电子测量课件

1、电子测量技术课件 林占江 第1章绪论 学习辅导内容学习辅导内容 学习和掌握基本概念和基础知识，对学习 以后各章的内容均有促进和提高的作用，尤其 是一些专用名词要深刻理解，对理论学习、实 验操作是必不可少的、十分重要的。 一、本章需要掌握的内容（基础知识） 测量与计量的基本概念 测量的定义11个专用名词 电子测量的内容、特点与方法 电子测量仪器的分类 计量的基本内容 计量基准的划分：国家基准（主基 准）、 副基准、工作、基准。 计量器具的特征 计量的分类 二、习题答案 题1.1（1）不属于电子测量 （2）属于电子测量 题1.2、1.3参阅本章内容 第2章测量误差分析与数据处理 学习辅导内容 误差

2、理论是专门从事研究有关测量误 差的科学理论，数据处理则是应用数学方 法和计算工具对测量数据进行科学的分析、 研究和处理的准则和手段。 随着科学技术的飞速发展，误差理论与数 据处理在理论上和实际应用上都得到极大的提高 和发展，已成为一门独立的学科。因此，对从事 各种实验和研究的科技和工程技术人员一定要 学习和掌握误差理论与数据处理方面的知识。只 要有测量，必须有测量结果，有测量结果必然产 生误差。误差影响测量精度。所以，对误差的特 点，性质及分类要有全面系统的了解，最后找出 合理的、科学的办法加以消除。 一、本章需要掌握的内容 1误差的基本概念、来源、分类及各类误 差的特性。 2误差的传递分配与

3、合成，误差最小二乘 法处理，微小误差准则，曲线修匀、测量数据处 理等。 二、重点与难点 重点： 1理解和掌握绝对误差、相对误差，满度相 对误差，准确度等级、系统误差、随机误差和巨大 误差的定义、特点、性质以及消除措施，微小误差 准则。 2等精度测量、贝塞尔公式及应用。 难点： 1方差与标准差、权、加权平均值。 2常用函数的合成误差推导与应用。 3最佳测量条件的确定与测量方案的设计。 三、习题答案 题2.1解 VAXX05. 0)(95. 45 VXC05.0 %1505. 0 X X rX %5 . 01005. 0 | m m M X X r %01. 195. 405. 0 A X rA

4、电压表应定为0.5级 题2.2解用（1）表时，VmS%Um 0.5%1500.75V 示值范围为100.75V。 用（2）表时，Um2.5%150.375 （V），示值范围为100.375V。 可见这时选择2.5级的表比选0.5级的表测量 误差小，所以要合理选择仪器仪表的量程及准 确度等级，不能单纯追求仪器仪表的级别。 题2.3（课堂练习）10% 题2.4（课堂练习） （1）2.2mA，2.2mA，2.8% （2）2.5级 题2.5（作业题）20.8伏，17% 题2.6（作业题） （1）1.15V，0.99V，6伏量程的绝对误差大 （2）23%，19.8V，6伏量程的相对误差大 题2.7解绝对

5、误差为 AAA095100-5 相对误差为 分贝误差为 rdB=20Lg(1+r)dB =20Lg(1-0.05)dB =-0.446dB 题2.8解（1）200K（2）250K （3）20% 题2.9解（1）200K（2）199.973K （3）0.014% 题2.10解可采用多次测量的方法，设测 量次数为n %5 100 5 0 A A r 由 题2.11解计算方法与2.1题相同，为2.5级。 题2.12解数学期望 KHzfifxM i 82.1000 8 1 )( 8 1 标准偏差 题2.13解（1）求平均值 及标准偏差估计值 R 81 . 7 )( )( , )( )( 2 X X n

6、 n X X 得 KHzKHz ffx fx i xi 05. 0047. 0 18 8 ) ( 8 1 2 )( R KRR i i 32.99 10 1 10 1 （2）检查有无异常数据 根据格拉布斯准则，在置信概率为95%，测量 次数n=10时，g=2.18。 在10个数据中偏离 最大的数据为X 99.1对应最大残差 X 22. 0 max XX K RR R i i 13. 0 110 10 ) ( 2 10 1 2 不存在异常数据 （3）判别有无随时间变化的变值系差 判别有无随时间变化的变值系数 由马科利夫判据 5 1 10 6 2 . 0 ii M 无累进性系差 | max M |

7、27. 0) ( max Xg 判别有无周期性系差 由阿卑赫梅特准则 022. 0| 1 110 1 i i i 可见用阿卑赫梅特准则来判别，未发现存在 周期性系差。 （4）进行不确定度的合成 系统不确定度 平均值的标准偏差 9932. 0%)1(X 利用公式求总合的不确定度 047. 0)(110 2 x 0396. 0 10 ) ( ) ( X X 系统误差为均匀分布K ，平均值的随机 误差服从正态分布，总合的不确定度对应的系 数取2，则 3 （5）给出测量结果 由上面的计算可知被测电阻值的范围应取 KR15. 13 .99 电阻的测量值为R99K（取一位安全数字） 测量值包含的不确定度为

8、1.15K )()( 22 X K K XX K X 15. 10396. 0) 3 9932. 0 (2 22 题2.14解12150.3mV 题2.15解、题2.16参照书中例题进行计算 题2.17解 BnAmX %5 .10 %)5 . 12%5 . 23( 题2.18解 tRUw rrrr 2 %3 %)5 . 1%5 . 0%12( 题2.19解、题2.20按公式（2.7.17）和 （2.7.18）求出。 题2.21解测量允许的最大总误差为 %2)4545(%)2(VVU 按等准确度原则分配误差 V U UUU i i 9 . 0 2 21 %8 . 1%100 50 9 . 0 m

9、 i n U U r 可见选用1.5级的电压表能满足测量要求。 四、参考资料 1误差理论和数据处理方面的书籍 2概率论 %8 . 1 第3章模拟测量方法 学习辅导内容 从信号的特征讲，分为模拟信号和数字信号。 模拟信号是其幅度随时间作连续变化的信号。 无论是何种电参数，只要他属于模拟范畴，就 要采用模拟测量方法进行测量。或者不完全属 于模拟量，只要采取某种技术措施和手段将其 变换成模拟量，就可以采用模拟测量方法进行 测量。前提是在变换过程中尽可能减小误差， 即使产生误差也不能降低测量精度。模拟测量 有多种多样，不管使用何种模拟测量方法进行 测量，被测量必须是模拟信号。 一、本章需要掌握的内容

10、1完成测量模拟电压有三种检波器，即平均值检 波器，有效值检波器和峰值检波器。要求能熟练 的分析其工作原理和特点。 2能画出三种检波器的电路原理图，并说明每个 元器件的作用。 图3.25图3.212图3.219 3结合图3.27、3.216、3.220能详细地分 析平均值电压表，有效值电压表及峰值电压表的 工作原理，说明每一个元器件的作用，并能描绘 出工作过程的波形。 图3.27图3.216图3.220 4分析脉冲电压测量工作原理，注意事项 5分析噪声电压，器件和放大器噪声的测量工 作原理。 6理解分贝、失真度的概念，分析分贝值、失 真度的测量原理。 7熟练阐述功率，Q值的测量原理。 二、重点与

11、难点 重点： 1理解波形系数KF，波峰系数KP的定义与作用。 2单片集成电路有效值检波器AD536A的内部结 构和功能。 3对三种检波器的误差能进行全面系统的 分析和了解。 4各种陷波器的工作原理及应用。 难点： 1能利用各种波形的波形系数KF与波峰系数KP换 算出各种波形的平均值，有效值和峰值。 2能详细分析和叙述阻抗测量电路的工作原理， 并说明每一个元器件的作用。 图3.75 三、习题答案 题3.1解20%，5V 题3.2解利用波形系数和波峰 （平均值） 有效值 U U K rmsx F )(. （有效值） 峰值） rmsx U K . P P U ( 系数进行换算 正弦波的读数即为有效值

12、1V,平均值 V9 . 0 1.11 1 K . U F rmsx U 峰值 V rmsx 41. 121UKU .PP 用平均值电压表测量各种波形，根据“示值相等 平均值也相等”的原则，方波和三角波的平均值 也为0.9V。 方波的有效值 方波的峰值 三角波的有效值 三角波的峰值 题3.3解（1）峰值表的读数 正弦波有效值刻度的峰值表的读数UaUP/KP， 三种波形的UP均为10V，故它们在峰值表上的读数 均为 7.07V。 （2）均值表的读数 210 VrmsU x 901. 0) 11. 1 1 (1. VU P 901. 009011 VrmsU x 036. 1) 11. 1 1 (1

13、5. 1. VU P 79. 1036. 173. 1 （2）均值表的读数 均值表以正弦波有效值刻度时,其读数 ， 对正弦波 故读数为 对方波 故读数为 对三角波 故 （3）有效值电压表的读数 V10UU P 73. 115. 1 10 KK U U PF P 56. 5 73. 115. 1 11. 110 Ua UKU Fa 正 正F K 11. 1 22 正正 正 FPP F rmsx KKU K U U V K U P P 707. 0 正 VUK F 1 .111011. 1 正 这种表测任何波形电压都可直读有效值，对正弦 波， 故读数 , 对方波 故读数Ua=10V 对三角波 故读

14、数Ua=5.78 题3.4（练习题）5.6格 题3.5解根据电压表的刻度特性，可以确定其检 波方式，举例如下 （1）用方波作为测试信号，已知方波的 ，用被检电压表测量这个电压。 PPrmsx KUU V07. 7210Ua 0P UUUU VKUU PPrmsx 78. 5 VKUU PPrmsx 10 若读数 则该表为峰值表。 若读数 则该表为均值表。 若读数 则该表为有效值表。 （2）分别取峰值相等的一个正弦电压和一个方波 电压，设为UP，用被测电压表分别测量这两个电 压，其读数分别为Ua正和Ua方 。可能有下列几种情 况： 若U a正 =Ua方则该表为均值表。因为被测电压峰值 相同，只有

15、峰值电压表才能做到。 若U a正 =0.637Ua方则该表为均值表。因为正弦电压 的平均值 ，而方波的 ，已知 两个峰值相等。 00 U707. 02U 0 U11. 1 0 U Pa UU637. 0 P UU 同理，若为有效值表必定有Ua正=0.707Ua方 题3.6解 相同。因为峰值电压表的读数。 题3.7解 应选用均值表 因为峰值电压表对被测信号波形的谐波失真 所引起的波形误差非常敏感，而均值表的波形误 差与峰值表相比要小得多。 题3.8、题3.9 参阅本章相关内容 题3.10、题3.11 按公式3,5,7计算求出 四、参考资料 1电路分析 2模拟电路 3高频电路 正PP KU 第4章

16、 数字测量方法 学习辅导内容 数字量是信号幅度随时间做离散型变化的 物理量。目前，电子测量仪器正向量程扩大化， 集成化模块化、智能化、虚拟化、网络化、跨 专业多功能化、数字化趋势发展。而这些发展 趋势的核心是数字化。因此，必须学习和掌握 数字化测量方法。无论高档还是低档仪器，数 字化越来越普及。 随着微电子技术的发展，数字电路的成本 越来越低。随着各类仪器装上了CPU，数字化仪 器比模拟仪器的功能更强，精度更高，应用更 方便灵活，能用数字测量方法就不用模拟测量 方法。今后的仪器归纳成一个简单的公式： “仪器=AD/DA+CPU+软件”，A/D芯片将模拟信 号变成数字信号，再经过软件处理变换后由

17、D/A 输出。A/D芯片是数字化测量的核心器件，要掌 握的内容是A/D转换器的基本原理，检测方法及 应用领域等。 一、本章需要掌握的内容 1结合图4.1-1分析数字仪表的结构及直流 DVM的组成。 图4.1-1 2了解DVM的特点 3了解DVM的主要类型，结合图4.1-5能阐述逐次 比较式DVM的电路组成和工作原理。 图4.1-5 4.结合图4.1-10，4.1-11能分析和阐述U-F转换器 实用电路，并说明每一个元器件的作用。 图4.1-10 图4.1-11 5了解DVM的测量误差内容，并能计算习题。 6结合图4.2-1能分析和叙述直流数字电压表的 组成和工作过程。 图4.2-1 7多用型数

18、字电压表的组成 图4.3-2 8能分析AC-DC转换器，R-U转换器，I-U转换器 的组成和工作过程。 9结合图4.4-2，图4.4-3，掌握电子计数式频率 计的工作原理，能详细分析工作过程。 图4.4-2 图4.4-3 10能详细分析测频方面的测量误差，包括： （1）量化误差1误差 （2）标准频率误差 11测量时间、相位的工作原理，能详细分析其 测量误差，阐述图4.6-3的工作原理，并说明 每一个元器件的作用。 图4.6-3 二、重点与难点 重点： 1掌握U-T和U-F两种积分型DVM的组成和 工作原理 图4.1-7 图4.1-9 2了解和掌握A/D芯片的种类、特点、功能及应 用 难点： 精

19、密全波检波器电路的组成和工作原理，并能 描绘检波器的波形及特性曲线。 三、习题答案 题4.1，题4.2，题4.3参阅本章相关内容 题4.4 解（1）4位；（2） 位；（3） 位 （也可以说4位）；（4） 位，其中第二种的最 小量程为0.2V，它的分辨率是10V。 2 1 4 4 3 3 2 1 3 题4.5解 已知=0.003%，=0.002%，故测量的 示值相对误差为 讨论：从以上计算可知，相对误差r随Ux而变，当 UxUm时，r最小。 题4.6，题4.7 参照P145例1，按公式（4.1.10）计算 求出 题4.8，题4.9参照本章相关内容。 题4.10解 当用计数器测频时，由1误差产生的

20、 相对误差 fxT1NN %007. 0% 499876. 0 000000. 1 002. 0%003. 0% x m U U r 题4.11解 由于计数器内部频标正确度（110-9） 优于被测晶振二个数量级,故可不考虑内部频标误 差，可认为主要取决于1误差，则要求 则可得T=1S，即闸门时间应1S秒。 7 6 102 105 1 ,1 N N ST时 6 6 102 1051 . 0 1 ,1 . 0 N N ST时 5 6 102 10501. 0 1 ,10 N N mST时 7 10 fxT 1 由于计数器的误差中总包含这一误差项，其总误 差不可能低于其标准频率误差。故该计数器不 能

21、将晶体校准到10-9。 题4.12解：被测频率fx均是100000。 题4.13解：未知信号的周期为75s。 题4.14解：参阅本章相关内容。 题4.15解：（1）测频时的1误差 4 x 105 20001 1 fT 1 N N （2）测周时的1误差 16 cx cx 102101002000Tf fT 1 N N 题4.16解：按公式4,6,5推导计算求出 题4.17解：（1）100K （2）40S/cm （3）5格 题4.18解：9.4ns 题4.19解：用外触发方式 题4.20解： 滞后电源电压 45 超前 45 c U U R U c U 四、参考资料 1脉冲数字电路 2集成A/D和D

22、/A转换器应用技术（国防工业出版 社） 第5章 时域测量 学习辅导内容 在电子技术领域里，各种电信号多为时间的 函数。对于非周期性的、变化复杂的信号无法 用简单的几个参数去描述它们。最好的办法是 使用示波器去观察测量和研究各种时域信号。 示波器不仅能定性观察电信号的动态过程，还 可以定量地测量表征电信号特性的所有电参数。 示波器除了测量电量之外，通过各种传感器还 可以测量非电量。 一、本章需要掌握的内容 1了解示波器的分类 2能熟练画出示波管的结构示意图，并说明每部分 的作用。 图5.2-2 图5.2-5 3波形显示原理，当X、Y偏转板加上不同信号时， 能分析出荧光屏上显示的波形。 图5.2-

23、7 4理解扫描和同步的概念。 5能熟练画出各种示波器的基本组成框图。 6Y通道、X通道的组成及作用。 7能分析出各种典型电路的工作原理及功能。 8能全面的叙述整个示波器的工作原理，并能 绘出工作过程的波形。 9取样示波器、记忆示皮器、数字存储示波器 的组成和工作原理。 10熟练掌握示波器的应用与选择。 二、重点和难点 重点： 1示波管显示被测信号波形的原理。 2各种示波器的工作原理（包括波形图）。 3扫描及同步的基本概念，扫描电路的工作原理。 难点： 1同步的概念。 2扫描环的工作原理。 3释抑电路的工作过程。 4交替和断续转换方式的作用。 图5.2-23 图5.2-29 三、习题答案 题5.

24、1,题5.2解：参阅本间相关内容 题5.3解：李沙育图形，是圆形。 题5.4解：李沙育图形（1）椭圆形（2）“8”字 形 题5.5解：因为被测信号频率与扫描信号频率不 成整数倍，有 的差，图形向左“跑动”。 题5.6解：被测信号频率与扫描信号频率不成整 数倍，波形紊乱。 题5.7解：前沿有上冲，前沿弯曲。 题5.8解：最小周期T=0.2s1010=20s 4 1 频率 题5.9解：最高工作频率是20MHz 题5.10解：最低工作频率是0.4Hz 题5.11解：0.02s/cm 题5.12解：40ms，3ms，29ms 题5.13解：（1）聚焦不良（2）回扫消隐失效 题5.14解：引入50Hz交流电源的干扰 题5.15解：题5.16参阅本章相关内容 四、参考资料 1物理学的光学成像原理、静电场等内容。 2模拟电路 3数字电路 MHz5 T 1 fx 第6章 频域测量 学习辅导内容 频域测量在广播电视、CATV系统、卫星通 信、雷达导航等领域得到了广泛的应用。扫频 仪和频谱分析仪在更宽广的频率范围对各种有 源、无源二端口和四端口网络进行传输特性和 反射性的测量，如宽带放大器、