的前提下，用极限误差来判断坏值，即把|3i iu d s?的测得值判为坏值。 30)贝塞尔公式当n为有限值时，我们用残差iu来近似或代替真正的随机误差id；用标准差的最佳估计值211?1nii nsd=-?来近似或代替标准差s。 31)-3-算术平均值的标准差/xn ss=。 32)当系差与随机误差同时存在时，若测量次数足够多，则各次测量绝对误差的算术平均值等于系差。 33)消弱系统误差的典型测量技术零示法替代法补偿法对照法微差法交叉读数法。 34)零示器的种类有光电检流计、电流表、电压表、示波器、调谐指示器、耳机等。 35)常用函数的合成误差和差函数的合成误差设12y xx=，绝对误差12y xx D=DD，相对误差1212yx xyy x xgDD D=+，或者写成12121212y xxx xx xx xg g g=；积函数的合成误差设12y xx=，绝对误差2112y xxxx D=D+D，相对误差12y x xg g g=+；若12x xg g、都有正负号，则()12y xxg g g=+；商函数的合成误差设12xyx=，绝对误差1122221xy xxxx?D=D+-D?，相对误差12y xxg g g=-；若12xxg g、都有正负号，则()12y xxg gg=+；幂函数的合成误差设12m nykx x=，相对误差12y x xm nggg=+；若12xxgg、都有正负号，则()12y x xm nggg=+；积商幂函数的合成误差设123m npxxy kx=，相对误差123y xxxmn pgggg=+-，若12xxgg、都有正负号，则()123y xxxmn pgggg=+。 36)有效数字从左边第一个不为零的数字起，到右面最后一个数字(包括零)止，都叫做有效数字。 37)多余数字的舍入规则“小于5舍，大于5入，等于5时采取偶数法则”，为0.5时，则末位为奇数时加1，末位为偶数时不变。 如l2.35l2.4(3是奇数，5入)，12.4512.4(4是偶数，5舍)。 38)当需要对几个测量数据进行运算时，保留的位数原则上取决于各数中精度最差的那一项。 39)超低频信号发生器30kHz以下，用于电声学、声纳。 低频信号发生器30kHz300kHz，用于电报通讯。 视频信号发生器300kHz6MHz，用于无线电广播。 高频信号发生器6MHz30MHz，用于广播、电报。 甚高频信号发生器30MHz300MHz，用于电视、调频广播、导航。 超高频信号发生器300MHz3000MHz，用于雷达、导航、气象。 40)信号发生器原理框图41)信号发生器总的趋势是向着宽频率复盖、高频率精度、多功能、多用途、自动化和智能化方向发展。 42)正弦信号发生器的性能指标大的分类为频率特性、输出特性和调制特性，细分如下频率范围（指信号发生器所产生的信号频率范围，该范围内既可连续又可由若干频段或一系列离散频率复盖）频率准确度（指信号发生器度盘显示数值与实际输出信号频率间的相对误差）频率稳定度（指其他外界条件恒定不变的情况下，在规定时间内，信号发生器输出频率相对于预调值变化的大小，分为频率短期稳定度和频率长期稳定度）由温度、电源、负载变化而引起的频率变动量非线性失真系数(失真度，用来说明输出信号波形接近正弦波的程度，g-4-222231100%nU U UU+=?L，1U为基波有效值，其他为各次谐波有效值)输出阻抗输出电平调制特性。 43)频率短期稳定度定义为信号发生器经过规定的预热时间后，信号频率在任意15min内所发生的最大变化，表示为max min0100%f ffd-=?。 频率长期稳定度定义为信号发生器经过规定的预热时间后，信号频率在任意3h内所发生的最大变化44)用通用RC振荡器作为主振器的低频信号发生器中，可以使用同轴电阻器改变电阻R进行粗调，使得换档时频率变化10倍，而用改变双联同轴电容C的方法在一个波段内进行频率细调。 45)函数信号发生器是低频信号发生器的一种，基本工作原理是先由积分电路和触发电路产生三角波和方波，然后通过函数转换器(例如二极管整形网络)将三角波整形成正弦波。 46)射频（高频）信号发生器是指能产生正弦信号，频率范围部分或全部复盖300kHz1GHz(允许向外延伸)，并且具有一种或一种以上调制或组合调制(正弦调幅、正弦调频、断续脉冲调制)的信号发生器。 47)射频信号发生器分为调谐信号发生器、锁相信号发生器、合成信号发生器。 48)调谐信号发生器的振荡器通常为LC振荡器，可分为变压器反馈式、电感反馈式(也称电感三点式)、电容反馈式(也称电容三点式)。 振荡频率均为02f LC p=，另外对于电容反馈式1212C CCCC=+。 图01变压器反馈振荡器图02电感反馈振荡器图03电容反馈式振荡器49)锁相信号发生器是在高性能的调谐式信号发生器中增加频率计数器，并将信号源的振荡频率利用锁相原理锁定在频率计数器的时基上，以高稳定度的石英晶体振荡器为基准的信号发生器。 50)锁相环基本方框图间接合成法即锁相环路法，102nf fn=51)锁相环的基本工作原理当压控振荡器输出频率f2由于某种原因变化时，相应相位也产生变化，该相位变化在鉴相器中与基准晶振频率-5-f1的稳定相位相比较，使鉴相器输出一个与相位差成比例的电压ud(t)，经过低通滤波器，检出其直流分量u c(t)，用u c(t)控制压控振荡器中压控元件数值(如变容二极管电容)，从而调整VCO的输出频率f2，使其不但频率和基准晶振一致，相位也同步，这时称为相位锁定，因此最终VCO的频率输出稳定度就由晶振频率f1所决定。 52)合成信号发生器是用频率合成器代替信号发生器中主振荡器。 它既有信号发生器良好的输出特性和调制特性，又有频率合成器的高稳定度、高分辨力的优点，同时输出信号的频率、电平、调制深度等均可程控，是一种先进高档次的信号发生器。 53)频率合成的方法分为直接合成法、间接合成法。 54)直接合成法是将基准晶体振荡器产生的标准频率信号，利用倍频器、分频器、混频器及滤波器等进行一系列四则运算以获得所需要的频率输出。 又可分为非相干式和相干式直接合成。 非相干式直接合成器用多个石英晶体产生基准频率，产生混频的两个基准频率之间相互独立。 相干式频率合成器只用一个石英晶体产生基准频率，然后通过分频、倍频等，使加入混频器的频率之间是相关的。 55)间接合成法即锁相环路法。 102nf fn=。 用鉴频器输出控制VCO实现频率粗调，而后利用鉴相器输出控制VCO实现频率细调。 56)扫频信号发生器是一种输出信号的频率随时间在一定范围内反复变化的正弦信号发生器，它是频率特性测试仪(扫频仪)的核心，主要用于直接测量各种网络的频率响应特性。 幅频特性的测量方法点频法(就是“逐点”测量幅频特性或相频特性的方法，操作繁琐，并且频率离散而不连续，很容易遗漏掉突变点)扫频法（在测试过程中，使信号源输出信号的频率按特定规律自动连续并且周期性重复，利用检波器将输出包络检出送到示波器上显示，就得到了被测电路的幅频特性曲线。 ）57)脉冲的占空系数e脉冲宽度t与脉冲周期T的比值称为占空系数或空度比，/T et=。 58)电子示波器的基本特点是能显示信号波形，可测量瞬时值，具有直观性。 输入阻抗高，对被测信号影响小。 工作频带宽，速度快，便于观察高速变化的波形的细节。 在示波器的荧光屏上可描绘出任意两个电压或电流量的函数关系。 59)电子示波器由Y通道、X通道、Z通道、示波管、幅度校正器、扫描时间校正器、电源几部分组成。 垂直偏转通道(Y通道)的任务是检测被观察的信号，并将它无失真或失真很小地传输到示波管的垂直偏转极板上。 同时为了与水平偏转系统配合工作，要将被测信号进行一定的延迟。 垂直偏转系统由输入电路、延迟线和放大器组成。 输入电路由探头、衰减器、阻抗变换器组成。 阻抗变换器一般可由射极跟随器构成。 射极跟随器的高输入阻抗使得示波器对外呈现高输入阻抗，射极跟随器的低输出阻抗容易与后接的低阻延迟线相匹配。 水平偏转通道(X通道)作用是产生一个与时间呈线性关系的电压，并加到示波管的X偏转板上去，使电子射线沿水平方向线性地偏移，形成时间基线。 水平通道包括三部分a.触发电路，其中包括触发方式选择、触发整形电路。 b.时基发生器。 由闸门电路、扫描发生器和释抑电路组成。 c.水平放大器。 Z轴电路在时基发生器输出的正程时间内产生加亮(增辉)信号加到示波管控制栅极上，使得示波管在扫描正程加亮光迹，在扫描回程使光迹消隐。 示波器设有两个校正器，幅度校正器和扫描时间校正器，分别调整幅度和扫描速度。 电源一般由两个整流器组成。 高压整流器供给示波管高压电极电压，低压整流器供给示波器所有其它电路的电压和示波管低压电极电压。 示波管阴极射线管，Cathode RayTude(CRT)，是示波器的核心。 包括三部分电子枪（发射电子并形成很细的高速电子束）、电子偏转系统（决定电子束的偏转）、荧光屏（显示电信号的波形）。 60)线性时基扫描方式可分为连续扫描和触发扫描。 连续扫描的扫描电压是周期性的锯齿波电压，在扫描电压的作用下，示波管光点将在屏幕上作连续重复周期的扫描。 连续扫描最主要的问题是如何保证在屏幕上显示出稳定的信号波形。 为了得到稳定的波形显示，必须使扫描锯齿波电压周期T与被测信号周期T y，保持整数倍的关系，即T=nT y。 为此一般采用被测信号控制和触发时基电路，使T=nT y，这个过程称为同步。 连续扫描适用于观测连续信号。 触发扫描适于扫描脉冲信号。 61)-6-电子枪组成部分为灯丝(h)、阴极(K)、栅极(G1)、前加速极(G2)、第一阳极(A1)、第二阳极(A2)。 灯丝h对阴极K加热，阴极发射电子。 栅极G1电位比阴极K低，对电子形成排斥力，使电子朝轴向运动，形成交叉点F1，并且只有初速较高的电子能够穿过栅极奔向荧光屏，初速较低的电子则返回阴极，被阴极吸收。 G 2、A 1、A2构成一个对电子束的控制系统。 电子束进入G 2、A 1、A2构成的静电场后，一方面受到阳极正电压的作用加速向荧光屏运动，另一方面由于A1与G 2、A1与A2形成的电子透镜的作用向轴线聚拢，形成很细的电子束。 62)示波管组成63)示波器的主要技术性能频率响应(频带宽度)指垂直偏转通道(Y方向放大器)对正弦波的幅频响应下降到中心频率的0.707(-3dB)的频率范围。 如果通道的带宽不够，信号波形便会产生失真。 为了能够显示窄脉冲，示波器y通道带宽必须很宽。 偏转灵敏度(S)单位输入信号电压yu引起光点在荧光屏上偏转的距离H，yS Hu=。 扫描频率表示水平扫描的锯齿波的频率。 扫描速度越高，表示示波器能够展开高频信号或窄脉冲信号波形的能力越强。 输入阻抗指示波器输入端对地的电阻Ri和分布电容Ci的并联阻抗。 输入阻抗越大，示波器对被测电路的影响就越小，所以要求输入电阻Ri大而输入电容Ci小。 示波器的瞬态响应指示波器的垂直系统电路在方波脉冲输入信号作用下的过渡特性。 扫描方式分成连续扫描和触发扫描。 64)双踪和双线示波器两者都可在一个示波管荧光屏上同时显示出两个信号波形。 双踪（双迹）示波器，它的垂直偏转通道由A和B两个通道，其输出信号在电子开关控制下，交替通过主通道加于示波管的同一对垂直偏转板。 平衡倒相器的作用是把输入信号转换为对称的波形输出。 在前置放大器中设有移位控制，可分别控制两个显示图形的上下位置。 双线示波器:采用双线示波管构成。 双线示波管在一个玻璃壳内装有两个完全独立的电子枪和偏转系统，每个电子枪发出的电子束经加速聚焦后，通过“自己”的偏转系统射于荧光屏上。 65)-7-高速示波器显示ns、ps级的脉冲或微波信号，它的不同点是示波管、Y放大器和时基发生器。 66)取样示波器将高频(1000MHz以上)重复性的周期信号，经过取样(取样速率可调节)，变换成低频的重复性的周期信号，再运用通用示波器的原理进行显示和观测的示波器称为取样示波器。 67)非实时取样技术把一个高频或超高频的信号经过跨周期的取样，形成一个波形和相位完全相同、幅度相等或成某种严格比例的低频(或中频)信号。 68)取样示波器是一种非实时取样过程，它只能观测重复信号，对非重复的高频信号或单次信号，只能用高速示波器进行观测。 69)记忆示波管可分为可变余辉存贮方式和快速转移存贮方式两种示波管，它们都是将记忆信号存贮于示波管的栅网上，需要显示时，将它显示出来。 70)脉冲计数误差示意图71)计数式频率计测频的框图主要由三部分组成时基产生电路、计数脉冲形成电路、计数显示电路。 72)电子计数测量频率方法引起的频率测量相对误差，由计数器累计脉冲数相对误差和标准时间相对误差两部分组成xxf NTf NTD D D=-。 N D为量化误差(又称脉冲计数误差)即1误差1N D=。 T为计数器的主门开启时间。 脉冲计数最大相对误差为11xNN Nf TD=。 T x为被测信号周期。 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)，分频系数为m，所以有/c cTmT mf=。 闸门时间相对误差在数值上等于晶振频率的相对误差f TT fD D=-。 最后计数测频总的相对误差1x cxx cf ff f T fD D=+或写为1x cxx cfff fTf?D D=+?。 73)电子计数法测量周期总的相对误差1x c c cx c c xT ff TTf NfT?D DD=+=+?。 把T x扩大m倍后1x cxcxcT fTf mT f?DD=+?，表明了量化误差降低了m倍。 在测量周期时，被测信号经放大整形后作为时间闸门的控制信号(简称门控信号)，因此，噪声将影响门控信号的准确性，造成所谓触发误差。 测量周期时的触发误差与信噪比成反比。 若考虑噪声引起的触发误差，那么，用电子计数器测量信号周期的误差共有三项，即量化误差(1误差)、标准频率误差、触发误差112xx xmTfUT kTffU kp?DD=+?。 74)-8-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f0。 0cffT=75)其他测量频率的方法直读法测频a.电桥法测频;b.谐振法测频比较法测频a.拍频法测频;b.差频法测频;c.用示波器测量频率:李沙育图形测频法，在示波器的X通道和X通道分别加上不同信号时，示波管屏幕上光点的径迹将由两个信号共同决定。 如果这两个信号是正弦波，则屏幕上的图形将取决于不同的频率比以及初始相位差而表现为形状不同的图形，这就是李沙育图形。 76)将待测频率为f x的正弦信号u x与标准频率为f c的正弦信号u c直接叠加在线性元件上，其合成信号u为近似的正弦波，但其振幅随时间变化，而变化的频率等于两频率之差，称之为拍频。 一般用如右上图所示的耳机或电压表或示波器作为指示器进行检测。 调整fc，若fx越接近fc，合成波振幅变化的周期越长。 当两频率相差在46Hz以下时，就分不出两个信号频率音调上的差别了，此时示为零拍，这时只听到一个介于两个音调之间的音调。 同时，声音的响度都随时间作周期性的变化。 用电压表指示时可看到指针有规律地来回摆动；若用示波器检测，可看到波形幅度随着两频率逐渐接近而趋于一条直线。 77)用示波器测量相位差直接比较法椭圆法:若频率相同的两个正弦量信号分别接到示波器的X通道与Y通道，一般情况下示波器荧光屏上显示的李沙育图形为椭圆，而椭圆的形状和两信号的相位差有关，基于此点用来测量相位差的方法称为椭圆法。 设椭圆的长轴为A，短轴为B，可以证明相位差2arctanBAj=。 78)相位差测量方法用示波器测量相位差相位差转换为时间间隔进行测量相位差转换为电压进行测量零示法测量相位差。 -9-79)阻抗测量的方法电桥法测量阻抗、谐振法测量阻抗、利用变换器测量阻抗。 80)电桥平衡条件1324Z Z Z Z=，即1324Z ZZZ=和1324q q qq+=+，它表明一对相对桥臂阻抗的乘积必须等于另一对相对桥臂阻抗的乘积。 81)交流电桥的收敛性就是指电桥能以较快的速度达到平衡的能力。 为使交流电桥满足平衡条件，至少要有两个可调元件。 一般情况下，任意一个元件参数的变化会同时影响模平衡条件和相位平衡条件，因此，要使电桥趋于平