电子测量的基础知识

上篇收音机安装与调试所需仪器及使用方法预备知识电子测量的基础知识项目要点1、电子测量的意义、内容、特点2、电子测量仪器的分类、用途、典型仪器及使用常识3、电子测量的方法、分类4、电子测量的误差及减小误差的方法一测量和电子测量的意义●当今科学技术的发展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。●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。●测量结果的量值总要包括两部分：即数值（大小及符号）和用于比较的标准量的单位名称。●电子测量是测量学的重要组成部分，而电子测量则是指利用电子线路制造的仪器来测量电的量值。●电的量值包括：电能量（电压、电流、功率）电路参数（电阻、电容、电感、阻抗、品质因数）电信号特性（波形、频率、相位）等二电子测量的特点1测量频率范围宽可测量直流，还可测量交流，频率从10-5Hz~1012Hz,测量频率范围宽可使电子测量的应用范围很大。2测量量程范围宽所测的电参量的上限值和下限值相差很大。3测量精确度很高测量精确度是决定测量技术水平和测量结果可靠性的关键。4测量速度快现在的测量系统由于利用计算机和计算机网络，使电子测量、测量结果处理和传输，以极高的速度进行。5容易实现自动遥测利用各种传感器、电子仪器和计算机相结合，可以对不同的测量对象实现测量仪器智能化，使测量过程自动化。三电子测量的分类1、直接测量与间接测量法（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。（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。（3）组合测量法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。2、按被测信号特性分类（1）时域测量测量被测对象在不同时间的特性。（2）频域测量频域测量是测量被测对象在不同频率时的特性，主要测量被测量与频率之间的关系。（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。四电子测量的内容1、电子测量的内容很多，大概分为四大类（1）电路元件参数包括电阻、电抗、阻抗、电感、电容、品质因数、介质常数、导磁率、晶体管β等。（2）电能量包括电压、电流、功率、电场强度、电磁干扰及噪声等。（3）信号特征包括频率、相位、幅度、上升沿、下降沿、调制度、频谱、信噪比等。（4）电路性能包括灵敏度、选择性、频带宽度、分辨力、增益、衰减、驻波比、反射系数、噪声系数等。任务二介绍电子测量仪器电子测量仪器种类繁多，根据测量精度的要求不同，既有高精度的，也有普通的，甚至还有简易的；根据用途分类有专业用仪器和通用仪器。一常见的电子测量仪器1集中参数测量仪器（1）用途测量电阻、电容、电感值（2）典型仪器Q表、万能电桥、电容电感测量仪2器件参数测量仪器（1）用途测量器件的参数（2）典型仪器晶体管特性图示仪3电平测量仪器（1）用途测量电能的量，包括电流、电压、电功率（2）典型仪器电流表、电压表、电平表、多用表、功率表4信号发生器（1）用途用仪器产生的低频信号、高频信号脉冲信号等对电子产品进行调试和维修（2）典型仪器低频信号发生器、高频信号发生器脉冲信号发生器和函数发生5时间频率测量仪器（1）用途用于测量周期性曲线的频率、周期、脉冲数（2）典型仪器频率计6信号波形测量仪器（1）用途观察电信号电压或电流与时间之间的关系（2）典型仪器示波器7网络参数测量仪器（1）用途测量网络的频率特性、相位特性、噪声特性等（2）典型仪器扫频仪。8数据域测试仪器（1）用途研究以离散时间或事件为自变量的数据流（2）典型仪器逻辑分析仪。9计算机仿真测量（1）用途可以避免受实验时间和设备的限制，方便设计电路（2）典型软件EWB二电子测量仪器的使用常识要使电子测量仪器正常的工作，必须要注意它的使用条件和使用方法。另外保障电子测量仪器的完好和测量人员的操作安全，是电子测量仪器使用的首要问题。1电源和仪器的连接（1）电源使用仪器前最首要的问题是检查仪器的供电要求，国内生产的仪器，供电要求一般为220V50Hz的交流市电，也有采用110V供电的。这就要注意电源转换，切记要置于220V位置，否则将烧毁仪器。（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。（3）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。（4）几台仪器和被测量的对象的连接测试线的连接要尽量短，这样可以减少信号在测试线上的衰减，同时应尽量减少测试线的交叉，以免信号相互串扰产生寄生振荡。（5）技术接地是指仪器的测试端口标有“⊥”称为技术接地点，它应与被测电路的技术接地点连在一起进行测量。2.环境因素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，国际电工委员会（IEC）对不同的电子测量仪器的工作环境分别作了规定，我国也制定了相应的部颁标准（SI2075-82标准）。从环境影响角度考虑，可以把电子测量仪器分成三类：（1）高精度仪器（2）通用仪器（3）特殊仪器任务三介绍电子测量方法一按获得读数的方法分类1、直读法用能够直接指示或显示被测参数的电子仪器进行测量称为直读法。2、比较法用被测量和已知量进行比较而得到测量参数的方法。它有下面几种替代法差值法重合法二根据测量结果的方法分类1直接测量在仪器上直接获得测量结果并进行读数，称为直接测量，如用频率计测量频率。2间接测量在这种测量中，是测量一个与被测量有着某种函数关系的量，再利用函数关系计算出被测量。3组合测量法通过被测量与未知量之间的关系，得到被测量的结。三有关的测量术语1灵敏度和分辨率（1）仪器响应对引起此响应的输入端被测量大小之比，称为灵敏度（2）分辨率是仪器输入端能响应的被测量的最小变化量的大小实际上就是灵敏度的倒数。2真值与约定真值（1）真值是被测量对象真实的、没有误差的值。（2）约定真值是根据测量误差的要求，用高一级或数级的标准仪器或计量器具测量所得的值。3精度测量与非等精度测量（1）在同等条件下，即所用仪器、所用方法、周围环境条件，测量者的细心程度都不变，对同一被测电量进行多次的测量时，每一次都是有同样的可靠性，也就是说每一次测量结果的精度都是相等的，则称为等精度测量。（2）若在每一次测量时测量条件都不同，其测量结果的可靠性程度是不一样的，则称这样进行的一系列测量为非等精度测量。任务四介绍测量误差一定义测量结果与实际值（真值）有差异，这种差异称为测量误差。二测量误差按表示方法分类1、测量误差是指使用测量仪器进行测量时，所获得的数据与被测量对象的真实值之差。2、测量误差按表示方法分类有绝对误差、相对误差、允许误差。（1）绝对误差用被测量对象的显示值（仪器上的示值）x减去被测量对象的真值A0，所得的数据Δx，叫做绝对误差。Δx=x-A0（2）相对误差A、实际相对误差用绝对误差Δx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rA表示，rA=×100%B、示值相对误差用绝对误差Δx与仪器的示值x的百分比值来表示的相对误差称为示值误差。用rx表示，rx=×100%C、满度相对误差用绝对误差Δx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，rm=×100%三按来源分类1仪器自身误差由于仪器本身的电路设计、安装、机械部分不完善所产生的误差称为仪器自身误差。（1）读数误差（2）内部噪声误差（3）动态误差（4）稳定误差（5）其他误差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。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。4影响误差影响误差是测量工作受外界影响产生的误差。5方法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。四按性质和特点分类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。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。3粗大误差粗大误差是明显歪曲测量结果的误差。五减小误差的方法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。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。5、误差数据的处理方法测量结果可以是数字，也可以是图形。以数字方式表示的测量结果就是数据。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。六精度精度是指在测量中所测数值与真值接近的程度。精度与误差大小相对应。所以可用误差大小来表示精度的高低，误差小则精度高。精度一般分为1准确度：反映系统误差的影响程度2精密度：反映随机误差的影响程度3精确度：反映系统误差和随机误差综合的影响程度任务五各种仪器的面板结构及用途（带图片）一安装调试收音机主要仪器1万用表（1）万用表的面板结构（2）万用表的用途测量直流电阻测量交直流电压测量交直流电流2信号发生器（1）信号发生器的面板结构（2）信号发生器的用途低频信号发生器通常用于调试、维修电子设备的低频放大电路的频率特性、增益、频带宽度；高频信号发生器适用于相应频率范围的接收设备的校准与测试；函数信号发生器适用于低频电路、高频电路、振荡电路、锯齿波形成电路、脉冲形成电路的测试与调试。3示波器（1）示波器的面板结构（2）示波器的用途示波器通常用于测量电路信号的频率、周期、相位和幅度。4电压表（1）电压表的面板结构（2）电压表的用途电压表通常用于频率超过1kHz的交流电压。5失真度仪（1）失真度仪的面板结构（2）失真度仪的用途失真度仪通常用于失真度的测量、电压测量、信噪比测量。二安装调试电视机主要仪器1、晶体管特性图示仪（1）晶体管特性图示仪的面板结构（2）晶体管特性图示仪的用途晶体管特性图示仪通常用于测量晶体二极管、晶体三极管、场效应管等的特性参数。2、万用电桥（1）万用电桥的面板结构（2）万用电桥的用途万用电桥通常用于测量电容器、电感器、特殊电阻器等元件参数。3、Q表（1）Q表的面板结构（2）Q表的用途Q表通常用于测量电容器、电感器等元件参数。4、电子计数器（1）电子计数器的面板结构（2）电子计数器的用途电子计数器通常用于测量信号的周期、频率及计数。5、静电高压表（1）静电高压表的面板结构（2）静电高压表的用途6、扫频仪（1）扫频仪的面板结构（2）扫频仪的用途7、电视信号发生器（1）电视信号发生器的面板结构（2）电视信号发生器的用途实训常用仪器及测试数据处理常用仪器的面板结构与使用（1）实训目的熟悉常用仪器，信号发生器、示波器、电子计数器、电子电压表、扫频仪、晶体管图示仪、失真度仪、Q表、存储示波器、逻辑分析仪的面板结构。熟悉信号发生器的面板结构及使用方法。（2）实训仪器设备低、高频信号发生器，每组各1台。示波器1台/组。毫伏表、数字电压表，每组各1台。电子计数器1台/组。扫频仪1台/组。晶体管图示仪1台/组。（3）实训内容熟悉各种仪器的用途。了解不同仪器的技术参数熟悉仪器的面板结构通过不同的测量方法，认识测量误差（4）实训报告内容叙述各种仪器的作用。1.6习题1、什么叫电子测量?电子测量的方法有哪几种?2、测量误差有哪几种?怎样减小误差?3、解释下列名词：绝对误差、相对误差、系统误差、随机误差。4、什么是等精度测量？什么是不等精度测量？5、用0.5级，上量限为250V的电压表测220V和110V电压，试计算并比较两次测量的最大相对误差?6、被测量的实际值电压为10V