电子测量基本知识（PPT69页)

电子测量原理第1页1电子测量基础知识2元器件的检测3电压测量4分贝测量5信号参数测量6时间和频率的数字测量7电路性能参数测量电子测量简介电子测量原理第2页1电子测量基础知识1.1电子测量1.1.1电子测量的定义测量是为了确定被测对象的量值而进行的实验过程。在测量过程中，人们借助专门的设备，把被测对象直接或间接地与同类已知单位进行比较，取得用数值和单位共同表示的测量结果。测量结果＝测量数值.测量单位，即：0}{xxx电子测量原理第3页1.1.2电子测量的特点（1）测量频率范围宽。被测信号的频率范围除测量直流外，测量交流信号的频率范围低至10-6Hz以下，高至THz（1THz=1012Hz）（2）量程范围宽。如数字万用表对电压测量由纳伏（nV）级至千伏（kV）级电压，量程达12个数量级（3）测量准确度高。例如，用电子测量方法对频率和时间进行测量时，由于采用原子频标和原子秒作为基准，可以使测量准确度达到10-13～10-14的数量级。（4）测量速度快。因为电子测量是通过电子运动和电磁波传播进行工作（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智能化电子测量原理第4页（1）电能量的测量包括各种频率及波形下的电压、电流、功率、电场强度等的测量。（2）电路参数的测量包括电阻、电感、电容、阻抗、品质因数、电子器件参数等的测量。（3）电信号特征的测量包括信号、频率、周期、时间、相位、调幅度、调频指数、失真度、噪音以及数字信号的逻辑状态等的测量。（4）电子设备性能的测量包括放大倍数、衰减、灵敏度、频率特性、通频带、噪声系数的测量。（5）特性曲线的测量包括幅频特性曲线、晶体管特性曲线等的测量和显示。1.1.3电子测量的内容电子测量原理第5页1.1.4电子测量的基本方法（按被测性质）（1）频域测量技术：幅值和相位随频率的变化（1）正弦波点频法（2）正弦波扫频法（2）时域测量技术：——幅值随时间的变化测试信号是脉冲、方波及阶跃信号（3）频域测量和时域测量比较频域测量和时域测量是测量线性系统性能的两种方法，是从两个不同的角度去观测同一个被测对象，其结果应该是一致的。从理论上讲，时域函数的付里叶变换就是频域函数，而频域函数的付里叶逆变换也就是时域函数。电子测量原理第6页（4）随机测量技术：测量噪声信号和使用随机信号源噪声是一种与时间因素有关的随机变量，对噪声的研究使用概率统计方法主要包括下述三个内容：（1）噪声信号统计特性的测量，如时域中的均值、均方根性，频域中的频谱密度函数、功率谱密度函数等；（2）将已知特性的噪声作激励源对被测系统进行统计性测量，研究被测系统的特性；（3）在背景噪声信号不可忽略时对信号、特别是微弱信号的精确测量。1.1.4电子测量的基本方法电子测量原理第7页集中参数测量仪器用途：测量电阻、电容和电感值典型仪器：Q表，万能电桥及电容电感测量仪器件参数测量仪器用途：测量各种电子器件的参数，如晶体二极管输入特性，晶体三极管放大倍数典型仪器：晶体管特性图示仪电能量测量仪器用途：测量电能的量，包括电流、电压及电功率典型仪器：电流表、电压表、电平表、多用表及功率表1.2电子测量仪器电子测量原理第8页1.2电子测量仪器信号发生器用途：提供测量所需的各种波形的信号，用于调试和维修典型仪器：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器时间频率测试仪器用途：用于测量周期性曲线的频率、周期、相位及脉冲数典型仪器：频率计信号波形测量仪器用途：观察电信号电压或电流与时间之间的关系典型仪器：示波器电子测量原理第9页1.2电子测量仪器网络参数测量仪器用途：测量网络的频率特性、相位特性、噪声特性典型仪器：网络分析仪、扫频仪数据域测试仪器用途：研究以离散时间或者事件为自变量的数据流典型仪器：逻辑分析仪计算机仿真测量用途：可以避免受实验时间和设备的限制，方便设计电路典型仪器：Multisim10电子测量原理第10页1.灵敏度和分辨率灵敏度：表示测量仪器对被测量变化的敏感程度，一般定义为测量仪器指示值增量与被测量增量之比。例：4位DVM，假定输入电压1V，数字显示为1000，灵敏度S=1000/1V。分辨率：测量仪器所能够区分的被测量的最小变化量，就是灵敏度的倒数。例：DVM的分辨率如为1uV,表示该数字电压表显示器末尾跳变1个字时，对应输入电压变化量为1uV。1.3测量术语电子测量原理第11页1.3测量术语2.真值与约定真值真值：被测量真实的值，它是确定但是未知的值。约定真值：代替真值的量，一般根据测量误差要求，用高一级或者数级的标准仪器或计量器具测量所得值。3.等精度测量与非等精度测量等精度测量：相同条件下，对同一被测量进行多次测量，每次测量结果都有同样的可靠性，既每次测量结果精度相同。非等精度测量：每一次测量时条件都不同，其测量结果的可靠性程度也一样。电子测量原理第12页1.4测量误差1.4.1测量误差的来源（1）仪器误差：由于测量仪器及其附件的设计、制造、检定等不完善，以及仪器使用过程中老化、磨损、疲劳等因素而使仪器带有的误差。（2）影响误差：由于各种环境因素（温度、湿度、振动、电源电压、电磁场等）与测量要求的条件不一致而引起的误差。（3）理论误差和方法误差：由于测量原理、近似公式、测量方法不合理而造成的误差。（4）人身误差：由于测量人员感官的分辨能力、反应速度、视觉疲劳、固有习惯、缺乏责任心等原因，而在测量中使用操作不当、现象判断出错或数据读取疏失等而引起的误差。（5）测量对象变化误差：测量过程中由于测量对象变化而使得测量值不准确，如引起动态误差等。电子测量原理第13页1.随机误差定义:在同一测量条件下（指在测量环境、测量人员、测量技术和测量仪器都相同的条件下），多次重复测量同一量值时（等精度测量），每次测量误差的绝对值和符号都以不可预知的方式变化的误差，称为随机误差或偶然误差，简称随差。注意：多次测量随机误差平均值趋于零，它服从随机变量规律，一般用统计规律分析。通常用精密度表征。2.系统误差定义：在同一测量条件下，多次测量重复同一量时，测量误差的绝对值和符号都保持不变，或在测量条件改变时按一定规律变化的误差，称为系统误差。1.4.2测量误差的性质和分类电子测量原理第14页注意：系统误差表明了一个测量结果偏离真值或实际值的程度。一般用准确度表征其大小，系差越小，准确度越高，测量就越准确。3.粗大误差定义：是一种显然与实际值不符的误差。产生粗差的原因有：①测量操作疏忽和②测量方法不当或错误③测量环境条件的突然注意：含有粗差的测量值称为坏值或异常值，在数据处理时，应剔除掉1.4.3测量误差的性质和分类电子测量原理第15页1.4.4测量误差的表示方法测量误差有绝对误差和相对误差两种表示方法。1.绝对误差（1）定义：由测量所得到的被测量值与其真值之差，称为绝对误差：0AxxxxA实际应用中常用实际值A（高一级以上的测量仪器或计量器具测量所得之值）来代替真值。绝对误差：x有大小，又有符号和量纲电子测量原理第16页1.4.4测量误差的表示方法（2）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测量仪器的修正值可以通过上一级标准的检定给出，修正值可以是数值表格、曲线或函数表达式等形式。被测量的实际值xAxCCxA电子测量原理第17页1.4.4测量误差的表示方法2.相对误差一个量的准确程度，不仅与它的绝对误差的大小，而且与这个量本身的大小有关。例：测量足球场的长度和孝感市到武汉市的距离，若绝对误差都为1米，测量的准确程度是否相同？（1）相对真误差、实际相对误差、示值相对误差相对误差：绝对误差与被测量的真值之比相对误差是两个有相同量纲的量的比值，只有大小和符号，没有单位。0100%xA电子测量原理第18页1.4.4测量误差的表示方法实际相对误差：用实际值A代替真值A0示值相对误差：用测量值X代替实际值A100%AxA100%xxx（2）满度相对误差（引用相对误差）用测量仪器在一个量程范围内出现的最大绝对误差与该量程值（上限值－下限值）之比来表示的相对误差，称为满度相对误差（或称引用相对误差）100%mmmxx仪表各量程内绝对误差的最大值mmmxx电子测量原理第19页1.4.4测量误差的表示方法电工仪表就是按引用误差之值进行分级的。是仪表在工作条件下不应超过的最大引用相对误差我国电工仪表共分七级：0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5及5.0。如果仪表为S级，则说明该仪表的最大引用误差不超过S%测量点的最大相对误差在使用这类仪表测量时，应选择适当的量程，使示值尽可能接近于满度值，指针最好能偏转在不小于满度值2/3以上的区域。m%mxxSx电子测量原理第20页1.4.4测量误差的表示方法（3）分贝误差——相对误差的对数表示分贝误差是用对数形式（分贝数）表示的一种相对误差，单位为分贝（dB）。电压增益的测得值为误差为设A为电压增益实际值，G=20lgAoxiVAV20lg()xxGAdBAAAx功率增益分贝误差定义为：10lg(1)()dBxdB分贝误差20lg(1)20lg(1)()dBxAdBA电子测量原理第21页1.4.5测量数据的正确处理1.有效数字定义:从左边第一个非零数字到最末一位数为止的全部数字。注意：截取或舍入误差的绝对值不超过近似数末位的半个单位。例如：3.142四位有效数字，极限误差≤0.00058.7×103二位有效数字，极限误差≤0.05×1032.有效数字的处理小于5舍去——末位不变。大于5进1——在末位增1。电子测量原理第22页等于5时，取偶数——删除部分最高位等于5时，只要5后面有非零数字，增1，如果5后面全是0或者无数字时，当末位是偶数，末位不变；末位是奇数，在末位增1。例：将下列数据舍入到小数第二位。12.4344→12.4363.73501→63.740.69499→0.6925.3250→25.3217.6955→17.70123.1150→123.123.有效数字的运算对于加、减运算，有效数字的取舍以小数点后面有效数字位数最少项为准；对于乘、除运算，有效数字取舍决定于有效数字最少的一项数据，与小数点无关。1.4.5测量数据的正确处理电子测量原理第23页1.4.6测量结果的评价准确度：反映系统误差影响程度精密度：反映随机误差的形象程度精确度：反映系统误差和随机误差综合的影响程度A图：弹着点很分散，精密度很差B图：弹着点很集中，但偏向一方，精密度高，准确度差C图：弹着点很集中靶心，精密度高，准确度高，精确度高电子测量原理第24页2.1电阻的检测1.固定电阻器的检测非在路检测：对电阻直接测量或者把电阻从印制电路板焊下一脚再测量；当测量大电阻时，不能用手同时接触被测电阻的两个引脚，否则人体电路会与被测电阻并联影响测量结果。在路测量：只能大致判断电阻的好坏，不能准确测量电阻数值。2.光敏电阻的检测无光照时，光敏电阻呈高阻状态，有光照时，电阻迅速减少。检测时可以改变光线强度，用万用表观察阻值是否改变。2元器件的检测电子测量原理第25页3.电位器的检测先检测电位器两端片之间阻值是否为标称值，再检测它的中心端片与电阻体接触情况，将万用表调于电阻档，一支表笔接中心端片，另一支表笔接其余两端片任意一个，慢慢旋转电位器转柄从一个极端位置旋转到另一个极端位置，其阻值从0（或标称值）连续变化到标称值（或0）过程中，表针不应有跳动现象。4.压敏电阻的检测VSR：当两端电压大于一定值（压敏电压值）时，压敏电阻的阻值急剧减少，当压敏电阻两端电压恢复正常时，压敏电阻的阻值也恢复正常，常用于家用电器的市电进线端起保护作用2.1电阻的检测电子测量原理第26页2.2电容器的检测1.固定无极性电容器的检测检测