第1章电子测量综述

电子测量技术主讲：吴伟平课程地位及作用课程地位电子类专业、信息工程技术和通信技术专业的职业技能课。课程作用使学生具备有关电子测量仪器的基本知识；使学生具备电子测量仪器的操作使用能力；通过理论与实践的学习与训练，使学生的全面素质得以提升，职业道德观得以加强。主讲内容电子示波器：以示波器为背景介绍时域信号波形技术。电压测量：模拟式电压表、数字式电压表。频域测量：频域中的信号频谱和网络性能。数据域测量：数字系统的基本测量原理和方法。现代电子测量技术：虚拟仪器的概念及分类。电子测量综述：电子测量的意义、内容及方法。测量误差及数据处理：误差的概念，数据处理的方法。测量用信号源：信号发生器的功能与分类。常用电子元器件：直插式元器件和贴片式元器件。突破实体仪器价格、维护方面的限制扫频仪、频谱分析仪等逻辑笔、逻辑分析仪等本章主要内容测量、电子测量的基本概念国际单位制以及常用电子测量仪器直流稳压电源第1章电子测量综述关于测量，你能想到什么应用实例？第1章电子测量综述第1章电子测量综述1、测量的内涵测量无处不在当今信息时代测量技术——获取信息通信技术——传递信息计算机技术——处理信息三大支柱测量是信息的源头技术（测控技术，先要测，才能控）测量水平的高低可以反映出一个国家科学技术发展的状况。提高测量水平，实现测量手段的现代化，是实现科学技术和生产现代化的重要条件和明显标志。第1章电子测量综述2、测量的概念测量是人类认识和改造世界的一种重要手段。对客观事物的认识过程中，需要进行定性分析定量研究，定量就需要进行测量。测量是一种借助专用技术工具完成实验或计算，进而对被测对象进行信息收集的过程。第1章电子测量综述3、电子测量技术的概念是一种以电子技术为基本手段的测量技术是测量领域的主要组成部分包括对所有电量、磁量的测量，同时还包括对各种非电量的测量。电子测量仪器敏感元件和转换元件电量非电量第1章电子测量综述4、电子测量技术的特点测量速度快仪器量程范围广以数字式万用表为例，可以测出从几Ω到几十MΩ的电阻值频率测量范围宽可以检测从直流到300GHz的频率信号测量准确度高易于实现摇控、遥测第1章电子测量综述5、电子测量技术的内容广义角度：凡是利用了电子技术进行的测量电子测量的基本测量内容：频率、时间、电压、相位、阻抗等狭义角度：在电子学中有关电量的量值关于电子测量，你能想到什么应用实例？第1章电子测量综述第1章电子测量综述6、电子测量技术的分类•按照测量性质分类（1）时域测量：测量与时间有函数关系的量。（2）频域测量：测量与频率有函数关系的量。（3）数字域测量：对数字逻辑量进行的测量。（4）随机量测量：对噪声、干扰信号等的测量。第1章电子测量综述6、电子测量技术的分类•按照测量手段分类（1）直接测量：借助测量仪器可直接获得测量结果。（2）间接测量：先直接测量几个与被测量有函数关系的物理量，然后通过公式计算或查表等求出被测量。（3）组合测量：以直接测量和间接测量为基础。测量过程：1）需要改变测量条件多次测量。2）按函数关系联立方程组并求解有关未知量。3）将未知量代入函数式而得出测量结果。关于测量，你能想到什么应用实例？第1章电子测量综述计量计量和测量的联系和区别？第1章电子测量综述计量测量：是通过实验手段对客观事物取得定量信息的过程，也就是利用实验手段把待测量直接或间接地与另一个同类已知量进行比较，从而得到待测量值的过程。计量：为了确保测量设备符合预期使用的量程、分辨率、最大允许误差等要求，需要对测量设备进行计量确认。第1章电子测量综述计量特点a)准确性：b)一致性：不受何人何时何地何种测量方法影响c)溯源性：都能溯源于国家标准或者世界标准d)法制性：法律强制的第1章电子测量综述计量基准1.主基准主基准是用来复现和保存计量单位、具有现代科学技术所能达到的最高准确度的计量器具，也称作原始基准。经国家鉴定批准，将其作为统一全国计量单位量值的最高依据。因此主基准又称国家基准。第1章电子测量综述2.副基准副基准是通过直接或间接与国家基准比对，确定其量值并经国家鉴定批准的计量器具。它在全国作为复现计量单位的地位仅次于国家基准，平时用来代替国家基准使用。第1章电子测量综述3.工作基准工作基准是经与主基准或副基准校准或比对，并经国家鉴定批准，实际用以检定下属计量标准的计量器具。它在全国作为复现计量单位的地位仅在主基准和副基准之下。设置工作基准的目的是不使主基准和副基准因频繁使用而丧失原有的准确度。第1章电子测量综述量值的传递与跟踪，检定与比对计量器具：复现量值或将被测量转换成可直接观测的指示值或等效信息的量具、仪器、装置。第1章电子测量综述计量标准器具：准确度低于计量基准，用于检定计量标准或工作计量器具的计量器具。它可按其准确度等级分类，如标准砝码有一级、二级、三级、四级、五级之分。第1章电子测量综述工作计量器具：工作岗位上使用，不用于进行量值传递而直接用来测量被测对象量值的计量器具。比对：在规定条件下，对相同准确度等级的同类基准、标准或工作计量器具之间的量值进行比较，其目的是考核量值的一致性。第1章电子测量综述检定：用高一等级准确度的计量器具对低一等级的计量器具进行比较，以达到全面评定被检计量器具的计量性能是否合格的目的。一般要求计量标准的准确度为被检者的1/3~1/10。准确度数值越小，准确度越高，性能越好。校准：指被校的计量器具与高一等级的计量标准相比较，以确定被校计量器具的示值误差(有时也包括确定被校器具的其他计量性能)的全部工作。一般而言，检定要比校准包括更广泛的内容。第1章电子测量综述量值的传递与跟踪：指的是把一个物理量单位通过各级基准、标准及相应的辅助手段准确地传递到日常工作中所使用的测量仪器、量具，以保证量值统一的全过程。第1章电子测量综述单位制任何测量都要有一个统一的体现计量单位的量作为标准，这样的量称作计量标准。计量单位是有明确定义和名称并令其数值为1的固定的量，例如长度单位1米(m)，时间单位1秒(s)等。计量单位必须以严格的科学理论为依据进行定义。第1章电子测量综述第1章电子测量综述7、电子测量技术的单位制•单位是表征测量结果的重要组成部分只有数值没有单位的测量结果毫无意义范例1：某同学在测量中，记录测量结果为3.73，你能一眼看出他在进行什么测量吗？范例2：现有两个测量结果：3.73kΩ和3730Ω，试问两个测量数据相同吗？应记录为3.73V或3.73kΩ等在数值上二者相同，但从电子测量技术角度，二者表征的测量准确度不同！•单位是对两个同类量值进行比较的基础。第1章电子测量综述7、电子测量技术的单位制•国际单位制1960年第11届国际计量大会上正式通过国际单位制（SI）1984年2月国务院颁布了《中华人民共和国法定计量单位》，决定我国法定计量单位以国际单位制为基础•国际单位制包括基本单位、导出单位和辅助单位。第1章电子测量综述7、电子测量技术的单位制•国际单位制——基本单位物理量名称单位名称单位符号长度米m时间秒s质量千克kg电流安[培]A热力学温度开[尔文]K物质的量摩[尔]mol发光强度坎[德拉]cd国际单位制中有7个基本单位第1章电子测量综述7、电子测量技术的单位制•国际单位制——导出单位物理量单位名称符号定义面积平方米m2力牛顿NKg·m/s2热量焦耳JN·m功率瓦特WJ/s电势差伏特VW/A电阻欧姆ΩV/A电容法拉FA·s/V电感亨利HV·s/A由基本单位通过定义、定律及其他函数关系派生出的单位第1章电子测量综述7、电子测量技术的单位制•国际单位制——辅助单位物理量名称单位名称单位符号平面角弧度rad立体角球面度sr国际单位制中辅助单位只有2个实际使用时即可以作为基本单位，又可以作为导出单位第1章电子测量综述8、电子测量仪器•电子测量仪器的发展（1）模拟仪器（2）数字化仪器（3）智能化仪器（4）虚拟仪器（VI，VirtualInstrument）•概念：“软件即仪器”。•组成：计算机、仪器模块和软件。仪器模块功能主要靠软件实现。常用的开发软件有LabVIEW、LabWindows/CVI等。•特点：智能化程度高；复用性强，费用低；可操作性强，易用灵活。第1章电子测量综述8、电子测量仪器•电子测量仪器的分类（1）信号发生器（信号源）（2）电压测量仪器（3）波形测试仪器（4）频率测量仪器（5）电路参数测量仪器（6）信号分析仪器（7）模拟电路特性测试仪器（8）数字电路特性测试仪器测量时应根据测量要求，参考被测量与测量仪器的有关指标，结合现有测量条件及经济状况，尽量选用功能相符、使用方便的仪器。•电子测量仪器的主要性能指标（1）频率范围（有效频率范围）（2）准确度分类：测量准确度、测量仪器准确度。测量准确度：测量结果与被测量真值之间的一致程度。测量仪器准确度：测量仪器给出值接近于真值的能力。表示：以容许误差或不确定度的形式给出。不确定度：为了避免丢失真实数据而人为扩大的测量误差。不确定度数值越大，丢失真实数据可能性越小，即可信度越高。第1章电子测量综述8、电子测量仪器•电子测量仪器的主要性能指标第1章电子测量综述8、电子测量仪器（3）量程与分辨力（4）稳定性与可靠性稳定性：在规定时间内，仪器保持指示值或供给值不变的能力。可靠性：在规定条件下，完成规定功能的可能性。（5）环境条件（6）响应特性：输出的某个特征量与其输入的某个特征量之间的响应关系或驱动量与被驱动量之间的关系。（7）输入特性与输出特性：包括测量仪器的输入阻抗、输入形式等。输出特性主要包括测量结果的指示方式、输出电平、输出阻抗、输出形式等。HY3003D-3型可调式直流稳压稳流电源HY3003D-3型可调式直流稳压稳流电源电源开关可调从输出可调主输出固定输出输出2调节输出1调节控制开关主电流或电压输出显示从电流或电压输出显示主要特点可调式直流稳压稳流电源。输出电压与限流电流均连续可调；稳压与稳流可自动转换。四显示可同时显示双路的输出电压和电流。具有三路输出：一路为固定的5V输出。两路可调电源可进行串联或并联使用，并由一路主电源进行电压或电流跟踪。串联时最高输出电压可达两路电压额定值之和。并联时最大输出电流可达两路电流额定值之和。使用方法——双路可调电源独立使用1.将左、右两控制开关置原始位置。2.稳压源输出：分别先将电流旋钮调至最大，分别调节两路电压旋钮，使主、从输出电压分别至需要值。3.恒流源输出：分别先将电压旋钮调至最大，同时将电流旋钮调至最小，接上所需负载，调节电流旋钮，使主、从输出电流分别至所需的稳流值。4.限流保护点设定：开启电源，将电流旋钮调至最小，适当调节电压旋钮，将主、从输出分别短接(注：50V以上的电源必须串入5欧姆以上的负载电阻)，调节电流旋钮使主、从输出电流等于所要求的限流保护点电流值，完成保护点的设定。使用方法——双路可调电源串联使用1.将左控制按钮按下，右控制按钮弹起。2.将两电流旋钮调至最大，然后调节主电源电压调节旋钮，从输出电压将跟踪主动路的输出电压，输出电压最高可达两路电压的额定值之和。3.当两路电源串联时，两路的电流调节仍然是独立的，如从电源调节旋钮不在最大，而在某个限流点，则当负载电流至达该限流点时，从电源输出电压将不再跟踪主动路调节。4.当两路电源串联时，如负载较大，有功率输出时，则应用粗导线将两电流串联端子可靠连接，以免损坏机器内部开关。5.当两路电源串联时，如果主电源和从电源输出的负端与接地端之间接有联接片，应断开，否则将引起从动路的短路。使用方法——双路可调电源并联使用1.将左、右控制按钮分别按下，两路输出处于并联状态。调节主电压输出旋钮，两路输出电压一致变化，同时从输出稳流指示灯亮。2.在并联状态时，从输出电流调节不起作用，只需调节主输出电流旋钮，即能使两路电流同时受控，其最大输出电流可达两路额定值之和。3.当两路电源并联使用时，如负载较大，有功率输出时，则应用粗导线将两路输出的正端子与正端子