电子测量技术 第2版 教学课件 ppt 作者 孟凤果 第1章电子测量的基本知识

1.1 概述 1.2 电子测量的分类 1.3 电子测量实验室的常识 1.4 计量的基本概念 1.5 测量误差的基本概念 1.6 误差的合成 1.7 测量结果的处理,第1章 电子测量的基本知识,1.1 概述,1.1.1 电子测量的内容 1.1.2 电子测量的特点,1.1 概述,测量是人类对客观事物取得数量概念的认识过程。 测量的实现是通过物理实验的方法，获取被研究对象定量信息的过程。测量技术主要研究测量原理、方法和仪器等方面内容。,本课程中电子测量的内容是指对电子学领域内电参量的测量，主要有： 1电能量的测量 2电信号特征量的测量 3电路元件参数的测量 4电路性能特性量的测量 5特性曲线的显示,1.1.1 电子测量的内容,1.1.2 电子测量的特点,与其他测量相比，电子测量主要具有以下几个特点： 1测量频率范围宽 2仪器的量程宽 3测量准确度高 4测量速度快 5易于实现遥测 6易于实现测量的自动化,1.2 电子测量的分类,根据测量方法的不同，电子测量有不同的分类方法。这里仅介绍常用的分类方法。,1.2.1 按测量手段分类 1.2.2 按测量性质分类,1.2.1 按测量手段分类,按测量手段分类,有直接测量、间接测量和组合测量三种。,利用直接测量的量与被测的量之间已知的函数关系，得到被测量量值的测量方法称为间接测量。,1直接测量,用测量仪器直接测得被测量的量值的方法称为直接测量。,2间接测量,将被测量和另外几个量组成联立方程，通过直接测量这几个量最后求解联立方程，从而得到被测量的大小。组合测量是兼用直接测量与间接测量的一种测量方法。,3组合测量,1.2.1 按测量手段分类,1时域测量 时域测量是测量被测量随时间变化的特性。 2频域测量 频域测量是测量被测量随频率变化的特性。,1.2.2 按测量性质分类,按被测量的量值变化规律分类有时域测量、频域测量、数据域测量和随机量测量等。,3. 数据域测量 数据域测量是对数字系统逻辑特性进行的测量。 4随机量测量 随机量测量主要是对各种噪声、干抚信号等随机量的测量。,1.2.2 按测量性质分类,1.3 电子测量实验室的常识,1.3.1 电子测量实验室的环境条件 1.3.2 电子测量仪器的组成 1.3.3 电子测量仪器的接地 1.3.4 电子测量仪器的主要技术指标,电子测量仪器是由各种电子元器件构成的。它们往往不同程度地受到诸如温度、湿度、大气压强、振动、电网电压、电磁场干扰等外界环境的影响，因此，在同一环境条件下，用同一台仪器及同样的测量方法去测量同一个物理量，就会出现不同的测量结果。,1.3.1 电子测量实验室的环境条件,1.3.2 电子测量仪器的组成,1电子测量仪器的放置 在测量前应安排好各仪器的位置。要注意以下两点： 在摆放仪器时，尽量使仪器的指示电表或显示器与操作者的视线平行，以减少视差；对那些在测量中需要频繁操作的仪器，其位置的安排应便于操作者的使用。, 在测量中，当需要两台或多台仪器重叠放置时，应把重量轻、体积小的仪器放在上层；对散热量较大的仪器还要注意它自身散热及对相邻仪器的影响。,1.3.2 电子测量仪器的组成,电子测量仪器之间的连线原则上要求尽量短，尽量减少或消除交叉，以免引起信号的串扰和寄生振荡。例如：图1-1中，图a、c是正确的连线方法，图b连接线太长，图d连接线有交叉。,2电子测量仪器之间的连线,图(a),图(b),图(c),图(d),图1-1 仪器的连线,电子测量仪器的接地有二层含义，即以保障操作者人身安全为目的的安全接地和以保证电子测量仪器正常工作为目的的技术接地。 1安全接地 安全接地即将机壳和大地连接。这里所说的“地”是指真正的大地。,1.3.3 电子测量仪器的接地,为了消除隐患，一般可采取以下措施： 在实验室的地面上铺设绝缘胶。 仪器的电源插头应采用“三星”插头，其中“一星”为接地端（另一端连接在仪器的久壳上）。 电子实验室的总地线可用大块金属板或金属棒深埋在附近的地下，并撒些食盐以减少接触电阻，再用粗导线引入实验室。通过接地线，泄漏电流就流入大地这个巨大的导体。,2技术接地 技术接地是一种防止外界信号串扰的方法。这里所说的“地”，是指等电位点，即测量仪器及被测电路的基准电位点。技术接地一般有一点接地和多点接地两种方式。 前者适用于直流或低频电路的测量，即把测量仪器的技术接地点与被测电路的技术接地点连在一起，再与实验室的总地线（大地）相连；多点接地则应用于高频电路的测量。,在电子测量过程中，为避免干扰，大多数电子测量仪器的两个输入端中一端为接地端，与仪器的外壳相连，并与连接被测对象的电缆引线外层屏蔽线连接在一起，这个端点通常用“ ”表示。如果同时使用多台仪器，则需要将它们的“ ”端均接在一起，即“共地”。仪器外壳则可通过电源插头中的接地端与大地相连，可能避免外界电磁场的干扰，提高测量稳定性。因此，在电子测量中，一定注意不要将接地端与非接地端任意调换。,1.3.4 电子测量仪器的主要技术指标,电子测量仪器的指术指标是用数值、误差范围等来表征仪器性能的量。下面介绍测量仪器的主要技术指标。,1. 测量误差 测量误差可能用各种误差形式表示。 据我国部颁标准规定，批量生产的电子测量仪器，都应给出给出工作误差极限。,2.稳定性 在工作条件恒定的情况下，在规定时间内，测量仪器保持其指示值不变的能力称为仪器的稳定性。 稳定性直接与时间有关，稳定性的高低由稳定误差表征。 我国部颁标准规定，时间间隔应从下列数值中选取：15分钟；1小时；3小时；7小时；24小时；10天；30天；3个月；6个月；1年等等。,1.3.4 电子测量仪器的主要技术指标,1.3.4 电子测量仪器的主要技术指标,3.分辨率 分辨率是指测量仪器可能测得的被测量最小变化的能力。 通常，模拟式测量仪器的分辨率是指示值最小刻度的一半；数字式仪器的分辨率是显示器最后一位的一个数字。,1.3.4 电子测量仪器的主要技术指标,4.量程 量程是指在满足误差要求的情况下，被测量的上限值与下限值之差。 量程范围的大小是仪器通用性的重要标志。 仪器量程常常需要分档。一般按125或13或10进位的序列划分档极。测量仪器的分辨率可能随量程的换档而变化。,1.3.4 电子测量仪器的主要技术指标,5.测试速率 测试速率是指单位时间内，仪器读取被测量数值的次数。,6.可靠性 可靠性是指产品在规定条件下完成规定任务的概率，它是反映产品是否耐用的一个综合质量指标。,1.4 计量的基本概念,1.4.1 计量器具 1.4.2 单位制,计量是为了保证量值的统一、准确性和法制性，是生产发展、商品交换和国内国际交往的需要。计量学是研究测量，保证测量统一和准确的科学。计量学研究计量单位及基准，标准的建立、保存和使用；测量方法和计量器具；测量的准确度以及计量法制和管理等。,计量工作对电子产品的质理管理尤为重要，产品出厂前必须经过严格的计量检定，仪器仪表在使用过程中也要定期进行检验和校准，以确保测量的准确性。,1.4 计量的基本概念,计量和测量即有密切联系，又有所不同。测量是用已知的标准单位量与同类物质进行比较以获得该物质数量的过程，测量过程中，认为被测量的真实值是客观存在的，其误差是由测量仪器和测量方法等引起的。 计量学把测量技术和测量理论加以完善和发展，对测量起着推动作用，计量过程中，认为使用的仪器是标准的，误差是由受检仪器引起的，它的任务是确定测量结果的可靠性。,1.4 计量的基本概念,1.4.1 计量器具,凡是用以直接或间接测得被测对象量值的量具、计量仪器和计量装置统称为计量器具。它包括计量基准、计量标准和工作用计量器具三类。,1.4.1 计量器具,1计量基准,计量基准包括国家基准、副基准和工作基准。,（1）国家基准,国家基准也称为主基准，它是用来复现和保存计量单位，具有现代科学技术所能达到的最高精确度的计量器具，经国家鉴定并批准，作为统一全国计量单位量值的最高依据的计量器具。,1.4.1 计量器具,（2）副基准,副基准是通过直接或间接与国家基准比对来确定其量值并经国家鉴定批准的计量器具。它在全国作为复现计量单位的地位仅次于国家基准，建立副基准的目的主要是代替国家基准的日常使用，也可以用于验证基准的变化。,1.4.1 计量器具,（3）工作基准,工作基准是经与国家基准或副基准校准或比对，并经国家鉴定，实际用以检定计量标准的计量器具。它在全国作为复现计量单位的地位仅在国家基准及副基准之下。设立工作基准的目的是不因国家基准或副基准由于使用频繁而丧失其应有的精确度或遭到损坏。,1.4.1 计量器具,（3）工作基准,计量标准是按国家规定的精确度等级，作为检定依据用的计量器具或物质。,不用于检定工作而只用于日常测量的计量器具称为工作用计量器具，工作用计量器具要定期用计量标准来检定，即由计量标准来评定它的计量性能（包括准确度、稳定度、灵敏度等）是否合格。,1.4.1 计量器具,1量具,量具是以固定形式复现量值的计量器具称为量具。量具可用或不用其它计量器具而进行测量工作，而且一般没用指示器，在测量过程中也没用运动的测量元件。例如：砝码、标准电池、固定电容器等。,1.4.1 单位制,计量单位的确定和统一是非常重要的，必须采用公认的而且是固定不变的单位。,计量单位是有明确定义和名称并命其数值为1的一个固定的量。,单位制是经过国际或国家计量部门以法律形式规定的。在国际单位制（代号SI）中包括了整个自然科学的各种物理量的单位。,1.5.1 测量误差的表示方法 1.5.2 测量误差的来源与分类,1.5 测量误差的基本概念,测量误差有两种表示方法：绝对误差和相对误差。 1绝对误差 定义：设被测量的真值为A0，测量所得到的被测量值为x，则绝对误差为x： x xA0 注意：这里所说的被测量值是指仪器的示值。,1.5.1 测量误差的表示方法,例1.1 一个被测电压，其真值V0为100V，用一只电压表测量，其指示值VX为101V，则绝对误差： V= VXV01011001（V）,在实际测量中常以高一级标准仪器的示值A来代替真值A0。 A称为实际值。即 XXA 这是通常使用的表达式。, 修正值：与绝对误差的绝对值大小相等，但符号相反的量值，称为修正值，用C表示，即： CXAX 在日常测量中，使用该受检仪器测量所得到的结果应加上修正值，以求得被测量的实际值，即： AXC,例1.2 用电流表测电流，其示值为4.56mA,已知修正值为0.02mA，则被测电流为： AXC4.560.024.54(mA),误差的另一种表示是相对误差。 定义：测量的绝对误差X与被测量的真值A0之比（用百分数表示），称为相对误差，用0表示，即： 0 100%,2相对误差,用绝对误差x与被测量的实际值A之比来表示相对误差，称为实际相对误差，用A表示，即： A ,解：V1 V1X V1A 991001（V） V2 V2X V2A 9101（V） -1% -10%,例1.3 两个电压的实际值分别为V1A100V，V2A10V；测得值分别为V1X99V，V2X9V。求两次测量的绝对误差和相对误差。,在误差较小，要求不太严格的场合，也可用测量值X代替实际值A，因此而得到的相对误差称为示值相对误差，用 表示，即： 绝对误差x与仪器满度值 的比值，称为满度相对误差（或引用相对误差），用表示 ，即： ,因仪器仪表刻度线上各点示值的绝对误差并不相等，为了评价仪表的准确度。所以取最大的绝对误差。这时有： 是仪器在工作条件下不应超过的最大相对误差。这种误差表示方法较多地用在电工仪表中。按 值电工仪表的准确度等级分为0.1、0.2、0.5、1.0、1.5