現(xiàn)代電子測量和實驗技術(shù)應用

現(xiàn)代電子測量和實驗技術(shù)應用本節(jié)課主要內(nèi)容

電子測量特點、分類、內(nèi)容2.3測量方法分類2.4測量系統(tǒng)的靜態(tài)特性現(xiàn)代電子測量和實驗技術(shù)應用測量系統(tǒng)的靜態(tài)特性1、靜態(tài)特性、動態(tài)特性定義2、靜態(tài)特性性能指標（1）靜態(tài)特性表征及獲?。?）靜態(tài)特性基本參數(shù)：零點、靈敏度、分辨力（3）靜態(tài)特性質(zhì)量指標：遲滯、重復性、線性度

穩(wěn)定性、可靠性3、電子測量儀器技術(shù)條件和誤差表示現(xiàn)代電子測量和實驗技術(shù)應用電子測量的基本概念一、電子測量的特點測量頻率范圍寬量程范圍寬測量準確度高測量速度快易于實現(xiàn)遙測易于實現(xiàn)自動化和智能化現(xiàn)代電子測量和實驗技術(shù)應用電子測量的基本概念二、電子測量的內(nèi)容1、廣義：電量與非電量2、狹義（1）按被測量的物理特性來分類電能量d、I電參數(shù)RLC電信號特性F、T、相位電子設備性能：放大、衰減特性曲線：幅頻特性曲線、晶體管特性曲線現(xiàn)代電子測量和實驗技術(shù)應用電子測量的基本概念二、電子測量的內(nèi)容2、狹義（2）從基本的測量對象來分類未知系統(tǒng)已知系統(tǒng)現(xiàn)代電子測量和實驗技術(shù)應用2.3測量方法的分類概述一、直接測量與間接測量1、有源量二、有源測量與無源測量有源量是指一個能夠攜帶和傳送功率的物理量被測量：電壓與功率、頻率與波長、周期與時間、波形與頻譜等電測儀表：電壓表、電流表、功率計、頻率計、示波器、頻譜儀、邏輯分析儀等儀器中不含激勵信號源現(xiàn)代電子測量和實驗技術(shù)應用2、無源量二、有源測量與無源測量無源量是被動的，它不能主動提供出能量，無法去直接驅(qū)動傳感器和測量儀器，被測量的有關(guān)信息隱含在事物本身的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，只有在被測對象受到適當激勵時，它才在被動產(chǎn)生的響應中顯露其固有的特性，通過測量其響應來獲取到相關(guān)的信息。無源量：電阻、電感、電容、品質(zhì)因數(shù)、阻抗、導納、介電常數(shù)、導磁率、駐波比、反射系數(shù)、散射系數(shù)、衰減以及單位階躍響應或單位沖激（脈沖）響應與傳遞函數(shù)等。電測儀表：RLC測試儀、阻抗分析儀、網(wǎng)絡分析儀、頻率特性測試儀（掃頻儀）、晶體管特性圖示儀等儀器中均包含有激勵信號源。現(xiàn)代電子測量和實驗技術(shù)應用三、集中式與分布式的多路測量1、集中式2、分布式現(xiàn)代電子測量和實驗技術(shù)應用四、頻域、時域、數(shù)域及隨機域測量1、靜態(tài)五、靜態(tài)、穩(wěn)態(tài)及動態(tài)測量所謂靜態(tài)量是指那些不隨時間變化的（靜止的）物理量，對這類物理量的測量稱之為靜態(tài)測量2、動態(tài)動態(tài)量是指隨時間不斷變化的物理量，對它們的測量相應地稱之為動態(tài)測量現(xiàn)代電子測量和實驗技術(shù)應用2.4測量系統(tǒng)的靜態(tài)特性一、測量系統(tǒng)的靜態(tài)特性和動態(tài)特性概述1、靜態(tài)特性被測量是靜止不變或變化極緩慢的情況，此時工作在靜止狀態(tài)下的測量系統(tǒng)，其輸入與輸出量間的函數(shù)關(guān)系2、動態(tài)特性被測量是不斷變化的情況，此時工作在動態(tài)下的測量系統(tǒng)，其輸入與輸出量間的函數(shù)關(guān)系3、靜態(tài)誤差誤差一般僅取決于測量值的大小及測量系統(tǒng)的靜態(tài)性能，與時間無關(guān)，不是時間的函數(shù)4、動態(tài)誤差動態(tài)測量的狀態(tài)下，被測量的測得值與實際值（真值）之差現(xiàn)代電子測量和實驗技術(shù)應用二、測量系統(tǒng)的靜態(tài)特性指標1、靜態(tài)特性的表征和獲取（1）數(shù)學模型現(xiàn)代電子測量和實驗技術(shù)應用二、測量系統(tǒng)的靜態(tài)特性指標1、靜態(tài)特性的表征和獲?。?）靜態(tài)標定1）靜態(tài)標定條件環(huán)境的要求是：①無加速度、無振動、無沖擊；②溫度在15～25℃；③濕度不大于85％RH④大氣壓力為0.1MPa。現(xiàn)代電子測量和實驗技術(shù)應用1）靜態(tài)標定條件①被標定的測試系統(tǒng)的隨機誤差標定設備的隨機誤差

②被標定的測試系統(tǒng)的系統(tǒng)誤差標定設備的系統(tǒng)誤差

現(xiàn)代電子測量和實驗技術(shù)應用2）測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性

a、在標定的范圍內(nèi)（即被測量的輸入范圍），選擇n個測試點

，

i＝1，2，…，n；共進行m個循環(huán)，j＝1，2，…，n，為循環(huán)數(shù)b、正行程的第j個循環(huán)，第i

個測點為12……j……mX1Yd11Yd12……Yd12……Yd1mX2Yd21Yd22……Yd2j……Yd2m…………XiYdi1Ydi2……Ydij……Ydim…………XnYdn1Ydn2……Ydnj……Ydnm循環(huán)次數(shù)j測量點i現(xiàn)代電子測量和實驗技術(shù)應用12……j……mX1Yd11Yd12……Yd12……Yd1mX2Yd21Yd22……Yd2j……Yd2m…………XiYdi1Ydi2……Ydij……Ydim…………XnYdn1Ydn2……Ydnj……Ydnm循環(huán)次數(shù)j測量點ic、反行程的第j個循環(huán)，第i

個測點為d、第i

個測試點，所對應的平均輸出為：現(xiàn)代電子測量和實驗技術(shù)應用X1X2……Xi……n…………測量點ie、測試系統(tǒng)n個測點對應的輸入輸出關(guān)系

，這就是測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性用圖表示為：現(xiàn)代電子測量和實驗技術(shù)應用二、測量系統(tǒng)的靜態(tài)特性指標2、靜態(tài)特性的基本參數(shù)（1）測量范圍、量程1）測量范圍:測量系統(tǒng)所能測量到的最小被測量（輸入量）

與最大被測量（輸入量）

之間的范圍2）量程:測量系統(tǒng)測量范圍的上限值

與下限值

之差的模（2）零位（零點）當輸入量為零時

，測量系統(tǒng)的輸出量不為零的數(shù)值現(xiàn)代電子測量和實驗技術(shù)應用（3）靈敏度現(xiàn)代電子測量和實驗技術(shù)應用（4）分辨力與分辨率表征測量系統(tǒng)有效辨別輸入量最小變化量的能力分辨率為：現(xiàn)代電子測量和實驗技術(shù)應用（5）漂移1）時漂當測試系統(tǒng)的輸入和環(huán)境溫度不變時，輸出量隨時間變化的現(xiàn)象就是漂移2）溫漂：由外界環(huán)境溫度變化引起的輸出量變化的現(xiàn)象3．靜態(tài)特性的質(zhì)量指標（1）遲滯：由于測試系統(tǒng)的機械部分的摩擦和間隙、敏感結(jié)構(gòu)材料等的缺陷、磁性材料的磁滯等，測試系統(tǒng)同一個輸入量的正、反行程的輸出不一致現(xiàn)代電子測量和實驗技術(shù)應用遲滯誤差：現(xiàn)代電子測量和實驗技術(shù)應用（2）重復性同一個測點，測試系統(tǒng)按同一方向作全量程的多次重復測量時，每一次的輸出值都不一樣，其大小是隨機的現(xiàn)代電子測量和實驗技術(shù)應用1）極差法級差系數(shù)表m23456789101112dm1．411．912．242．482．672．832．963．083．183．263．33（2）重復性現(xiàn)代電子測量和實驗技術(shù)應用2）貝塞兒（Bessel）公式重復性：S的求法一：S的求法二：（2）重復性現(xiàn)代電子測量和實驗技術(shù)應用（3）線性度測量系統(tǒng)實際的靜態(tài)特性的校準特性與某一參考直線不吻合程度的最大值,用引用誤差形式表示：現(xiàn)代電子測量和實驗技術(shù)應用1）絕對線性度又稱理論線性度，其參考直線是事先規(guī)定好的，與實際標定過程和標定結(jié)果無關(guān)。通常這條參考直線過坐標原點（0，0）和所期望的滿量程輸出點，如下圖所示。（3）線性度現(xiàn)代電子測量和實驗技術(shù)應用2）端基線性度a、端基參考直線為：（3）線性度現(xiàn)代電子測量和實驗技術(shù)應用b、平移端基參考直線為：將端基直線平移，以使最大正、負偏差絕對值相等。如下圖所示：現(xiàn)代電子測量和實驗技術(shù)應用3）最小二乘法線性度

基于所得到的n個標定點，利用偏差平方和最小來確定“最小二乘直線”。利用可以求得a，b（3）線性度現(xiàn)代電子測量和實驗技術(shù)應用（4）準確度俗稱精度，其定量描述有下述幾種方式：1）用準確度等級指數(shù)來表征：準確度等級指數(shù)a的百分數(shù)a%所表示的相對值是代表允許誤差的大小3）簡化表示：A由線性度

、遲滯

和重復性

之和得出

或

2）用不確定度（或誤差）來表征現(xiàn)代電子測量和實驗技術(shù)應用（5）可靠性可靠性有下述幾種方式：1）平均無故障時間MTBF（MeanTimeBetweenFailure）3）可信任概率P：表征由于元件參數(shù)的漸變而使儀表誤差在給定時間內(nèi)仍然保持在技術(shù)條件規(guī)定限度以內(nèi)的概率。

2）故障率或失效率：它是平均無故障時間MTBF的倒數(shù)現(xiàn)代電子測量和實驗技術(shù)應用（6）穩(wěn)定性和影響系數(shù)1）穩(wěn)定性

穩(wěn)定性是指在規(guī)定工作條件范圍之內(nèi)，在規(guī)定時間內(nèi)系統(tǒng)或儀器性能保持不變的能力。希望前級輸出信號無損失地向后級傳送，信號源的內(nèi)阻應為零，后級輸入電阻理想值為

。這樣，前后環(huán)節(jié)則為相互獨立的環(huán)節(jié)。為了消除各環(huán)節(jié)的影響，在各環(huán)節(jié)之間設置阻抗變換器。

2）影響系數(shù)

環(huán)境溫度、大氣壓、振動等外部狀態(tài)變化給予測量系統(tǒng)或儀器示值的影響，以及電源電壓、頻率等工作條件變化給予指示值的影響，統(tǒng)稱環(huán)境影響，用影響系數(shù)表示。（7)輸入電阻與輸出電阻現(xiàn)代電子測量和實驗技術(shù)應用三、電子測量儀器的技術(shù)條件及誤差的表示方法1．技術(shù)條件2．工作特性及儀器誤差定義；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(shù)文件基準條件額定工作條件極限工作條件工作誤差固有誤差影響誤差穩(wěn)定誤差現(xiàn)代電子測量和實驗技術(shù)應用3.測量儀器的誤差表示方法（1）以量程（滿度值）的百分數(shù)

（即滿度誤差，引用誤差）的形式，給出儀器的準確度等級（或稱精度等級）s。（2）以讀數(shù)誤差和滿度誤差的形式，給出儀器容許誤差或基本誤差，此時儀器誤差為：現(xiàn)代電子測量和實驗技術(shù)應用4．實例分析[例]某型號視頻毫伏表的技術(shù)指標如下：1）測量電壓范圍100

V~1V，分7檔,即劃分為100

V/1mV，/10mV，/100mV，1V/10V/100V，其中10V、100V兩檔需加100:1的分壓器。2）頻率范圍：20Hz~10MHz。3）測量誤差見下表。試求在工作條件下，用此毫伏表分別去測2KHz、20V和2KHz、80V的交流電壓時，儀器的測量誤差？頻率范圍固有誤差工作誤差1KHz基準點±3%（滿度值）

20~1000Hz≤±7%（滿度值）≤±10%（滿度值）1~10KHz≤±4%（滿度值）≤±8%（滿度值）10KHz~10MHz≤±7%（滿度值）≤12%（滿度值）1