電子測量第一章第三節(jié).ppt

1.3 電子測量方法的分類 一個物理量的測量可以通過不同的方法實現。 測量方法選擇得正確與否直接關系到測量結果的可信賴程度， 也關系到測量工作的經濟性和可行性。 不當或錯誤的測量方法除了得不到正確的測量結果外， 甚至會損壞測量儀器和被測量設備。 有了先進精密的測量儀器設備， 并不等于就一定能獲得準確的測量結果。 必須根據不同的測量對象、 測量要求和測量條件， 選擇正確的測量方法、 合適的測量儀器， 構成實際測量系統(tǒng)， 進行正確、 細心的操作， 才能得到理想的測量結果。,測量方法的分類形式有多種， 下面介紹幾種常見的分類方法。 1. 按測量過程分類 1) 直接測量 直接測量是指直接從測量儀表的讀數獲取被測量量值的方法， 比如用電壓表測量晶體管的工作電壓， 用歐姆表測量電阻阻值， 用計數式頻率計測量頻率等。 直接測量的特點是不需要對被測量與其他實測的量進行函數關系的輔助運算， 因此測量過程簡單、 迅速， 是工程測量中廣泛應用的測量方法。,2) 間接測量 間接測量是利用直接測量的量與被測量之間的函數關系(可以是公式、 曲線或表格等)間接得到被測量量值的測量方法。 例如需要測量電阻R上消耗的直流功率P， 可以通過直接測量電壓U、 電流I， 而后根據函數關系P=UI， 經過計算， “間接”獲得功耗P。 間接測量費時、 費事， 常在下列情況下使用： 直接測量不方便， 或間接測量的結果較直接測量更為準確， 或缺少直接測量儀器等。,3) 組合測量 當某項測量結果需用多個未知參數表達時， 可通過改變測量條件進行多次測量， 根據測量量與未知參數間的函數關系列出方程組并求解， 進而得到未知量， 這種測量方法稱為組合測量。 一個典型的例子是電阻器的溫度系數的測量。 已知電阻器阻值Rt與溫度t間滿足關系： Rt=R20+(t20)+(t20)2 (1.3-1) 式中， R20為t=20時的電阻值， 一般為已知量； 、 稱為電阻的溫度系數； t為環(huán)境溫度。,為了獲得、 值， 可以在兩個不同的溫度t1、 t2(t1、 t2可由溫度計直接測得)下測得相應的兩個電阻值Rt1、 Rt2， 代入式(1.3-1)得到聯(lián)立方程： Rt1=R20+(t120)+(t120)2 Rt2=R20+(t220)+(t220)2 (1.3-2) 求解聯(lián)立方程(1.3-2)， 就可以得到、 值。 如果R20也未知， 則顯然可在三個不同的溫度下分別測得Rt1、 Rt2、 Rt3， 列出由三個方程構成的方程組并求解， 進而得到R20、 、。,2. 按測量方式分類 1) 偏差式測量法 在測量過程中， 用儀器儀表指針的位移(偏差)表示被測量大小的測量方法稱為偏差式測量法， 例如使用萬用表測量電壓、 電流等。 由于從儀表刻度上直接讀取被測量， 包括大小和單位， 因此這種方法也叫直讀法。 用這種方法測量時， 作為計量標準的實物并不裝在儀表內直接參與測量， 而是事先用標準量具對儀表讀數、 刻度進行校準， 實際測量時根據指針偏轉大小確定被測量量值。,2) 零位式測量法 零位式測量法又稱做零示法或平衡式測量法。 測量時將被測量與標準量相比較(因此也把這種方法稱做比較測量法)， 用指零儀表(零示器)指示被測量與標準量相等(平衡)， 從而獲得被測量。 利用惠斯登電橋測量電阻(或電容、 電感)是這種方法的一個典型例子， 如圖1.3-1所示。,圖1.3-1 利用惠斯登電橋測量電阻示意圖,當電橋平衡時， 可以得到：,(1.3-3),通常是先大致調整比率R1/R2， 再調整標準電阻R4， 直至電橋平衡， 充當零示器的檢流計PA指示為零， 此時即可根據式(1.3-3)由比率和R4值得到被測電阻Rx值。,只要零示器的靈敏度足夠高， 零位式測量法的測量準確度幾乎等于標準量的準確度， 因而這種方法的測量準確度很高， 這是它的主要優(yōu)點， 常用在實驗室作為精密測量的一種方法。 但由于測量過程中為了獲得平衡狀態(tài)需要進行反復調節(jié)， 因此即使采用一些自動平衡技術， 測量速度仍然較慢， 這是這種方法的一個不足之處。,3) 微差式測量法 偏差式測量法和零位式測量法相結合， 構成微差式測量法。 該法通過測量待測量與標準量之差(通常該差值很小)來得到待測量的值， 如圖1.3-2所示。 圖中， P 為量程不大但靈敏度很高的偏差式儀表， 它指示的是待測量x與標準量s之間的差值： =xs, 即x=s+。 在第2章中將證明， 只要足夠小， 這種方法的測量準確度基本上取決于標準量的準確度。 和零位式測量法相比， 該法省去了反復調節(jié)標準量大小以求平衡的步驟。,圖1.3-2 微差式測量法示意圖,因此， 該法兼有偏差式測量法的測量速度快和零位式測量法測量準確度高的優(yōu)點。 微差式測量法除在實驗室中用作精密測量外， 還廣泛地應用在生產線控制參數的測量上， 如監(jiān)測連續(xù)軋鋼機生產線上的鋼板厚度等。 圖1.3-3 是用微差法測量直流穩(wěn)壓電源輸出電壓穩(wěn)定度的測量原理圖。 圖中， Uo為直流穩(wěn)壓電源的輸出電壓， 它隨著50 Hz、 220 V市電的波動和負載RL的變化而有微小起伏 V2 為量程不大但靈敏度很高的電壓表； UB表示由標準電源Us獲得的標準電壓； U是由 V2 電壓表測得的Uo與UB的差值， 即輸出電壓Uo隨著市電波動和負載變化而產生的微小起伏。,圖1.3-3 用微差法測量直流穩(wěn)壓電源的穩(wěn)定度,3. 按被測量的性質分類 如果按被測量的性質， 測量還可以作如下分類。 1) 時域測量 時域測量也稱做瞬態(tài)測量， 主要測量被測量隨時間的變化規(guī)律。 典型的例子為用示波器觀察脈沖信號的上升沿、 下降沿、 平頂降落等脈沖參數以及動態(tài)電路的暫態(tài)過程等。 2) 頻域測量 頻域測量也稱為穩(wěn)態(tài)測量， 主要目的是獲取待測量與頻率之間的關系， 例如用頻譜分析儀分析信號的頻譜和測量放大器的幅頻特性、 相頻特性等。,3) 數據域測量 數據域測量也稱為邏輯量測量， 主要是用邏輯分析儀等設備對數字量或電路的邏輯狀態(tài)進行測量。 數據域測量可以同時觀察多條數據通道上的邏輯狀態(tài)， 或者顯示某條數據線上的時序波形， 還可以借助計算機分析大規(guī)模集成電路芯片的邏輯功能等。 隨著微電子技術的發(fā)展需要， 數據域測量及其測量智能化、 自動化顯得愈來愈重要。 4) 隨機測量 隨機測量又叫做統(tǒng)計測量， 主要是對各類噪聲信號進行動態(tài)測量和統(tǒng)計分析。 這是一項較新的測量技術， 尤其在通信領域有著廣泛應用。,除了上述幾種常見的分類方法外， 還有其他一些分類方法。 比如， 按照對測量精度的要求， 可以分為精密測量和工程測量； 按照測量時測量者對測量過程的干預程度分為自動測量和非自動測量； 按照被測量與測量結果獲取地點的關系分為本地(原位)測量和遠地測量(遙測)， 接觸測量和非接觸測量； 按照被測量的屬性分為電量測量和非電量測量等。,4. 測量方法的選擇原則 在選擇測量方法時， 要綜合考慮下列主要因素： 被測量本身的特性； 所要求的測量準確度； 測量環(huán)境； 現有測量設備等。 在此基礎上， 選擇合適的測量儀器和正確的測量方法。 前面曾提到， 正確、 可靠的測量結果的獲得要依據測量方法和測量儀器的正確選擇、 正確操作和測量數據的正確處理。 否則， 即便使用價值昂貴的精密儀器設備， 也不一定能夠得到準確的結果， 甚至可能損壞測量儀器和被測設備。,【例1】若直接用萬用表R1電阻擋測量晶體管發(fā)射結結電阻， 則由于限流電阻過小而使基極注入電流很大， 很容易將晶體管損壞。 所以， 不能用此方法測量晶體管發(fā) 射結電阻或二極管正向電阻。 【例2】圖1.3-4表示的是用電壓表測量高內阻電路端電壓的例子。 不難看到， 電壓表內阻的大小將直接影響到測量結果， 這種影響通常稱做電壓表的負載效應。 圖中虛線框內表示放大器輸出端等效電路， RV表示測量用實際電壓表內阻。 忽略其他因素， 不難算出： 當用內阻RV=10 M的數字電壓表測量時， 電壓