第1章电子测量的基本概念

第1章电子测量的基本概念第1章电子测量的基本概念1.1测量与电子测量1.2电子测量的内容和特点1.3电子测量方法的分类1.4电子测量仪器的功能、分类和主要性能指标1.5计量的基本概念习题一第1章电子测量的基本概念电子测量技术的应用第1章电子测量的基本概念1.1电子测量的内容和特点一、测量：1．含义：测量是通过实验方法对客观事物取得定量信息即数量概念的过程。如电子秤称物体的重量。2．测量的重要意义：科学的进步、生产的发展与测量理论、技术、手段的发展和进步是相互依赖、相互促进的。如日常生活中，计量时间的工具从古时候的日晷、漏刻到机械表、石英表、电子表、原子表的发展。第1章电子测量的基本概念二、电子测量1．含义：电子测量是泛指以电子技术为基本手段的一种测量技术。2．电子测量的对象：电量与非电量。3．应用领域：①科学领域：物理学、化学、光学、机械学、材料学等②日常生活：生产、国防、交通、通讯等。第1章电子测量的基本概念1.2电子测量的内容和特点一、电子测量的内容非电量的测量是指借助于传感器将非电量（如位移、温度）转换成电信号后，再利用电子测量设备进行测量的过程。本课程主要学习电量的测量电子测量的对象电量非电量第1章电子测量的基本概念过程控制中的测量例子：非电量测量电量测量如温度?第1章电子测量的基本概念关于电量的测量包括以下测量内容：电能量测量：如电压、功率等；电信号特性测量：如波形、频率、相位等；电路元件参数测量：如电阻、电容、阻抗等；电子设备的性能测量：如增益、衰减、灵敏度等。第1章电子测量的基本概念Q0Q1Q2Q3S1S0D0D1D2D3SRQ0Q1Q2Q3S1S0D0D1D2D3SRQ01&Q4Q5Q6Q71CP74LS19474LS194d3d2d1d01d4d5d6d7&Q1Q2Q3串行输出转换完成信号STCPCPG2G1七位并入—串出转换电路例子：00110111101100四位双向移位寄存器第1章电子测量的基本概念集成运放电路思考题：试尽量找出在集成运放电路中可完成的电测量。第1章电子测量的基本概念二、电子测量的特点测量频率范围（?）测量量程（?）测量准确度（?）测量速度（?）测量距离（？）能实现智能化和自动化？影响测量数据的因素（？）第1章电子测量的基本概念电子测量的特点：1．测量频率范围宽：可测10-6Hz~1012Hz的测量对象。2．测量量程宽：①电子测量仪器的测量范围宽，如频率计的测量范围可达到10-6Hz~1011Hz。②能测量到的被测对象，它们的量值大小相差悬殊。如测量信号的功率可达到10-14W~108W。第1章电子测量的基本概念3．测量准确度高低相差悬殊。如频率、时间的测量准确度：可达10-13~10-11量级直流电压测量准确度：10-6量级高频电压测量准确度：10-4量级射频电压测量准确度：10-3量级品质因数Q值和电场强度的测量准确度：10-1量级从上往下，测量准确度在不断地降低。第1章电子测量的基本概念从上往下，测量准确度在不断地降低，主要原因：①受工作条件或外部环境的影响程度不同。电场强度易受影响，如模拟电视图像。②被测量的计量单位是导出单位。导出单位的准确度不可能高于它所赖以导出的原始单位的准确度。如电阻的单位为欧姆，它是电压和电流的导出单位。第1章电子测量的基本概念⒋测量速度快。主要原因：①电子测量基于电子运动、电磁波传播；②计算机运算速度快。⒌可以进行遥测：有无线和有线传输方式。⒍易于实现测试智能化和测试自动化。如智能仪器⒎影响因素众多、误差处理复杂。第1章电子测量的基本概念电子测量设备的基准工作条件如下表第1章电子测量的基本概念电子测量的特点测量频率范围宽测量量程宽测量准确度高低相差悬殊测量速度快可以进行遥测易于实现测试智能化和测试自动化影响因素众多、误差处理复杂第1章电子测量的基本概念1.3电子测量方法的分类•一个物理量的测量，可以通过不同的方法实现。测量周长drl2第1章电子测量的基本概念测量方法的分类直接测量间接测量组合测量偏差式测量法（直读法）零位式测量法（比较测量法）微差式测量法时域测量频域测量数据域测量随机测量③按测量性质分：①按测量过程分：②按测量方式分：第1章电子测量的基本概念一、按测量过程分类1.直接测量①含义：直接从测量仪表的读数获取被测量量值的方法。如用欧姆表测量电阻R；②特点：不需要对被测量与其他实测的量进行函数关系的辅助运算，应用广泛。第1章电子测量的基本概念2.间接测量①含义：利用直接测量的量与被测量之间的函数关系（如公式、曲线或表格等），间接得到被测量量值的测量方法。如通过公式P=UI测量功率。②应用：直接测量不方便，或间接测量的结果较直接测量更为准确，或缺少直接测量仪器等。第1章电子测量的基本概念3.组合测量①应用条件：某项测量结果可用多个未知参数表达。如测量电阻器的电阻温度系数α和β。②含义：通过改变测量条件进行多次测量，根据测量量与未知参数间的函数关系列出方程组并求解，进而得到未知量。220)20()20(ttRRt第1章电子测量的基本概念已知电阻器的电阻随温度按下式改变：R20——t=200c时电阻器的电阻值。当温度t1时测得电阻器的电阻值为Rt1，当温度t2时测得电阻器的电阻值为Rt2，根据上式列出两个方程如下：220)20()20(ttRRt例：测量电阻器的电阻温度系数α和β第1章电子测量的基本概念温度系数α和β222202211201)20()20()20()20(ttRRttRRtt温度t1:温度t2:？温度t=200c第1章电子测量的基本概念二、按测量方式分类1.偏差式测量法（直读法）•含义：从仪器仪表刻度上直接读取被测量值（包括大小、单位），亦称偏差式测量法为直读法。如使用万用表测量电压、电流等。•特点：计量标准的事物不直接参与测量，事先用标准量具对仪表读数、刻度进行校准。•优点：简单方便、应用广泛。第1章电子测量的基本概念2.零位式测量法（比较测量法）•含义：测量时，用被测量与标准量相比较，用指零仪表（或零示器）指示被测量与标准量相等或平衡，从而获得被测量。又称作零示法或平衡式测量法或比较测量法第1章电子测量的基本概念零示法电压测量示意图电流计——零示器例子：测量电压第1章电子测量的基本概念AB•典型例子：利用惠斯登电桥测量电阻（或电容、电感）。如图，当uA=uB时，检流计指示为零，则有421RRRRx检流计——零示器第1章电子测量的基本概念零位式测量法（比较测量法）•优点：测量准确度很高，依赖零示器的灵敏度•缺点：测量速度慢。为了获得平衡状态，需要反复调节。•应用：实验室中的精密测量。3.微差式测量法•优点：测量速度快，测量准确度高。•应用：实验室、生产第1章电子测量的基本概念•微差式测量法：偏差式测量＋零位式测量法通过测量待测量与标准量之差δ（通常该差值很小）来得到待测量量值。如下图微差式测量法示意图xsxs第1章电子测量的基本概念例子：用微差法测量直流稳压电源输出电压稳定度请列出U0、UB和Uδ的关系式00BBUUUUUU或＋第1章电子测量的基本概念三、按被测量的性质分类1.时域测量也称瞬态测量，主要测量被测量随时间的变化规律。如用示波器观察波形。安捷伦54830_54850-series(mso)第1章电子测量的基本概念2.频域测量也称稳态测量，获取待测量与频率之间的关系。如频谱分析仪分析信号的频谱。泰克RSA2200A系列●RSA3300A系列实时频谱分析仪第1章电子测量的基本概念3.数据域测量也称逻辑量测量，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。安捷伦16900系列模块化逻辑分析仪总线应用方案第1章电子测量的基本概念4.随机测量也称统计测量，主要对各类噪声信号进行动态测量和统计分析，广泛应用在通信领域。其他一些分类方法有：接触测量和非接触测量；电量和非电量测量等。第1章电子测量的基本概念四、测量方法的选择原则•正确可靠的测量结果=正确选择测量方法和测量仪器+正确操作+正确处理测量数据第1章电子测量的基本概念正确选择测量方法考虑的主要因素：•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。第1章电子测量的基本概念例：用电压表测量高内阻电路端电压。VU96.41010801010533忽略其他因素，当测量用电压表内阻Rv=10MΩ时相对误差%8.0%1005596.4请计算一下，如果改用内阻Rv＝320kΩ的万用表电压档测量，则电压U和相对误差γ各为多少?答案：U=4V,γ＝－20％。电压表内阻的影响第1章电子测量的基本概念用电压表直接测量高内阻电路端电压时：•测量高内阻电路端电压时，应选内阻尽可能大的电压表。因为电压表内阻越小，测得端电压值与实际值相差越大，测量结果误差越大，越不准确，不可靠。•未考虑测量仪表负载效应，测量结果无实际意义电压表的负载效应——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。Θ第1章电子测量的基本概念1.4电子测量仪器的功能、分类和主要性能指标•测量仪器：将被测量转换成可供直接观察的指示值或等效信息的器具。如记录仪等。•电子测量仪器：利用电子技术对各种待测量进行测量的设备，统称为电子测量仪器。第1章电子测量的基本概念一、测量仪器的功能从测量仪器的定义可以看出，测量仪器的基本功能有：变换信号的传输测量结果的显示电量——电量或非电量非电量——电量有线无线模拟式仪表数字式仪表第1章电子测量的基本概念自动测量系统基本结构变换物理量、信号传输信号显示测量结果第1章电子测量的基本概念二、电子测量仪器的分类按功能分：1.电平测量仪器：如电压表，毫伏表等2.电路参数测量仪表：如各类电桥、Q表等3.频率、时间、相位测量仪器：如频率计、石英钟等4.波形测量仪器：各类示波器，如通用示波器等5.信号分析仪器：失真度仪、谐波分析仪、频谱分析仪6.模拟电路特性测试仪器：如扫频仪、网络特性分析仪7.数字电路特性测试仪器：主要指逻辑分析仪8.测试用信号源：各类信号发生器如高频信号发生器等第1章电子测量的基本概念三、测量仪表的主要性能指标从测量结果来评价测量仪表的性能：精度稳定性输入阻抗灵敏度线性度动态特性精密度δ准确度τ正确度ε稳定度影响量第1章电子测量的基本概念1.精度——测量仪器的读数或测量结果与被测量真值相一致的程度。“精度高，表明误差小；精度低，表明误差大”。①精密度——在同一测量条件下对同一被测量进行多次测量时，得到的测量结果的分散程度。分散性重复性测量结果被测量真值(c)图表明的精密度最高第1章电子测量的基本概念②正确度——仪表指示值（或测量结果）与真值（即真实值）的接近程度。(d)图表明的正确度最高接近程度1.精度——测量仪器的读数或测量结果与被测量真值相一致的程度。“精度高，表明误差小；精度低，表明误差大”。测量结果被测量真值第1章电子测量的基本概念③准确度——准确度是精密度和正确度的综合反映。(d)图表明的准确度最高精密度＋正确度1.精度——测量仪器的读数或测量结果与被测量真值相一致的程度。“精度高，表明误差小；精度低，表明误差大”。测量结果被测量真值第1章电子测量的基本概念请描述各组测量数据的精度。思考题：●正确度高、精密度低﹡精密度高、正确度低○准确度高第1章电子测量的基本概念例子：设某待测量的真值为8.00，用不同的方法和仪器得到下列三组测量数据：(1)8.10，8.07，8.12，8.06，8.07，8.12，8.11，8.08，8.09，8.1；(2)8.05，8.04，7.98，7.99，8.00，8.02，8.01，7.99，7.97，7.99；(3)7.59，7.71，8.68，8.42，8.33，7.60，7.80，8.21，7.98，8.38。试问：（）组数据的精密度最高，（）