电子测量课件第1.2.课时.ppt

课程简介一 课程性质 电子测量技术基础 是电类专业重要的专业基础课 包括电子测量的基本原理 误差理论与数据处理 主要电子仪器的工作原理 性能指标 电参数的测试方法 该领域的最新发展等 电子测量技术综合应用了电子 计算机 通信 控制等技术 二 教学目的通过本课程的学习 使学生掌握常用的电子测量仪器的基本原理和使用方法 获得有关电子测量与仪器方面的基本技能和应用能力 为学习后续课程的学习 从事实际工作和研发工作打下基础 1 13 三 主要内容 1 测量误差理论与数据处理 2 信号发生器与电子示波器的结构及工作原理 3 频率和时间测量 4 相位差测量 5 电压测量 6 阻抗测量四 教学重点波形测试 时间频率 电压 集中参数测量仪器以及信号发生器的原理 性能及使用 2 13 五 学习方法本课程的学习方法 预习教材 上课听讲 课后复习 练习 作业的方式进行 注意提出问题 分析问题 解决问题的过程 通过学习本课程 除了掌握常用电子测量仪器的基本原理和使用方法外 更重要的是对科学思维方法及创新精神的培养 六 检测要点误差基本知识 信号发生器 示波器 电子计数器 电子电压表 交流电桥等的组成原理及有关计算 3 13 七 考核方法本课程计划课时48学时 3个学分 其中理论课38课时 实验课10课时 采用百分计的方法进行考核 期平得分 理论考试分 60 实验得分 20 平时分理论考试采用闭卷形式 识记 领会 简单应用 综合应用 四个层次的试题在试卷中所占的分数比例依次约为 30 40 20 10 试题的难度可分为 容易 中等偏易 中等偏难 难 它们在试卷中所占分数比例依次大致为 20 40 30 10 平时分总分为20分 进行倒扣分 标准为 每迟到一次扣1分 旷课一次扣5分 缺交作业一次扣2分 4 13 第1章绪论 本章主要内容1 1电子测量1 2电子测量的内容和特点1 3电子测量的一般方法1 4电子测量仪器概述本章要点1 电子测量的意义 内容 特点 2 电子测量的方法 分类 5 13 1 1电子测量 一 测量1 测量的意义生产 生活离不开测量 科学实验离不开测量 离开测量就不会有真正的科学 没有望远镜就没有天文学 没有显微镜就没有细胞学 没有指南针就没有航海事业 6 13 2 测量的定义测量是为了确定被测对象的量值而进行的实验过程 测量结果 测量数值 测量单位3 测量的内涵 测量对象 被测客体中的相应的量值信息 测量目的 从被测对象取得一个定量的认识 测量过程 通过实验去认识对象的过程 测量方法 比较 A 直接比较B 间接比较 测量标准 同类已知单位 测量结果 最终能表示给测量主体 人 7 13 3 广义测量的定义广义地讲 测量不仅对被测的物理量进行定量的测量 而且还包括对更广泛的被测对象进行定性 定位的测量 例如故障诊断 无损探伤 遥感遥测 矿藏勘探 地震源测定 卫星定位等 而测量结果也不仅仅是由量值和单位来表征的一维信息 还可以用二维或多维的图形 图像来显示被测对象的属性特征 空间分布等 广义测量原理可以从信息获取过程来说明 包括信息的感知和信息识别两个环节 8 13 二 电子测量1 广义上的定义是用电子测量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测量仪器来测量电的量值 电子测量除对各种电量 电信号及电路元器件的特性和参数进行测量外 还可通过各种敏感器件和传感装置对非电量进行测量 而且往往更加方便 快捷 准确 有时是用其他测量方法所不能替代的 9 13 1 2电子测量的内容和特点 一 电子测量的内容电子测量的内容很多 大概分为四大类 1 电能量测量 包括电压 电流 功率等的测量 2 电信号特性测量 包括波形 频率 周期 相位 失真度 调幅度 调频指数及数字信号的逻辑状态等的测量 3 电路元件参数测量 包括电阻 电感 电容 阻抗 品质因数及电子器件的参数等的测量 4 电子设备的性能测量 包括增益 衰减 灵敏度 频率特性 噪声指数等的测量 10 13 二 电子测量的特点与其他测量方法和测量仪器相比 电子测量具有以下特点 1 测量频率范围宽10 6Hz 1012Hz2 测量的量程宽量程是测量范围 例如 地面上接收到的宇宙飞船自外空发来的信号功率 低到10 14W数量级 而远程雷达发射的脉冲功率 可高达108W以上 两者之比为1 1022 11 13 3 测量准确度高低相差悬殊有些参数的测量准确度可以很高 而有些参数的测量准确度却又相当低 例如 对频率和时间的测量准确度 可达到10 13 10 14的量级 而品质因数Q值和电场强度的测量准确度 只有10 1量级 4 测量速度快由于电子测量是基于电子运动和电磁波的传播 加之现代测试系统中高速电子计算机的应用 使得电子测量无论在测量速度 还是在测量结果的处理和传输 都可以以极高速度进行 12 13 5 可以进行遥测可以用有线或无线的方式传送到测试控制台 中心 从而实现遥测和遥控 6 易于实现测试智能化和测试自动化带有微处理器和GPIB标准仪器接口 程控测量仪器通用24针总线接口 可以方便地构成完善的自动测试系统 电子测量易于实现测试智能化和测试自动化 7 影响因素众多 误差处理复杂影响测量结果及测量误差的因素大体上可分为外部的和内部的 它通常来自测量系统的外部 如环境温度 湿度 电源电压 外界电磁干扰等 13 13 1 3电子测量的一般方法 一 按测量手续分类1 直接测量它是指直接从测量仪表的读数获取被测量量值的方法 2 间接测量它是利用直接测量的量与被测量之间的函数关系 可以是公式 曲线或表格等 间接得到被测量量值的测量方法 3 组合测量当某项测量结果需用多个参数表达时 可通过改变测条件进行多次测量 根据测量量与参数间的函数关系列出方程组并求解 进而得到未知量 这种测量方法称为组合测量 1 13 例如 电阻器电阻温度系数的测量 已知电阻器阻值Rt与温度t间满足关系 式中R20为t 20 时的电阻值 为已知量 称为电阻的温度系数 t为环境温度 为了获得值 可以在二个不同的温度tl t2下测得相应的二个电阻值Rt1 Rt2 代入式上式得到联立方程求解联立方程 就可以得到值 2 13 二 按测量方式分类l 偏差式测量法在测量过程中 用仪器仪表指针的位移 偏差 表示被测量大小的测量方法 称为偏差式测量法 例如使用万用表测量电压 电流等 由于是从仪表刻度上直接读取被测量 包括大小和单位 因此这种方法也叫直读法 用这种方法测量时 作为计量标准的实物并不装在仪表内直接参与测量 而是事先用标准量具对仪表读数 刻度进行校准 实际测量时根据指针偏转大小确定被测量量值 3 13 2 零位式测量法零位式测量法又称作零示法或平衡式测量法 测量时用被测量与标准量相比较 因此 也把这种方法叫作比较测量法 用指零仪表 零示器 指示被测量准量与标准量相等 平衡 从而获得被测量 利用惠斯登电桥测量电阻 或电容 电感 是这种方法的一个典型例子 如图1 3 1所示 当电桥平衡时 可以得到 1 3 3 4 13 图1 3 1惠斯登电桥测量电阻示意图 5 13 3 微差式测量法偏差式测量法和零位式测量法相结合 构成微差式测量法 它通过测量待测量与际准量之差 通常该差值很小 来得到待测量量值 如图1 3 2所示 图1 3 2微差式测量法示意图 6 13 图1 3 3用微差法测量直流稳压源的稳定度 7 13 三 按被测量的性质分类1 时域测量时域测量也叫作瞬态测量 主要测量被测量随时间的变化规律 典型的例子如用示波器观察脉冲信号的上升沿 下降沿 平顶降落等脉冲参数以及动态电路的暂态过程等 2 频域测量频域测量也称为稳态测量 主要目的是获取待测量与频率之间的关系 如用频谱分析仪分析信号的频谱 测量放大器的幅频特性 相频特性等 8 13 3 数据域测量数据域测量也称为逻辑量测量 主要是用逻辑分析仪等设备对数字量或电路的逻辑状态进行测量 数据域测量可以同时观察多条数据通道上的逻辑状态 或者显示某条数据线上的时序波形 还可以借助计算机分析大规模集成电路芯片的逻辑功能等 4 随机测量随机测量又叫作统计测量 主要是对各类噪声信号进行动态测量和统计分析 这是一项较新的测量技术 尤其在通信领域有着广泛应用 9 13 除了上述几种常见的分类方法外 还有其他一些分类方法 比如 按照对测量精度的要求 可以分为精密测量和工程测量 按照测量时测量者对测量过程的干预程度分为自动测量和非自动测量 按照被测量与测量结果获取地点的关系分为本地 原位 测量和远地测量 遥测 接触测量和非接触测量 按照被测量的属性分为电量测量和非电量测量等等 10 13 四 测量方法的选择原则在选择测量方法时 要综合考虑下列主要因素 被测量本身的特性 所要求的测量准确度 测量环境 现有测量设备等 在此基础上 选择合适的测量仪器和正确的测量方法 前面曾提到 正确可靠的测量结果的获得 要依据测量方法和测量仪器的正确选择 正确操作和测量数据的正确处理 否则 即便使用价值昂贵的精密仪器设备 也不一定能够得到准确的结果 甚至可能损坏测量仪器和被测设备 例1 直接用万用表R 1电阻档测量晶体管发射结结电阻 由于限流电阻过小而使基极注入电流很大 很容易将晶体管损坏 例2 图1 3 4表示的是用电压表测量高内阻电路端电压的例子 不难看到 电压表内阻的大小将直接影响到测量结果 这种影响通常叫做电压表的负载效应 图1 3 4电压表内阻的影响 12 13 相对误差 而改用内阻只Rv 120k 的万用表电压档测量时 电压为 相对误差 当用内阻Rv 10M 的数字电压表测量时 电压为 13 13