電子測(cè)量的基本知識(shí)

1、1.1 概述概述1.2 電子測(cè)量的分類電子測(cè)量的分類1.3 電子測(cè)量實(shí)驗(yàn)室的常識(shí)電子測(cè)量實(shí)驗(yàn)室的常識(shí)1.4 測(cè)量誤差的基本概念測(cè)量誤差的基本概念1.5 誤差的合成誤差的合成1.6 測(cè)量結(jié)果的處理測(cè)量結(jié)果的處理第第1章章 電子測(cè)量的基本知識(shí)電子測(cè)量的基本知識(shí) 1.1 概述概述u1.1.1 電子測(cè)量的內(nèi)容電子測(cè)量的內(nèi)容u1.1.2 電子測(cè)量的特點(diǎn)電子測(cè)量的特點(diǎn) 1.1 概述概述 測(cè)量測(cè)量是人類對(duì)客觀事物取得數(shù)量概念的認(rèn)識(shí)過程。 測(cè)量的實(shí)現(xiàn)是通過物理實(shí)驗(yàn)的方法，獲取被研究對(duì)象定量信息的過程。測(cè)量技測(cè)量技術(shù)術(shù)主要研究測(cè)量原理、方法和儀器等方面內(nèi)容。 本課程中電子測(cè)量的內(nèi)容是指對(duì)電子學(xué)領(lǐng)域內(nèi)電參量的測(cè)量

2、，主要有： 1電能量的測(cè)量 2電信號(hào)特征量的測(cè)量 3電路元件參數(shù)的測(cè)量 4電路性能特性量的測(cè)量 5特性曲線的顯示1.1.1 電子測(cè)量的內(nèi)容電子測(cè)量的內(nèi)容 1.1.2 電子測(cè)量的特點(diǎn)電子測(cè)量的特點(diǎn) 與其他測(cè)量相比，電子測(cè)量主要具有以下幾個(gè)特點(diǎn)： 1測(cè)量頻率范圍寬 2儀器的量程寬 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)量的自動(dòng)化1.2 電子測(cè)量的分類電子測(cè)量的分類u根據(jù)測(cè)量方法的不同，電子測(cè)量有不同的分類方法。這里僅介紹常用的分類方法。u1.2.1 按測(cè)量手段分類u1.2.2 按測(cè)量性質(zhì)分類1.2.1按測(cè)量手段分類按測(cè)量手段分類u有直接測(cè)量、間接測(cè)量和組合測(cè)量三種。1直接測(cè)量

3、用測(cè)量?jī)x器直接測(cè)得被測(cè)量的量值的方法稱為直接測(cè)量。 2間接測(cè)量 利用直接測(cè)量的量與被測(cè)的量之間已知的函數(shù)關(guān)系，得到被測(cè)量量值的測(cè)量方法稱為間接測(cè)量。 3組合測(cè)量 將被測(cè)量和另外幾個(gè)量組成聯(lián)立方程，通過直接測(cè)量這幾個(gè)量最后求解聯(lián)立方程，從而得到被測(cè)量的大小。組合測(cè)量是兼用直接測(cè)量與間接測(cè)量的一種測(cè)量方法。盡管被測(cè)量的種類繁多，但它們總是遵循一定規(guī)律。按被測(cè)量的變化規(guī)律分類有時(shí)域測(cè)量、頻域測(cè)量、數(shù)據(jù)域測(cè)量等。1時(shí)域測(cè)量時(shí)域測(cè)量時(shí)域測(cè)量是測(cè)量被測(cè)量隨時(shí)間變化的特性。2頻域測(cè)量頻域測(cè)量頻域測(cè)量是測(cè)量被測(cè)量隨頻率變化的特性。 3. 數(shù)據(jù)域測(cè)量數(shù)據(jù)域測(cè)量數(shù)據(jù)域測(cè)量是對(duì)數(shù)字系統(tǒng)邏輯特性進(jìn)行的測(cè)量。 1.2.

4、2 按測(cè)量性質(zhì)分類按測(cè)量性質(zhì)分類1.3 電子測(cè)量實(shí)驗(yàn)室的常識(shí)電子測(cè)量實(shí)驗(yàn)室的常識(shí)1.3.1 電子測(cè)量實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境條件電子測(cè)量實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境條件1.3.2 電子測(cè)量?jī)x器的組成電子測(cè)量?jī)x器的組成1.3.3 電子測(cè)量?jī)x器的接地電子測(cè)量?jī)x器的接地電子測(cè)量?jī)x器是由各種電子元器件構(gòu)成的。它們電子測(cè)量?jī)x器是由各種電子元器件構(gòu)成的。它們往往不同程度地受到諸如溫度、濕度、大氣壓強(qiáng)、往往不同程度地受到諸如溫度、濕度、大氣壓強(qiáng)、振動(dòng)、電網(wǎng)電壓、電磁場(chǎng)干擾等外界環(huán)境的影響，振動(dòng)、電網(wǎng)電壓、電磁場(chǎng)干擾等外界環(huán)境的影響，因此，在同一環(huán)境條件下，用同一臺(tái)儀器及同樣因此，在同一環(huán)境條件下，用同一臺(tái)儀器及同樣的測(cè)量方法去測(cè)量同一

5、個(gè)物理量，就會(huì)出現(xiàn)不同的測(cè)量方法去測(cè)量同一個(gè)物理量，就會(huì)出現(xiàn)不同的測(cè)量結(jié)果。的測(cè)量結(jié)果。 1.3.1 電子測(cè)量實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境條件電子測(cè)量實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境條件1.3.2 電子測(cè)量?jī)x器的組成電子測(cè)量?jī)x器的組成 1電子測(cè)量?jī)x器的放置 在測(cè)量前應(yīng)安排好各儀器的位置。要注意以下兩點(diǎn)： 在擺放儀器時(shí)，盡量使儀器的指示電表或顯示器與操作者的視線平行，以減少視差；對(duì)那些在測(cè)量中需要頻繁操作的儀器，其位置的安排應(yīng)便于操作者的使用。 在測(cè)量中，當(dāng)需要兩臺(tái)或多臺(tái)儀器重疊放置時(shí)，應(yīng)把重量輕、體積小的儀器放在上層；對(duì)散熱量較大的儀器還要注意它自身散熱及對(duì)相鄰儀器的影響。 2電子測(cè)量?jī)x器之間的連線 電子測(cè)量?jī)x器之間的連線原則上

6、要求盡量短，盡量減少或消除交叉，以免引起信號(hào)的串?dāng)_和寄生振蕩。例如：圖1-1中，圖a、c是正確的連線方法，圖b連接線太長(zhǎng)，圖d連接線有交叉。圖(a)圖(b)圖(c)圖(d)圖1-1 儀器的連線電子測(cè)量?jī)x器的接地有二層含義，即以保障操作者人身安全為目的的安全接地和以保證電子測(cè)量?jī)x器正常工作為目的的技術(shù)接地。1安全接地安全接地即將機(jī)殼和大地連接。這里所說的“地”是指真正的大地。 為了消除隱患，一般可采取以下措施： 在實(shí)驗(yàn)室的地面上鋪設(shè)絕緣膠。 儀器的電源插頭應(yīng)采用“三星”插頭，其中“一星”為接地端（另一端連接在儀器的久殼上）。 電子實(shí)驗(yàn)室的總地線可用大塊金屬板或金屬棒深埋在附近的地下，并撒些食鹽以

7、減少接觸電阻，再用粗導(dǎo)線引入實(shí)驗(yàn)室。通過接地線，泄漏電流就流入大地這個(gè)巨大的導(dǎo)體。 1.3.3 電子測(cè)量?jī)x器的接地電子測(cè)量?jī)x器的接地2技術(shù)接地技術(shù)接地技術(shù)接地是一種防止外界信號(hào)串?dāng)_的方法。這里所說的“地”，并非大地，而是指等電位點(diǎn)，即測(cè)量?jī)x器及被測(cè)電路的基準(zhǔn)電位點(diǎn)。技術(shù)接地一般有一點(diǎn)接地和多點(diǎn)接地兩種方式。 一點(diǎn)接地應(yīng)用：在進(jìn)行電子測(cè)量時(shí)，往往需要同時(shí)使用多臺(tái)電子測(cè)量?jī)x器，測(cè)量過程中一定要注意各電子儀器的“共地”連接，即各臺(tái)儀器、被測(cè)電路的地端，應(yīng)可靠的連接在一起。u1.4.1 測(cè)量誤差的表示方法測(cè)量誤差的表示方法u1.4.2 測(cè)量誤差的來源與分類測(cè)量誤差的來源與分類1.4 測(cè)量誤差的基本概念

8、測(cè)量誤差的基本概念 測(cè)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 定義：設(shè)被測(cè)量的真值為A0，測(cè)量所得到的被測(cè)量值為x，則絕對(duì)誤差為x： x xA0 注意：這里所說的被測(cè)量值是指儀器的示值。 1.4.1 測(cè)量誤差的表示方法測(cè)量誤差的表示方法 例1.1 一個(gè)被測(cè)電壓，其真值V0為100V，用一只電壓表測(cè)量，其指示值VX為101V，則絕對(duì)誤差： V= VXV01011001（V） 在某一時(shí)間及環(huán)境條件下，被測(cè)量的真值是客觀存在的，但無法獲得，因此，在實(shí)際測(cè)量中常以高一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)儀器的示值A(chǔ)來代替真值A(chǔ)0。 A稱為實(shí)際值。即 XXA 這是通常使用的表達(dá)式。 修正值：與絕對(duì)誤差的絕對(duì)值大小相等

9、，但符號(hào)相反的量值，稱為修正值，用C表示，即： CXAX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)際值，即： AXC例例1.2 用電流表測(cè)電流，其示值為4.56mA,已知修正值為0.02mA，則被測(cè)電流為：AXC4.560.024.54(mA)2相對(duì)誤差絕對(duì)誤差雖然可以說明測(cè)得值偏離實(shí)際值的程度，但不能說明測(cè)量的準(zhǔn)確程度。因此，除絕對(duì)誤差外，誤差的另一種表示是相對(duì)誤差。 定義：測(cè)量的絕對(duì)誤差X與被測(cè)量的真值A(chǔ)0之比（用百分?jǐn)?shù)表示），稱為相對(duì)誤差，用0表示，即：0 100%0Ax因?yàn)橐话闱闆r下不容易得到真值，所以可以用絕對(duì)誤差x與被測(cè)量的實(shí)際值A(chǔ)之比來表示相對(duì)誤差

10、，稱為實(shí)際相對(duì)誤差，用A表示，即： A %100Ax 例1.3 兩個(gè)電壓的實(shí)際值分別為V1A100V，V2A10V；測(cè)得值分別為V1X99V，V2X9V。求兩次測(cè)量的絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差。 解：V1 V1X V1A 991001（V） V2 V2X V2A 9101（V） -1% -10%1A%10011VV%10010012A%10022VV%100101 在誤差較小，要求不太嚴(yán)格的場(chǎng)合，也可用測(cè)量值x代替實(shí)際值A(chǔ)，因此而得到的相對(duì)誤差稱為示值相對(duì)誤差，用 表示，即： 絕對(duì)誤差x與儀器滿度值的比值 ，稱為滿度相對(duì)誤差（或引用相對(duì)誤差），用表示 ，即： xx%100 xxmm%100mxxmx

11、因儀器儀表刻度線上各點(diǎn)示值的絕對(duì)誤差并不相等，為了評(píng)價(jià)儀表的準(zhǔn)確度。所以取最大的絕對(duì)誤差。這時(shí)有： 是儀器在工作條件下不應(yīng)超過的最大相對(duì)誤差。這種誤差表示方法較多地用在電工儀表中。按 值電工儀表的準(zhǔn)確度等級(jí)分為0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0七級(jí)。上述等級(jí)值在儀表上通常用S表示。S1，說明儀表的滿度相對(duì)誤差 1%。 m%100mmxxmmm由上述內(nèi)容可知，測(cè)量的絕對(duì)誤差：測(cè)量的相對(duì)誤差：在用這類儀表測(cè)量時(shí)，在一般情況下應(yīng)使被測(cè)量的值盡可能在儀表滿刻度的三分之二以上。 %sxxm00%Asxm 分貝誤差 用對(duì)數(shù)表示的相對(duì)誤差稱為分貝誤差分貝誤差，在電子測(cè)量?jī)x器中，常用分貝來

12、表示相對(duì)誤差。 對(duì)電流、電壓類參量，有： 8.69dB 對(duì)于功率類參量，有： 4.dB dBdB1.4.2 測(cè)量誤差的來源與分類測(cè)量誤差的來源與分類 1誤差來源 由上述知識(shí)可知，一切實(shí)際測(cè)量中都存在一定的誤差，誤差的產(chǎn)生是各種綜合因素作用的結(jié)果。主要來源見下表。表表1-1誤差來源誤差來源誤差名稱來源說明儀器誤差由于儀器本身設(shè)計(jì)上的不完善造成的誤差。如校準(zhǔn)不好，刻度不準(zhǔn)等使用誤差在儀器使用過程中，由于安裝、調(diào)節(jié)、放置或使用不當(dāng)造成的誤差人身誤差由操作者個(gè)人引起的誤差。如讀數(shù)時(shí)習(xí)慣偏大或欠小影響誤差由各種外界環(huán)境，如溫度、電磁場(chǎng)等的影響而產(chǎn)生的誤差方法誤差由于測(cè)量時(shí)所依據(jù)的理論不嚴(yán)密或應(yīng)用不當(dāng)?shù)暮?jiǎn)

13、化及近似公式引起的誤差2. 誤差的分類根據(jù)測(cè)量誤差的性質(zhì)和特點(diǎn)，可分為系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差、隨機(jī)隨機(jī)誤差誤差和過失誤差過失誤差。 系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差 在一定條件下，對(duì)某一物理量進(jìn)行重復(fù)測(cè)量時(shí)，若誤差值保持恒定或按某種確定規(guī)律變化，就稱為系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差。 隨機(jī)誤差隨機(jī)誤差 在一定條件下，對(duì)某一物理量進(jìn)行重復(fù)測(cè)量時(shí)，若誤差發(fā)生不規(guī)則的變化，就稱為隨機(jī)誤差隨機(jī)誤差，或稱偶爾誤差。 過失誤差過失誤差 在一定條件下，測(cè)量值顯著偏離其實(shí)際值的誤差，稱過失誤差過失誤差，或粗大誤差。1.5 誤差的合成誤差的合成 已知被測(cè)量與各參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系及各測(cè)量值的誤差，求函數(shù)的總誤差，這就是誤差的合成誤差的合成。u 1.

14、5.1 和、差函數(shù)的合成誤差 u 1.5.2 積函數(shù)的合成誤差u 1.5.3 商函數(shù)的合成誤差u 1.5.4 和、差、積、商函數(shù)的合成誤差 1.5.1 和、差函數(shù)的合成誤差和、差函數(shù)的合成誤差 設(shè) ，A與B的絕對(duì)誤差分別為A與B，則y的絕對(duì)誤差為和函數(shù)的相對(duì)誤差為差函數(shù)的相對(duì)誤差為BAy)(BAy)(BAyBABBAA)(BAyBABBAA 例例1.4 有2個(gè)電阻（R1和R2）串聯(lián)， ，其相對(duì)誤差均等于5%，求：串聯(lián)后的總誤差。 解： 串聯(lián)后的總電阻 所以 若 時(shí) 實(shí)際計(jì)算結(jié)果 51R102R21RRR)(22121211RRRRRRRRR21RR2112121RRRRRRRR%5%)5105

15、10%51055(R1.5.2 積函數(shù)的合成誤差積函數(shù)的合成誤差設(shè) ，A與B的絕對(duì)誤差分別為A與B，則y的絕對(duì)誤差為y的相對(duì)誤差為此式說明，用兩個(gè)直接測(cè)量值的積來求第三個(gè)量值時(shí)，其總的相對(duì)誤差等于各分項(xiàng)誤差相加。當(dāng)A和B分別都有號(hào)時(shí)BAyBAAByBAy)(BAy 例例1.5 已知電阻上的電壓、電流的相對(duì)誤差分別為 ， ，問：電阻消耗功率P的相對(duì)誤差是多少？ 解： 因?yàn)殡娮柘墓β蕿?所以 電阻消耗功率的相對(duì)誤差為 %3V%2IUIP %5%)2%3()(IUP1.5.3 商函數(shù)的合成誤差商函數(shù)的合成誤差 設(shè) ，A與B的絕對(duì)誤差分別為A與B，則 y的絕對(duì)誤差為 y的相對(duì)誤差為 此式說明，用兩具

16、直接測(cè)量值的商來求第三個(gè)量值時(shí)，其總的相對(duì)誤差等于兩個(gè)分項(xiàng)誤差相減。但是當(dāng)分項(xiàng)相對(duì)誤差的符號(hào)不能確定時(shí)，取其最大誤差BAy BBAABy)(12BAy)(BAy例例1.6 已知電阻及其兩端的壓降相對(duì)誤差分別為 3%、5%，求流過該電阻電流的相對(duì)誤差？解：因?yàn)榱鬟^電阻電流為RUI 所以 電流的相對(duì)誤差為%8%)5%3(I1.5.4 和、差、積、商函數(shù)的合成誤差和、差、積、商函數(shù)的合成誤差 設(shè)BAABy，A與B的絕對(duì)誤差分別為A與B，則 y的絕對(duì)誤差為BBAAABABy22)()(y的相對(duì)誤差為BAyBAABAB1.6 測(cè)量結(jié)果的處理測(cè)量結(jié)果的處理 測(cè)量結(jié)果的處理是電子測(cè)量的重要組成部分,其處理方

17、式通常有數(shù)據(jù)處理和圖解分析兩種形式。u 1.6.1 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理u 1.6.2 圖解分析法圖解分析法 1.6.1 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理1有效數(shù)字所謂有效數(shù)字有效數(shù)字是指從左邊第一個(gè)非零數(shù)字開始，直至右邊最后一個(gè)數(shù)字為止的所有的數(shù)字。2數(shù)字的舍入規(guī)則如果給出的數(shù)字位數(shù)超過保留位數(shù)的有效數(shù)字，應(yīng)予刪略。刪略多余的有效數(shù)字應(yīng)按“四舍五入”的原則進(jìn)行。即遇到大于5的數(shù)，則前一位加1，遇到小于5的數(shù)，舍去；遇到等于5的數(shù)，有兩種處理方法：若5前面的數(shù)字為偶數(shù)或零則舍掉；若5前面的數(shù)字為奇數(shù)則前一位加1。 例例1.7 將下列數(shù)字保留三位有效數(shù)字。2454，56251，48065，47.15, 18450，45150 解：將原數(shù)字列于箭頭左面，要求的結(jié)果列于右面： 2454