電子測(cè)量課件第1.2.課時(shí)

1、 課程簡(jiǎn)介一、課程性質(zhì) 電子測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)是電類專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。包括電子測(cè)量的基本原理、誤差理論與數(shù)據(jù)處理、主要電子儀器的工作原理、性能指標(biāo)、電參數(shù)的測(cè)試方法，該領(lǐng)域的最新發(fā)展等。電子測(cè)量技術(shù)綜合應(yīng)用了電子、計(jì)算機(jī)、通信、控制等技術(shù)。 二、教學(xué)目的通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握常用的電子測(cè)量?jī)x器的基本原理和使用方法，獲得有關(guān)電子測(cè)量與儀器方面的基本技能和應(yīng)用能力，為學(xué)習(xí)后續(xù)課程的學(xué)習(xí)、從事實(shí)際工作和研發(fā)工作打下基礎(chǔ)。1/13三、主要內(nèi)容 （1）測(cè)量誤差理論與數(shù)據(jù)處理（2）信號(hào)發(fā)生器與電子示波器的結(jié)構(gòu)及工作原理（3）頻率和時(shí)間測(cè)量 （4）相位差測(cè)量 （5）電壓測(cè)量（6）阻抗測(cè)量 四、教學(xué)重點(diǎn)波

2、形測(cè)試、時(shí)間頻率、電壓、集中參數(shù)測(cè)量?jī)x器以及信號(hào)發(fā)生器的原理、性能及使用。2/13五、學(xué)習(xí)方法本課程的學(xué)習(xí)方法，預(yù)習(xí)教材、上課聽講、課后復(fù)習(xí)、練習(xí)、作業(yè)的方式進(jìn)行。注意提出問題，分析問題，解決問題的過程，通過學(xué)習(xí)本課程，除了掌握常用電子測(cè)量?jī)x器的基本原理和使用方法外，更重要的是對(duì)科學(xué)思維方法及創(chuàng)新精神的培養(yǎng)。六、檢測(cè)要點(diǎn)誤差基本知識(shí)，信號(hào)發(fā)生器，示波器，電子計(jì)數(shù)器，電子電壓表，交流電橋等的組成原理及有關(guān)計(jì)算。3/13七、考核方法本課程計(jì)劃課時(shí)48學(xué)時(shí)（3個(gè)學(xué)分），其中理論課38課時(shí)，實(shí)驗(yàn)課10課時(shí)。采用百分計(jì)的方法進(jìn)行考核。期平得分理論考試分60%實(shí)驗(yàn)得分20%平時(shí)分理論考試采用閉卷形式，“識(shí)

3、記”、“領(lǐng)會(huì)”、“簡(jiǎn)單應(yīng)用”、“綜合應(yīng)用”四個(gè)層次的試題在試卷中所占的分?jǐn)?shù)比例依次約為：30%、40%、20%、10%。試題的難度可分為：容易，中等偏易，中等偏難，難；它們?cè)谠嚲碇兴挤謹(jǐn)?shù)比例依次大致為：20%、40%、30%、10%。平時(shí)分總分為20分，進(jìn)行倒扣分，標(biāo)準(zhǔn)為：每遲到一次扣1分；曠課一次扣5分；缺交作業(yè)一次扣2分。 4/13第 1章 緒 論 本章主要內(nèi)容1.1 電子測(cè)量 1.2 電子測(cè)量的內(nèi)容和特點(diǎn)1.3 電子測(cè)量的一般方法 1.4 電子測(cè)量?jī)x器概述本章要點(diǎn) 1、電子測(cè)量的意義、內(nèi)容、特點(diǎn)；2、電子測(cè)量的方法、分類。5/131.1 電子測(cè)量一、測(cè)量 1測(cè)量的意義生產(chǎn)、生活離不開測(cè)

4、量，科學(xué)實(shí)驗(yàn)離不開測(cè)量，離開測(cè)量就不會(huì)有真正的科學(xué)。沒有望遠(yuǎn)鏡就沒有天文學(xué)，沒有顯微鏡就沒有細(xì)胞學(xué)，沒有指南針就沒有航海事業(yè) 6/13 2、測(cè)量的定義測(cè)量是為了確定被測(cè)對(duì)象的量值而進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)過程。測(cè)量結(jié)果測(cè)量數(shù)值測(cè)量單位3、測(cè)量的內(nèi)涵 測(cè)量對(duì)象：被測(cè)客體中的相應(yīng)的量值信息。 測(cè)量目的：從被測(cè)對(duì)象取得一個(gè)定量的認(rèn)識(shí)。 測(cè)量過程: 通過實(shí)驗(yàn)去認(rèn)識(shí)對(duì)象的過程。 測(cè)量方法：比較； A. 直接比較 B. 間接比較 測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)：同類已知單位。 測(cè)量結(jié)果：最終能表示給測(cè)量主體(人)。7/13 3、廣義測(cè)量的定義廣義地講，測(cè)量不僅對(duì)被測(cè)的物理量進(jìn)行定量的測(cè)量，而且還包括對(duì)更廣泛的被測(cè)對(duì)象進(jìn)行定性、定位的測(cè)量。例

5、如故障診斷、無損探傷、遙感遙測(cè)、礦藏勘探、地震源測(cè)定、衛(wèi)星定位等。而測(cè)量結(jié)果也不僅僅是由量值和單位來表征的一維信息，還可以用二維或多維的圖形、圖像來顯示被測(cè)對(duì)象的屬性特征、空間分布等。 廣義測(cè)量原理可以從信息獲取過程來說明，包括信息的感知和信息識(shí)別兩個(gè)環(huán)節(jié)。 8/13二、電子測(cè)量1 廣義上的定義是用電子測(cè)量?jī)x器進(jìn)行的測(cè)量都稱為電子測(cè)量。2 從狹義來講，電子測(cè)量是指利用電子測(cè)量?jī)x器來測(cè)量電的量值。 電子測(cè)量除對(duì)各種電量、電信號(hào)及電路元器件的特性和參數(shù)進(jìn)行測(cè)量外，還可通過各種敏感器件和傳感裝置對(duì)非電量進(jìn)行測(cè)量，而且往往更加方便、快捷、準(zhǔn)確，有時(shí)是用其他測(cè)量方法所不能替代的。9/131.2 電子測(cè)量

6、的內(nèi)容和特點(diǎn) 一、電子測(cè)量的內(nèi)容電子測(cè)量的內(nèi)容很多，大概分為四大類：1電能量測(cè)量：包括電壓、電流、功率等的測(cè)量。2電信號(hào)特性測(cè)量：包括波形、頻率、周期、相位、失真度、調(diào)幅度、調(diào)頻指數(shù)及數(shù)字信號(hào)的邏輯狀態(tài)等的測(cè)量。3電路元件參數(shù)測(cè)量：包括電阻、電感、電容、阻抗、品質(zhì)因數(shù)及電子器件的參數(shù)等的測(cè)量。4電子設(shè)備的性能測(cè)量：包括增益、衰減、靈敏度、頻率特性、噪聲指數(shù)等的測(cè)量。10/13二、電子測(cè)量的特點(diǎn)與其他測(cè)量方法和測(cè)量?jī)x器相比，電子測(cè)量具有以下特點(diǎn)： 1測(cè)量頻率范圍寬10-6Hz1012Hz2測(cè)量的量程寬量程是測(cè)量范圍，例如，地面上接收到的宇宙飛船自外空發(fā)來的信號(hào)功率，低到10-14 W數(shù)量級(jí)，而遠(yuǎn)

7、程雷達(dá)發(fā)射的脈沖功率，可高達(dá)108W以上，兩者之比為11022。11/133測(cè)量準(zhǔn)確度高低相差懸殊有些參數(shù)的測(cè)量準(zhǔn)確度可以很高，而有些參數(shù)的測(cè)量準(zhǔn)確度卻又相當(dāng)?shù)?。例如，?duì)頻率和時(shí)間的測(cè)量準(zhǔn)確度，可達(dá)到1013 1014的量級(jí)。而品質(zhì)因數(shù)Q值和電場(chǎng)強(qiáng)度的測(cè)量準(zhǔn)確度，只有101量級(jí)。4測(cè)量速度快 由于電子測(cè)量是基于電子運(yùn)動(dòng)和電磁波的傳播，加之現(xiàn)代測(cè)試系統(tǒng)中高速電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，使得電子測(cè)量無論在測(cè)量速度，還是在測(cè)量結(jié)果的處理和傳輸，都可以以極高速度進(jìn)行。12/135可以進(jìn)行遙測(cè)可以用有線或無線的方式傳送到測(cè)試控制臺(tái)(中心)，從而實(shí)現(xiàn)遙測(cè)和遙控。6易于實(shí)現(xiàn)測(cè)試智能化和測(cè)試自動(dòng)化帶有微處理器和GPIB

8、標(biāo)準(zhǔn)儀器接口(程控測(cè)量?jī)x器通用24針總線接口)，可以方便地構(gòu)成完善的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，電子測(cè)量易于實(shí)現(xiàn)測(cè)試智能化和測(cè)試自動(dòng)化。7影響因素眾多，誤差處理復(fù)雜影響測(cè)量結(jié)果及測(cè)量誤差的因素大體上可分為外部的和內(nèi)部的。它通常來自測(cè)量系統(tǒng)的外部，如環(huán)境溫度、濕度、電源電壓，外界電磁干擾等。13/131.3 電子測(cè)量的一般方法一、按測(cè)量手續(xù)分類 1直接測(cè)量 它是指直接從測(cè)量?jī)x表的讀數(shù)獲取被測(cè)量量值的方法。2 間接測(cè)量它是利用直接測(cè)量的量與被測(cè)量之間的函數(shù)關(guān)系(可以是公式、曲線或表格等)，間接得到被測(cè)量量值的測(cè)量方法。3組合測(cè)量 當(dāng)某項(xiàng)測(cè)量結(jié)果需用多個(gè)參數(shù)表達(dá)時(shí)，可通過改變測(cè)條件進(jìn)行多次測(cè)量，根據(jù)測(cè)量量與參數(shù)間

9、的函數(shù)關(guān)系列出方程組并求解，進(jìn)而得到未知量，這種測(cè)量方法稱為組合測(cè)量。1/13例如，電阻器電阻溫度系數(shù)的測(cè)量。已知電阻器阻值Rt與溫度t 間 滿足關(guān)系：式中R20為 t =20時(shí)的電阻值，為已知量， 稱為電阻的溫度系數(shù)，t 為環(huán)境溫度。為了獲得 值，可以在二個(gè)不同的溫度 tl、t2下測(cè)得相應(yīng) 的二個(gè)電阻值 Rt1、Rt2, 代入式上式得到聯(lián)立方程求解聯(lián)立方程，就可以得到 值。2/13二、按測(cè)量方式分類l . 偏差式測(cè)量法在測(cè)量過程中，用儀器儀表指針的位移(偏差)表示被測(cè)量大小的測(cè)量方法，稱為偏差式測(cè)量法。例如使用萬用表測(cè)量電壓、電流等。由于是從儀表刻度上直接讀取被測(cè)量，包括大小和單位，因此這種

10、方法也叫直讀法。用這種方法測(cè)量時(shí)，作為計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)物并不裝在儀表內(nèi)直接參與測(cè)量，而是事先用標(biāo)準(zhǔn)量具對(duì)儀表讀數(shù)、刻度進(jìn)行校準(zhǔn)，實(shí)際測(cè)量時(shí)根據(jù)指針偏轉(zhuǎn)大小確定被測(cè)量量值。3/132零位式測(cè)量法零位式測(cè)量法又稱作零示法或平衡式測(cè)量法。測(cè)量時(shí)用被測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)量相比較(因此，也把這種方法叫作比較測(cè)量法)，用指零儀表(零示器)指示被測(cè)量準(zhǔn)量與標(biāo)準(zhǔn)量相等(平衡)， 從而獲得被測(cè)量。利用惠斯登電橋測(cè)量電阻(或電容、電感)是這種方法的一個(gè)典型例子，如圖1.3-1所示。當(dāng)電橋平衡時(shí)，可以得到(1.3-3)4/13圖 1.3-1 惠斯登電橋測(cè)量電阻示意圖 5/133微差式測(cè)量法偏差式測(cè)量法和零位式測(cè)量法相結(jié)合，構(gòu)成微

11、差式測(cè)量法。它通過測(cè)量待測(cè)量與際準(zhǔn)量之差(通常該差值很小)來得到待測(cè)量量值，如圖1.3-2所示。圖 1.3-2 微差式測(cè)量法示意圖6/13 圖 1.3-3 用微差法測(cè)量直流穩(wěn)壓源的穩(wěn)定度7/13三、按被測(cè)量的性質(zhì)分類1時(shí)域測(cè)量時(shí)域測(cè)量也叫作瞬態(tài)測(cè)量，主要測(cè)量被測(cè)量隨時(shí)間的變化規(guī)律。典型的例子如用示波器觀察脈沖信號(hào)的上升沿、下降沿、平頂降落等脈沖參數(shù)以及動(dòng)態(tài)電路的暫態(tài)過程等。2頻域測(cè)量頻域測(cè)量也稱為穩(wěn)態(tài)測(cè)量，主要目的是獲取待測(cè)量與頻率之間的關(guān)系。如用頻譜分析儀分析信號(hào)的頻譜、測(cè)量放大器的幅頻特性、相頻特性等。8/133數(shù)據(jù)域測(cè)量數(shù)據(jù)域測(cè)量也稱為邏輯量測(cè)量，主要是用邏輯分析儀等設(shè)備對(duì)數(shù)字量或電路的

12、邏輯狀態(tài)進(jìn)行測(cè)量。數(shù)據(jù)域測(cè)量可以同時(shí)觀察多條數(shù)據(jù)通道上的邏輯狀態(tài)，或者顯示某條數(shù)據(jù)線上的時(shí)序波形，還可以借助計(jì)算機(jī)分析大規(guī)模集成電路芯片的邏輯功能等。4隨機(jī)測(cè)量 隨機(jī)測(cè)量又叫作統(tǒng)計(jì)測(cè)量，主要是對(duì)各類噪聲信號(hào)進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量和統(tǒng)計(jì)分析。這是一項(xiàng)較新的測(cè)量技術(shù)，尤其在通信領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。9/13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(duì)測(cè)量精度的要求，可以分為精密測(cè)量和工程測(cè)量；按照測(cè)量時(shí)測(cè)量者對(duì)測(cè)量過程的干預(yù)程度分為自動(dòng)測(cè)量和非自動(dòng)測(cè)量；按照被測(cè)量與測(cè)量結(jié)果獲取地點(diǎn)的關(guān)系分為本地(原位)測(cè)量和遠(yuǎn)地測(cè)量(遙測(cè))，接觸測(cè)量和非接觸測(cè)量；按照被測(cè)量的屬性分為電量測(cè)量和非電量測(cè)量等等。10/13四、測(cè)量方法的選擇原則在選擇測(cè)量方法時(shí)，要綜合考慮下列主要因素：被測(cè)量本身的特性；所要求的測(cè)量準(zhǔn)確度；測(cè)量環(huán)境；現(xiàn)有測(cè)量設(shè)備等。在此基礎(chǔ)上，選擇合適的測(cè)量?jī)x器和正確的 測(cè)量方法。前面曾提到，正確可靠的測(cè)量結(jié)果的獲得，要依據(jù)測(cè)量方法和測(cè)量?jī)x器的正確選擇、正確操作和測(cè)量數(shù)據(jù)的正確處理。否則，即便使用價(jià)值昂貴的精密儀器設(shè)備，也不 一定能夠得到準(zhǔn)確的結(jié)果，甚至可能損壞測(cè)量?jī)x器和被測(cè)設(shè)備。11/13例1 直接用萬用表R1電阻檔測(cè)量晶體管發(fā)射結(jié)