儀器儀表使用實(shí)驗(yàn)報(bào)告模板

1、電路實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目電子測(cè)量、測(cè)量誤差及儀器使用實(shí)驗(yàn)時(shí)間年 月日第周 星期第小實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)主樓 室專業(yè)班級(jí)學(xué)號(hào)姓名指導(dǎo)教師實(shí)驗(yàn)成績(jī)批閱時(shí)間年月日電工技術(shù)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、了解示波器的工作原理和技術(shù)指標(biāo)。2、熟悉示波器面板上各旋鈕的作用3、學(xué)會(huì)正確使用示波器測(cè)量各種電參數(shù)的方法4、用示波器測(cè)量電信號(hào)的幅值、頻率和周期5、學(xué)會(huì)正確使用函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、數(shù)字交流毫伏表。6、 學(xué)習(xí)使用Multisim 7電子電路仿真軟件。 實(shí)驗(yàn)原理： < 文字?jǐn)⑹觯娐穲D） 測(cè)量原理測(cè)量中所采用的原理、方法和技術(shù)措施。電子測(cè)量的對(duì)象是材料、元件、器件、整機(jī)和系統(tǒng)的特征電磁量。這些電磁量大致包括：基本參量，如電壓、功

2、率、頻率、阻抗、衰減和相移等。綜合參量，如網(wǎng)絡(luò)參量、信號(hào)參量、 波形參量和晶體管參量等；對(duì)于某一測(cè)量對(duì)象，一般有多種測(cè)量技術(shù)可供選擇，而某一種測(cè)量技術(shù)又往往可用于 不同的測(cè)量對(duì)象。用于同一測(cè)量對(duì)象，不同測(cè)量技術(shù)的效果可能大致相同，也可能大不相 同。在電子測(cè)量中，對(duì)于不同參量、不同量程、不同頻段以至不同傳輸線形式，往往要采 用不同的測(cè)量技術(shù)。直接和間接測(cè)量技術(shù)按照測(cè)量的實(shí)測(cè)對(duì)象，測(cè)量技術(shù)可分為以下兩種。 直接測(cè)量技術(shù)：在測(cè)量中，無(wú)需通過(guò)與被測(cè)量成函數(shù)關(guān)系的其他量的測(cè)量而直接取得被 測(cè)量值。如用電壓表直接測(cè)量電壓。其測(cè)量不確定度主要取決于測(cè)量器具的不確定度，在 一般測(cè)量中普遍采用。 間接測(cè)量技術(shù)：

3、在測(cè)量中，通過(guò)對(duì)與被測(cè)量成函數(shù)關(guān)系的其他量的測(cè)量而取得被測(cè)量值。如通過(guò)測(cè)量電阻 R兩端的電壓u和流經(jīng)電阻R的電流I，然后利用 R=u /I的關(guān)系求得電阻值。其測(cè)量不確定度分量的數(shù)目要多一些，一般在被測(cè)量不便于直接測(cè)量時(shí)采 用。按照測(cè)量的進(jìn)行方式，測(cè)量技術(shù)可分為以下兩種。 直接比較測(cè)量技術(shù)：在測(cè)量中，將被測(cè)量與已和其值的同一種量相比較。其測(cè)量不確定 度主要取決于標(biāo)準(zhǔn)量值的不確定度和比較器的靈敏度和分辨力，它可克服因?yàn)闇y(cè)量裝置的 動(dòng)態(tài)范圍不夠和頻率響應(yīng)不好所引入的非線性誤差。替代法、換位法等屬于這一類。 非直接比較測(cè)量技術(shù)：不是將被測(cè)量的全值與標(biāo)準(zhǔn)量值相比較的比較測(cè)量。微差法、符 合法、補(bǔ)償法、諧

4、振法、衡消法等屬于這一類。在建立計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量中，經(jīng)常采用基本測(cè)量技術(shù)，即絕對(duì)測(cè)量技術(shù)。這是通過(guò)對(duì)有 關(guān)的基本量的測(cè)量來(lái)確定被測(cè)量值。其測(cè)量不確定度一般是通過(guò)實(shí)驗(yàn)、分析和計(jì)算得出， 精度高，但所需裝置復(fù)雜。無(wú)源參量和有源參量測(cè)量技術(shù)按照測(cè)量對(duì)象的性質(zhì)，測(cè)量技術(shù)可分為以下兩種。 無(wú)源參量測(cè)量技術(shù)：無(wú)源參量表征材料、元件、無(wú)源器件和無(wú)源電路的電磁特性，如阻 抗、傳輸特性和反射特性等。它只在適當(dāng)信號(hào)激勵(lì)下才能顯露其固有特性時(shí)進(jìn)行測(cè)量。這 類測(cè)量技術(shù)常稱為激勵(lì)與響應(yīng)測(cè)量技術(shù)。因?yàn)闇y(cè)量時(shí)必需使用激勵(lì)源，它又稱為有源測(cè)量 技術(shù)。 有源參量測(cè)量技術(shù)：有源參量表征電信號(hào)的電磁特性，如電壓、功率、頻率和場(chǎng)強(qiáng)等。

5、它的測(cè)量可以采用無(wú)源測(cè)量技術(shù)，即讓被測(cè)的有源參量以適當(dāng)方式激勵(lì)一個(gè)特性已知的無(wú) 源網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)后者的響應(yīng)求得被測(cè)參量的量值，如通過(guò)回路的諧振測(cè)量信號(hào)頻率。有源參 量的測(cè)量也可采用有源測(cè)量技術(shù)，即把作為標(biāo)準(zhǔn)的同類有源參量與它相比較，從而求得其 量值。此外，電子測(cè)量技術(shù)還可有許多分法，如模擬和數(shù)字測(cè)量技術(shù)。動(dòng)態(tài)和靜態(tài)測(cè)量技 術(shù)。接觸和非接觸測(cè)量技術(shù)；內(nèi)插和外推測(cè)量技術(shù)。實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)測(cè)量技術(shù)。電橋法、 表法、示波器法和反射計(jì)法等測(cè)量技術(shù)。時(shí)域、頻域和數(shù)據(jù)域測(cè)量技術(shù)；點(diǎn)頻、掃頻和廣 頻等測(cè)量技術(shù)等。變換測(cè)量技術(shù)在電子測(cè)量中，為了繞過(guò)在某些量程、頻段和測(cè)量域上對(duì)某些參量的測(cè)量困難和減小 測(cè)量的不確定度，廣

6、泛采用下列各種變換測(cè)量技術(shù)。 參量變換測(cè)量技術(shù)：把被測(cè)參量變換為與它具有確定關(guān)系但測(cè)量起來(lái)更為有利的另一 參量進(jìn)行測(cè)量，以求得原來(lái)參量的量值。例如，功率測(cè)量中的量熱計(jì)是把被測(cè)功率變換為 熱電勢(shì)進(jìn)行測(cè)量，而測(cè)熱電阻功率計(jì)是把被測(cè)功率變換為電阻值進(jìn)行測(cè)量；相移測(cè)量中可 把被測(cè)相位差變換為時(shí)間間隔進(jìn)行測(cè)量；截止衰減器是把衰減量變換為長(zhǎng)度量進(jìn)行測(cè)量； 有些數(shù)字電壓表是把被測(cè)電壓變換為頻率量進(jìn)行測(cè)量。 頻率變換測(cè)量技術(shù)：利用外差變頻把某一頻率一般是較高頻率或較寬頻段內(nèi)頻率）的被測(cè)參量變換為另一頻率 一般是較低頻率或單一頻率）的同樣參量進(jìn)行測(cè)量。這樣做的一個(gè)重要原因是計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)量器具在較低頻率尤其是直流

7、）或單一頻率上的準(zhǔn)確度通常會(huì)更高一些。例如，在衰減測(cè)量中的低頻替代法和中頻替代法就是在頻率變換基礎(chǔ)上 的比較測(cè)量技術(shù)；采樣顯示、采樣鎖相在原理上也是利用了采樣變頻的頻率變換測(cè)量技 術(shù)。 量值變換測(cè)量技術(shù)：把量值處于難以測(cè)量的邊緣狀態(tài)太大或太?。┑谋粶y(cè)參量，按某一已知比值變換為量值適中的同樣參量進(jìn)行測(cè)量。例如，用測(cè)量放大器、衰減器、分流器、比例變壓器或定向耦合器，把被測(cè)電壓、電流或功率的量值升高或降低后進(jìn)行測(cè)量； 用功率倍增法測(cè)噪聲和用倍頻法測(cè)頻率值等。 測(cè)量域變換測(cè)量技術(shù)：把在某一測(cè)量域中的測(cè)量變換到另一更為有利的測(cè)量域中進(jìn)行 測(cè)量。例如，在頻率穩(wěn)定度測(cè)量中，為了更好地分析導(dǎo)致頻率不穩(wěn)的噪聲模

8、型，可以從時(shí) 域測(cè)量變換到頻域測(cè)量；在電壓測(cè)量中，為了大幅度地提高分辨力，可以從模擬域測(cè)量變 換到數(shù)字域測(cè)量。減小測(cè)量的不確定度測(cè)量的目標(biāo)是以盡量小的不確定度求出被測(cè)量值。在電子測(cè)量中，為了減小測(cè)量的不確定度，還可以采用以下的一些測(cè)量技術(shù)。 雙通道相關(guān)測(cè)量技術(shù)：在比較測(cè)量中，為了減小電路和環(huán)境條件的變化所引入的誤差， 可采用雙通道相關(guān)測(cè)量技術(shù)，也就是為被測(cè)的量和標(biāo)準(zhǔn)量建立兩個(gè)相同的通道，從而使電 路和環(huán)境條件的變化對(duì)它們的影響基本相同并相互抵消。衛(wèi)星時(shí)間頻率同步測(cè)量中，為抵 消通道時(shí)延而采用的雙向法就是一例。 自校準(zhǔn)技術(shù)：為了消除某些測(cè)量器具在檢定了一段時(shí)間之后所產(chǎn)生的誤差，如溫漂和時(shí)漂等誤差

9、，可以為它們配備自校準(zhǔn) 包括自調(diào)零）裝置，以保證繼續(xù)準(zhǔn)確。例如高精度數(shù)字電壓表一般都具備自校準(zhǔn)能力。 測(cè)量數(shù)據(jù)處理技術(shù)：過(guò)去對(duì)于測(cè)量數(shù)據(jù)的處理總是在測(cè)量之后在紙面上進(jìn)行。隨著計(jì)算 機(jī)在測(cè)量中的應(yīng)用，一些根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計(jì)原理對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的處理，如粗差的剔除、加權(quán)平 均、阿侖方差的計(jì)算等已能在測(cè)量時(shí)進(jìn)行。測(cè)量中的技術(shù)措施在電子測(cè)量中，還有一些基本技術(shù)措施對(duì)于低電平、高頻率、高精度的測(cè)量十分重 要。 接地：接地不良會(huì)導(dǎo)致地回路電流，這將改變測(cè)量狀態(tài)和影響測(cè)量結(jié)果。因此，對(duì)于測(cè) 量系統(tǒng)的低電平部分要采用單點(diǎn)接地或浮地等技術(shù)措施。 防干擾：為了減弱電磁干擾，須對(duì)敏感的輸入部分采用電磁屏蔽，要在模擬和數(shù)字兩部

10、分之間采用光電隔離，并采取去耦、濾波和同步抑制等技術(shù)措施以減弱或去除市電和無(wú)用 信號(hào)等干擾。此外，增強(qiáng)有用信號(hào)以提高信噪比也是防干擾的另一重要措施。 阻抗匹配：阻抗匹配在電子測(cè)量中是一個(gè)重要問(wèn)題。它牽涉到能否取得最佳功率和防止 反射、駐波的產(chǎn)生。為此還可以采用阻抗變換和緩沖隔離等技術(shù)措施。 在集總參數(shù)的高頻測(cè)量中，須采取防止和消除寄生分布參量影響的技術(shù)措施。電子測(cè)量技術(shù)對(duì)電子技術(shù)和其他科學(xué)技術(shù)的新原理、新方法、新器件和新工藝十分敏 感并且反應(yīng)很快。例如，電子技術(shù)中的采樣、鎖相、頻率合成、數(shù)字化、信號(hào)處理乃至微 處理機(jī)應(yīng)用等技術(shù)，已廣泛地用于電子測(cè)量技術(shù)中。此外，全景和分段的頻譜分析技術(shù)可 用于

11、信號(hào)特性的測(cè)量；時(shí)域反射和快速傅里葉變換技術(shù)可用于脈沖特性的測(cè)量；網(wǎng)絡(luò)分析 和六端口技術(shù)可用于網(wǎng)絡(luò)特性的測(cè)量；程序控制和實(shí)時(shí)處理采用計(jì)算機(jī)技術(shù)等。至于激 光、超導(dǎo)、遙測(cè)、自動(dòng)控制、光導(dǎo)傳輸和圖像顯示等新成就，也都在電子測(cè)量技術(shù)中得到 了應(yīng)用。電子測(cè)量的內(nèi)容從廣義上說(shuō)，電子測(cè)量是泛指以電子科學(xué)技術(shù)為手段而進(jìn)行的測(cè)量，即以電子科學(xué)技 術(shù)理論為依據(jù)，以電子測(cè)量?jī)x器和設(shè)備為工具，對(duì)電量和非電量進(jìn)行的測(cè)量。從狹義上講，電子測(cè)量則是利用電子技術(shù)對(duì)電子學(xué)中有關(guān)的電量所進(jìn)行的測(cè)量。 電子測(cè)量的內(nèi)容是：1按具體的被測(cè)物理量來(lái)分類，電子測(cè)量包括下列電參數(shù)的測(cè)量：<1）電能量的測(cè)量：包括各種頻率及波形下的電壓

12、、電流、功率、電場(chǎng)強(qiáng)度等測(cè)量。<2）電路參數(shù)的測(cè)量包括電阻、電感、電容、阻抗、品質(zhì)因數(shù)、電子器件參數(shù)等的測(cè)量。<3）電信號(hào)特征的測(cè)量包括信號(hào)、頻率、周期、時(shí)間、相位、調(diào)幅度、調(diào)頻指數(shù)、失真度、噪音以及數(shù)字信號(hào)的邏輯狀態(tài)等的測(cè)量。<4）電子設(shè)備性能的測(cè)量包括放大倍數(shù)、衰減、靈敏度、頻率特性、通頻帶、噪聲系數(shù)的測(cè)量。<5）特性曲線的測(cè)量包括幅頻特性曲線、晶體管特性曲線等的測(cè)量和顯示。對(duì)各種非電量進(jìn)行測(cè)量，一般方法是采用非電量的電測(cè)法，首先是通過(guò)傳感器將眾多 非電量 <如溫度、壓力、流量等）轉(zhuǎn)換成電量，再進(jìn)行電子測(cè)量。2從基本的測(cè)量對(duì)象來(lái)分類，電子測(cè)量是對(duì)電信號(hào)和電系統(tǒng)

13、的測(cè)量：<1）電子測(cè)量的基本對(duì)象是未知的信號(hào)與系統(tǒng)<2）電子測(cè)量的基本工具是已知的信號(hào)與系統(tǒng)<3）電子測(cè)量的基本工作機(jī)理是信號(hào)與系統(tǒng)的相互作用一個(gè)系統(tǒng)與其輸入、輸出之間的關(guān)系可用圖2 1表示，其中叵1和叵1分別表示輸入量與輸出量，勺表示系統(tǒng)的傳遞特性。三者之間一般有如下的幾種關(guān)系：1） 已知系統(tǒng)的傳遞特性凹和輸出量凹，來(lái)推知系統(tǒng)的輸入量 凹。這就是用測(cè) 量系統(tǒng)來(lái)測(cè)未知物理量的測(cè)量過(guò)程。2） 已知系統(tǒng)的輸入量 因和輸出量因，求系統(tǒng)的傳遞特性 回。這通常用于對(duì)被 測(cè)系統(tǒng)的特性測(cè)量或故障診斷，以及對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的性能檢定。3） 若已知輸入量 回和系統(tǒng)的傳遞特性 凹，則可綜合出系統(tǒng)的輸出

14、量回。這種 方式可用于信號(hào)的產(chǎn)生，電壓或功率分配，多級(jí)系統(tǒng)組建等。測(cè)量誤差根據(jù)測(cè)量誤差的性質(zhì)，測(cè)量誤差可分為隨機(jī)誤差、系統(tǒng)誤差、粗大誤差三類。隨機(jī)誤差的定義：在同一測(cè)量條件下 <指在測(cè)量環(huán)境、測(cè)量人員、測(cè)量技術(shù)和測(cè)量?jī)x 器都相同的條件下），多次重復(fù)測(cè)量同一量值時(shí)<等精度測(cè)量），每次測(cè)量誤差的絕對(duì)值和符號(hào)都以不可預(yù)知的方式變化的誤差，稱為隨機(jī)誤差隨機(jī)誤差的產(chǎn)生原因：對(duì)測(cè)量值影響微小但卻互不相關(guān)的大量因素共同造成。這些因 素主要是噪聲干擾、電磁場(chǎng)微變、零件的摩擦和配合間隙、熱起伏、空氣擾動(dòng)、大地微 震、測(cè)量人員感官的無(wú)規(guī)律變化等。隨機(jī)誤差的新定義：隨機(jī)誤差 <勺）是測(cè)量結(jié)果 衛(wèi)與

15、在重復(fù)性條件下，對(duì)同一被測(cè)量 進(jìn)行無(wú)限多次測(cè)量所得結(jié)果的平均值衛(wèi)之差。即< - ）定義的意義：隨機(jī)誤差是測(cè)量值與數(shù)學(xué)期望之差，它表明了測(cè)量結(jié)果的分散性 隨機(jī)誤差愈小，精密度愈高。系統(tǒng)誤差的定義：在同一測(cè)量條件下，多次測(cè)量重復(fù)同一量時(shí)，測(cè)量誤差的絕對(duì)值和 符號(hào)都保持不變，或在測(cè)量條件改變時(shí)按一定規(guī)律變化的誤差，稱為系統(tǒng)誤差。系統(tǒng)誤差是由固定不變的或按確定規(guī)律變化的因素造成的，這些因素主要有：1）測(cè)量?jī)x器方面的因素：儀器機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)原理的缺點(diǎn)；儀器零件制造偏差和安 裝不正確；電路的原理誤差和電子元器件性能不穩(wěn)定等。如把運(yùn)算放大器當(dāng)作理想運(yùn)放， 而被忽略的輸入阻抗、輸出阻抗等引起的誤差。2）環(huán)境方

16、面的因素：測(cè)量時(shí)的實(shí)際環(huán)境條件< 溫度、濕度、大氣壓、電磁場(chǎng)等）對(duì)標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件的偏差，測(cè)量過(guò)程中溫度、濕度等按一定規(guī)律變化引起的誤差。3）測(cè)量方法的因素：采用近似的測(cè)量方法或近似的計(jì)算公式等引起的誤差，4）測(cè)量人員方面的因素：因?yàn)闇y(cè)量人員的個(gè)人特點(diǎn)，在刻度上估計(jì)讀數(shù)時(shí)， 習(xí)慣偏于某一方向；動(dòng)態(tài)測(cè)量時(shí)，記錄快速變化信號(hào)有滯后的傾向。系統(tǒng)誤差 < ）的定量定義：在重復(fù)性條件下，對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行無(wú)限多次測(cè)量所得 結(jié)果，< 1 ）的平均值 與被測(cè)量的真值之差。即在去掉隨機(jī)因素 <即隨機(jī)誤差）的影響后，平均值偏離真值的大小就是系統(tǒng)誤差。 系統(tǒng)誤差差越小，測(cè)量就越準(zhǔn)確。所以，系統(tǒng)誤

17、差經(jīng)常用來(lái)表征測(cè)量準(zhǔn)確度的高低。在任何一次測(cè)量中，系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差一般都是同時(shí)存在的，而且兩者之間并不存 在絕對(duì)的界限。實(shí)驗(yàn)任務(wù)：1、用示波器測(cè)量正弦波波形：設(shè)置信號(hào)發(fā)生器輸出電壓 <峰-峰）：10V 頻率：50Hz示波器的TIME/DIV開關(guān)設(shè)置為：5ms調(diào)整VOLTS/DIV為適 當(dāng)?shù)膬蓚€(gè)值 <屏幕上應(yīng)顯示完整波形）示波器的VOLTS/DIV開關(guān)設(shè)置為：2V,調(diào)整TIME/DIV為適 當(dāng)值 < 屏幕上應(yīng)顯示完整波形）2、分別用示波器、毫伏表測(cè)量信號(hào)發(fā)生器輸出的正弦交流電壓 最大值Um=?有效值u二?。3、用示波器測(cè)量方波波形<1）信號(hào)源的頻率固定，改變信號(hào)源輸出幅

18、值<2）信號(hào)源輸出幅值固定，改變信號(hào)源的頻率4、用Multisim7仿真軟件，在虛擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)編輯全波整流、 整流濾波電路<1）分別測(cè)量全波整流、整流濾波電路的輸出電壓、輸入電壓，驗(yàn)證二者的關(guān)系：Uo=0.9 UsUo=1.2 Us<2）用虛擬示波器測(cè)量全波整流電路、整流濾波電路的輸出電壓波形。實(shí)驗(yàn)記錄：按實(shí)驗(yàn)任務(wù)的順序測(cè)取數(shù)據(jù)，填寫數(shù)據(jù)表格，畫出相 應(yīng)的波形圖。一、正弦波的測(cè)量1、用示波器測(cè)量正弦波1）VOLTS/DIV位置：2V/格信號(hào)發(fā)生器輸出信號(hào)波形正弦波電壓幅度 峰-峰值）V）10頻率Hz）50示波器測(cè)量電壓和頻率VOLTS/DIV 位置 <V/ 格）2峰-峰值V）讀數(shù) 格）TIME /DIV 位置 <ms/格）周期mS讀數(shù)格）波形圖：2）TIME/DIV 位置：5ms/ 格信號(hào)發(fā)