电子测量与仪器

电子测量与仪器第1页，共27页，2023年，2月20日，星期一绪论知识要点：

什么是测量呢？测量有什么意义啊？怎么进行测量啊？第2页，共27页，2023年，2月20日，星期一测量:“没有测量，就没有科学”。第3页，共27页，2023年，2月20日，星期一

测量:利用合适的工具（测量仪器），确定某个给定对象（测量对象）在某个给定属性（物理量)上的量的程序或过程。测量四要素:1、测量对象:它是客观世界中所存在的事物或者现象2、测量内容:即测量客体的某种属性或特征。3、测量法则:具体的操作程序和区分不同特征或属性的标准。4、测量结果：数字和符号，即用来表示测量结果的工具。第4页，共27页，2023年，2月20日，星期一电子测量：1、广义的电子测量是指利用电子技术进行的测量。非电量的测量属于广义电子测量的内容，可以通过传感器将非电量变换为电量后进行测量。2、狭义的电子测量是指对电子技术中各种电参量所进行的测量。

例：电流、电压、频率、功率等

第5页，共27页，2023年，2月20日，星期一课程目录第1章电子测量和仪器的基本知识

第2章测量用信号发生器第3章电压测量与电压表第4章波形测试与仪器第5章频域测量与仪器第6章电子元器件测量与仪器第7章频率和时间测量与仪器第8章数据与测量与仪器第9章智能测试仪器与系统第6页，共27页，2023年，2月20日，星期一课程目标1、了解各种常见的电子测量仪器的原理2、掌握各种常见的电子测量仪器的使用方法3、掌握测量数据的处理方法4、完成实验报告第7页，共27页，2023年，2月20日，星期一第1章电子测量与仪器基本知识第8页，共27页，2023年，2月20日，星期一内容提要＊本章主要介绍学习本课程必备的基本知识。＊本章内容主要有：●电子测量的内容、特点和基本方法；●测量误差的来源、分类和表示方法；●有效数字的概念和测量结果的处理；●电子测量仪器有关知识。第9页，共27页，2023年，2月20日，星期一1.1电子测量概述1.电子测量的意义测量目的：依据一定的理论，通过实验的方法取得用数值和单位共同表示的被测量的结果。以便用于科研、指导生产等。1.1.1电子测量的意义及内容第10页，共27页，2023年，2月20日，星期一2.电子测量的内容电子测量特点：频率范围宽、量程广、精确度高、测量速度快、易于实现遥测摇控等。狭义电子测量内容：（1）能量：电流、电压、功率、电场强度等。（2）电路参数：电阻、电感、电容、品质因数等。（3）信号特性：频率、周期、相位、调制系数等。（4）电子设备性能：通频带、放大倍数等。（5）特性曲线：幅频特性、相频特性等。第11页，共27页，2023年，2月20日，星期一1.按照测量性质分类（1）时域测量：测量与时间有函数关系的量。（2）频域测量：测量与频率有函数关系的量。（3）数字域测量：对数字逻辑量进行的测量。（4）随机量测量：对噪声、干扰信号等的测量。2.按照测量手段分类（1）直接测量：借助测量仪器可直接获得测量结果。（2）间接测量：先直接测量几个与被测量有函数关系的物理量，然后通过公式计算或查表等求出被测量。（3）组合测量：以直接测量和间接测量为基础。测量过程：1）需要改变测量条件多次测量。2）按照函数关系组成联立方程组并求解得出有关未知量。3）将未知量代入函数式而得出测量结果。1.1.2电子测量方法第12页，共27页，2023年，2月20日，星期一其他电测方法：人工测量和自动测量；动态测量和静态测量；精密测量和工程测量；低频测量、高频测量和超高频测量等。测量方法选择规则：

测量时应对被测量的物理特性、测量允许时间、测量精度要求以及经费情况等方面进行综合考虑，结合现有的仪器、设备条件，择优选取合适的测量方法。第13页，共27页，2023年，2月20日，星期一1.绝对误差（1）定义式：Δx＝测量值x–真值A0A0：用高级标准器具的测量值A（实际值）代替。计算式：Δx=测量值x–实际值AΔx正负号表示：x偏离A的方向，即偏大或偏小；Δx大小表示：x偏离A的程度。

1.2测量误差的基本概念测量误差：测量值与被测量真值之间的差异1.2.1测量误差的表示方法(3种）第14页，共27页，2023年，2月20日，星期一（2）修正值：C

=–Δx=A–x→A=C+ΔxC常在用高级标准仪器对测量仪器校准时给出，给出的方式为数值、一条曲线、一张表格。绝对误差的缺点：虽然绝对误差可以说明测量结果偏离实际值的情况，但不能确切反映测量结果偏离实际值的程度。2.相对误差反映测量结果偏离实际值的程度（1）实际相对误差：（2）示值相对误差：第15页，共27页，2023年，2月20日，星期一【例1–1】用电压表校准万用表时测得的两个电压值是100V、50V，而用万用表测得的值分别是90V、40V，求两次测量的绝对误差、修正值、实际相对误差分别是多少？解：根据题意知，UA1=100V，UA2=50V，

Ux1=90V，Ux2=40V。第一次测量：ΔU1=90V–100V=–10VC1=–ΔU1=10VγA1=ΔU1/UA1×100%=-10V/100V×100%=-10%

第二次测量：ΔU2=40V–50V=–10VC2=–ΔU2=10VγA2=ΔU2/UA2×100%=-10V/50V×100%=-20%

结论：第一次测量要比第二次测量准确。第16页，共27页，2023年，2月20日，星期一练习：多级弹道火箭的射程为1万公里，其射击偏离预定点不超过0.1公里，优秀射手能在50米远处准确射击，偏离不超过2cm，试问哪一个射击精度高？第17页，共27页，2023年，2月20日，星期一（3）满度相对误差：xm：仪器满度值。用途：描述电工仪表的准确度等级指针式电工仪表准确度等级：0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0共七级。电工仪表准确度等级意义：仪表满度相对误差所不超过的百分比。注意：在无标准仪表比对的情况下，不可能确定测量值偏离方向，所以应带有“±”号。结论：Δxm＝xmγm；实测绝对误差Δx满足：；一般情况下，应尽量使指针处在仪表满度值的2/3以上区域。第18页，共27页，2023年，2月20日，星期一【例1–2】要测量40V左右的电压，有两块电压表：量程为50V、1.5级，量程为100V、1.0级，问应选用哪一块表测量比较合适？解：第一块表：ΔU1≤50V×(±1.5%)=±0.75V

第二块表：ΔU2≤100V×(±1.0%)=±1.0V答：选用第一块表。3.容许误差（极限误差或仪器误差）定义：人为规定的某类仪器测量时不能超过的测量误差的极限值。表示：绝对误差、相对误差或二者的结合。第19页，共27页，2023年，2月20日，星期一1.2.2测量误差的来源（1）仪器误差：仪器本身及其附件的电气和机械性能不完善而引起。（2）使用误差（操作误差）：由于安装、调节、使用不当等原因引起的误差。（3）人身误差：人为原因引起的误差。（4）环境误差（影响误差）：由于受到外界的温度、湿度、气压、震动等影响产生的误差。（5）方法误差（理论误差）：由于测量时使用方法不完善、所依据理论不严格等原因引起的误差。第20页，共27页，2023年，2月20日，星期一1.2.3测量误差的分类1.系统误差（系差）（1）定义：对同一量进行多次测量，测量误差能够保持恒定或按照某种规律变化的误差。（2）分类与判断分类：恒定系差、变值系差恒定系差：大小及符号始终保持恒定不变。变值系差：大小及符号会按累进性规律、周期性规律或某复杂规律变化。系统误差的发现和判断方法：用理论分析法、校准和比对法、改变测量条件法、公式判断法，比较简单的是剩余误差观察法。(图1.3）第21页，共27页，2023年，2月20日，星期一（3）系差与测量的关系系差表明测量结果偏离真值或实际值的程度。系统误差越小，测量准确度越高。系差通常能够出现在最终的测量结果中。（4）减小系统误差的方法产生因素：对测量影响显著的因素。减小措施：测量之前；测量中采用零示法、替代法、交换法、微差法；测量后引入修正值加以抵消或削弱。第22页，共27页，2023年，2月20日，星期一零示法定义：使被测量对指示仪表的作用与某已知的标准量对它的作用相互平衡以使指示仪表示零，这时被测量等于已知的标准量。优点：可以消除指示仪表不准而造成的误差。替代法（置换法）定义：在测量条件不变情况下，用一已知标准量去代替被测量，并调整标准量使仪器的示值不变，此种情况下，被测量等于调整后的标准量。优点：消除仪器误差和其他造成系统误差的因素对测量结果的影响。第23页，共27页，2023年，2月20日，星期一交换法（对照法）

定义：交换被测量在测量系统中的位置或测量方向，取两次测量值的平均值作为测量结果。优点：交换法将大大削弱系统误差的影响。微差法（虚零法或差值比较法）定义：实质上是一种不彻底的零示法。微差法允许标准量s与被测量x的效应不完全抵消，而是相差一微小量δ，测得δ＝x–s，即可得x=s+δ

优点：可以忽略仪表产生的偏差。第24页，共27页，2023年，2月20日，星期一2.随机误差（偶然误差、残差、随差）定义：在一系列重复测量中，每次测量结果出现无规律随机变化的误差。与测量关系：反映测量结果离散性，即随机误差越小，测量精密度越高。精密度与准确度无关。产生因素：影响微弱、变化复杂而又互不相关的多种因素共同造成。规律：服从统计规律，即单峰性、对称性、低偿性、有界性。减小措施：多次测量求平均特点：随机误差可以出现在单次测量结果中，一般不会出现在最终结果中