電子測(cè)量與儀器陳尚松版課后答案

1、第二章誤差與測(cè)量不確定度2.1 名詞解釋：真值、實(shí)際值、示值、誤差、修正值。答：真值是指表征某量在所處的條件下完善地確定的量值；實(shí)際值是指用高一級(jí)或高出數(shù)級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)儀器或計(jì)量器具所測(cè)得的數(shù)值，也稱為約定真值；示值是指儀器測(cè)得的指示值，即測(cè)量值；誤差是指測(cè)量值（或稱測(cè)得值、測(cè)值）與真值之差；修正值是指與絕對(duì)誤差大小相等，符號(hào)相反的量值。2.2 測(cè)量誤差有哪些表示方法？測(cè)量誤差有哪些來源？答：測(cè)量誤差的表示方法有：絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差兩種；測(cè)量誤差的來源主要有：（1）儀器誤差（2）方法誤差（3）理論誤差（4）影響誤差（5）人身誤差。2.3 誤差按性質(zhì)分為哪幾種？各有何特點(diǎn)？答：誤差按性質(zhì)可分為系統(tǒng)誤差

2、、隨機(jī)誤差和粗大誤差三類。各自的特點(diǎn)為：系統(tǒng)誤差：在同一條件下，多次測(cè)量同一量值時(shí)，絕對(duì)值和符號(hào)保持不變，或在條件改變時(shí)，按一定規(guī)律變化；隨機(jī)誤差：在同一條件下，多次測(cè)量同一量值時(shí)，絕對(duì)值和符號(hào)以不可預(yù)定方式變化；粗大誤差：在一定條件下，測(cè)量值顯著偏離其實(shí)際值。2.4 何謂標(biāo)準(zhǔn)差、平均值標(biāo)準(zhǔn)差、標(biāo)準(zhǔn)差的估計(jì)值？答：標(biāo)準(zhǔn)差是指對(duì)剩余誤差平方后求和平均，然后再開方即；平均值標(biāo)準(zhǔn)差是任意一組n次測(cè)量樣本標(biāo)準(zhǔn)差的分之一，即；標(biāo)準(zhǔn)差的估計(jì)值即。2.5 歸納比較粗大誤差的檢驗(yàn)方法。答：粗大誤差的檢驗(yàn)方法主要有萊特檢驗(yàn)法，肖維納檢驗(yàn)法以及格拉布斯檢驗(yàn)法。萊特檢驗(yàn)法：若一系列等精度測(cè)量結(jié)果中，第 i項(xiàng)測(cè)量值x

3、i所對(duì)應(yīng)的殘差的絕對(duì)值3s（x）則該誤差為粗差，所對(duì)應(yīng)的測(cè)量值xi為異常值，應(yīng)剔除不用。本檢驗(yàn)方法簡單，使用方便，也稱3s準(zhǔn)則。當(dāng)測(cè)量次數(shù)n較大時(shí)，是比較好的方法。本方法是以正態(tài)分布為依據(jù)的，測(cè)值數(shù)據(jù)最好n200，若nri時(shí)，輸出電壓偏大，當(dāng)rhri時(shí)，輸出電壓偏小。如果利用示波器校驗(yàn)幅度，那么指示結(jié)果將偏大，因?yàn)槭静ㄆ鬏斎胱杩勾笥谛盘?hào)源輸出阻抗。第四章： 時(shí)頻測(cè)量4.1 測(cè)量頻率的方法按測(cè)量原理可以分為哪幾類？答：測(cè)量頻率的方法按測(cè)量原理可以分為如下幾類：頻率測(cè)量方法模擬法計(jì)數(shù)法頻響法比較法電橋法諧振法拍頻法差頻法示波法李莎育圖形法測(cè)周期法電容充放電式電子計(jì)數(shù)式4.2 說明通用計(jì)數(shù)器測(cè)量頻率

4、、周期、時(shí)間間隔和自檢的工作原理。答：通用計(jì)數(shù)器測(cè)量頻率的工作原理：通過計(jì)數(shù)器在單位時(shí)間（即閘門時(shí)間）內(nèi)對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，然后利用公式得出被測(cè)信號(hào)的頻率，為了測(cè)量更寬的范圍，可以改變閘門時(shí)間。通用計(jì)數(shù)器測(cè)量周期的工作原理：和測(cè)頻原理類似，將被測(cè)信號(hào)整形轉(zhuǎn)換后作為閘門時(shí)間，而用標(biāo)準(zhǔn)頻率作為計(jì)數(shù)脈沖，進(jìn)行計(jì)數(shù)，同樣通過改變標(biāo)準(zhǔn)頻率的分頻，即改變時(shí)標(biāo)信號(hào)，來測(cè)量更寬的范圍。通用計(jì)數(shù)器測(cè)量時(shí)間間隔的工作原理：通過兩個(gè)單獨(dú)的通道啟動(dòng)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)，其中一個(gè)通道信號(hào)用來啟動(dòng)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)，另一個(gè)通道的信號(hào)停止計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)，這兩個(gè)信號(hào)之間的間隔即要測(cè)的時(shí)間間隔。通用計(jì)數(shù)器自檢工作原理：時(shí)基單元提供的閘門時(shí)間內(nèi)

5、對(duì)時(shí)標(biāo)信號(hào)（頻率較高的標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)）進(jìn)行計(jì)數(shù)，由于這時(shí)閘門信號(hào)和時(shí)標(biāo)信號(hào)均為同一個(gè)晶體振蕩器的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)經(jīng)過適當(dāng)?shù)乇额l或分頻而得，因此其計(jì)數(shù)結(jié)果是已知的，顯示數(shù)字是完整的。4.3 分析通用計(jì)數(shù)器測(cè)量頻率和周期的誤差，以及減小誤差的方法。答：通用計(jì)數(shù)器測(cè)量頻率的誤差：即1誤差和標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差。一般總誤差可采用分項(xiàng)誤差絕對(duì)值合成，即 通用計(jì)數(shù)器測(cè)量周期的誤差：主要有三項(xiàng)，即量化誤差、轉(zhuǎn)換誤差以及標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差。其合成誤差可按下式計(jì)算 減少測(cè)頻誤差的方法：在一定時(shí)，閘門時(shí)間t選得越長，測(cè)量準(zhǔn)確度越高減少測(cè)周誤差的方法：1)采用多周期測(cè)量可提高測(cè)量準(zhǔn)確度；2)提高標(biāo)準(zhǔn)頻率，可以提高測(cè)周分辨力；3)測(cè)量過程中

6、盡可能提高信噪比vmvn。4.4 提高測(cè)時(shí)分辨力的方法有哪些？答：提高測(cè)時(shí)分辨力的方法有平均法計(jì)數(shù)器、內(nèi)插法計(jì)數(shù)器、游標(biāo)法計(jì)數(shù)器。4.5長期頻率穩(wěn)定度和短期頻率穩(wěn)定度是怎樣定義的？如何測(cè)量？答：長期頻率穩(wěn)定度指長時(shí)間(年或月范圍內(nèi))的頻率變化，在石英振蕩器中，長時(shí)間的頻率漂移主要是由石英諧振器(晶體)的老化引起的，它屬于系統(tǒng)性的或確定性的變化，其值與頻率的隨機(jī)性變化無關(guān)。所以，長期穩(wěn)定度一般是指年或月的老化率。短期頻率穩(wěn)定度是秒或毫秒內(nèi)的隨機(jī)頻率變化，這種無規(guī)則的隨機(jī)變化與長期的頻率漂移無關(guān)。比如，用于計(jì)數(shù)器的石英振蕩器，其輸出頻率在一秒內(nèi)穩(wěn)不穩(wěn)具有重要意義，故常用“1秒頻率穩(wěn)定度”來表征。長

7、期頻率穩(wěn)定度測(cè)量方法：在實(shí)際測(cè)量中，需要連續(xù)測(cè)一周或一個(gè)月，設(shè)每天測(cè)一個(gè)數(shù)據(jù)，共測(cè)n天，然后利用最小二乘法擬合一條曲線。短期頻率穩(wěn)定度測(cè)量方法：計(jì)數(shù)器直接測(cè)頻；測(cè)差頻周期法；差頻倍增技術(shù)；示波器李莎育圖形法4.6 調(diào)制域分析儀的關(guān)鍵技術(shù)是什么？有何用途？答：調(diào)制域分析儀關(guān)鍵的技術(shù)是要實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)連續(xù)地測(cè)量頻率。調(diào)制域分析儀的主要分析功能有：頻率、相位、時(shí)間間隔相對(duì)于時(shí)間軸的變化顯示；單次或多次平均；任何測(cè)量結(jié)果的直方圖顯示；測(cè)量結(jié)果數(shù)值顯示；調(diào)制分析（峰峰偏移、中心頻率、調(diào)制速率）；抖動(dòng)頻譜分析；各種參數(shù)統(tǒng)計(jì)（平均、最大、最小、方差、均方差、有效值、概率）；阿侖方差計(jì)算等。抖動(dòng)和調(diào)制都可利用機(jī)內(nèi)的

8、分析功能方便地進(jìn)行定量分析。另外，儀器還具有組合觸發(fā)和選通功能，用于捕獲復(fù)雜輸入信號(hào)的特定部分。4.7 天文（歷書）秒準(zhǔn)確度可達(dá)1109，問一天的誤差幾秒？某銫原子鐘準(zhǔn)確度可達(dá)51014，問一天的誤差幾秒？要多少年才會(huì)產(chǎn)生1秒的誤差？解：（1），所以一天的誤差為t11096060248.6410586.4s （2）t510146060244.321094.32ns n3654.321091，n634196年4.8 用計(jì)數(shù)式頻率計(jì)測(cè)量頻率，閘門時(shí)間（門控時(shí)間）為l s時(shí)，計(jì)數(shù)器讀數(shù)為5400，這時(shí)的量化誤差為多大？如將被測(cè)信號(hào)倍頻4倍，又把閘門時(shí)間擴(kuò)大到5倍，此時(shí)的量化誤差為多大?解：（1）量化

9、誤差（2）量化誤差4.9用一個(gè)7位電子計(jì)數(shù)器測(cè)量一個(gè)fx5mhz的信號(hào)頻率，試分別計(jì)算當(dāng)“閘門時(shí)間”置于1s、0.1s和10ms時(shí)，由1誤差產(chǎn)生的測(cè)頻誤差。解：閘門時(shí)間為1s時(shí)，1誤差閘門時(shí)間為0.1s時(shí)，1誤差閘門時(shí)間為10ms時(shí)，1誤差4.10 用某計(jì)數(shù)式頻率計(jì)測(cè)頻率，已知晶振頻率fc的相對(duì)誤差為fcfc5108，門控時(shí)間t1s，求：（1）測(cè)量fx10mhz時(shí)的相對(duì)誤差；（2）測(cè)量fx10khz時(shí)的相對(duì)誤差，并找出減小測(cè)量誤差的方法。解：測(cè)頻1誤差（1）（2）對(duì)相同閘門時(shí)間下，當(dāng)被測(cè)頻率越高時(shí)，測(cè)頻相對(duì)誤差越小，同時(shí)晶振頻率誤差影響也越大。4.11 用某計(jì)數(shù)式頻率計(jì)測(cè)周期，已知晶振頻率fc

10、的相對(duì)誤差為fcfc5108，時(shí)基頻率為10mhz，周期倍乘100。求測(cè)量10s周期時(shí)的測(cè)量誤差。解：計(jì)數(shù)器測(cè)周期誤差4.12 用某電子計(jì)數(shù)器測(cè)一個(gè)fx10hz的信號(hào)頻率，當(dāng)信號(hào)的信噪比s/n20db時(shí)，分別計(jì)算當(dāng)“周期倍乘”置于1和100時(shí)，由于轉(zhuǎn)換誤差所產(chǎn)生的測(cè)周誤差，并討論計(jì)算結(jié)果。解：由轉(zhuǎn)換誤差產(chǎn)生的測(cè)周誤差為：因?yàn)椋海运浴爸芷诒冻恕敝糜?時(shí)：所以“周期倍乘”置于100時(shí)：由測(cè)周誤差可知，增大“周期倍乘”可以減少由轉(zhuǎn)換誤差產(chǎn)生的測(cè)周誤差。4.13用多周期法測(cè)量某被測(cè)信號(hào)的周期，已知被測(cè)信號(hào)重復(fù)周期為50hz時(shí)，計(jì)數(shù)值為100000，內(nèi)部時(shí)標(biāo)信號(hào)頻率為 1mhz。若采用同一周期倍乘

11、和同一時(shí)標(biāo)信號(hào)去測(cè)量另一未知信號(hào)，已知計(jì)數(shù)值為15000，求未知信號(hào)的周期？解：因?yàn)槎嘀芷诜y(cè)被測(cè)信號(hào)周期，所以4.14 某計(jì)數(shù)式頻率計(jì)，測(cè)頻閘門時(shí)間為1s，測(cè)周期時(shí)倍乘最大為10000，時(shí)基最高頻率為10mhz，求中界頻率。解：測(cè)頻和測(cè)周1誤差分別為：， ，所以中屆頻率4.15 欲測(cè)量一個(gè)標(biāo)稱頻率f01mhz的石英振蕩器，要求測(cè)量精確度優(yōu)于1106，在下列幾種方案中，哪一種是正確的？為什么？(1) 選用e312型通用計(jì)數(shù)器（fc/fc1106），“閘門時(shí)間”置于1s。(2) 選用e323型通用計(jì)數(shù)器（fc/fc1107），“閘門時(shí)間”置于1s。(3) 選用e323型通用計(jì)數(shù)器（fc/fc11

12、07），“閘門時(shí)間”置于10s。解：（1）測(cè)頻時(shí)，其誤差 （2） （3）由以上計(jì)算結(jié)果可知，采用第三種方案是正確的。4.16 利用頻差倍增法來提高測(cè)量精度時(shí)，設(shè)被測(cè)頻率源和標(biāo)稱頻率fc1mhz，閘門時(shí)間1秒，欲將1個(gè)字誤差降到ll011，試問倍增器倍增次數(shù)應(yīng)為多少？解：頻差倍增法測(cè)量誤差為，其中1誤差為：，所以倍增器倍增次數(shù)4.17 提高時(shí)間測(cè)量分辨力的方法有哪些？簡述每種方法的特點(diǎn)。答：提高時(shí)間測(cè)量分辨力的方法有平均法、內(nèi)插法以及游標(biāo)法。內(nèi)插法：通過內(nèi)插將起始脈沖與第一個(gè)鐘脈沖之間的時(shí)間間隔和終止脈沖與緊接著到來的鐘脈沖之間的時(shí)間間隔進(jìn)行放大，雖然1字的誤差依然存在，但已經(jīng)縮小很多倍。游標(biāo)法

13、：游標(biāo)法事實(shí)上是用數(shù)字量化的辦法把被測(cè)時(shí)間間隔擴(kuò)展了k倍，k稱為擴(kuò)展倍率或內(nèi)插系數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)精確的時(shí)間間隔測(cè)量。圖4.51 題4.18圖4.18 用游標(biāo)法測(cè)量圖4.51中的值，設(shè)f1=5mhz，f2=5.01mhz，求之值。解：根據(jù)游標(biāo)法原理：,所以第五章 電壓測(cè)量5.1簡述電壓測(cè)量的基本要求及電壓測(cè)量儀器的分類方法。答：電壓測(cè)量的基本要求：1）應(yīng)有足夠?qū)挼碾妷簻y(cè)量范圍2）應(yīng)有足夠?qū)挼念l率范圍3）應(yīng)有足夠高的測(cè)量準(zhǔn)確度4）應(yīng)有足夠高的輸入阻抗5）應(yīng)具有高的抗干擾能力電壓測(cè)量儀器的分類方法：1）按頻率范圍分類2）按被測(cè)信號(hào)的特點(diǎn)分類3）按測(cè)量技術(shù)分類5.2 交流電壓表都是以何值來標(biāo)定刻度讀數(shù)的？

14、真、假有效值的含義是什么？答：交流電壓表都是以正弦波有效值為刻度的，真有效值：我們認(rèn)為有效值表的讀數(shù)就是被測(cè)電壓的有效值，即有效值表是響應(yīng)輸入信號(hào)有效值的。因此，有效值表中=ui，并稱這種表為真有效值表。假有效值：有效值表的讀數(shù)不能反映被測(cè)電壓的有效值真實(shí)大小。uotuotuot5.3 利用全波平均值電子電壓表測(cè)量圖5.70所示三種不同波形（正弦波、方波、三角波）的交流電壓，設(shè)電壓表的讀數(shù)都是1v，問： （1）對(duì)每種波形，電壓表的讀數(shù)各代表什么意義？ （2）三種波形的峰值、平均值及有效值分別為多少？ （3）根據(jù)測(cè)量結(jié)果，將三個(gè)波形畫在同一坐標(biāo)圖上以進(jìn)行比較。解：（1）對(duì)正弦波，讀數(shù)為有效值，對(duì)

15、其他波形，讀數(shù)僅能間接反應(yīng)被測(cè)量的大小。圖5.70 習(xí)題5.3圖（2）因?yàn)?，所以v因?yàn)?，即所以正弦波有效值?v，峰值為v，均值為0.901v。方波有效值為v，峰值為v，均值為0.901v。三角波有效值為v，峰值為v，均值為0.901v。三種波形在同一坐標(biāo)圖為：5.4 若在示波器上分別觀察峰值相等的正弦波、方波、三角波，得up5v；現(xiàn)在分別采用三種不同檢波方式并以正弦波有效值為刻度的電壓表進(jìn)行測(cè)量，試求其讀數(shù)分別為多少？解：已知各波形vp=5v 均值表： 正弦波 方波 三角波 峰值表：因?yàn)楦鞑ㄐ畏逯迪嗤?，所以三種波形的讀數(shù)均為： 有效值表：正弦波 ： 方波： 三角波：5.5 用峰值表和均值表分

16、別測(cè)量同一波形，讀數(shù)相等。這可能嗎？為什么？答：峰值表和均值表的讀數(shù)均是以正弦波有效值為刻度的，對(duì)峰值表：有對(duì)均值表：有對(duì)任一波形有，即先兩電壓表讀數(shù)若相同，則即，所以只要被測(cè)波形為正弦波即可滿足該條件。5.6 已知某電壓表采用正弦波有效值為刻度，如何以實(shí)驗(yàn)方法判別它的檢波類型？試列出兩種方案，并比較哪一種方案更合適。答：方案一：5.7 簡述逐次逼近比較型數(shù)字電壓表和雙積分型數(shù)字電壓表的工作原理，并比較它們的優(yōu)缺點(diǎn)。5.8 ds18型五位雙積分型數(shù)字電壓表中us6.0000v，fc0.75mhz，計(jì)數(shù)器滿量程n160000，求被測(cè)電壓ux2.5000v時(shí)，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值n2為多大？采樣時(shí)間tl和

17、測(cè)量時(shí)間t2分別為多大？解：根據(jù)雙積分原理，可知（1）在準(zhǔn)備期，進(jìn)行定時(shí)積分，所以 5.9 試畫出圖5.71積分器的輸出時(shí)間波形圖（uot），假設(shè)圖中c1f，r10k，圖中模擬開關(guān)的接通時(shí)間為：0-t1(10ms）s0、s1接通，s2、s3開關(guān)斷開； t1-t3(20ms）s1接通，其他開關(guān)斷開；t3-t4(10ms）s2接通，其他開關(guān)斷開；t4-t5(10ms）s3接通，其他開關(guān)斷開；t5-t6(10ms）s0、s3接通，s1、s2開關(guān)斷開。acs0s1s2s30v+10v+5vr+5vu0+15+10+5051015102030405060t1t2t3t4t5t6t/ms圖5.71 題5.9圖u0/v圖中假設(shè)模擬開關(guān)(s0s3）和運(yùn)算放大器a均是理