电子测量技术教案1.ppt

1、1,1.1电子测量基础知识1.2测量误差1.3数据处理1.4电子测量仪器的日常维护,第一章电子测量与仪器基本知识,2,1.1.1测量和电子测量的意义,1.测量测量是借助于测量仪器并采用一定的方法，获得客观事物本质的实验过程。为了确定被测量的准确数值，测量结果必须包含两部分，数值的大小和单位。如某电阻为10，如果说它的电阻是10而没有单位，那是没有意义的。国际单位制,1.1电子测量基础知识,3,国际单位,国际单位制1960年第十一届国际计量大会通过的一种单位制。世界上最先进、科学和实用的单位制。其国际代号为SI。国际单位制由7个基本单位、2个辅助单位和19个具有专门名称的导出单位所组成。所有单位

2、都各有一个主单位，利用10进倍数和分数的16个词头组成SI单位的10进倍数单位和分数单位。7个基本单位分别是：长度单位：米（m）。质量单位：千克（kg）。时间单位：秒（s）。电流强度单位：安培（A）。热力学温度单位：开尔文（K）。物质量的单位：摩尔（mol）。发光强度单位：坎德拉（cd）。它们彼此独立，并有严格的定义。,4,3.电子测量,（1）广义上的定义是用电子线路制造成的仪器进行的测量都称为电子测量。,（2）从狭义来讲，电子测量是指利用电子线路制造的仪器用来测量电的量值。,2.测量的意义,（1）测量是人类认识自然和改造自然的一个重要手段。（2）测量是为了确定被测对象的量值而进行的实验过程。

3、,5,电子测量的内容：a.电能量:电压、电流、功率。b.元器件参数：电阻、电容、电感、阻抗、品质因数、晶体管等参数的测量。c.电信号特性：波形、频率、相位、脉冲参数、失真度、调制系数等。d.电路性能：增益、衰减、通频带、灵敏度等,6,4.电子测量的意义,（1）电子测量是测量学的重要组成部分；（2）使电子测量技术得到广泛应用，从而推动了电子和其它行业的发展；（3）电子测量技术的发展，不仅标志着测量技术的提高，而且推动了整个科学技术的发展和人类的进步。,7,1.1.2电子测量的特点,1.测量频率范围宽：2.测量量程广：3.测量精确度高：4.测量速度快：因为基于电子运动和电磁波原理5.容易实现自动遥

4、测：,8,（1）直接测量法测量电参数时，可由仪器的表盘或显示器直接读出被测量的数值，对某一未知量直接进行测量，从而得到被测量值的测量方法称为直接测量。例如，用频率计测量频率，用电流表串入电路中测量电流，都属于直接测量。直接测量法直观迅速。,1.1.3电子测量的基本方法,9,（2）间接测量法先用仪器测量一个与被测量有间接关系的间接量，再通过这一间接量与被测量之间的函数关系，通过计算而得到测量结果的测量方法称为间接测量。例如，测量已知电阻两端的电压，电阻消耗的功率可以用公式P=U2/R（U是电阻两端的电压，R是电阻的阻值），求出功率。,10,Rt1=R201+（t1-20）+(t1-20)2Rt2

5、=R201+（t2-20）+(t2-20)2解出和的这些测量结果。,（3）组合测量法在测量中被测量值不能一次得出结果，需要通过测量几个未知量，然后通过被测量与这几个未知量之间的方程组求解，得到被测量的结果。例如，在电阻与温度的关系式：Rt=R201+（t-20）+(t-20)2中的和测定。可以立方程求解,11,1.2测量误差,测量误差出现测量结果与实际值（真值）有差异，这种差异称为测量误差（1）测量误差是不可避免的。（2）寻找误差的来源，尽可能防止误差和减小误差。（3）测量结果进行正确的处理，使测量结果接近被测量对象的实际情况。,12,1.2.1测量误差的来源1仪器自身误差由于仪器本身的电路设

6、计、安装、机械部分不完善所产生的误差称为仪器自身误差。它主要包括读数误差、内部噪声误差、稳定误差、动态误差、其他误差。（1）读数误差读数误差产生的原因有：仪器出厂前校准不准而产生的校准误差；由于仪器是批量生产的，而同一种仪器都是采用统一的刻度盘，每台仪器的特性不完全相同，所以，在非校准点，就可能引起不同程度的误差，即刻度误差。,13,数字仪表中数字仪表中量值转化为数字时出现的l的误差称为量化误差。（2）内部噪声误差仪器内部元器件热噪声等引起的测量灵敏度受到限制，从而带来的内部噪声误差。（3）动态误差在进行动态测量时，电路显示的结果尚未达到稳定状态，测量者便读取结果这就必然造成动态误差。,14,

7、（4）稳定误差由于仪器中电子器件的老化、电源电压的变化等所导致的误差，但这种误差相对来说是比较稳定的误差，故称为稳定误差。（5）其他误差因为仪器自身的误差有多种多样的，很难概括完，故凡上述没有包括的误差都归纳为其他误差。,15,（4）稳定误差由于仪器中电子器件的老化、电源电压的变化等所导致的误差，但这种误差相对来说是比较稳定的误差，故称为稳定误差。（5）其他误差因为仪器自身的误差有多种多样的，很难概括完，故凡上述没有包括的误差都归纳为其他误差。,16,2使用误差,这是泛指与测量过程中因操作不当而引起的误差，也称操作误差。例如：用万用表测量电压或电流，因为选择档位不正确造成的误差；测量电阻时，没

8、有进行欧姆校零而产生的误差。,17,3人身误差,人身误差是由于人的感觉器官不完善所产生的误差。测量者可能借助人的耳朵或人的眼睛来获得测量结果或进行人工调整等。人的听力、视力及动作都会产生人体误差。,4影响误差,影响误差又称环境误差，是测量工作受外界影响(如温度、湿度、气压、电磁场、光照、声音、放射线、机械震动等)产生的误差。影响误差也称为环境误差。,18,5理论误差,由于测量时所使用的方法不完善、所依据的理论不严密或测量定义不明确等所导致的误差。例如：用谐振式波长计测频率，常选用来获得测量结果。f0=,严格讲这个公式是不完善的，它是假定L、C中的损耗rL与rC均为零的前提下才准确。所以应用下式

9、计算:f0=这种误差称为方法误差。,19,1.2.2测量误差按表示1绝对误差（1）绝对误差测量值Ax减去被测量对象的真值Ao，所得的数据A，叫做绝对误差。A=Ax-A0(1-1)真值A0无法求到，常用上一级标准仪器的示值作为实际值A（约定真值）代替真值。这时候绝对误差A=Ax-A(1-2),20,（2）修正值绝对值与x相等但符号刚好相反的值，称为修正值，一般用C表示。C=-A=A-Ax（1-3）通过检定，可以由上一级标准给出受检仪器的修正值。利用修正值，可以求出实际值A=C+Ax（1-4）【例如1-1】某电压表的量程为10V，通过检定而得出其修正值为-0.02V。如用这只电压表测电路中的电压，

10、其示值为7.5V，于是得被测量电压的实际值为解：A=C+Ax=（-0.02）+7.5=7.48V,21,2相对误差实际测量过程中，常用相对误差来表示仪器测量精度的高低。（1）实际相对误差用绝对误差A与被测量的实际值A的百分比值来表示的相对误差称为实际相对误差。用A表示，A=A/A100%(1-5)如前例，已知A=-C=0.02V，A=7.48V，所以A=0.02/7.48=0.00267=0.27%,22,（2）示值相对误差用绝对误差A与仪器的示值Ax的百分比值来表示的相对误差称为示值误差。用x表示，x=A/Ax100%(1-6)如例1-1，已知x=0.02V，Ax=7.5V，所以x=0.02

11、/7.5=0.00267=0.27%一般示值误差比较广泛,23,（3）满度相对误差用绝对误差x与仪器的满度值xm百分比值来表示的误差称为满度误差。用rm表示，m=A/Xm100%(1-7)电子仪器正是按m之值来进行分级的，例如，0.5级的电子仪器，就表明其m0.5%，并在其面板上标有0.5的符号。如果该仪器同时有几个量程，则所有量程有m0.5%。我国生产的电子仪器精度一般分有七级：0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0。,24,1.2.3测量误差的分类,1系统误差,在一定条件下，多次测量同一个量，如果误差的大小和符号固定不变，或按某种函数规律变化，那么这种误差称为系统误差。一般

12、用正确度来表征系统误差大小，系统误差越小，正确度越高。,2随机误差,在单次测量时误差的大小、正负没有规律，但多次测量其平均值趋于零的误差，称为随机误差。随机误差又称为偶然误差。,25,3粗大误差,精密度用以反映偶然误差大小的程度，而准确度(精确度)则反映了系统误差和偶然误差它们综合误差大小的程度。,粗大误差是明显歪曲测量结果的误差。这种误差来自测量方法不当、影响较大的偶然因素或测量者的粗心等原因。,26,1.2.4减小误差的方法对任何一物理量的测量，除了对被测项目的工作原理有比较清楚的了解外，最重要的还应熟悉仪器，掌握测量的方法，才能准确迅速地完成测量任务。分清误差的来源，按各种误差的克服办法

13、去减小误差，这是最根本的途径和最有效的措施。1减小方法误差根据被测量对象特性采用合理的测量方法，选用合理精度的仪器，还要有一个合理的测试环境。,27,2减小使用误差测量前熟悉仪器的使用方法，严格遵守操作规程，提高使用技巧和对各种现象的分析能力。3减小人身误差除人的耳、眼等感觉器官所产生的不可克服的因素外，应尽量提高操作技巧和改进方法，减小人身误差。4减小仪器误差由于仪器误差主要产生于仪器本身，所以要定期维护和校准，正确使用仪器仪表是减小仪器误差的重要环节。,28,1.3数据处理测量数据的处理，就是从测量中得到的原始数据中求出被测量的最佳估计值，并计算精确程度。1.3.1有效数字组成数据的每个必

14、要数字，称为有效数字，即从左边第一个非零数字开始，直至右边最后一个数字为止的所有数字。在数字中间或末尾的零都是有效数字，而在第一个非零数字前面的零都不是有效数字。有效数字末尾的“0”，表示了准确程度。如5.80表示测量结果准确到百分位，最大绝对误差不大于0.005；5.8表示测量结果准确到十分位，最大绝对误差不大于0.05。有效数字的位数不能因采用的单位的变化而增加或减少,29,1.3.2数字舍入规则在测量时，往往要对测量结果的几个有效数据进行处理与运算，那么就存在有效数字的位数的取舍问题。取舍原则是：运算过程中的有效数字的位数根据其中准确度最差的数据的有效数字进行取舍。对有效数字舍入时，应尽

15、量减小舍入造成的误差，有效数字的舍入规则如下：删略部分最高位数字大于5时向前入1。删略部分最高位数字小于5时舍去。删略部分最高位数字等于5时，5后面只要有非零数字时去5进1；如果5后面全是零或无数字时，当5前面一位数是奇数则去5入1，当5前面一位数是偶数则舍去5不进1。,30,31,【例1-3】对下列数据式子进行有效数字的计算：6.362+2.4+2.315；24.310.422.09。解：6.362+2.4+2.355=6.4+2.4+2.4=1124.310.422.09=240.422.1=27,32,1.4电子测量仪器的日常维护,（1）电源使用仪器前最首要的问题是检查仪器的供电要求。（2）仪器的连接仪器的电源插头应该采用“三星”插头，“中星”应与仪器的外壳相连接。仪器的放置既要考虑到仪器连线的方便，又要考虑到仪器的散热，尽量不要重叠放置。,33,同时使用几台仪器时，测试线的连接要尽量短，减少信号的衰减，尽量减少测试线的交叉，以免信号相互串扰产生寄生振荡。技术接地是指仪器的测试端口标有“”的点，它应与被测电路的技术接地点连在一起。根据电子测量的性质和各种电子测量仪器的技术要求不同，环境因素对测量的影响也不同。为了达到最佳的测量效果，国