第1章-電子測(cè)量與儀器基礎(chǔ)知識(shí)

1、第1章 電子測(cè)量與儀器基礎(chǔ)知識(shí),1.1測(cè)量及其意義1.2電子測(cè)量的意義和特點(diǎn)1.3電子測(cè)量方法的分類1.4測(cè)量誤差的基本概念1.5測(cè)量結(jié)果的表示及有效數(shù)字 1.6電子測(cè)量?jī)x器的基本知識(shí),1.1測(cè)量及其意義,測(cè)量是人類對(duì)客觀事物取得數(shù)量概念的認(rèn)識(shí)過(guò)程。在這種認(rèn)識(shí)過(guò)程中，人們依據(jù)一定的理論，借助于專門的設(shè)備，通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法求出被測(cè)量的量值或確定一些量值的依從關(guān)系。,測(cè)量結(jié)果的量值由兩部分組成：數(shù)值（大小及符號(hào)）和相應(yīng)的單位名稱。沒

2、有單位的量值是沒有物理意義的。,測(cè)量是一種比較過(guò)程，把被測(cè)量與同種類的單位量通過(guò)一定的測(cè)量方法進(jìn)行比較，以確定被測(cè)量是該單位的若干倍。被測(cè)量的數(shù)值與所選單位成反比。,1.2 電子測(cè)量的意義和特點(diǎn),電子測(cè)量涉及極寬頻率范圍內(nèi)所有電量、磁量以及各種非電量的測(cè)量。目前，電子測(cè)量不僅因?yàn)槠鋺?yīng)用廣泛而成為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中不可缺少的手段，同時(shí)也是一門發(fā)展迅速、對(duì)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展起著重大推動(dòng)作用的獨(dú)立學(xué)科。從某種意義上說(shuō)，近代科學(xué)技術(shù)的水平是由電子測(cè)

3、量的水平來(lái)保證和體現(xiàn)的。電子測(cè)量的水平是衡量一個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)水平的重要標(biāo)志之一。,1、電子測(cè)量的意義,2、電子測(cè)量的內(nèi)容,,,,,,,,,1）、 電能量的測(cè)量，如電流、電壓、功率等的測(cè)量。 2）、電路、元器件參數(shù)的測(cè)量，電阻、電感、電容、阻抗的品質(zhì)因數(shù)、電子器件參數(shù)等的測(cè)量。 3）、 電信號(hào)特性的測(cè)量，如頻率、波形、周期、時(shí)間、相位、諧波失真度、調(diào)幅度及邏輯狀態(tài)等的測(cè)量。4）、電路性能的測(cè)量，如放大倍數(shù)、衰減量、靈敏度、通頻帶、噪

4、聲指數(shù)等的測(cè)量。5）、 特性曲線的顯示，如幅頻特性、器件特性等的顯示。,3、電子測(cè)量的特點(diǎn),,,,,1）、測(cè)量頻率范圍寬 2）、量程寬3）、 測(cè)量準(zhǔn)確度高 4）、測(cè)量速度快 5）、易于實(shí)現(xiàn)遙測(cè) 6）、 易于實(shí)現(xiàn)測(cè)量自動(dòng)化和測(cè)量?jī)x器微機(jī)化,1.3電子測(cè)量方法的分類,1、按測(cè)量方式分類,,,,,1）、直接測(cè)量2）、間接測(cè)量3）、組合測(cè)量,2、按被測(cè)信號(hào)的性質(zhì)分類,,,,,1）、時(shí)域測(cè)量2）、頻域測(cè)量3）、數(shù)據(jù)域測(cè)量 4

5、）、隨機(jī)測(cè)量,3、選擇測(cè)量方法的原則,,,,,根據(jù)被測(cè)量本身的特性、所需要的精確程度、環(huán)境條件及所具有的測(cè)量設(shè)備等因素，綜合考慮，選擇合適的測(cè)量方法。只有選擇正確的測(cè)量方法，才能使測(cè)量得到精確的測(cè)量結(jié)果；否則，可能會(huì)出現(xiàn)下列問(wèn)題： 1. 出錯(cuò)誤的測(cè)量數(shù)據(jù)，測(cè)量結(jié)果不能信賴。 2. 壞測(cè)量?jī)x器、儀表或被測(cè)設(shè)備、元器件。在選擇測(cè)量方法時(shí)，如果必要，還要制訂正確的測(cè)量方案。,1.4 測(cè)量誤差的基本概念,1、測(cè)量誤差的表示方法,,,,,測(cè)

6、量誤差有兩種表示方法：絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差。,1）、絕對(duì)誤差（1）定義：由測(cè)量所得到的被測(cè)量值x與其真值之差，稱為絕對(duì)誤差，即 ( 2.1 ) 式中， 為絕對(duì)誤差。由于測(cè)量結(jié)果x總含有誤差，x可能比大，亦可能比小，因此既有大小，又有正、負(fù)。其量綱和測(cè)量值相同。,【例1-1】 兩個(gè)電壓的實(shí)際值分別為U1A=100

7、V，U2A=10V；測(cè)量值分別為U1x=98V，U2x=9V。求兩次測(cè)量的絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差。 解：△U1=U1x—U1A=98—100=-2V △U2=U2x—U2A=9—10=-1V |△U1|＞|△U2| ，兩者的相對(duì)誤差分別為 ，說(shuō)明U2的測(cè)量準(zhǔn)確度低

8、于U1。,【例1-2】 被測(cè)電壓的實(shí)際值在10V左右，現(xiàn)有150V、0.5級(jí)和15V、1.5級(jí)兩塊電壓表，問(wèn)選用哪塊表更為合適？ 解：若使用150V、0.5級(jí)電壓表它的最大絕對(duì)誤差為：,若表頭的示值為10V，則測(cè)量的相對(duì)誤差 為,同理，用15V、1.5級(jí)電壓表測(cè)量，則相對(duì)誤差 為：,顯然，應(yīng)選用15V、1.5級(jí)電壓表。說(shuō)明：由此可見，在測(cè)量中，應(yīng)根據(jù)被測(cè)量的大小，合理選擇儀表量程，并兼顧準(zhǔn)確度等級(jí)，而不能片面追

9、求儀表的級(jí)別,1、測(cè)量誤差的表示方法,,,,,（2）修正值,與絕對(duì)誤差的絕對(duì)值大小相等，但符號(hào)相反的量值，稱為修正值，用c表示。 （2.3）對(duì)測(cè)量?jī)x器進(jìn)行定期檢查時(shí)，用標(biāo)準(zhǔn)儀器與受檢儀器相對(duì)比，以表格、曲線或公式的形式給出受檢儀器的修正值。在日常測(cè)量中，使用該受檢儀器測(cè)量所得到的結(jié)果應(yīng)加上修正值，以求得被測(cè)量的實(shí)際

10、值，即 （2.4）,1、測(cè)量誤差的表示方法,,,,,2）相對(duì)誤差,絕對(duì)誤差雖然可以說(shuō)明測(cè)量結(jié)果偏離實(shí)際值的情況，但不能確切反映測(cè)量的準(zhǔn)確程度，不便于看出對(duì)整個(gè)測(cè)量結(jié)果的影響。因此，除絕對(duì)誤差外，還有相對(duì)誤差。,絕對(duì)誤差與被測(cè)量的真值之比，稱為相對(duì)誤差（或稱相對(duì)真誤差），用表示

11、 （2.5）,2、測(cè)量誤差的來(lái)源,,,,,1）、儀器誤差2）、理論誤差和方法誤差 3）、影響誤差 4)、人身誤差,3、測(cè)量誤差的分類,,,,,1）、系統(tǒng)誤差2）、隨機(jī)誤差 3）、疏失誤差,1.5 測(cè)量結(jié)果的表示及有效數(shù)字,1、測(cè)量結(jié)果的表示,,,,,測(cè)量結(jié)果的數(shù)字式表示：它包括一定的數(shù)值（絕對(duì)值的大小及符號(hào)）和相應(yīng)的計(jì)量單位。例

12、如7.1V、465kHz等。有時(shí)為了說(shuō)明測(cè)量結(jié)果的可信度，在表示測(cè)量結(jié)果時(shí)，還要同時(shí)注明其測(cè)量誤差值或范圍。例如（4.32±0.01）V，（465±1）kHz等。,2、有效數(shù)字及有效數(shù)字位,,,,,有效數(shù)字：指從最左面一位非零數(shù)字算起，到含有誤差的那位存疑數(shù)字為止的所有數(shù)字。 有效數(shù)字位數(shù)的確定應(yīng)掌握以下幾方面的內(nèi)容： ①有效數(shù)字位與測(cè)量誤差的關(guān)系，原則上可以從有效數(shù)字的位數(shù)估計(jì)出測(cè)量誤差，一般規(guī)定誤差不超過(guò)

13、有效數(shù)字末位單位的一半。例如1.00A，則測(cè)量誤差不超過(guò)±0.005A。,2、有效數(shù)字及有效數(shù)字位,,,,,②“0”在最左面為非有效數(shù)字。例如0.03kΩ，兩個(gè)零均為非有效數(shù)字?！?”在最右面或兩非零數(shù)字之間均為有效數(shù)字，不得在數(shù)據(jù)的右面隨意加“0”。③ 有效數(shù)字不能因選用的單位變化而改變。如測(cè)量結(jié)果為2.0A，它的有效數(shù)字為二位。如改用mA做單位，將2.0A改寫成2000mA，則有效數(shù)字變成四位，是錯(cuò)誤的，應(yīng)改寫成

14、 ，此時(shí)它的有效數(shù)字仍為二位。,3、數(shù)字的舍入規(guī)則 超過(guò)保留位數(shù)的有效數(shù)字，應(yīng)予刪略。刪略的原則如下：（1）四舍六入。（2）若大于保留數(shù)字末位數(shù)為“5”時(shí)①如“5”后為非0數(shù)，則“入”②如“5”后為0,則“求偶數(shù)法則”，——即是原為奇數(shù)則加1變?yōu)榕紨?shù)，原為偶數(shù)不變?！纠?-3】 將下列數(shù)字保留三位有效數(shù)字。解：25.534→25.5

15、 33.461→33.5 68.45001→68.4 43.35→43.4 53.45→53.4 900000→9.00×105 由上述可見，經(jīng)過(guò)數(shù)字舍入后，末位是欠準(zhǔn)數(shù)字（或叫存疑數(shù)字），末位以前的數(shù)字為準(zhǔn)確數(shù)字，末位欠準(zhǔn)的程度不超過(guò)該位單位的一半。,4、有效數(shù)字的運(yùn)算加、減運(yùn)算，有效數(shù)字的取舍以小

16、數(shù)點(diǎn)后有效數(shù)字位數(shù)最少的那一項(xiàng)為準(zhǔn)。乘、除運(yùn)算，有效數(shù)字的取舍決定于有效數(shù)字最少的一項(xiàng)數(shù)據(jù)而與小數(shù)點(diǎn)無(wú)關(guān)?！纠?-3】對(duì)下列數(shù)據(jù)式子進(jìn)行有效數(shù)字的計(jì)算： 6.362+2.4+2.315；24.31×0.42÷2.09。解：6.362 + 2.4 + 2.355 = 6.4 + 2.4 + 2.4 = 11 24.31×0.42÷2.09 = 24&

17、#215;0.42÷2.1 = 27,1.6 電子測(cè)量?jī)x器的分類與誤差,1、電子測(cè)量?jī)x器的分類,,,,,電子測(cè)量?jī)x器一般分為專用儀器和通用儀器兩大類。本課程主要討論后者。通用儀器是為了測(cè)量某一個(gè)或某一些基本電參量而設(shè)計(jì)的，它能用于各種電子測(cè)量。通用儀器按照功能，可作如下分類。,1）、信號(hào)發(fā)生器2）、電平測(cè)量?jī)x器 3）、信號(hào)分析儀器 4）、頻率、時(shí)間和相位測(cè)量?jī)x器,1、電子測(cè)量?jī)x器的分類,,,,,5）、網(wǎng)絡(luò)特性測(cè)量?jī)x 6

18、）、電子元器件測(cè)試儀 7）、電波特性測(cè)試儀 8）、邏輯分析儀 9）、輔助儀器 10）、微機(jī)化儀器,2、電子測(cè)量的誤差,,,,,在電子測(cè)量中，由于電子測(cè)量?jī)x器本身性能不完善所產(chǎn)生的誤差，稱為電子測(cè)量?jī)x器的誤差。它包括以下幾類。,1）、固有誤差2）、工作誤差 3）、穩(wěn)定誤差 4）、變動(dòng)量,本章知識(shí)梳理與總結(jié),,,,,1）、電子測(cè)量的意義、內(nèi)容、特點(diǎn)和分類以及電子測(cè)量方法的分類2）、測(cè)量誤差的表示方法有絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差 3