現(xiàn)代電子測(cè)量和實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用

現(xiàn)代電子測(cè)量和實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用本節(jié)課主要內(nèi)容

電子測(cè)量特點(diǎn)、分類、內(nèi)容2.3測(cè)量方法分類2.4測(cè)量系統(tǒng)的靜態(tài)特性現(xiàn)代電子測(cè)量和實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用測(cè)量系統(tǒng)的靜態(tài)特性1、靜態(tài)特性、動(dòng)態(tài)特性定義2、靜態(tài)特性性能指標(biāo)（1）靜態(tài)特性表征及獲?。?）靜態(tài)特性基本參數(shù)：零點(diǎn)、靈敏度、分辨力（3）靜態(tài)特性質(zhì)量指標(biāo)：遲滯、重復(fù)性、線性度

穩(wěn)定性、可靠性3、電子測(cè)量?jī)x器技術(shù)條件和誤差表示現(xiàn)代電子測(cè)量和實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用電子測(cè)量的基本概念一、電子測(cè)量的特點(diǎn)測(cè)量頻率范圍寬量程范圍寬測(cè)量準(zhǔn)確度高測(cè)量速度快易于實(shí)現(xiàn)遙測(cè)易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和智能化現(xiàn)代電子測(cè)量和實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用電子測(cè)量的基本概念二、電子測(cè)量的內(nèi)容1、廣義：電量與非電量2、狹義（1）按被測(cè)量的物理特性來分類電能量d、I電參數(shù)RLC電信號(hào)特性F、T、相位電子設(shè)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(cè)量和實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用電子測(cè)量的基本概念二、電子測(cè)量的內(nèi)容2、狹義（2）從基本的測(cè)量對(duì)象來分類未知系統(tǒng)已知系統(tǒng)現(xiàn)代電子測(cè)量和實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用2.3測(cè)量方法的分類概述一、直接測(cè)量與間接測(cè)量1、有源量二、有源測(cè)量與無源測(cè)量有源量是指一個(gè)能夠攜帶和傳送功率的物理量被測(cè)量：電壓與功率、頻率與波長、周期與時(shí)間、波形與頻譜等電測(cè)儀表：電壓表、電流表、功率計(jì)、頻率計(jì)、示波器、頻譜儀、邏輯分析儀等儀器中不含激勵(lì)信號(hào)源現(xiàn)代電子測(cè)量和實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用2、無源量二、有源測(cè)量與無源測(cè)量無源量是被動(dòng)的，它不能主動(dòng)提供出能量，無法去直接驅(qū)動(dòng)傳感器和測(cè)量?jī)x器，被測(cè)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(cè)對(duì)象受到適當(dāng)激勵(lì)時(shí)，它才在被動(dòng)產(chǎn)生的響應(yīng)中顯露其固有的特性，通過測(cè)量其響應(yīng)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(dǎo)納、介電常數(shù)、導(dǎo)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(yīng)或單位沖激（脈沖）響應(yīng)與傳遞函數(shù)等。電測(cè)儀表：RLC測(cè)試儀、阻抗分析儀、網(wǎng)絡(luò)分析儀、頻率特性測(cè)試儀（掃頻儀）、晶體管特性圖示儀等儀器中均包含有激勵(lì)信號(hào)源?，F(xiàn)代電子測(cè)量和實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用三、集中式與分布式的多路測(cè)量1、集中式2、分布式現(xiàn)代電子測(cè)量和實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用四、頻域、時(shí)域、數(shù)域及隨機(jī)域測(cè)量1、靜態(tài)五、靜態(tài)、穩(wěn)態(tài)及動(dòng)態(tài)測(cè)量所謂靜態(tài)量是指那些不隨時(shí)間變化的（靜止的）物理量，對(duì)這類物理量的測(cè)量稱之為靜態(tài)測(cè)量2、動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)量是指隨時(shí)間不斷變化的物理量，對(duì)它們的測(cè)量相應(yīng)地稱之為動(dòng)態(tài)測(cè)量現(xiàn)代電子測(cè)量和實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用2.4測(cè)量系統(tǒng)的靜態(tài)特性一、測(cè)量系統(tǒng)的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性概述1、靜態(tài)特性被測(cè)量是靜止不變或變化極緩慢的情況，此時(shí)工作在靜止?fàn)顟B(tài)下的測(cè)量系統(tǒng)，其輸入與輸出量間的函數(shù)關(guān)系2、動(dòng)態(tài)特性被測(cè)量是不斷變化的情況，此時(shí)工作在動(dòng)態(tài)下的測(cè)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(cè)量值的大小及測(cè)量系統(tǒng)的靜態(tài)性能，與時(shí)間無關(guān)，不是時(shí)間的函數(shù)4、動(dòng)態(tài)誤差動(dòng)態(tài)測(cè)量的狀態(tài)下，被測(cè)量的測(cè)得值與實(shí)際值（真值）之差現(xiàn)代電子測(cè)量和實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用二、測(cè)量系統(tǒng)的靜態(tài)特性指標(biāo)1、靜態(tài)特性的表征和獲?。?）數(shù)學(xué)模型現(xiàn)代電子測(cè)量和實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用二、測(cè)量系統(tǒng)的靜態(tài)特性指標(biāo)1、靜態(tài)特性的表征和獲?。?）靜態(tài)標(biāo)定1）靜態(tài)標(biāo)定條件環(huán)境的要求是：①無加速度、無振動(dòng)、無沖擊；②溫度在15～25℃；③濕度不大于85％RH④大氣壓力為0.1MPa?，F(xiàn)代電子測(cè)量和實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用1）靜態(tài)標(biāo)定條件①被標(biāo)定的測(cè)試系統(tǒng)的隨機(jī)誤差標(biāo)定設(shè)備的隨機(jī)誤差

②被標(biāo)定的測(cè)試系統(tǒng)的系統(tǒng)誤差標(biāo)定設(shè)備的系統(tǒng)誤差

現(xiàn)代電子測(cè)量和實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用2）測(cè)試系統(tǒng)的靜態(tài)特性

a、在標(biāo)定的范圍內(nèi)（即被測(cè)量的輸入范圍），選擇n個(gè)測(cè)試點(diǎn)

，

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

個(gè)測(cè)點(diǎn)為12……j……mX1Yd11Yd12……Yd12……Yd1mX2Yd21Yd22……Yd2j……Yd2m…………XiYdi1Ydi2……Ydij……Ydim…………XnYdn1Ydn2……Ydnj……Ydnm循環(huán)次數(shù)j測(cè)量點(diǎn)i現(xiàn)代電子測(cè)量和實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用12……j……mX1Yd11Yd12……Yd12……Yd1mX2Yd21Yd22……Yd2j……Yd2m…………XiYdi1Ydi2……Ydij……Ydim…………XnYdn1Ydn2……Ydnj……Ydnm循環(huán)次數(shù)j測(cè)量點(diǎn)ic、反行程的第j個(gè)循環(huán)，第i

個(gè)測(cè)點(diǎn)為d、第i

個(gè)測(cè)試點(diǎn)，所對(duì)應(yīng)的平均輸出為：現(xiàn)代電子測(cè)量和實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用X1X2……Xi……n…………測(cè)量點(diǎn)ie、測(cè)試系統(tǒng)n個(gè)測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的輸入輸出關(guān)系

，這就是測(cè)試系統(tǒng)的靜態(tài)特性用圖表示為：現(xiàn)代電子測(cè)量和實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用二、測(cè)量系統(tǒng)的靜態(tài)特性指標(biāo)2、靜態(tài)特性的基本參數(shù)（1）測(cè)量范圍、量程1）測(cè)量范圍:測(cè)量系統(tǒng)所能測(cè)量到的最小被測(cè)量（輸入量）

與最大被測(cè)量（輸入量）

之間的范圍2）量程:測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量范圍的上限值

與下限值

之差的模（2）零位（零點(diǎn)）當(dāng)輸入量為零時(shí)

，測(cè)量系統(tǒng)的輸出量不為零的數(shù)值現(xiàn)代電子測(cè)量和實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用（3）靈敏度現(xiàn)代電子測(cè)量和實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用（4）分辨力與分辨率表征測(cè)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(cè)量和實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用（5）漂移1）時(shí)漂當(dāng)測(cè)試系統(tǒng)的輸入和環(huán)境溫度不變時(shí)，輸出量隨時(shí)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(biāo)（1）遲滯：由于測(cè)試系統(tǒng)的機(jī)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(cè)試系統(tǒng)同一個(gè)輸入量的正、反行程的輸出不一致現(xiàn)代電子測(cè)量和實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用遲滯誤差：現(xiàn)代電子測(cè)量和實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用（2）重復(fù)性同一個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)試系統(tǒng)按同一方向作全量程的多次重復(fù)測(cè)量時(shí)，每一次的輸出值都不一樣，其大小是隨機(jī)的現(xiàn)代電子測(cè)量和實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用1）極差法級(jí)差系數(shù)表m23456789101112dm1．411．912．242．482．672．832．963．083．183．263．33（2）重復(fù)性現(xiàn)代電子測(cè)量和實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用2）貝塞兒（Bessel）公式重復(fù)性：S的求法一：S的求法二：（2）重復(fù)性現(xiàn)代電子測(cè)量和實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用（3）線性度測(cè)量系統(tǒng)實(shí)際的靜態(tài)特性的校準(zhǔn)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(cè)量和實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用1）絕對(duì)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(shí)際標(biāo)定過程和標(biāo)定結(jié)果無關(guān)。通常這條參考直線過坐標(biāo)原點(diǎn)（0，0）和所期望的滿量程輸出點(diǎn)，如下圖所示。（3）線性度現(xiàn)代電子測(cè)量和實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)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(cè)量和實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用b、平移端基參考直線為：將端基直線平移，以使最大正、負(fù)偏差絕對(duì)值相等。如下圖所示：現(xiàn)代電子測(cè)量和實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用3）最小二乘法線性度

基于所得到的n個(gè)標(biāo)定點(diǎn)，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(cè)量和實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用（4）準(zhǔn)確度俗稱精度，其定量描述有下述幾種方式：1）用準(zhǔn)確度等級(jí)指數(shù)來表征：準(zhǔn)確度等級(jí)指數(shù)a的百分?jǐn)?shù)a%所表示的相對(duì)值是代表允許誤差的大小3）簡(jiǎn)化表示：A由線性度

、遲滯

和重復(fù)性

之和得出

或

2）用不確定度（或誤差）來表征現(xiàn)代電子測(cè)量和實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用（5）可靠性可靠性有下述幾種方式：1）平均無故障時(shí)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(shí)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(shí)間MTBF的倒數(shù)現(xiàn)代電子測(cè)量和實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)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(shí)間內(nèi)系統(tǒng)或儀器性能保持不變的能力。希望前級(jí)輸出信號(hào)無損失地向后級(jí)傳送，信號(hào)源的內(nèi)阻應(yīng)為零，后級(jí)輸入電阻理想值為

。這樣，前后環(huán)節(jié)則為相互獨(dú)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(shè)置阻抗變換器。

2）影響系數(shù)

環(huán)境溫度、大氣壓、振動(dòng)等外部狀態(tài)變化給予測(cè)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(cè)量和實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用三、電子測(cè)量?jī)x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(yùn)輸、貯存條件的技術(shù)文件基準(zhǔn)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(cè)量和實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用3.測(cè)量?jī)x器的誤差表示方法（1）以量程（滿度值）的百分?jǐn)?shù)

（即滿度誤差，引用誤差）的形式，給出儀器的準(zhǔn)確度等級(jí)（或稱精度等級(jí)）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(shí)儀器誤差為：現(xiàn)代電子測(cè)量和實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用4．實(shí)例分析[例]某型號(hào)視頻毫伏表的技術(shù)指標(biāo)如下：1）測(cè)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(cè)量誤差見下表。試求在工作條件下，用此毫伏表分別去測(cè)2KHz、20V和2KHz、80V的交流電壓時(shí)，儀器的測(cè)量誤差？頻率范圍固有誤差工作誤差1KHz基準(zhǔn)點(diǎn)±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