电子测量技术与仪器复习

电子测量技术复习1/16《电子测量技术与仪器》复习指南第一部分复习要求第一章测量误差和测量结果处理本章主要介绍误差的基本概念、电子测量的意义、内容、特点、方法和分类，以及测量仪器的主要性能指标、计量的基本概念；误差的表示方法；测量误差的来源；误差的分类；随机误差和系统误差分析；系统误差的合成；测量数据的处理。本章的基本要求是：1、正确理解真值、实际值、测量值、绝对误差、相对误差和容许误差等基本概念；2、掌握测量误差的来源及分类方法；3、了解随机误差的特点；4、掌握测得值的算术平均值、测量值的标准差和测量平均值值的标准差的计算方法；5、掌握误差的计算公式；6、掌握有效数字的处理方法；第二章信号发生器本章介绍了信号发生器的功用和分类，正弦信号发生器的性能指标，对标准的低频信号发生器和高频信号发生器的组成和工作原理作了详细阐述，对脉冲信号发生器和噪声信号发生器的基本组成和工作原理作了概括介绍。本章的基本要求是：1、了解正弦信号发生器的性能指标；2、掌握低频信号发生器的组成及各部分的作用；3、掌握函数信号发生器的结构及工作原理；5、掌握调谐信号发生器、锁相信号发生器和合成信号发生器的结构及工作原理；6、了解变容二极管和磁调电感法扫频的基本原理；第三章电子示波器电子示波器是电子测量中最常用的仪器，重点介绍电子示波器波形显示原理、基本组成、多个波形显示方式，以及取样示波器和存取示波器。本章的基本要求是：1、掌握示波器的特点及用途；2、掌握示波管的结构及波形显示的原理；3、掌握示波器的组成和各组成部分的作用；4、掌握使用双踪示波器测量电压、时间、频率和相位差的方法；第四章电子计数器本章重点介绍了电子计数法测量频率、周期时间间隔的基本原理及测量误差分析，简要介绍了其它测量频率的方法，电子测量技术复习2/16本章的基本要求是：1、掌握电子计数法测量频率的基本原理，误差计算及外差法扩大测频范围的基本原理；2、掌握电子计数法测量周期的基本原理、误差及中介频率计算4、了解电子计数法测量时间间隔的基本原理及误差的计算方法；第五章电压测量本章主要介绍了电压的模拟测量和数字测量方法，以及各种模拟电压表和数字电压表的基本结构、工作原理和使用方法。本章的基本要求是：1、了解电压测量的特点2、掌握电压表和电子电压表的结构及工作原理；3、掌握交流电压的峰值、平均值、有效值、波形因素和波峰因素的定义；4、了解交流电压测量的基本原理和模拟式交流电压表的主要类型；5、掌握均值电压表和有效值电压表的工作原理，会进行有关计算；6、掌握由峰值式检波器构成的高频交流电压表的原理及有关计算；7、掌握数字式电压表的组成原理，逐次比较型DVM和双积分型DVM的工作原理，会进行有关计算。第二部分：考试说明考试日期：待定（按照学校安排时间进行）考试时间：100分钟考试形式：闭卷试卷结构：满分100分1、填空题15%（1分×15空）2、选择题10%（2分×5题）3、判断题10%（1分×5题）4、名词解释题10%（2小题）5、简述题20%（4小题）6、问答题15%（2小题）7、计算题20%（2题）考试范围：课本1-5章期末成绩=出勤、作业×10%+实验×10%+期中考试×10%+期末成绩×70%习题一1.什么是测量？什么是电子测量？答：测量是人们为了确定被测对象的量值或确定一些量值的依从关系而进行的实验过程。电子测量是指在电子学中测量有关电的量值。2.简述电子测量特点。答：特点：1.测量频率范围宽2.量程范围宽3.测量准确度高4.测量速度快5.易于实现遥测6.易于实现测量过程的自动化和测量仪器微机化电子测量技术复习3/163常用的电子测量仪器有哪些？答：（1）信号发生器（2）频谱分析仪（3）电桥（4）万用表仪（5）扫描仪（6）电波特性测试仪4电子测量的主要方法有哪些？答：（l）直接测量（2）间接测量（3）组合测量（4）时域测量（5）频域测量（6）数据域测量（7）随机测量5测量的方法挺多，按测量结果分：直接测量法、比较测量法（零位法、微差法、替代法）、间接测量法；按被测量量的性质分：时域测量法、频域测量法、数据测量法。6根据误差的性质和特点，测量误差分为系统误差、随机误差、粗大误差7系统误差：仪器零点不准调零、用多次测量的方法不能消除系统误差，消弱系统误差的主要方法有哪些？零示法、代替法、补偿法、对照法、微差法、交叉读数法。随机误差：干扰源的影响可通过多次测量取平均值来减少误差；粗大误差：错误的操作等影响，测量数据的误差较大。8、一般仪器仪表的误差有：固有误差、影响误差、工作误差、稳定误差。9、在电子测量中，由于电子测量仪器本身性能不完善所引起的误差，称为电子测量仪器误差，包括：允许误差、基本误差和附加误差。10测量误差的主要原因：仪器误差、环境误差、测量方法误差、人员误差、被测量量的误差习题一（补）1将下列数字保留3位有效数字45.7736.25143.14947.153.995答：45.836.243.147.24.002消弱系统误差的主要方法有哪些？、零示法、代替法、补偿法、对照法、微差法、交叉读数法3测量误差用什么表示较好？答：测量误差通常可用绝对误差和相对误差两种方法表示。若要反映测量误差的大小和方向，可用绝对误差表示；若要反映测量的准确程度，则用相对误差表示。4测量误差与仪器误差是不是一回事？答：当然不是一回事。测量误差指的是测量值与被测量真值的差异，造成这种差异的原因可能是仪器误差、人身误差、方法误差和环境误差等原因，因此仪器误差是造成测量误差的原因之一。而仪器误差仅仅是指作为比较设备的测量仪器由于测量精度和准确度所带来的测量误差。5系统误差、随机误差和粗大误差的性质是什么？它们对测量结果有何影响？答：（1）系统误差是一个恒定不变的值或是具有确定函数关系的值；进行多次重复测量，系统误差不能消除或减少；系统误差具有可控制性或修正性。系统误差使测量的正确度受到影响。（2）随机误差的性质主要有：在多次测量中，绝对值小的误差出现的次数比绝对值大的误差出现的次数多；在多次测量中，绝对值相等的正误差与负误差出现的概率相同，即具有对称性；测量次数一定时，误差的绝对值不会超过一定的界限，即具有有界性；进行等精度测量时，随机误差的算术平均值的误差随着测量次数的增加而趋近于零，即正负误差具有抵偿性。随机误差影响测量精度。（3）粗大误差的主要性质是测量结果明显偏离实际值。它使测量结果完全不可信，只有在消除粗大误差后才能进行测量。6减小随机误差的主要方法是什么？答：理论上当测量次数n趋于无限大时，随机误差趋于零。而实际中不可能做到无限多次的测量，多次测量值的算术平均值很接近被测量真值，因此只要我们选择合适的测量次数，使电子测量技术复习4/16测量精度满足要求，就可将算术平均值作为最后的测量结果。7测量上限为500V的电压表，在示值450V处的实际值为445V，求该示值的：（1）绝对误差（2）相对误差（3）引用误差（4）修正值答：（1）绝对误差VVVAxx5445450（2）相对误差%12.1%1004455%100xxx（3）引用误差%1%1005005%100mmxx（4）修正值Vxc58将下列数据进行舍入处理，要求保留四位有效数字。3.14159、2.71729、4.51050、3.21650、3.6235、6.378501、7.691499。答：3.14159→3.142（要被舍数字的值恰好等于5时，要保留数的末位为奇数1，所以在最后位加1）。2.71729→2.7174.51050→4.511（将5舍去向前一位进1）3.21650→3.216（被舍数字的值恰好等于5时，要保留数的末位为偶数6，所以不变。）3.6235→3.624（要被舍数字的值恰好等于5时，要保留数的末位为奇数1，所以在最后位加1）。6.378501→6.378（被舍数字的值恰好等于5时，要保留数的末位为偶数6，所以不变。）7.691499→7.691习题二1．简述信号发生器是如何进行分类的？答:信号发生器一般是按用途、频率范围、输出波形、调制方式进行分类的。2．说明差频式振荡器的工作原理及其优缺点。答：由固定频率振荡器的频率和可变频率振荡器的输出频率，二者进入混频器后发生混频，差频经过低通滤波器，放大后输出低频信号。当从变化到时，也将随之改变，以达到调整输出信号频率的目的。差频式振荡器的主要缺点是电路较复杂，频率准确度、稳定度差，波形失真大；优点是在整个频段内频率可连续调节而不用更换波段。3．合成信号发生器是用频率合成技术代替信号发生器中的主振荡器。频率合成又分为直接合成法和间接合成法两类，试说明二者的工作过程和优缺点。答：直接合成法是将基准晶体振荡器产生的标准频率信号，利用倍频器、分频器、混频器及滤波器等进行一系列的四则运算获得所需的频率信号。间接和成法（即锁相环法）利用锁相环与分频器相结合，组成频率可控反馈系统。直接合成法转换频率速度快，所得信号频率纯度高。但是它需要用较多的混频器和滤波器，这样显得体积大而笨重。间接式频率合成器的优点是省去了直接合成器所用的混频器和滤波器，使电路结构简单，价格低廉，便于集成。但因间接式合成器受锁相环锁定过程的限电子测量技术复习5/16制，转换速度较慢。4、简述直流电桥测量电阻的基本方法。答：当对电阻值的测量精度要求很高时，可用直流电桥法进行测量。典型的惠斯登电桥的原理如图3.1所示。其步骤如下：（1）测量时，接上被测电阻xR，再接通电源（2）通过量程开关调节比例系数k，其中k=R1/R2。（3）再调节nR，使电桥平衡，即检流计指示为0。（4）读出k和nR的值，用公式求得xR。nnxkRRRRR215、低频信号源中的主振器常用哪些电路？为什么不用LC正弦振荡器直接产生低频正弦振荡？答：低频信号源中的主振器一般由RC振荡电路或差频式振荡电路组成。相对来说采用RC振荡电路或差频式振荡电路比LC振荡电路简单，调节方便。且采用LC电路成本较高体积会较大。6、高频信号发生器主要由哪些电路组成？各部分的作用是什么？答：高频信号发生器组成的基本框图如图所示。主要包括主振级、缓冲级、调制级、输出级、监测电路和电源等电路。主振级产生高频振荡信号，该信号经缓冲级缓冲后，被送到调制级进行幅度调制和放大，调制后的信号再送给输出级输出，以保证具有一定的输出电平调节范围。监测电路监测输出信号的载波电平和调制系统数，电源用于提供各部分所需的直流电压。7、高频信号发生器中的主振级有什么特点？为什么它总是采用LC振荡器？答：主振级用于产生高频振荡信号，它决定高频信号发生器的主要工作特性。按产生主振信号的方法不同，高频信号发生器可分为调谐信号发生器、锁相信号发生器和合成信号发生器三大类。由调谐振荡器构成的信号发生器称为调谐信号发生器。常用的调谐振荡器就是晶体管LC振荡电路，LC振荡电路实质上是一个正反馈调谐放大器，主要包括放大器和反馈网络图.高频信号发生器框图图7.15放大器幅频特性测试连线图AMMM电源缓冲级振荡器输出输出级调制度计电压表调制级可变电抗器内调制振荡器外调制输入K外内FM电子测量技术复习6/16两个部分。这种电路易于在高频段起振和调节。8、基本锁相环由哪些部分组成，其作用是什么？答：如图所示，基本锁相环是由鉴相器（PD）、环路滤波器（LPF）和压控振荡器（VCO）组成的一个闭环反馈系统。鉴相器是相位比较装置，它将两个输入信号Vi和VO之间的相位进行比较,取出这两个信号的相位差，以电压Vd的形式输出给低通滤波器（LPF）。当环路锁定后，鉴相器的输出电压是一个直流量。环路低通滤波器用于滤除误差电压中的高频分量和噪声，以保证环路所要求的性能，并提高系统的稳定性。压控振荡器是受电压控制的振荡器，它可根据输入电压的大小改变振荡的频率，从而使振荡频率随反向偏压而变。9、已知ZrZrMHfkHf40,10021用于组成混频倍频环，其输出频率ZoMHf)1.101~73(，步进频率ZkHf100，环路形式如下图所示，求（1）M取“+”，还是“-