電子測量原理復習大綱1

第1章測量的基本原理1.1測量的基本概念1.2

計量的基本概念1.3測量誤差的基本概念1.4測量信息的獲取原理1.5

測量的間接比較與直接比較原理1.6電子測量中的基本實現(xiàn)技術1.1測量的基本概述1)測量的幾個名詞：測量目的，測量對象，測量過程，測量方法，測量標準，測量結果2)測量五大要素:被測對象、測量儀器、測量技術、測量人員和測量環(huán)境

3）測量的三大階段：論證階段：依據(jù)測量任務，儀器和對象擬定測量方案設計階段：選用測量儀器，決定測量技術去組建測量系統(tǒng)實施階段：設置儀器參數(shù)，測量，結果記錄4）測量環(huán)境定義和環(huán)境對測量的影響5）減少環(huán)境對測量影響的方法6）三組分類法

儀器以工作環(huán)境條件的不同要求分類：I組：良好的環(huán)境條件，溫度+10～+35oC，相對濕度80%（在35oC上），只允許有輕微的振動。II組：一般的環(huán)境條件，溫度－10～+40oC，相對濕度80%（在40oC上），允許一般的振動和沖擊。III組：惡劣的環(huán)境條件，溫度－40～+55oC，相對濕度90%（在35oC上），允許頻繁的搬動和運輸中受到較大的沖擊和振動。

I組——高精度計量用儀器II組——通用儀器III組——野外、機載等儀器1.2計量的基本概念計量的意義:為使在不同的地方，用不同的手段測量同一量時，所得的結果一致，就要求統(tǒng)一的單位、基準、標準和測量器具。

一.計量的定義1.計量的表現(xiàn)：是一種特殊形式的測量，它把被測量與國家計量部門作為基準或標準的同類單位量進行比較，以確定合格與否，并給出具有法律效力的《檢定證書》。2.計量的實質：是利用技術和法制手段實現(xiàn)單位統(tǒng)一和量值準確可靠的測量。3.計量的主要特征：是統(tǒng)一性、準確性和法制性。4.計量的內容：包含單位的統(tǒng)一、基準和標準的建立、進行量值傳遞、計量監(jiān)督管理、測量方法及其手段的研究等。

二、單位制1.計量標準:任何測量都要有一個統(tǒng)一的體現(xiàn)計量單位的量作為標準，這樣的量稱作計量標準。2.計量單位:是有明確定義和名稱并令其數(shù)值為l的固定的量，例如長度單位l米(m)，時間單位秒(s)等。計量單位必須以嚴格的科學理論為依據(jù)進行定義。3.法定計量單位:是國家以法令形式規(guī)定使用的計量單位，是統(tǒng)一計量單位制和單位量值的依據(jù)和基礎，因而具有統(tǒng)一性、權威性和法制性。4.我國的計量單位一律采用1984年2月國務院頒布《中華人民共和國法定計量單位》。5.1960年確定國際單位制（SI）的組成由七個基本單位。

國際單位制（SI）的組成

國際單位制基本單位

三、計量基準

基準通常又分為主基準、副基準和工作基準，也分別稱作一級、二級和三級基準.(1)一級基準，又稱主基準和國家基準，是具有最高水平的基準。一個國家只有一個。(2)二級基準，又稱副基準，其量值精度由主基準確定，用以代替主基準向下傳遞或代替主基準參加國際比對(3)三級基準，又稱工作基準是用來直接向下屬標準量具進行量值傳遞，用以檢定下屬計量標準量具的精確度(4)標準是根據(jù)工作基準表現(xiàn)出不同等級的便于經(jīng)常使用的計量標準量具或儀器。按精度高低又分為一級標準、二級標準和三級標準。(5)計量標準的準確度等級在工作基準之下，工作計量器具之上。四、幾個術語（1）計量器具：凡是能用以直接或間接測出被測對象量值的量具、計量儀器和計量裝置都統(tǒng)稱為計量器具。計量器具按作用可分為計量基準、計量標準和工作計量器具三類。（2）計量標準器具：準確度低于計量基準，用于檢定計量標準或工作計量器具的計量器具。（3）工作計量器具：工作崗位上使用，不用于進行量值傳遞，而是直接用來測量被測對象量值的計量器具。（4）比對：在規(guī)定條件下，對相同準確度等級的同類基準、標準或工作計量器之間的量值進行比較，其目的是考核量值的一致性。（5）檢定：是用高一等級準確度的計量器具對低一等級的計量器具進行比較，以達到全面評定被檢計量器具的計量性能是否合格的目的。一般要求計量標準的準確度為被檢者的1/3到1/10。（6）校準：是指被校的計量器具與高一等級的計量標準相比較，以確定被校計量器具的示值誤差（有時也包括確定被校器具的其他計量性能）的全部工作。（7）量值的傳遞：指一個物理量單位通過各級基準、標準及相應的輔助手段準確地傳遞到日常工作中所使用的測量儀器、量具，以保證量值統(tǒng)一的全過程。自上而下逐級傳遞測量標準的傳遞問題：計量與測量的關系1.計量的任務是確定測量結果的可靠性。計量是測量的基礎和依據(jù)。沒有計量，也談不上測量。計量和測量相互配合，才能在國民經(jīng)濟各個領域發(fā)揮重要作用。2.測量發(fā)展的客觀需要才出現(xiàn)了計量。測量是計量應用的重要途徑。沒有測量，計量將失去價值，為了保證測量結果的準確性，必須定期對儀器進行檢定和校準，這個過程就是計量。3.計量是基礎和標準，測量是手段和方法。1.3測量誤差的基本概念一、誤差中的幾個概念1．真值A0：一個純理論值。（絕對真值是不可知）2．指定值As也叫約定真值，一般就用來代替真值。3．實際值A是以上一級標準所體現(xiàn)的值當作準確無誤的值，也叫作相對真值。4．標稱值是測量器具上標定的數(shù)值，有誤差范圍。5．示值是由測量器具指示的被測量量值，也稱測量器具的測得值或測量值，它包括數(shù)值和單位。6．測量誤差是測量儀器儀表的測出示值與被測量真值之間的差異，稱為測量誤差。

二、測量誤差的來源（五個方面）（1）儀器誤差：由于測量儀器及其附件的設計、制造、檢定等不完善，以及儀器使用過程中老化、磨損、疲勞等因素而使儀器帶有的誤差。（2）影響誤差：由于各種環(huán)境因素（溫度、濕度、振動、電源電壓、電磁場等）與測量要求的條件不一致而引起的誤差。（3）理論誤差和方法誤差：由于測量原理、近似公式、測量方法不合理而造成的誤差。（4）人身誤差：由于測量人員感官的分辨能力、反應速度、視覺疲勞、固有習慣、缺乏責任心等原因，而在測量中使用操作不當、現(xiàn)象判斷出錯或數(shù)據(jù)讀取疏失等而引起的誤差。（5）測量對象變化誤差：測量過程中由于測量對象變化而使得測量值不準確，如引起動態(tài)誤差等。三、誤差的表示方法（絕對誤差／相對誤差）

1．絕對誤差式中△x為絕對誤差，x為測得值，A0為被測量真值，A為實際值。①絕對誤差是有單位和正負的量，測得值與被測量實際值間的偏離程度和方向通過絕對誤差來體現(xiàn)。2．相對誤差(無單位)(1)實際相對誤差(2)示值相對誤差（x為測得值）(3)滿度相對誤差（滿度誤差和引用誤差）(4)分貝誤差2.修正值C絕對誤差的反1.4測量信息的獲取原理信息的含義是什么？為什么信息可以被獲取？信息獲取是怎樣的過程？信息獲取過程中采用了哪些基本方法？這些方法的實現(xiàn)途徑是什么？信息獲取的限制因素及其克服措施是什么？1.5測量的間接比較與直接比較原理測量最基本的原理是比較！主要測量方法1、間接比較法2、直接比較法3、減少誤差的復合式比較1.6電子測量中的基本實現(xiàn)技術

1.6.1電子測量中的變換技術量值變換、頻率變換、波形變換、參量變換、能量變換、模數(shù)和數(shù)模變換1.6.2電子測量中的比較技術需要比較的量：電壓、阻抗、頻率、相位、數(shù)字等1.6.3電子測量中的處理技術基本模擬運算、數(shù)字計算與數(shù)字信號處理1.6.4電子測量中的顯示技術指示式儀表、電光顯示器件第2章測量方法與測量系統(tǒng)2．1電子測量的基本原理2．2電子測量的對象——信號與系統(tǒng)2.3測量方法的分類概述

2．4測量系統(tǒng)的靜態(tài)特性2.5測量系統(tǒng)的動態(tài)特性2．1電子測量的基本原理電子測量的內容分為電磁測量和電子測量兩類。電磁測量主要指交直流電量的指示測量法和比較測量法以及磁量的測量等。電子測量是指以電子技術理論為依據(jù)，以電子測量儀器和設備為手段，對電量和非電量進行的測量。一、電子測量的內容和指標參數(shù)：1．電能量測量：包括各種頻率、波形下的電壓、電流、功率等的測量。2．電信號特性測量：包括波形、頻率、周期、相位、失真度、調幅度、調頻指數(shù)及數(shù)字信號的邏輯狀態(tài)等的測量。3．電路元件參數(shù)測量：包括電阻、電感、電容、阻抗、品質因數(shù)及電子器件的參數(shù)等的測量.4．電子設備的性能測量：包括增益、衰減、靈敏度、頻率特性、噪聲指數(shù)等的測量。5.非電量信號的測量：利用各種敏感元件和傳感裝置將非電量變換成電信號，再利用電子測量設備進行測量。危險的和人們無法進行直接測量的場合，在生產(chǎn)的自動過程控制系統(tǒng)中二、電子測量的特點與其他測量方法及測量儀器相比，電子測量和電子測量儀器具有以下特點：

1．測量頻率范圍寬2．測量量程寬3．測量準確度高低相差懸殊4．測量速度快5．可以進行遙測6．易于實現(xiàn)測試智能化和測試自動化7．影響因素眾多，誤差處理復雜2．2電子測量的對象——信號與系統(tǒng)信號的基本概念信號的分類1.確定性信號和非確定性信號2.周期性信號與非周期性信號3.連續(xù)信號與離散信號4.時限信號和頻限信號5.信號的時間特性和頻率特性6.信號的空間分布結構系統(tǒng)的基本概念被測系統(tǒng)的分類1.單輸入/輸出與多輸入/輸出系統(tǒng)2.線性系統(tǒng)與非線性系統(tǒng)3.即時系統(tǒng)與動態(tài)系統(tǒng)4.模擬系統(tǒng)與數(shù)字系統(tǒng)

2.3測量方法的分類概述

一、按測量手段分類(直接測量/間接測量/組合測量)1．直接測量：指直接從測量儀表的讀數(shù)獲取被測量量值的方法2.間接測量：是利用直接測量的量與被測量之間的函數(shù)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。3．組合測量二、按測量方式分類(直讀法/比較測量法/微差式測量法)l.偏差式測量法(直讀法)：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。2．零位式測量法又稱作零示法或平衡式測量法(比較測量法)測量時用被測量與標準量相比較(因此也把這種方法叫作比較測量法)，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。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。

三、按被測量的性質分類(時域測量/頻域測量/數(shù)據(jù)域測量/隨機測量)

1．時域測量時域測量也叫作瞬態(tài)測量，主要測量被測量隨時間的變化規(guī)律。典型的例子如用示波器觀察脈沖信號的升沿、下降沿、上沖和下凹及平頂降落等脈沖參數(shù)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。如用頻譜分析儀分析信號的頻譜、測量放大器的幅頻特性、相頻特性等。3．數(shù)據(jù)域測量數(shù)據(jù)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(shù)字量或電路的邏輯狀態(tài)進行測量。4．隨機測量

隨機測量又叫作統(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。四、測量方法的選擇原則①被測量本身的特性；②所要求的測量準確度；③測量環(huán)境；④現(xiàn)有測量設備等。

電子測量儀器的技術條件及誤差的表示方法1.技術條件技術條件是規(guī)定儀器的用途、工作特性、工作條件，以及運輸、貯存條件的技術文件。所以，它既是設計制造廠商的產(chǎn)品標準，也是用戶正確使用和維護儀器的重要依據(jù)。儀器的用途：是研制或使用儀器的目的，它決定了儀器的功能，同時與儀器的工作條件、工作特性等密切相關。測量儀器的工作特性：是用數(shù)值、公差范圍等來表征儀器性能的量值，習慣上又稱為技術指標。

分為電氣工作特性和一般工作特性兩類儀器的工作條件：分基準、額定和極限三種。電子測量儀器概述利用電子技術對各種待測量進行測量的設備，統(tǒng)稱為電子測量儀器。一、測量儀器的功能:物理量的變換、信號的傳輸和測量結果的顯示等三種最基本的功能。二、測量儀器的主要性能指標：{精度/穩(wěn)定性/阻抗/靈敏度/線性度/動態(tài)特性}

1.精度(精密度/正確度/準確度)精度是指測量儀器的讀數(shù)或測量結果與被測量值相一致的程度。

要獲得理想的結果，應滿足三個方面的條件：即性能優(yōu)良的測量儀器、正確的測量方法和正確細心的測量操作。

2．穩(wěn)定性常用穩(wěn)定度（內因）和影響量（外因）兩個參數(shù)來表征。

3．阻抗指測量儀器和儀表的輸入阻抗對測量結果產(chǎn)生直接的影響，這種現(xiàn)象稱為負載效應。4．靈敏度表示測量儀表對被測量變化的敏感程度，，定義為測量儀表所能區(qū)分的被測量的最小變化量，在數(shù)字式儀表中經(jīng)常使用（分辨力或分辨率）。

5．線性度是表示儀表的輸出量(示值)隨輸入量(被測量)變化的規(guī)律。

6．動態(tài)特性表示儀表的輸出響應隨輸入變化的能力。三、電子測量儀器的分類按其功能，大致可分為下面幾類。1.電平測量儀器：包括各種模擬式電壓表，毫伏表，數(shù)字式電壓表，電壓標準等。2．電路參數(shù)測量儀器包括各類電橋，Q表，R、L、C測試儀，晶體管或集成電路參數(shù)測試儀，圖示儀等。3．頻率、時間、相位測量儀器電子計數(shù)式頻率計，石英鐘，數(shù)字式相位計，波長計等。

4.波形測量儀器：各類示波器。如通用示波器，多蹤示波器，多掃描示波器，取樣示波器，以及記憶和數(shù)字存儲示波器等。5.信號分析儀器：失真度儀，諧波分析儀，頻譜分析儀等。6.模擬電路特性測試儀器：掃頻儀，噪聲系數(shù)測試儀，網(wǎng)絡特性分析儀等。

7.數(shù)字電路特性測試儀器:指邏輯分析儀,這類儀器內部多帶有微處理器或通過接口總線與外部計算機相聯(lián)，是數(shù)據(jù)域測量中不可缺少的設備。８.專用電路測試儀器:通信系統(tǒng)各類測試儀器等９.測試用信號源:包括各類低頻和高頻信號發(fā)生器，脈沖信號發(fā)生器，函數(shù)發(fā)生器，掃頻和噪聲信號發(fā)生器等。由于它們的主要功能是作為測試用信號源，因此也叫供給量儀器。第3章測量誤差和測量結果處理3.1測量誤差的分類和測量結果的表征3.2測量誤差的估計和處理3.3測量不確定度3.4測量數(shù)據(jù)處理一、測量誤差的分類

（隨機誤差／系統(tǒng)誤差／粗大誤差）1.隨機誤差是在同一測量條件下（指在測量環(huán)境、測量人員、測量技術和測量儀器都相同的條件下），多次重復測量同一量值時（等精度測量），每次測量誤差的絕對值和符號都以不可預知的方式變化的誤差，稱為隨機誤差或偶然誤差，簡稱隨差。2.系統(tǒng)誤差是在同一測量條件下，多次測量重復同一量時，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。例如儀器的刻度誤差和零位誤差，或數(shù)值隨溫度變化的誤差。3.粗大誤差是一種顯然與實際值不符的誤差。原因有測量操作疏忽和失誤，測量方法不當或錯誤，測量環(huán)境條件的突然變化。含有粗差的測量值稱為壞值或異常值，在數(shù)據(jù)處理時，應剔除掉。二、測量結果的表征(1)精密度說明儀表指示值的分散性，表示在同一測量條件下對同一被測量進行多次測量時，得到的測量結果的分散程度。它反映了隨機誤差的影響。(2)正確度說明儀表指示值與真值的接近程度。(3)準確度是精密度和正確度的綜合反映。三、容許誤差的種類（容許誤差一定會產(chǎn)生的?。?/p>

(工作誤差、固有誤差、影響誤差和穩(wěn)定誤差)1.工作誤差是以儀器額定工作條件時誤差的極限值，直接估計測量結果誤差的最大范圍。2．固有誤差是當儀器的各種影響量和影響特性處于基準條件時，儀器所具有的誤差。3．影響誤差是當一個影響量在其額定使用范圍內(或一個影響特性在其有效范圍內)取任一值，而其它影響量和影響特性均處于基準條件時所測得的誤差。4．穩(wěn)定誤差是儀器的標稱值在其它影響量和影響特性保持恒定的情況下，在規(guī)定時間內產(chǎn)生的誤差極限。隨機誤差分析隨機誤差的統(tǒng)計特性及減少方法在測量中，隨機誤差是不可避免的。隨機誤差是由大量微小的沒有確定規(guī)律的因素引起的，比如外界條件（溫度、濕度、氣壓、電源電壓等）的微小波動，電磁場的干擾，大地輕微振動等。多次測量，測量值和隨機誤差服從概率統(tǒng)計規(guī)律?？捎脭?shù)理統(tǒng)計的方法，處理測量數(shù)據(jù)，從而減少隨機誤差對測量結果的影響。1.隨機誤差的分布規(guī)律（1）隨機變量的數(shù)字特征①

數(shù)學期望:反映其平均特性。②方差和標準偏差

方差是用來描述隨機變量與其數(shù)學期望的分散程度。設隨機變量X的數(shù)學期望為E(X)，則X的方差定義為：D(X)=E(X－E(X))2

標準偏差同樣描述隨機變量與其數(shù)學期望的分散程度，并且與隨機變量具有相同量綱。

(2)隨機誤差的正態(tài)分布測量中的隨機誤差通常是多種相互獨立的因素造成的許多微小誤差的總和。系統(tǒng)誤差分析一、系統(tǒng)誤差的特性二、系統(tǒng)誤差的發(fā)現(xiàn)方法三、系統(tǒng)誤差的削弱或消除方法四、削弱系統(tǒng)誤差的典型測量技術五、消除或消弱系統(tǒng)誤差的其他方法

一、系統(tǒng)誤差的特性在同一條件下，多次測量同一量值時，誤差的絕對值和符號保持不變，或者在條件改變時，誤差按一定的規(guī)律變化。

多次測量求平均不能減少系差。

二、系統(tǒng)誤差的發(fā)現(xiàn)方法（1）不變的系統(tǒng)誤差：校準、修正和實驗比對。（2）變化的系統(tǒng)誤差①

殘差觀察法，適用于系統(tǒng)誤差比隨機誤差大的情況②馬利科夫判據(jù)：③阿貝－赫梅特判據(jù)：三、系統(tǒng)誤差的削弱或消除方法（1）從產(chǎn)生系統(tǒng)誤差根源上采取措施減小系統(tǒng)誤差①

要從測量原理和測量方法盡力做到正確、嚴格。②

測量儀器定期檢定和校準，正確使用儀器。③注意周圍環(huán)境對測量的影響，特別是溫度對電子測量的影響較大。④

盡量減少或消除測量人員主觀原因造成的系統(tǒng)誤差。應提高測量人員業(yè)務技術水平和工作責任心，改進設備。（2）用修正方法減少系統(tǒng)誤差

修正值＝－誤差＝－（測量值－真值） 實際值＝測量值＋修正值四、削弱系統(tǒng)誤差的典型測量技術①替代法(置換法)②交換法(對照法)③對稱測量法（零式法）④微差法系統(tǒng)誤差可忽略不計的準則是： 系統(tǒng)誤差或殘余系統(tǒng)誤差代數(shù)和的絕對值不超過測量結果擴展不確定度的最后一位有效數(shù)字的一半。五、消除或消弱系統(tǒng)誤差的其他方法1．利用修正值或修正因數(shù)加以消除根據(jù)測量儀器檢定書中給出的校正曲線、校正數(shù)據(jù)或利用說明書中的校正公式對測得值進行修正，是實際測量中常用的辦法。2．隨機化處理利用同一類型測量儀器的系統(tǒng)誤差具有隨機特性的特點，對同一被測量用多臺儀器進行測量，取各臺儀器測量值的平均值做為測量結果。3．智能儀器中系統(tǒng)誤差的消除

在智能儀器中，可利用微處理器的計算控制功能，消弱或消除