电子测量技术第一章电子仪器及测量技术基础

第1章 电子仪器及测量技术基础,1.1 电子测量的意义及特点 1.1.1 电子测量的意义 (1)测量 测量是人类对自然界的客观事物取得数量概念的一种认识过程。在这一过程中，人们通常借助于专门的设备，依据一定的理论，通过实验的方法来确定被测量的量,值。量值由数值和计量单位两部分组成，没有计量单位的量值是没有物理意义的。 (2)电子测量 电子测量是测量学的一个分支，它泛指一切以电子技术为基本手段的一种测量。 (3)电子测量的意义 电子测量涉及从直流到极宽频率范围内所有电量、磁量以及各种非电量的测量。,1.1.2 电子测量的内容 通常所说的电子测量是指对电子学领域内电参量的测量，其基本内容如下： 电能量的测量 电信号特性的测量 电路元器件参数的测量 电子设备及仪器性能的测量 特性曲线的显示测量,1.1.3 电子测量的特点 (1)测量频率范围极宽 电子测量的频率范围极宽，它除测量直流电量外，还可以测量交流量。其频率可低至10-4 Hz以下直到直流，高至1012 Hz以上。 (2)测量量值范围广 电子测量的另一个特点是被测对象的量值大小相差悬殊。,(3)测量准确度高 电子测量的准确度比其他测量方法高得多。 (4)测量速度快 由于电子测量是基于电子运动和电磁波传播的原理进行的，因此，它具有与其他测量不能比拟的测量高速度，这也是它在现代科学技术中得到广泛应用的另一个原因。,(5)易于实现遥测 通过各种类型的传感器，采用有线或无线的方式，可以实现对环境恶劣和人体不便于接触或无法达到的领域（如深海、地下、人造卫星、导弹飞行、高温炉、核反应堆内等）通过传感器或光、电磁波等方式进行远距离测量，即实现遥测。,(6)易于实现测量的自动化 由于电子测量的被测量和它所需要的控制信号都是电信号，通过超大规模集成电路实现模数变换和与计算机的连接，可实现自动记录、数据运算和分析处理，组成各种自动测试系统。,1.1.4 电子测量的方法 (1)测量方法的分类 为了实现测量的目的，正确选择测量方法是及其重要的，它直接关系到测量工作能否正确进行和测量结果的有效性。电子测量常见的分类方法有以下几种：,1)根据测量手段的不同分为：直接测量、间接测量和组合测量 直接得到被测量值的测量方法称为直接测量。 利用直接测量值与被测量之间的函数关系，才能得到被测量值的测量方法称为间接测量。,组合测量是兼用直接测量和间接测量的方法，将被测量和另外几个量组成联立方程，从而得到被测量的大小。 2)根据测量性质的不同分为：时域测量、频域测量和数据域测量 时域测量：指测量值是时间变化的函数。,频域测量：指被测量是频率变化的函数，即研究被测信号在各频率分量上的幅度大小。 数据域测量：指对数字系统逻辑状态进行的测量，即测量数字信号是“1”还是“0”。 3)根据对测量精度的要求不同分为：精密测量和工程测量,精密测量：指在实验室或计量室进行，是深入研究测量误差问题的测量。 工程测量：指对测量误差的研究不很严格的测量，往往一次测量获得结果，但工程测量所选用的仪器仪表的准确度等级必须满足实际使用的需要。,2)选择测量方法的原则 在选择测量方法时应该时应该注意以下几点： 1)被测量本身的特点 2)测量所需要的精确度 3)注意测量环境及所具有的测量设备的技术情况,得出的测量数据是错误的。 损坏元器件或测量设备。 损坏测量仪器仪表。 1.2 测量误差的基本概念 1.2.1 测量误差的定义 一个被测量本身所具有的真实大小，称为被测量的真值。,1.2.2 测量误差的来源 (1)仪器误差 仪器或仪表或本身所具有的误差称为仪器误差。 (2)环境误差 由于实际环境条件与规定条件不一致所引起的误差称为环境误差，这也是产生测量误差的主要原因之一。,(3)方法误差 由于测量方法不完善或不合理引起的测量误差称为方法误差。 (4)人员误差 测量人员主观因素和操作技术所引起的误差称为人员误差。,(5)被测量不稳定误差 由测量对象的不稳定变化引起的误差称为被测量不稳定误差。 1.2.3 测量误差的表示方法 测量误差的表示方法有两种：即绝对误差和相对误差。 (1)绝对误差X,定义：测量值X与被测量真值A0之差称为绝对误差X，即 修正值C：修正值C与绝对误差X的大小相等，符号相反，即,利用修正值和计量器具示值，可得到被测量的实际值，即 (2)相对误差 测量的绝对误差与被测量的约定值之比称为相对误差，常用百分数来表示。,实际相对误差A：指绝对误差X与被测量的实际值A的百分比，即 示值相对误差m：指绝对误差X与被测量的示值X的百分比，即,满度相对误差m(引用相对误差)：计量器具的绝对误差X与满量程值Xm之比称为满度相对误差或引用相对误差，即,满度相对误差一般用于连续刻度的仪表(特别是电工仪表)，它实际上给出了仪表各量程内，绝对误差不应超过的最大值,1.2.4 测量误差的分类 (1)系统误差 系统误差(系差)是指在相同条件下多次重复测量被测量时，其误差的数值保持恒定或以确切的函数规律方式变化的测量误差。,(2)随机误差 随机误差是指在相同条件下多次测量同一量值时，绝对误差值和符号以不可预知的方式变化的测量误差称为随机误差，也称偶然误差。,(3)粗大误差 粗大误差是指那些在一定条件下测量结果明显偏离其实际值所对应的误差。 1.2.5 测量结果的处理 测量结果的处理是电子测量的重要组成部分，其处理方式通常有数据处理和图解分析两种方式。,1.3 电子测量仪器概述 测量仪器是用于检出或测量一个量或为测量目的供给一个量的器具。采用电子技术测量电量或非电量的测量仪器称为电子测量仪器。,1.3.1 电子测量仪器的分类 通用仪器的灵活性好，应用面广，按功能主要可以分为以下几类： (1)信号发生器 信号发生器用于提供测量所需的各种信号。,(2)信号分析仪器 信号分析仪器用于观测、分析和记录各种电量的变化，包括时域、频域和数字域分析仪，如时域的示波器、频域的频谱分析仪和数据域的逻辑分析仪等。 (3)网络特性测量仪器,网络特性测量仪器用于测量电气网络的频率特性、阻抗特性、噪声特性等，如频率特性测试仪、阻抗测试仪和网络分析仪等。 (4)电子元器件测试仪器 电子元器件测试仪器用于测量各种电子元器件的各种电参数或显示元器件的特性曲,线等，如电路元件(R、L、C)测试仪、晶体管特性图示仪、集成电路(模拟、数字)测试仪等。 (5)电波特性测试仪器 电波特性测试仪器用于对电波、电磁场强度、干扰强度等参量进行测量，如测试接收机、场强测量仪、干扰测试仪等。,(6)辅助仪器 辅助仪器用于配合上述各种仪器对信号进行放大、检波、衰减、隔离等，以便上述仪器更充分发挥作用，如各种放大器、检波器、衰减器、滤波器、记录仪以及交直流稳压电源等。,1.3.2 电子测量仪器的误差 (1)固有误差 电子测量仪器在标准条件下所具有的误差称为固有误差。 (2)允许误差 技术、检定规程等对电子测量仪器所规定的允许的误差极限值称为允许误差。,(3)附加误差 电子测量仪器在非标准条件下所增加的误差称为附加误差。 1.3.3 测量系统的组成 测量系统是由一些功能不同的环节所组成，这些环节保证了由获取信号到获得被测量值所必需的信号量程功能。,图1.1 测量系统的组成方框图,