儀器儀表使用實驗報告模板

1、電路實驗報告實驗項目電子測量、測量誤差及儀器使用實驗時間年 月日第周 星期第小實驗地點主樓 室專業(yè)班級學(xué)號姓名指導(dǎo)教師實驗成績批閱時間年月日電工技術(shù)實驗室實驗?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)會正確使用示波器測量各種電參數(shù)的方法4、用示波器測量電信號的幅值、頻率和周期5、學(xué)會正確使用函數(shù)信號發(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。 實驗原理： < 文字?jǐn)⑹觯娐穲D） 測量原理測量中所采用的原理、方法和技術(shù)措施。電子測量的對象是材料、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、信號參量、 波形參量和晶體管參量等；對于某一測量對象，一般有多種測量技術(shù)可供選擇，而某一種測量技術(shù)又往往可用于 不同的測量對象。用于同一測量對象，不同測量技術(shù)的效果可能大致相同，也可能大不相 同。在電子測量中，對于不同參量、不同量程、不同頻段以至不同傳輸線形式，往往要采 用不同的測量技術(shù)。直接和間接測量技術(shù)按照測量的實測對象，測量技術(shù)可分為以下兩種。 直接測量技術(shù)：在測量中，無需通過與被測量成函數(shù)關(guān)系的其他量的測量而直接取得被 測量值。如用電壓表直接測量電壓。其測量不確定度主要取決于測量器具的不確定度，在 一般測量中普遍采用。 間接測量技術(shù)：

3、在測量中，通過對與被測量成函數(shù)關(guān)系的其他量的測量而取得被測量值。如通過測量電阻 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。其測量不確定度分量的數(shù)目要多一些，一般在被測量不便于直接測量時采 用。按照測量的進(jìn)行方式，測量技術(shù)可分為以下兩種。 直接比較測量技術(shù)：在測量中，將被測量與已和其值的同一種量相比較。其測量不確定 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，它可克服因為測量裝置的 動態(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。 非直接比較測量技術(shù)：不是將被測量的全值與標(biāo)準(zhǔn)量值相比較的比較測量。微差法、符 合法、補(bǔ)償法、諧

4、振法、衡消法等屬于這一類。在建立計量標(biāo)準(zhǔn)的測量中，經(jīng)常采用基本測量技術(shù)，即絕對測量技術(shù)。這是通過對有 關(guān)的基本量的測量來確定被測量值。其測量不確定度一般是通過實驗、分析和計算得出， 精度高，但所需裝置復(fù)雜。無源參量和有源參量測量技術(shù)按照測量對象的性質(zhì)，測量技術(shù)可分為以下兩種。 無源參量測量技術(shù)：無源參量表征材料、元件、無源器件和無源電路的電磁特性，如阻 抗、傳輸特性和反射特性等。它只在適當(dāng)信號激勵下才能顯露其固有特性時進(jìn)行測量。這 類測量技術(shù)常稱為激勵與響應(yīng)測量技術(shù)。因為測量時必需使用激勵源，它又稱為有源測量 技術(shù)。 有源參量測量技術(shù)：有源參量表征電信號的電磁特性，如電壓、功率、頻率和場強(qiáng)等。

5、它的測量可以采用無源測量技術(shù)，即讓被測的有源參量以適當(dāng)方式激勵一個特性已知的無 源網(wǎng)絡(luò)，通過后者的響應(yīng)求得被測參量的量值，如通過回路的諧振測量信號頻率。有源參 量的測量也可采用有源測量技術(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，電子測量技術(shù)還可有許多分法，如模擬和數(shù)字測量技術(shù)。動態(tài)和靜態(tài)測量技 術(shù)。接觸和非接觸測量技術(shù)；內(nèi)插和外推測量技術(shù)。實時和非實時測量技術(shù)。電橋法、 表法、示波器法和反射計法等測量技術(shù)。時域、頻域和數(shù)據(jù)域測量技術(shù)；點頻、掃頻和廣 頻等測量技術(shù)等。變換測量技術(shù)在電子測量中，為了繞過在某些量程、頻段和測量域上對某些參量的測量困難和減小 測量的不確定度，廣

6、泛采用下列各種變換測量技術(shù)。 參量變換測量技術(shù)：把被測參量變換為與它具有確定關(guān)系但測量起來更為有利的另一 參量進(jìn)行測量，以求得原來參量的量值。例如，功率測量中的量熱計是把被測功率變換為 熱電勢進(jìn)行測量，而測熱電阻功率計是把被測功率變換為電阻值進(jìn)行測量；相移測量中可 把被測相位差變換為時間間隔進(jìn)行測量；截止衰減器是把衰減量變換為長度量進(jìn)行測量； 有些數(shù)字電壓表是把被測電壓變換為頻率量進(jìn)行測量。 頻率變換測量技術(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)行測量。這樣做的一個重要原因是計量標(biāo)準(zhǔn)和測量器具在較低頻率尤其是直流

7、）或單一頻率上的準(zhǔn)確度通常會更高一些。例如，在衰減測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量技 術(shù)。 量值變換測量技術(shù)：把量值處于難以測量的邊緣狀態(tài)太大或太小）的被測參量，按某一已知比值變換為量值適中的同樣參量進(jìn)行測量。例如，用測量放大器、衰減器、分流器、比例變壓器或定向耦合器，把被測電壓、電流或功率的量值升高或降低后進(jìn)行測量； 用功率倍增法測噪聲和用倍頻法測頻率值等。 測量域變換測量技術(shù)：把在某一測量域中的測量變換到另一更為有利的測量域中進(jìn)行 測量。例如，在頻率穩(wěn)定度測量中，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 域測量變換到頻域測量；在電壓測量中，為了大幅度地提高分辨力，可以從模擬域測量變 換到數(shù)字域測量。減小測量的不確定度測量的目標(biāo)是以盡量小的不確定度求出被測量值。在電子測量中，為了減小測量的不確定度，還可以采用以下的一些測量技術(shù)。 雙通道相關(guān)測量技術(shù)：在比較測量中，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)測量技術(shù)，也就是為被測的量和標(biāo)準(zhǔn)量建立兩個相同的通道，從而使電 路和環(huán)境條件的變化對它們的影響基本相同并相互抵消。衛(wèi)星時間頻率同步測量中，為抵 消通道時延而采用的雙向法就是一例。 自校準(zhǔn)技術(shù)：為了消除某些測量器具在檢定了一段時間之后所產(chǎn)生的誤差，如溫漂和時漂等誤差

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。 測量數(shù)據(jù)處理技術(shù)：過去對于測量數(shù)據(jù)的處理總是在測量之后在紙面上進(jìn)行。隨著計算 機(jī)在測量中的應(yīng)用，一些根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計原理對測量數(shù)據(jù)的處理，如粗差的剔除、加權(quán)平 均、阿侖方差的計算等已能在測量時進(jìn)行。測量中的技術(shù)措施在電子測量中，還有一些基本技術(shù)措施對于低電平、高頻率、高精度的測量十分重 要。 接地：接地不良會導(dǎo)致地回路電流，這將改變測量狀態(tài)和影響測量結(jié)果。因此，對于測 量系統(tǒng)的低電平部分要采用單點接地或浮地等技術(shù)措施。 防干擾：為了減弱電磁干擾，須對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用 信號等干擾。此外，增強(qiáng)有用信號以提高信噪比也是防干擾的另一重要措施。 阻抗匹配：阻抗匹配在電子測量中是一個重要問題。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。電子測量技術(shù)對電子技術(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、信號特性的測量；時域反射和快速傅里葉變換技術(shù)可用于脈沖特性的測量；網(wǎng)絡(luò)分析 和六端口技術(shù)可用于網(wǎng)絡(luò)特性的測量；程序控制和實時處理采用計算機(jī)技術(shù)等。至于激 光、超導(dǎo)、遙測、自動控制、光導(dǎo)傳輸和圖像顯示等新成就，也都在電子測量技術(shù)中得到 了應(yīng)用。電子測量的內(nèi)容從廣義上說，電子測量是泛指以電子科學(xué)技術(shù)為手段而進(jìn)行的測量，即以電子科學(xué)技 術(shù)理論為依據(jù)，以電子測量儀器和設(shè)備為工具，對電量和非電量進(jìn)行的測量。從狹義上講，電子測量則是利用電子技術(shù)對電子學(xué)中有關(guān)的電量所進(jìn)行的測量。 電子測量的內(nèi)容是：1按具體的被測物理量來分類，電子測量包括下列電參數(shù)的測量：<1）電能量的測量：包括各種頻率及波形下的電壓

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

13、的測量：<1）電子測量的基本對象是未知的信號與系統(tǒng)<2）電子測量的基本工具是已知的信號與系統(tǒng)<3）電子測量的基本工作機(jī)理是信號與系統(tǒng)的相互作用一個系統(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，來推知系統(tǒng)的輸入量 凹。這就是用測 量系統(tǒng)來測未知物理量的測量過程。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。這通常用于對被 測系統(tǒng)的特性測量或故障診斷，以及對測量系統(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 方式可用于信號的產(chǎn)生，電壓或功率分配，多級系統(tǒng)組建等。測量誤差根據(jù)測量誤差的性質(zhì)，測量誤差可分為隨機(jī)誤差、系統(tǒng)誤差、粗大誤差三類。隨機(jī)誤差的定義：在同一測量條件下 <指在測量環(huán)境、測量人員、測量技術(shù)和測量儀 器都相同的條件下），多次重復(fù)測量同一量值時<等精度測量），每次測量誤差的絕對值和符號都以不可預(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：對測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、電磁場微變、零件的摩擦和配合間隙、熱起伏、空氣擾動、大地微 震、測量人員感官的無規(guī)律變化等。隨機(jī)誤差的新定義：隨機(jī)誤差 <勺）是測量結(jié)果 衛(wèi)與

15、在重復(fù)性條件下，對同一被測量 進(jìn)行無限多次測量所得結(jié)果的平均值衛(wèi)之差。即< - ）定義的意義：隨機(jī)誤差是測量值與數(shù)學(xué)期望之差，它表明了測量結(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：在同一測量條件下，多次測量重復(fù)同一量時，測量誤差的絕對值和 符號都保持不變，或在測量條件改變時按一定規(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）測量儀器方面的因素：儀器機(jī)構(gòu)設(shè)計原理的缺點；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：測量時的實際環(huán)境條件< 溫度、濕度、大氣壓、電磁場等）對標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件的偏差，測量過程中溫度、濕度等按一定規(guī)律變化引起的誤差。3）測量方法的因素：采用近似的測量方法或近似的計算公式等引起的誤差，4）測量人員方面的因素：因為測量人員的個人特點，在刻度上估計讀數(shù)時， 習(xí)慣偏于某一方向；動態(tài)測量時，記錄快速變化信號有滯后的傾向。系統(tǒng)誤差 < ）的定量定義：在重復(fù)性條件下，對同一被測量進(jìn)行無限多次測量所得 結(jié)果，< 1 ）的平均值 與被測量的真值之差。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，測量就越準(zhǔn)確。所以，系統(tǒng)誤

17、差經(jīng)常用來表征測量準(zhǔn)確度的高低。在任何一次測量中，系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差一般都是同時存在的，而且兩者之間并不存 在絕對的界限。實驗任務(wù)：1、用示波器測量正弦波波形：設(shè)置信號發(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€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、毫伏表測量信號發(fā)生器輸出的正弦交流電壓 最大值Um=?有效值u二?。3、用示波器測量方波波形<1）信號源的頻率固定，改變信號源輸出幅

18、值<2）信號源輸出幅值固定，改變信號源的頻率4、用Multisim7仿真軟件，在虛擬實驗臺設(shè)計編輯全波整流、 整流濾波電路<1）分別測量全波整流、整流濾波電路的輸出電壓、輸入電壓，驗證二者的關(guān)系：Uo=0.9 UsUo=1.2 Us<2）用虛擬示波器測量全波整流電路、整流濾波電路的輸出電壓波形。實驗記錄：按實驗任務(wù)的順序測取數(shù)據(jù)，填寫數(shù)據(jù)表格，畫出相 應(yīng)的波形圖。一、正弦波的測量1、用示波器測量正弦波1）VOLTS/DIV位置：2V/格信號發(fā)生器輸出信號波形正弦波電壓幅度 峰-峰值）V）10頻率Hz）50示波器測量電壓和頻率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/ 格信號發(fā)