《電子測量技術(shù)基礎(chǔ)》課件-第1章 電子測量與計量的基本概念

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頁目錄第1章

電子測量與計量的基本概念1.1測量與電子測量

一、測量二、電子測量1.2電子測量的內(nèi)容和特點

一、電子測量的內(nèi)容二、電子測量的特點

3電子測量方法的分類一、測量方法的分類4電子測量儀器的功能、分類、和主要性能指標(biāo)

一、測量儀器的功能

二、測量儀器的分類

三、測量儀器的主要性能指標(biāo)

四、量值的傳遞與跟蹤，檢定

與比對5計量的基本概念

一、計量

二、單位制

三、計量基準(zhǔn)

回本章目錄(本章共60頁)點擊目錄中各節(jié)后頁碼即可打開該節(jié)P2P31P16二、測量方法的選擇原則p5P48

1.1測量與電子測量

一、測量測量是通過實驗方法對客觀事物取得定量信息即數(shù)量概念的過程。1、什么是測量？2、

介釋

人們通過對客觀事物的大量觀察和測量形成定性和定量的認(rèn)識，歸納、建立起各種定理和定律，而后又通過測量來驗證這些認(rèn)識、定理和定律是否符合實際情況，經(jīng)過如此反復(fù)實踐，逐步認(rèn)識事物的客觀規(guī)律，并用以解釋和改造世界。下一頁前一頁第1-2

頁回本章目錄3、強調(diào)說明

（1）測量是人類認(rèn)識和改造世界的一種不可或缺的手段。

（2）沒有測量，就沒有科學(xué)，測量是認(rèn)識自然界的主要工具。聯(lián)系實際解釋

歷史事實也已證明：科學(xué)的進步，生產(chǎn)的發(fā)展，與測量理論、技術(shù)、手段的發(fā)展和進步是相互依賴、相互促進的。測量技術(shù)水平是一個歷史時期、一個國家的科學(xué)技術(shù)水平的一面“鏡子”。事實上，可以說，評價一個國家的科技狀態(tài)，最快捷的辦法就是去審視那里所進行的測量以及由測量所累積的數(shù)據(jù)是如何被利用的。下一頁前一頁第1-3

頁回本章目錄二、電子測量1、何謂電子測量？

電子測量是泛指以電子技術(shù)為基本手段的一種測量技術(shù)，它是測量學(xué)和電子學(xué)相互結(jié)合的一種新型的測量方法。2、說明(1)電子測量運用電子科學(xué)的原理、方法和設(shè)備可對各種電量、電信號及電路元器件的特性和參數(shù)進行測量。(2)電子測量也可通過各種敏感器件和傳感裝置對非電量進行測量:如通過壓力傳感器可測物重量;通過溫度傳感器可測人和物的溫度等等。

(3)電子測量方法更加方便、快捷、準(zhǔn)確，有時是用其他測量方法所不能替代的。如測上千度的爐溫;測上萬米的海深等。(4)電子測量不僅用于電學(xué)各專業(yè)，也廣泛用于物理學(xué)、化學(xué)、光學(xué)、機械學(xué)、材料學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)等科學(xué)領(lǐng)域及生產(chǎn)、國防、交通、通信、商業(yè)貿(mào)易、生態(tài)環(huán)境保護乃至日常生活的各個方面。1.1測量與電子測量1.1測量與電子測量3、現(xiàn)狀與趨勢

這些不僅改變了若干傳統(tǒng)測量的概念，更對整個電子技術(shù)和其他科學(xué)技術(shù)產(chǎn)生了巨大的推動作用?，F(xiàn)在，電子測量技術(shù)(包括測量理論、測量方法、測量儀器裝置等)已成為電子科學(xué)領(lǐng)域重要且發(fā)展迅速的分支學(xué)科。

近年來微型計算機與電子測量儀器相結(jié)合，構(gòu)成了一代嶄新的儀器和測試系統(tǒng)，即人們通常所說的“智能儀器”和“自動測試系統(tǒng)”。這些儀器和系統(tǒng)可對電參數(shù)進行自動測量自動量程選擇數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)記錄和處理誤差修正自檢自校故障診斷及在線測試等下一頁前一頁第1-4

頁回本章目錄1.2電子測量的內(nèi)容和特點下一頁前一頁第1-5

頁回本章目錄一、電子測量的內(nèi)容

1、電參數(shù)測量分為（1）電磁測量：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。（2）電子測量：電子測量是指以電子技術(shù)理論為依據(jù)，以電子測量儀器和設(shè)備為手段，對電量和非電量進行的測量。2、電量測量又可細分為（1）電能量測量：包括對各種波形的頻率、電壓、電流、功率等的測量。（2）電信號特性測量：分為時域特性測量、頻域特性測量和數(shù)據(jù)測量；具體包括對波形、頻率、周期、相位、失真度、調(diào)幅度、調(diào)頻指數(shù)、群遲延、信號帶寬以及數(shù)字信號的邏輯狀態(tài)等的測量。（3）電路元件參數(shù)測量：包括對電阻、電感、電容、阻抗、品質(zhì)因數(shù)及電子器件參數(shù)等的測量。(4)

電子設(shè)備的性能測量:包括對增益、衰減、靈敏度、頻率特性、噪聲指數(shù)等的測量。1.2電子測量的內(nèi)容和特點下一頁前一頁第1-6

頁回本章目錄強調(diào):（1）上述各項測量內(nèi)容中，尤以對頻率、時間、電壓、相位、阻抗

等基本電參數(shù)的測量更為重要，它們往往是其他參數(shù)測量的基礎(chǔ)。

2）脈沖信號波形參數(shù)的測量可歸結(jié)為對電壓和時間的測量；3）許多情況下電流測量是不方便的，常以電壓測量來代替。（2）由于時間和頻率測量具有其他測量所不可比擬的精確性，因此人們越來越關(guān)注把對其他待測量的測量轉(zhuǎn)換成對時間或頻率的測量的方法和技術(shù)。例如1）放大器的增益測量實際上就是對其輸入、輸出端電壓的測量，再相比取對數(shù)得到增益分貝數(shù)；解釋為什么?

在科學(xué)研究和生產(chǎn)實踐中，常常需要對許多非電量進行測量。傳感技術(shù)的發(fā)展為這類測量提供了新的方法和途徑?，F(xiàn)在，可以利用各種敏感元件和傳感裝置將非電量(如位移、速度、溫度、壓力、流量、物質(zhì)成分等)變換成電信號，再利用電子測量設(shè)備進行測量。在一些危險的和人們無法進行直接測量的場合，這種方法幾乎成為唯一的選擇。1.2電子測量的內(nèi)容和特點下一頁前一頁第1-7

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在生產(chǎn)的自動過程控制系統(tǒng)中，將生產(chǎn)過程中各有關(guān)非電量轉(zhuǎn)換成電信號進行測量、分析、記錄并據(jù)此對生產(chǎn)過程進行控制是一種典型的方法，如圖1.1-1所示。圖1.1-1自動過程控制系統(tǒng)中非電量的測量1.2電子測量的內(nèi)容和特點下一頁前一頁第1-8

頁回本章目錄二、電子測量的特點與其他測量方法和測量儀器相比，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。

電子測量中所遇到的測量對象，其頻率覆蓋范圍極寬，低至10－6Hz以下，高至1012Hz以上。當(dāng)然，不能要求同一臺儀器能在這樣寬的頻率范圍內(nèi)工作，通常根據(jù)不同的工作頻段采用不同的測量原理，使用不同的測量儀器。

例如阻抗的測量，在低頻段多采用電流電壓法，而在微波段則必須采用開槽測量線或反射計技術(shù)。上述兩種方法無論在原理上，還是在測量設(shè)備上都大不一樣。

當(dāng)然，隨著技術(shù)的發(fā)展，能在相當(dāng)寬的頻率范圍內(nèi)正常工作的儀器不斷地被研制出來。例如，現(xiàn)在一臺較為先進的頻率計，其頻率測量范圍可以低至10－6Hz,高至1011Hz。1.2電子測量的內(nèi)容和特點下一頁前一頁第1-9

頁回本章目錄2、測量量程寬。

量程是測量范圍的上、下限值之差或上、下限值之比。

電子測量的被測對象的量值大小相差懸殊。例如，地面上接收到的宇宙飛船自外太空發(fā)來的信號功率低至10-14W數(shù)量級，而遠程雷達發(fā)射的脈沖功率可高達108W，兩者之比為1∶1022。一般情況下，使用同一臺儀器，同一種測量方法，是難以覆蓋如此寬廣的量程的。如前所述，隨著電子測量技術(shù)的不斷發(fā)展，單臺測量儀器的量程也可以很高。例如中檔次的國產(chǎn)YM3371型數(shù)字頻率計，其測頻范圍為10Hz~1000MHz；國產(chǎn)WC2180型交流微伏表可以測量5μV~300V的交流電壓，量程為1∶6×107；高檔次的數(shù)字萬用表直接測量的電阻值為3×10－5~3×108Ω，量程為1∶1013。更甚者完善的電子計數(shù)式頻率計其量程達1∶1017。1.2電子測量的內(nèi)容和特點下一頁前一頁第1-10

頁回本章目錄3、測量準(zhǔn)確度高低相差懸殊。就整個電子測量所涉及的測量內(nèi)容而言，測量結(jié)果的準(zhǔn)確度是不一樣的，有些參數(shù)的測量準(zhǔn)確度可以很高，而有些參數(shù)的測量準(zhǔn)確度卻又相當(dāng)?shù)?。例?)對頻率和時間的測量準(zhǔn)確度可以達到10－11~10－13的數(shù)量級，這是目前在測量準(zhǔn)確度方面達到的最高指標(biāo)；2)而長度測量的最高準(zhǔn)確度為10－8數(shù)量級，其他參數(shù)的測量準(zhǔn)確度相對都比較低：直流電壓的準(zhǔn)確度當(dāng)前可達到10－6數(shù)量級，音頻電壓為10－4數(shù)量級，射頻電壓僅為10－3數(shù)量級，而品質(zhì)因數(shù)Q值和電場強度的測量準(zhǔn)確度只有10－1數(shù)量級。

造成這種現(xiàn)象的主要原因1)電磁現(xiàn)象本身的性質(zhì)，使得測量結(jié)果極易受到外部環(huán)境的影響，尤其在較高頻率段，裝置和測量裝置之間、裝置內(nèi)部各元器件之間的電磁耦合；3)測量電路中的損耗等2)外界干擾；對測量結(jié)果的影響往往不能忽略卻又無法精確估計。1.2電子測量的內(nèi)容和特點下一頁前一頁第1-11

頁回本章目錄4、測量速度快。

由于電子測量基于電子運動和電磁波的傳播，加之現(xiàn)代測試系統(tǒng)中高速電子計算機的應(yīng)用，使得電子測量無論在測量速度還是在測量結(jié)果的處理和傳輸上都可以以極高的速度進行，這也是電子測量技術(shù)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代科技各個領(lǐng)域的重要原因。

比如衛(wèi)星、飛船等各種航天器的發(fā)射與運行，沒有快速、自動的測量與控制，簡直是無法想象的。我國的神舟飛天、嫦娥攬月、天問探火、天宮遨游、奮斗探海等這些偉大的科學(xué)工程都要用到電子測量。1.2電子測量的內(nèi)容和特點

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頁回本章目錄5、可以進行遙測。

電子測量依據(jù)的是電子的運動和電磁波的傳播，因此可以將現(xiàn)場各待測量轉(zhuǎn)換成易于傳輸?shù)碾娦盘枺糜芯€或無線的方式傳送到測試控制臺(中心)，從而實現(xiàn)遙測和遙控。使得對那些遠距離的高速運動的人們難以接近的地方的信號進行測量成為可能。6、易于實現(xiàn)測試智能化和測試自動化。

功耗低、體積小、處理速度快、可靠性高的微型計算機的出現(xiàn)，給電子測量理論、技術(shù)和設(shè)備帶來了新的革命。1.2電子測量的內(nèi)容和特點

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頁回本章目錄現(xiàn)在，已有大量商品化帶微處理器的電子測量儀器面世，許多儀器還帶有GPIB標(biāo)準(zhǔn)儀器接口，可以方便地構(gòu)成功能完善的自動測試系統(tǒng)。7、影響因素眾多，誤差處理復(fù)雜。

任何測量都不可避免地會產(chǎn)生誤差，如果不能準(zhǔn)確地確定誤差或誤差范圍的大小，則無法衡量測量結(jié)果的準(zhǔn)確程度、測量結(jié)果的可靠性或可信性，從而也就失去了測量的意義和價值。

造成測量誤差的原因是多方面的?？陀^上影響測量結(jié)果及測量誤差的因素大體上可分為外部因素和內(nèi)部因素。1.2電子測量的內(nèi)容和特點下一頁前一頁第1-14

頁回本章目錄（1）區(qū)分兩個術(shù)語1)影響量：2)影響特性：能對測量結(jié)果產(chǎn)生影響的量稱為影響量。測量系統(tǒng)內(nèi)部會對測量結(jié)果產(chǎn)生影響的工作特性，稱為影響特性。它通常來自測量系統(tǒng)的外部，如環(huán)境溫度、濕度、電源電壓、外界電磁干擾等。例如，交流電壓表中檢波器的檢波特性會隨著被測電壓的頻率和波形而有所改變，從而影響測量結(jié)果。該特性即為影響特性1.2電子測量的內(nèi)容和特點下一頁前一頁第1-15

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電子測量中另一個難以避免而又無法準(zhǔn)確估算其實際影響大小的因素是測量儀器內(nèi)部各元器件之間、測量與被測量裝置之間無時無處不在的寄生電容、電感、電導(dǎo)等的不良影響。2、明確:

電子測量中的影響量和影響特性眾多而又復(fù)雜，其規(guī)律難以確定，這就給測量結(jié)果的誤差分析和處理帶來了困難。1.3電子測量方法的分類

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一個物理量的測量可以通過不同的方法實現(xiàn)。測量方法選擇得正確與否直接關(guān)系到測量結(jié)果的可信賴程度，也關(guān)系到測量工作的經(jīng)濟性和可行性。

不當(dāng)或錯誤的測量方法除了得不到正確的測量結(jié)果外，甚至?xí)p壞測量儀器和被測量設(shè)備。有了先進精密的測量儀器設(shè)備，并不等于就一定能獲得準(zhǔn)確的測量結(jié)果。必須根據(jù)不同的測量對象、測量要求和測量條件，選擇正確的測量方法、合適的測量儀器，構(gòu)成實際測量系統(tǒng)，進行正確、細心的操作，才能得到理想的測量結(jié)果。1.3電子測量方法的分類

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頁回本章目錄測量方法的分類形式有多種，下面介紹幾種常見的分類方法。一、按測量過程分類1、直接測量直接測量是指直接從測量儀表的讀數(shù)獲取被測量量值的方法比如用電壓表測量晶體管的工作電壓，用歐姆表測量電阻阻值，計數(shù)式頻率計測量頻率等。均屬于直接測量。其特點不需要對被測量與其他實測的量進行函數(shù)關(guān)系的輔助運算測量過程簡單易操作測量速度快昜帶來較大的讀數(shù)誤差，測量精度不夠高優(yōu)點缺點.盡管如此，仍是一般工程測量中廣泛應(yīng)用的測量方法。1.3電子測量方法的分類

下一頁前一頁第1-18

頁回本章目錄2、間接測量間接測量是利用直接測量的量與被測量之間的函數(shù)關(guān)系(可以是公式、曲線或表格等)間接得到被測量量值的測量方法。例如:需要測量電阻R上消耗的直流功率P可以通過直接測量電壓U、電流I，而后根據(jù)函數(shù)關(guān)系P=UI，經(jīng)過計算，“間接”獲得功耗P。

其特點:間接測量費時、費事。(缺點)

但也常在下列情況下使用：直接測量不方便，或間接測量的結(jié)果較直接測量更為準(zhǔn)確，或缺少直接測量儀器等。1.3電子測量方法的分類

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頁回本章目錄3、組合測量當(dāng)某項測量結(jié)果需用多個未知參數(shù)表達時，可通過改變測量條件進行多次測量，根據(jù)測量量與未知參數(shù)間的函數(shù)關(guān)系列出方程組并求解，進而得到未知量，這種測量方法稱為組合測量。典型的例子是電阻器的溫度系數(shù)的測量。已知電阻器阻值Rt與溫度t間滿足關(guān)系：Rt=R20+α(t－20)+β(t－20)2

式中，R20為t=20℃時的電阻值，一般為已知量；α、β稱為電阻的溫度系數(shù)；t為環(huán)境溫度。1.3

電子測量方法的分類

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頁回本章目錄為了獲得α、β值，可以在兩個不同的溫度t1、t2(t1、t2可由溫度計直接測得)下測得相應(yīng)的兩個電阻值Rt1、Rt2，代入上式得到聯(lián)立方程：Rt1=R20+α(t1－20)+β(t1－20)2

Rt2=R20+α(t2－20)+β(t2－20)2

解之得到α、

β值。如果R20也未知，則顯然可在三個不同的溫度下分別測得Rt1、Rt2、Rt3，列出由三個方程構(gòu)成的方程組并求解，進而得到R20、α、β。二、按測量方式分類1、偏差式測量法：

在測量過程中，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。1.3電子測量方法的分類

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例如使用萬用表測量電壓、電流等。由于從儀表刻度上直接讀取被測量，包括大小和單位，因此這種方法又稱直讀法。說明:用這種方法測量時，作為計量標(biāo)準(zhǔn)的實物并不裝在儀表內(nèi)直接參與測量，而是事先用標(biāo)準(zhǔn)量具對儀表讀數(shù)、刻度進行校準(zhǔn)，實際測量時根據(jù)指針偏轉(zhuǎn)大小確定被測量量值。2、零位式測量法又稱做零示法或平衡式測量法:

測量時將被測量與標(biāo)準(zhǔn)量相比較(因此也把這種方法稱做比較測量法)，用指零儀表(零示器)指示被測量與標(biāo)準(zhǔn)量相等(平衡)，從而獲得被測量。1.3電子測量方法的分類

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頁回本章目錄利用惠斯登電橋測量電阻(或電容、電感)是這種方法的一個典型例子，如圖1.3-1所示。圖1.3-1利用惠斯登電橋測量電阻示意圖當(dāng)電橋平衡時，可以得到：通常是先大致調(diào)整比率R1/R2，再調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)電阻R4，直至電橋平衡，充當(dāng)零示器的檢流計PA指示為零，此時即可根據(jù)上式計算得到被測電阻Rx值。1.3電子測量方法的分類

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頁回本章目錄該法優(yōu)點:只要零示器的靈敏度足夠高，零位式測量法的測量準(zhǔn)確度幾乎等于標(biāo)準(zhǔn)量的準(zhǔn)確度，因而這種方法的測量準(zhǔn)確度很高。缺點:由于測量過程中為了獲得平衡狀態(tài)需要進行反復(fù)調(diào)節(jié)，因此即使采用一些自動平衡技術(shù)，測量速度仍然較慢，常用在實驗室作為精密測量的一種方法1.3電子測量方法的分類下一頁前一頁第1-24

頁回本章目錄3、微差式測量法：該法通過測量待測量與標(biāo)準(zhǔn)量之差來得到待測量的值，如圖1.3-2所示。圖1.3-2微差式測量法示意圖圖中，P為量程不大但靈敏度很高的偏差式儀表，它指示的是待測量x與標(biāo)準(zhǔn)量s之間的差值：δ=x－s,即x=s+δ。偏差式測量法和零位式測量法相結(jié)合，構(gòu)成微差式測量法。只要δ足夠小，這種方法的測量準(zhǔn)確度基本上取決于標(biāo)準(zhǔn)量的準(zhǔn)確度。和零位式測量法相比，該法省去了反復(fù)調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)量大小以求平衡的步驟。該法兼有偏差式測量法的測量速度快和零位式測量法測量準(zhǔn)確度高的優(yōu)點。1.3電子測量方法的分類

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頁回本章目錄微差式測量法除在實驗室中用作精密測量外，還廣泛地應(yīng)用在生產(chǎn)線控制參數(shù)的測量上，如監(jiān)測連續(xù)軋鋼機生產(chǎn)線上的鋼板厚度等。圖1.3-3是用微差法測量直流穩(wěn)壓電源輸出電壓穩(wěn)定度的測量原理圖。圖1.3-3用微差法測量直流穩(wěn)壓電源的穩(wěn)定度

圖中，Uo為直流穩(wěn)壓電源的輸出電壓，它隨著50Hz、220V市電的波動和負(fù)載RL的變化而有微小起伏;V2

為量程不大但靈敏度很高的電壓表；

UB表示由標(biāo)準(zhǔn)電源Us獲得的標(biāo)準(zhǔn)電壓；Uδ是由V2

電壓表測得的Uo與UB的差值，即輸出電壓Uo隨著市電波動和負(fù)載變化而產(chǎn)生的微小起伏。+_Uδ

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頁回本章目錄1.3電子測量方法的分類三、按被測量的性質(zhì)分類

按被測量的性質(zhì)，測量還可以作如下分類。

1、

時域測量:

時域測量也稱做瞬態(tài)測量，主要測量被測量隨時間的變化規(guī)律。典型的例子為用示波器觀察脈沖信號的上升沿、下降沿、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(guān)系。例如用頻譜分析儀分析信號的頻譜和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(shè)備對數(shù)字量或電路的邏輯狀態(tài)進行測量。數(shù)據(jù)域測量可以同時觀察多條數(shù)據(jù)通道上的邏輯狀態(tài)，或者顯示某條數(shù)據(jù)線上的時序波形等。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展需要，數(shù)據(jù)域測量及其測量智能化、自動化顯得愈來愈重要。1.3電子測量方法的分類下一頁前一頁第1-27

頁回本章目錄4、隨機測量:隨機測量又稱做統(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。

這是一項較新的測量技術(shù)，尤其在通信領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。其他一些分類方法按照對測量精度的要求可以分為精密測量工程測量;按照測量時測量者對測量過程的干預(yù)程度可以分為自動測量非自動測量按照被測量與測量結(jié)果獲取地點的關(guān)系分為本地(原位)測量;遠地測量(遙測);接觸測量非接觸測量按照被測量的屬性分為電量測量非電量測量1.3電子測量方法的分類下一頁前一頁第1-28

頁回本章目錄四、測量方法的選擇原則在選擇測量方法時，要綜合考慮下列主要因素：1、被測量本身的特性；2、所要求的測量準(zhǔn)確度;3、測量環(huán)境；4、現(xiàn)有測量設(shè)備選擇合適的測量儀器正確的測量方法正確操作正確數(shù)據(jù)處理方能得到正確、可靠的測量結(jié)果。

否則，即便使用價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，甚至可能損壞測量儀器和被測設(shè)備。1.3電子測量方法的分類下一頁前一頁第1-29

頁回本章目錄【例1】請回答可否直接用萬用表R×1電阻擋測量晶體管發(fā)射結(jié)結(jié)電阻？為什么？答：不可以。因晶體管發(fā)射結(jié)結(jié)電阻很小，若用萬用表R×1電阻擋，由于限流電阻過小而使基極注入電流很大，很容易將晶體管燒壞。所以，不能用此方法測量晶體管發(fā)射結(jié)電阻。由此聯(lián)想，也不可測二極管正向電阻?！纠?】圖1.3-4表示的是用電壓表測量高內(nèi)阻電路端電壓的例子。圖中虛線框內(nèi)表示放大器輸出端等效電路，RV表示測量用實際電壓表內(nèi)阻。試計算：（1）用內(nèi)阻RV=10MΩ的數(shù)字電壓表測量時的電壓U,圖1.3-46實際電壓表內(nèi)阻的影響1.3電子測量方法的分類

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頁回本章目錄相對誤差γ。(2)改用內(nèi)阻RV=120kΩ的萬用表電壓擋測量時的電壓U,相對誤差γ。計算:(1)用內(nèi)阻RV=10MΩ的數(shù)字電壓表測量時電壓相對誤差γ=×100%=－0.8%(2)改用內(nèi)阻RV=120kΩ的萬用表電壓擋測量時電壓相對誤差γ=×100%=－40%.可見，這種情況下應(yīng)選用內(nèi)阻盡可能大的電壓表，否則造成的儀器誤差是很大的。有時測量儀表負(fù)載效應(yīng)的存在會過大地改變被測電路的工作狀態(tài)，此時的測量結(jié)果將失去實際意義。1.4電子測量儀器的功能、分類和主要性能指標(biāo)

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測量儀器是將被測量轉(zhuǎn)換成可供直接觀察的指示值或等效信息的器具。測量儀器:傳感器和變送器等。包括各類指示儀器比較儀器記錄儀器電子測量儀器利用電子技術(shù)對各種待測量進行測量的設(shè)備，統(tǒng)稱為電子測量儀器為了正確地選擇測量方法、使用測量儀器和評價測量結(jié)果，本節(jié)將對電子測量儀器的主要功能、主要性能指標(biāo)和分類作一概括介紹。一、測量儀器的功能

各類測量儀器一般具有物理量的變換、信號的傳輸和測量結(jié)果的顯示等三種最基本的功能。1.4電子測量儀器的功能、分類和主要性能指標(biāo)下一頁前一頁第1-32

頁回本章目錄1.變換功能

對于電壓、電流等電學(xué)量的測量，是通過測量各種電效應(yīng)來達到目的的。

比如作為模擬式儀表最基本構(gòu)成單元的動圈式檢流計(電流表)，就是將流過線圈的電流強度轉(zhuǎn)化成與之成正比的轉(zhuǎn)矩而使儀表指針相對于初始位置偏轉(zhuǎn)一個角度，根據(jù)角度偏轉(zhuǎn)大小(這可通過刻度盤上的刻度獲得)得到被測電流的大小。這就是一種基本的變換功能。

對非電量測量，必須將各種非電物理量(如壓力、位移、溫度、濕度、亮度、顏色、特質(zhì)成分等)通過各種對之敏感的敏感元件(通常稱為傳感器)轉(zhuǎn)換成與之相關(guān)的電壓、電流等，而后通過對電壓、電流的測量，轉(zhuǎn)換得到被測物理量的大小。1.4電子測量儀器的功能、分類和主要性能指標(biāo)下一頁前一頁第1-33

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隨著測量技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在往往將傳感器、放大電路及其他有關(guān)部分構(gòu)成獨立的單元電路，將被測量轉(zhuǎn)換成模擬的或數(shù)字的標(biāo)準(zhǔn)電信號，送往測量和處理裝置，這樣的單元電路稱為變送器。變送器：它是現(xiàn)代測量系統(tǒng)中極為重要的組成部分。2.傳輸功能在遙測、遙控等系統(tǒng)中，現(xiàn)場測量結(jié)果經(jīng)變送器處理后，需經(jīng)較長距離的傳輸才能送到測試終端和控制臺。不管采用有線的還是無線的方式，傳輸過程中造成的信號失真和外界干擾等問題都會存在。必須認(rèn)真對待測量信息的傳輸問題

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頁回本章目錄1.4電子測量儀器的功能、分類和主要性能指標(biāo)3.顯示功能測量結(jié)果必須以某種方式顯示出來才有意義。因此，任何測量儀器都必須具備顯示功能。

例如模擬式儀表通過指針在儀表度盤上的位置顯示測量結(jié)果數(shù)字式儀表通過數(shù)碼管、液晶或陰極射線管顯示測量結(jié)果。智能儀器等還具有數(shù)據(jù)記錄、處理及自檢、自校、報警提示等功能。1.4電子測量儀器的功能、分類和主要性能指標(biāo)

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頁回本章目錄二、測量儀器的分類

電子測量儀器的分類方法不一，按其功能大致可分為下面幾類。1、電平測量儀器電平測量儀器包括各種模擬式電壓表、毫伏表、數(shù)字式電壓表等。2、電路參數(shù)測量儀器電路參數(shù)測量儀器包括各類電橋、

Q表、RLC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、相位測量儀器頻率、時間、相位測量儀器主要包括電子計數(shù)式頻率計、石英鐘、數(shù)字式相位計、波長計等。1.4電子測量儀器的功能、分類和主要性能指標(biāo)

下一頁前一頁第1-36

頁回本章目錄4、波形測量儀器

波形測量儀器主要指各類示波器，如通用示波器、多蹤示波器、多掃描示波器、以及數(shù)字存儲示波器等。5、信號分析儀器

信號分析儀器包括失真度儀、諧波分析儀、頻譜分析儀等。6、模擬電路特性測試儀器模擬電路特性測試儀器包括掃頻儀、噪聲系數(shù)測試儀、網(wǎng)絡(luò)特性分析儀等。1.4電子測量儀器的功能、分類和主要性能指標(biāo)下一頁前一頁第1-37

頁回本章目錄7、數(shù)字電路特性測試儀器數(shù)字電路特性測試儀器主要指邏輯分析儀。這類儀器內(nèi)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(shè)備。8、測試用信號源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，因此又稱供給量儀器。1.4電子測量儀器的功能、分類和主要性能指標(biāo)

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頁回本章目錄三、測量儀器的主要性能指標(biāo)

從獲得的測量結(jié)果角度評價測量儀器的性能，主要包括以下幾個方面。1、精度精度是指測量儀器的讀數(shù)(或測量結(jié)果)與被測量真值相一致的程度。其含義是：精度高，表明誤差??；精度低，表明誤差大。精度又可用精密度、正確度和準(zhǔn)確度三個指標(biāo)加以表征。（1）

精密度(δ)

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(jié)果的分散程度。它反映了：隨機誤差的影響。精密度高，意味著隨機誤差小，測量結(jié)果的重復(fù)性好。比如某電壓表的精密度為0.1V，即表示用它對同一電壓進行測量時，得到的各次測量值的分散程度不大于0.1V。1.4電子測量儀器的功能、分類和主要性能指標(biāo)下一頁前一頁第1-39

頁回本章目錄（2）

正確度(ε)

正確度說明儀表指示值與真值的接近程度。所謂真值是：指待測量在待定狀態(tài)下所具有的真實值大小。正確度反映了系統(tǒng)誤差(例如儀器中放大器的零點漂移、接觸電位差等)的影響。正確度高，則說明系統(tǒng)誤差小。比如某電壓表的正確度是0.1V，則表明用該電壓表測量電壓時的指示值與真值之差不大于0.1V。我國電工儀表的分級就是按正確度來確定的。（3）準(zhǔn)確度(τ)

準(zhǔn)確度是精密度和正確度的綜合反映。準(zhǔn)確度高，說明精密度和正確度都高，也就意味著系統(tǒng)誤差和隨機誤差都小，因而最終測量結(jié)果的可信度也高。1.4電子測量儀器的功能、分類和主要性能指標(biāo)

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在具體的測量實踐中，可能會有這樣的情況：正確度較高而精密度較低，或者情況相反，相當(dāng)精密但欠正確。當(dāng)然，理想的情況是既正確，又精密，即測量結(jié)果準(zhǔn)確度高。要獲得理想的結(jié)果，應(yīng)滿足三個方面的條件：性能優(yōu)良的測量儀器正確的測量方法正確細心的測量操作為了加深對精密度、正確度和準(zhǔn)確度三個概念的理解，可以以射擊打靶為例加以說明。圖1.4-1用射擊打靶說明測量圖1.4-1中以靶心比作被測量真值，以靶上的彈著點表示測量結(jié)果。1.4電子測量儀器的功能、分類和主要性能指標(biāo)

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頁回本章目錄其中圖(a)彈著點分散而偏斜，屬于既不精密，也不正確，即準(zhǔn)確度很低；圖(b)彈著點仍較分散，但總體而言大致都圍繞靶心，屬于正確而欠精密；

圖(c)彈著點密集但明顯偏向一方，屬于精密度高而正確度差；圖(d)彈著點相互接近且都圍繞靶心，屬于既精密又正確，即準(zhǔn)確度很高。2.穩(wěn)定性

穩(wěn)定性通常用穩(wěn)定度和影響量兩個參數(shù)來表征。穩(wěn)定度:是指在規(guī)定的時間區(qū)間，其他外界條件恒定不變的情況下，儀器示值變化的大小。這種示值變化的原因主要是儀器內(nèi)部各元器件的特性、參數(shù)不穩(wěn)定和老化等因素造成的。穩(wěn)定度可用示值絕對變化量與時間一起表示。1.4電子測量儀器的功能、分類和主要性能指標(biāo)下一頁前一頁第1-42

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例如，某數(shù)字電壓表的穩(wěn)定度為(0.008%Um+0.003%Ux)/(8h)，其含義是在8小時內(nèi)，測量同一電壓，在外界條件維持不變的情況下，電壓表的示值可能發(fā)生0.008%Um+0.003Ux的上下波動，其中，Um為該量程滿度值，Ux為示值。

穩(wěn)定度也可用示值的相對變化率與時間一起表示。例如，國產(chǎn)XFC-6標(biāo)準(zhǔn)信號發(fā)生器在220V電源電壓和20℃環(huán)境溫度下，頻率穩(wěn)定度≤2×10－4/10min；XD6B超低頻信號發(fā)生器的正弦波幅度穩(wěn)定度≤0.3%/1h等。影響誤差:由于電源電壓、頻率、環(huán)境溫度、濕度、氣壓、振動等外界條件變化而造成儀表示值的變化量稱為影響誤差。例如，EE1610晶體振蕩器在環(huán)境溫度從10℃變化到35℃時，頻率漂移≤1×10－9。1.4電子測量儀器的功能、分類和主要性能指標(biāo)

下一頁前一頁第1-43

頁回本章目錄3、輸入阻抗

測量儀表的輸入阻抗對測量結(jié)果有影響。電壓表、示波器等儀表在測量時并接于待測電路兩端，如圖1.4-2所示。圖1.4-2測量儀表的負(fù)載效應(yīng)

不難看出，測量儀表的接入改變了被測電路的阻抗特性，這種現(xiàn)象稱為負(fù)載效應(yīng)。為了減小測量儀表對待測電路的影響，提高測量精度，通常對這類測量儀表的輸入阻抗都有一定的要求。儀表的“輸入阻抗”性能的優(yōu)劣一般用輸入電阻Ri和輸入電容Ci標(biāo)注。1.4電子測量儀器的功能、分類和主要性能指標(biāo)下一頁前一頁第1-44

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例如，SX2172交流毫伏表在1~300V的測量范圍內(nèi)的“輸入阻抗”標(biāo)為Ri=10MΩ，Ci<35pF;SR37A型示波器不經(jīng)探頭的“輸入阻抗”標(biāo)為Ri=1MΩ，Ci=16pF。4、靈敏度

靈敏度表示測量儀表對被測量變化的敏感程度，定義為測量儀表指示值(指針的偏轉(zhuǎn)角度、數(shù)碼的變化、位移的大小等)增量Δy與被測量增量Δx之比。例如，示波器在單位輸入電壓的作用下，示波管熒光屏上光點偏移的距離就定義為它的偏轉(zhuǎn)靈敏度，單位為cm/V、cm/mV等。對示波器而言，偏轉(zhuǎn)靈敏度的倒數(shù)稱為偏轉(zhuǎn)因數(shù)，單位為V/cm、mV/cm或mV/div(格)等。由于習(xí)慣用法和測量電壓讀數(shù)的方便，也常把偏轉(zhuǎn)因數(shù)當(dāng)作靈敏度。比如，SR37A型雙蹤示波器的最高偏轉(zhuǎn)靈敏度是2mV/cm，表示輸入電壓變化2mV時，示波器熒光屏上光點產(chǎn)生1cm的位移。1.4電子測量儀器的功能、分類和主要性能指標(biāo)

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頁回本章目錄例如，SX1842型數(shù)字電壓表的分辨力為1μV，表示該電壓表顯示器上最末位跳變1個字時，對應(yīng)的輸入電壓變化量為1μV，即這種電壓表能區(qū)分出最小為1μV的電壓變化。顯然，這里的偏轉(zhuǎn)靈敏度實際上是偏轉(zhuǎn)因數(shù)，不過，這樣一般不會引起人們的誤解。靈敏度的另一種表述方式稱做分辨力或分辨率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。

由于各種干擾和人的感覺器官的分辨能力等因素的影響，不必也不應(yīng)該苛求儀器有過高的靈敏度。否則，將導(dǎo)致測量儀器成本過高以及實際測量操作困難。通常規(guī)定分辨力為允許絕對誤差的1/3。可見，分辨率的值愈小，其靈敏度愈高。1.4

電子測量儀器的功能、分類和主要性能指標(biāo)

下一頁前一頁第1-46

頁回本章目錄5、線性度線性度是測量儀表的輸入、輸出特性之一，表示儀表的輸出量(示值)隨輸入量(被測量)變化的規(guī)律。若儀表的輸出為y，輸入為x，則兩者關(guān)系用函數(shù)y=f(x)表示。如果y=f(x)為y－x平面上過原點的直線，則稱之為線性刻度特性，否則稱為非線性刻度特性。由于各類測量儀器的原理各異，因此不同的測量儀器可能呈現(xiàn)不同的刻度特性。例如，常用萬用表的電阻擋具有上凸的非線性刻度特性，而數(shù)字電壓表具有線性刻度特性，分別如圖1.4-3中(a)、(b)所示。圖1.4-3常用萬用表的電阻擋和數(shù)字電壓表的刻度特性曲線儀器的線性度可用線性誤差來表示，如SR46雙線示波器垂直系統(tǒng)的幅度線性誤差小于等于5%。1.4電子測量儀器的功能、分類和主要性能指標(biāo)

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6、動態(tài)特性測量儀表的動態(tài)特性表示儀表的輸出響應(yīng)隨輸入變化的能力。例如示波器的垂直偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，由于輸入電容等因素的影響造成了輸出波形對輸入信號的滯后與畸變，示波器的瞬態(tài)響應(yīng)就表示了這種儀器的動態(tài)特性。

最后指出，上述測量儀器的幾個特性是就一般而論的，并非所有儀器都用上述特性加以考核。有些測量儀器除了上述指標(biāo)特性外，還有其他技術(shù)要求，這些具體問題將在后面有關(guān)章節(jié)中一一加以說明。一、計量

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頁回本章目錄1.5計量的基本概念計量和測量是互有聯(lián)系又有區(qū)別的兩個概念。1、測量是通過實驗手段對客觀事物取得定量信息的過程，也就是利用實驗手段把待測量直接或間接地與另一個同類已知量進行比較，從而得到待測量值的過程。測量過程中所使用的器具和儀器就直接或間接地體現(xiàn)了已知量，測量結(jié)果的準(zhǔn)確與否與所采用的測量方法、實際操作和作為比較標(biāo)準(zhǔn)的已知量的準(zhǔn)確程度都有著密切的關(guān)系，2、體現(xiàn)已知量在測量過程中作為比較標(biāo)準(zhǔn)的各類量具、儀器儀表必須定期進行檢驗和校準(zhǔn)，以保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性、可靠性和統(tǒng)一性，這個過程稱為計量。3、計量的定義不完全統(tǒng)一，目前較為一致的意見是：“計量是利用技術(shù)和法制手段實現(xiàn)單位統(tǒng)一和量值準(zhǔn)確可靠的測量?！?.5計量的基本概念下一頁前一頁第1-49

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計量可看做測量的特殊形式，在計量過程中，認(rèn)為所使用的量具和儀器是標(biāo)準(zhǔn)的，用它們來校準(zhǔn)、檢定受檢量具和儀器設(shè)備，以衡量和保證使用受檢量具和儀器進行測量時所獲得測量結(jié)果的可靠性。4、計量是測量的基礎(chǔ)和依據(jù)。計量工作是國民經(jīng)濟中一項極為重要的技術(shù)基礎(chǔ)工作，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)技術(shù)、國防建設(shè)、國內(nèi)外貿(mào)易以及人民生活等各個方面起著技術(shù)保證和技術(shù)監(jiān)督作用。

《中華人民共和國計量法》第一條就指出，做好計量工作“有利于生產(chǎn)、貿(mào)易和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，適應(yīng)社會主義現(xiàn)代化建設(shè)的需要，維護國家、人民的利益”，這些都非常深刻地說明了計量工作的重要意義。5、計量學(xué)是研究測量、保證測量統(tǒng)一和準(zhǔn)確的科學(xué)。它研究的主要內(nèi)容包括計量和測量的方法、技術(shù)、量具及儀器設(shè)備等一般理論，計量單位的定義和轉(zhuǎn)換，量值的傳遞與保證量值統(tǒng)一所必須采取的措施、規(guī)程和法制等。1.5計量的基本概念下一頁前一頁第1-50

頁回本章目錄二、單位制

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(biāo)準(zhǔn)，這樣的量稱做計量標(biāo)準(zhǔn)。1、計量標(biāo)準(zhǔn):計量單位是有明確定義和名稱并令其數(shù)值為1的固定的量例如長度單位1米(m)，時間單位1秒(s)等計量單位必須以嚴(yán)格的科學(xué)理論為依據(jù)進行定義。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(chǔ)，因而具有統(tǒng)一性、權(quán)威性和法制性。

1984年2月27日國務(wù)院在發(fā)布《關(guān)于在我國統(tǒng)一實行法定計量單位的命

令》時指出：我國的計量單位一律采用《中華人民共和國法定計量單位》。

必須以嚴(yán)格的科學(xué)理論為依據(jù)進行定義1.5計量的基本概念下一頁前一頁第1-51

頁回本章目錄以國際單位制(SI)為基礎(chǔ)，包括10個我國國家選定的非國際單位制單位。2、我國法定計量單位包括:國際單位制(SI)非國際單位制單位基本單位導(dǎo)出單位輔助單位長度單位米(m)時間單位秒(s)質(zhì)量單位千克(kg)電流單位安培(A)發(fā)光強度單位坎德拉(cd)熱力學(xué)溫度單位開爾文(K)物質(zhì)的量單位摩爾(mol)

由基本單位通過定義、定律及其他函數(shù)關(guān)系派生出來的單位稱為導(dǎo)出單位。

國際上把既可作為基本單位又可作為導(dǎo)出單位的單位，單獨列為一類，稱做輔助單位。共7個19個包括10個我國國家選定的非國際單位制單位，如時間(分、時、天)、平面角(秒、分、度)、長度(海里)、質(zhì)量(噸)和體積(升)等。包括兩個輔助單位：平面角的單位弧度(rad)和立體角的單位球面角(sr)。1.5計量的基本概念下一頁前一頁第1-52

頁回本章目錄3、導(dǎo)出單位說明:例如(1)力的單位牛頓(N)的定義為“使質(zhì)量為1千克的物體產(chǎn)生加速度為1米每2次方秒的力”，即N=kg·m/s2；

(2)在電學(xué)量中，除電流外，其他物理量的單位都是導(dǎo)出單位，如頻率的單位為赫茲(Hz)，定義為“周期為1秒的周期現(xiàn)象的頻率”，即Hz=1/s；

能量(功)的單位焦耳(J)的定義為“1牛頓的力使作用點在力的方向上移動1米所做的功”，即J=N·m；

功率的單位瓦(W)的定義為“1秒內(nèi)產(chǎn)生1焦耳能量的功率”，即W=J/s。電荷量庫侖(C)的定義為“1安培的電流在1秒內(nèi)所傳送的電荷量”，即C=A·s；1.5計量的基本概念下一頁前一頁第1-53

頁回本章目錄電位電壓的單位伏特(V)的定義為“在載有1安培恒定電流導(dǎo)線的兩點間消耗1瓦特的功率”，即V=W/A；電阻的單位歐姆(Ω)的定義為“導(dǎo)體兩點間的電阻，當(dāng)這兩點間加上1伏特恒定電壓時，導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生1安培的電流”，即Ω=V/A。三、計量基準(zhǔn)

基準(zhǔn)是指用當(dāng)代最先進的科學(xué)技術(shù)和工藝水平，以最高的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性建立起來的專門用以規(guī)定、保持和復(fù)現(xiàn)物理量計量單位的特殊量具或儀器裝置等。根據(jù)基準(zhǔn)的地位、性質(zhì)和用途，基準(zhǔn)通常又分為主基準(zhǔn)、副基準(zhǔn)和工作基準(zhǔn)，也分別稱做一級、二級和三級基準(zhǔn)。1.5計量的基本概念

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頁回本章目錄1、主基準(zhǔn)主基準(zhǔn)也稱做原始基準(zhǔn)，是用來復(fù)現(xiàn)和保存計量單位，具有現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)所能達到的最高準(zhǔn)確度的計量器具，經(jīng)國家鑒定批準(zhǔn)，將其作為統(tǒng)一全國計量單位量