电子测量总复习

1、电子测量总复习1、绪论 测量的基本概念测量的基本概念，即测量是测量主体通过比较的方法，对被测对象取得定量信息（即量值）的实验过程，是人类获取信息的基本手段，是认识客观世界的主要工具。测量具有很重要的意义，“没有测量，就没有科学”，也没有现代文明。 电子测量电子测量是指利用电子科学技术手段进行的测量，它是测量学和电子学相结合的结晶，它处于信息源头的地位，是电子信息科学技术十分重要且发展迅速的一个分支。 电子测量的内容电子测量的内容（1）能量的测量对电流、电压、功率、电场强度等参量（2）电路参数的测量对电阻、电感、电容、阻抗、品质因数、损耗率等参量（3）信号特性的测量对频率、周期、时间、相位、调制

2、系数、失真度等参量（4）电子设备性能的测量对通频带、选择性、放大倍数、衰减量、灵敏度、信噪比等参量（5）特性曲线的测量对幅频特性、相频特性、器件特性等特性曲线 电子测量的特点（1）频率范围宽（2）量程广（3）精确度高（4）测量速度快（5）便于实现遥测遥控（6）易于实现测量过程自动化 电子测量的方法 直接测量直接测量 间接测量间接测量 组合测量组合测量 偏差式测量法（直读法）偏差式测量法（直读法） 零位式测量法（比较测量法）零位式测量法（比较测量法） 微差式测量法微差式测量法 时域测量时域测量 频域测量频域测量 数据域测量数据域测量 随机测量随机测量 按测量性质分：按测量性质分：按测量手段分：按

3、测量手段分：按测量方式分：按测量方式分：按物理量时间性质分：按物理量时间性质分：静态（直流）测量静态（直流）测量稳态（交流）测量稳态（交流）测量动态（脉冲）测量动态（脉冲）测量 测量方法的选择原则测量方法的选择原则正确可靠的测量结果正确可靠的测量结果= 正确选择测量方法和测量仪器正确选择测量方法和测量仪器+正确操作正确操作+正确处理测量数据正确处理测量数据正确选择测量方法考虑的主要因素：正确选择测量方法考虑的主要因素： 被测量本身的特性被测量本身的特性 所要求的测量准确度所要求的测量准确度 测量环境测量环境 现有测量设备等现有测量设备等否则，即便使用价值昂贵的精密仪器设备，也不一定能够得到准确

4、的结果，否则，即便使用价值昂贵的精密仪器设备，也不一定能够得到准确的结果，甚至可能损坏测量仪器和被测设备。甚至可能损坏测量仪器和被测设备。 电子测量仪器：电子测量仪器：利用利用电子技术电子技术对各种待测量进行测量的设备，对各种待测量进行测量的设备，统称为电子测量仪器。统称为电子测量仪器。 电子测量仪器的功能电子测量仪器的功能（三大功能（三大功能) 电子测量仪器的分类电子测量仪器的分类 电子测量仪器的误差：固有误差 、基本误差、工作误差、影响误差、稳定误差1 计量计量是为了保证量值的统一和准确一致的一种测量，即是一种特殊的测量。它具有统一性、准确性和法制性的三个主要特征；测量基准具有权威性和相对

5、性；测量标准的传递是从上到下，逐级传递。 国际单位制（国际单位制（SISI） 计量器具按作用可分为计量基准、计量标准和工作计量器具三类 量值的传递与跟踪、检定与比对量值的传递与跟踪、检定与比对1 （5）介绍了测量的量值比较原理测量的量值比较原理，包括基于比例变换的间接比较法、基于差值示零的直接比较法和复合比较法。 （6）讨论了实现测量的基本技术实现测量的基本技术，即变换、比较、处理和显示技术。第2章 误差与不确定度 测量误差 : 测量误差的来源：仪器误差、方法误差、理论误差 、影响误差、人身误差 误差的表示方法：绝对误差（修正值）、相对误差（真值相对误差、实际值相对误差、测量值（示值）相对误差

6、 ；满度误差） 根据测量误差的性质，测量误差可分为随机误差、系统误差、粗大误差三类测量精度：精密度：随机误差影响、正确度：系统误差影响、准确度：精密度和正确度的综合Axx归纳归纳：有限次测值的算术平均值和标准差有限次测值的算术平均值和标准差计算步骤：计算步骤：(1)(1)列出测量值的数据表列出测量值的数据表 (2)(2)计算算术平均值计算算术平均值 1211nniix xxxxnn 221111( )()11nniiiis xxxnn(3)(3)残差残差 (4)(4)标准差的估计值标准差的估计值（实验标准差）（实验标准差） ( )( )s xs xn(5)(5)算术平均值标准差的估计值算术平均

7、值标准差的估计值 ()iivxx随机误差性质：服从正态分布，具有以下4个特性：对称性、单峰性、有界性、抵偿性 粗大误差无规律可循，故必须当作坏值予以剔除。 具体检验方法常见的有三种：莱特检验法（n200）、格拉布斯检验法（理论与实验证明较好）、中位数检验法系统误差表现出恒偏大、恒偏小或周期性的特点（有规律性）。增加测量次数不能减少系统误差,只能从方法、理论、仪器等方面的改进与修正来实现。恒定系统误差的检查和处理1)改变测量条件 2)理论分析计算3)用高档仪器比对、校准 4)统计法 变值系差的判定 ：1)剩余误差观察法2）累进性系差的判别马利科夫判据3)周期性系差的判别阿贝赫梅特判据 削弱系统误

8、差的典型技术：零示法、替代法（置换法）、交换法（对照法）、微差法 绝对误差的传递公式 相对误差传递公式 等准确度分配 等作用分配 抓住主要误差项进行分配 最佳测量方案的选择 ：函数形式的选择 、测量点的选择 jmjjxxfy1jmjjyxxf1ln 测量不确定度：表征合理地赋予被测量之表征合理地赋予被测量之值的分散性，与测量结果相联系的参数。值的分散性，与测量结果相联系的参数。 Y= y U（单位） 不不确确定定度度 标准不确定度标准不确定度 扩展扩展( (展伸展伸) )不确定度（扩大不确定度（扩大u uC C的置信区间，提高置信概率）的置信区间，提高置信概率） A A类标准不确定度类标准不确

9、定度u uA A（由多次测值求标准差获得由多次测值求标准差获得） B B类标准不确定度类标准不确定度u uB B（查已有信息求得）（查已有信息求得） 合成标准不确定度合成标准不确定度u uC C（A A、B B类的合成类的合成；多个不确定度合成；多个不确定度合成 ） 数字的舍入（修约）规则 测量数据的三种表示：列表法、图示法和公式法。第3章信号发生器 测量用信号发生器，通常称为信号源。信号发生器的功用：作激励源 、信号仿真 、校准源 信号发生器的分类 正弦信号发生器的性能指标 ：输出特性、频率特性、调制特性 低频信号发生器 ：组成原理框图、主振荡器大多都采用文氏桥式振荡器、其特点是频率稳定，易

10、于调节，并且波形失真小和易于稳幅。输出电压的调节和测读 高频信号发生器：组成原理 、主振级通常是LC三点式振荡电路 脉冲信号发生器、函数信号发生器 ：组成原理频率合成频率合成的方法的方法 直接数字频率合成法（直接数字频率合成法（DDS DDS ） 间接锁相式合成法间接锁相式合成法（ Direct Analog Frequency SynthesisDirect Analog Frequency Synthesis）（ Direct Digital Frequency Synthesis Direct Digital Frequency Synthesis ） 直接模拟频率合成法（直接模拟频率合

11、成法（DAFS DAFS ）信号源信号源 主振级主振级 频率准确度频率准确度 频率稳定度频率稳定度 通用信号源通用信号源 RCRC、LCLC振荡器振荡器 1010-2-2量级量级 1010-3-31010-4 -4 合成信号源合成信号源 晶体振荡器晶体振荡器 1010-8-8量级量级 1010-7-7量级量级 直接模拟频率合成法：频率分辨力高 、频率切换快 、电路庞大、复杂 直接数字合成 间接合成法即锁相合成法，它是利用锁相环（PLL）的频率合成方法。 PD两输入频率相等 基本锁相环路是由相位比较器（PD），压控振荡器（VCO）和环路滤波器（LPF）组成的闭合环路。 322coutfkf输出频

12、率高，结构简单，易于集成计算机控制，频谱纯度好。频率切换速度慢100GHz(微波)ms 级间接锁相频率切换速度快，频率分辨率高、频率相位易于程控，可得任意波形处理器A/D转换器速度限制，使频率上限相对较低，杂散较大300MHzs级直接数字工作可靠，频率切换速度快，相位噪声低，硬件电路复杂100MHzs 级直接模拟主要特点最高工作频率速 度合成方法第4章 时频测量 时间和频率的标准 电子计数法测频:原理框图 误差 电子计数法测量周期的原理框图 误差 中界频率)1(ccxxxffTfffTNfxccxfNNTTccmnncxnxxffUUfTTT1021101TffcM 通用计数器：可测量频率、频

13、率比、周期、时间间隔、累加计数等。其测量功能可扩展 电子计数器性能的改进：多周期同步测频（智能计数器）、提高时间分辨力的办法、微波计数器 频率稳定度的测量和频率比对衡量基准源好坏的判断方法，包括长期稳定度和短期稳定度；稳定度的时域表征和频域表征等内容。第5章 电压测量 电压测量的重要性、电压测量的基本要求、电压测量仪器的分类 模拟式直流电压的测量：读数交流电压的表征：交流电压可以用峰值、平均值、有效值、波形系数以及波峰系数来表征。414. 12 73. 13 正弦波三角波方 波波形因数KF1.111.151波峰因数KP1 交流电压的测量 均值电压表组成、刻度特性与波形误差1.11UKUU 峰值

14、电压表原理、刻度特性与波形误差 有效值电压表（真有效值）原理 数字电压表组成原理 数字电压表的主要工作特性：位数、超量程能力 、分辨力A/D变换变换积分式积分式比较式比较式双斜式双斜式、多斜式、多斜式脉冲调宽式脉冲调宽式电压反馈型电压反馈型V-F变换式变换式反馈比较式反馈比较式逐次比较式逐次比较式余数循环比较式余数循环比较式 直接比较式直接比较式 并联比较式并联比较式分级式（流水线式）分级式（流水线式）A/D转换器的主要性能指标读数误差和满度误差读数误差和满度误差,第6章 时域测量 示波器的分类 示波器的组成 ： Y（垂直）通道、 X（水平）通道、显示屏 示波管的组成：电子枪、偏转系统、荧光屏

15、 波形显示原理：扫描、同步、连续扫描与触发扫描、增辉、李沙育图形 示波器的示波器的Y(Y(垂直垂直) )通道：探头的选择、耦合通道：探头的选择、耦合与输入衰减、延迟线、与输入衰减、延迟线、Y Y放大器放大器 示波器的示波器的X(X(水平水平) )通道：通道：扫描发生器环（扫扫描发生器环（扫描门、积分器、比较和释抑电路）、触发描门、积分器、比较和释抑电路）、触发电路和电路和X X放大器放大器 多踪显示：断续与交替多踪显示：断续与交替 通用示波器的应用：旋钮、选择原则通用示波器的应用：旋钮、选择原则 取样的基本原理取样的基本原理 数字存储示波器的组成原理、显示方式、主要的技术指标以及一些关键技术类

16、类 型型优优 点点缺缺 点点模拟示波器模拟示波器直接操作控制，简单方便直接操作控制，简单方便数据更新快数据更新快实时带宽和实时显示实时带宽和实时显示垂直分辨率高垂直分辨率高价格较低价格较低不能看到触发前信号不能看到触发前信号只能用照相方法保留波只能用照相方法保留波形形难以显示低重复率信号难以显示低重复率信号不能多通道同时测量不能多通道同时测量数字示波器数字示波器多通道同时采样多通道同时采样负时间测量负时间测量单次瞬态信号测量单次瞬态信号测量波形存储与数据处理能力波形存储与数据处理能力自动测量能力自动测量能力易于校准易于校准有数字有数字I/OI/O接口接口可用打印机或绘图仪绘制波可用打印机或绘图

17、仪绘制波形形实时性不如模拟示波器实时性不如模拟示波器水平、垂直分辨率不够水平、垂直分辨率不够高高可能出现混迭失真可能出现混迭失真价格较高价格较高第7章 阻抗测量 阻抗测量一般是指电阻、电容、电感及相关的Q值、损耗角、电导等参数的测量。其中，电阻表示电路中能量的损耗，电容和电感则分别表示电场能量和磁场能量的存储和寄生参数对阻抗测试的影响。由于电阻器、电感器和电容器受到所加的电压、电流、频率、温度及其它物理和电气环境的影响而改变阻抗值，因此在不同的条件下其电路模型不同。 阻抗的测量特点阻抗的测量特点 电阻的测量电阻的测量 ：伏安法、三用表中的电阻档：伏安法、三用表中的电阻档 （微小微小电阻值的测量

18、电阻值的测量 、高值电阻的测量、高值电阻的测量 ）、）、电桥法（电桥法（ 平衡条件）平衡条件） 电感、电容的测量：电桥法、谐振法、数字化方电感、电容的测量：电桥法、谐振法、数字化方法法 依据电桥法制成的测量仪总称为电桥，电桥主要用来测量低频元件。表是依据谐振法制成的测量仪器，表主要用来测量高频元件。 阻抗测量有多种方法，必须首先考虑测量的要求和条件，然后选择最合适的方法，需要考虑的因素包括频率覆盖范围、测量量程、测量精度和操作的方便性。没有一种方法能包括所有的测量能力，因此在选择测量方法时需折衷考虑。应在测试频率范围内根据它们各自的优缺点选择正确的测试方法。第8、9章 扫频仪扫频仪(频率特性分

19、析仪频率特性分析仪)的原理与应用的原理与应用 频谱仪频谱仪(频谱分析仪频谱分析仪)的用途、原理与分类的用途、原理与分类 数据域测量的基本概念及逻辑分析仪的应数据域测量的基本概念及逻辑分析仪的应用用考试题型 一、选择题2*15=30 二、填空题1*20=20 三、判断题1*10=10 四、分析计算题8*5=40 1、信号发生器（框图、DDS输出频率、PLL输出频率） 2、时频测量（框图、测频测周误差） 3、电压测量（交流电压测量、数字电压测量误差） 4、时域测量（示波器应用读数） 5、误差与不确定度（误差的表示、误差的合成、误差的分配） 1 某测试人员在一项对航空发动机页片稳态转速试验中，测得其

20、平均值为 20000 转 / 分钟（假定测试次数足够多）。其中某次测量结果为 20002 转 / 分钟，则此次测量的绝对误差x 2 ，实际相对误差 2/20000 。 2 、为了提高测量准确度，在比较中常采用减小测量误差的方法，如 _零位测量_ 法、 _微差测量_ 法、 _代替测量_ 法。 3.试述测量的定义。（确定量值为目的的操作） 4.什么是计量？（实现单位统一、量值传递的活动 5、电子测量的特点有：测量频率范围宽、_测量值范围广_、_测量准确度高_、_测量速度快_、_易于实现遥测_、易于实现测量过程的自动化和测量仪器智能化。 ）它有何特点？计量与测量的关系如何？ 1. 随机误差的大小，可

21、以用测量值的 _ 来衡量，其值越小，测量值越集中，测量的 _ 越高。 2 将 15.36 和 362.51 保留 3 位有效数字后为 _,_. 3 用一只 0.5 级 50V 的电压表测量直流电压，产生的绝对误差 _ 伏。 4.在测量数据为正态分布时，如果测量次数足够多，习惯上取 作为判别异常数据的界限，这称为莱特准则。 5.在变值系差的判别中，马利科夫判别常用于判定 _ 性系差，阿卑一赫梅特判别常用于判定 _ 性系差。 6.不确定度是说明测量结果可能的 _ 程度的参数。这个参数用 _ 表示，也可以用 _ 的倍数或置信区间的半宽度表示。 7、设有两只电阻，R1=2000.8，R2=511%，试

22、求这两只电阻并联时的总阻值及误差。 8、测量电阻R消耗的功率时，可间接测量电阻值R、电阻上的电压V、流过电阻的电流I，然后采用三种方案来计算功率：(1)请给出三种方案； (2)设电阻、电压、电流测量的相对误差分别为R=1%,v=2%,I2.5%,问采用哪种测量方案较好? 9、用量程是10mA的电流表测量实际值为8mA的电流，若读数是8.15mA。试求测量的绝对误差I、实际相对误差A和引用相对误差m分别为多少?若已知该表准确度等级S为1.5级，则该表是否合格？ 1. 电子计数器的测频误差包括_量化_误差和_时基_误差。 2. 频率计除测频、测周外，扩展功能有_ 、 _ 、_ 、 _ _ 。 3.

23、 在测量周期时的主要误差有：_ 和_ 。 通用计数器采用较小的_可以减小1误差的影响。 4. 在测量周期时，为减少被测信号受到干扰造成的转换误差，电子计数器应采用_测量法。 某计数器校准频率误差|fc/fc|=110-9，利用该计数器将一个10MHz的晶体振荡器标准到10-7，则计数器闸门时间应取( ) 5. 采用电子计数器测频时，当被计数频率一定时，_可以减小1误差对测频误差的影响；当闸门时间一定时，_，则由1误差产生的测频误差越大。 6. 在进行频率比测量时,应将_的信号加在B通道，取出_(周期倍乘为1)作为计数的闸门信号，将_ 的信号加在A通道，作为被计数的脉冲。7、某电子计数器晶振频率

24、为误差1109，若需利用该计数器将10MHz晶振校准到107，问闸门时间应选为多少方能满足要求？fx=1MHz，选闸门时间T1s，则由1误差产生的测频误差为若T增加为10s，则测频误差为1107，即可提高一个量级。结论：计数器直接测频的误差主要有两项：1误差和标准频率误差。 测量低频时，由于1误差产生的测频误差大得惊人，例如fx=10Hz，T1s，则1误差引起的测频误差可达到10%，所以，测量低频时不宜采用直接测频方法 71011xxxTfffsT110110101766610110111xxff 8、用一台5位十进电子计数器测量频率，选用0.1s的闸门时间。若被测频率为10KHz，则测频分辨

25、率为多少？量化误差（相对误差值）为多少？如果该计数器的最大闸门时间为10s，则在显示不溢出的情况下，测量频率的上限为何值？ 9、欲用电子计数器测量一个fx=200Hz的信号频率，采用测频（选闸门时间为1s）和测周（选时标为0.1s）两种方法。（1）试比较这两种方法由1误差所引起的测量误差；（2）从减少1误差的影响来看，试问fx在什么频率范围内宜采用测频方法，什么范围宜采用测周方法？ 欲用电子计数器测量一个fX=200Hz的信号频率，采用 1、采用某电压表（正弦有效值刻度）测量峰值相等（Vp=5V）的正弦波、方波、三角波，发现读数相同，则该表为_检波方式，读数_。 2、某数字电压表的最大计数容量

26、为19999，通常称该表为_位数字电压表；若其最小量程为0.2V，则其分辨力为_ 。 3、 用峰值电压表测量某一电压，若读数为1V，则该电压的峰值为_伏。一台 位DVM，因有误差为 ，则在2V量程上的满度误差为_ 4.双斜积分式DVM基准电压Vr=10V，第一次积分时间T1=100ms，时钟频率f0=100kHz，问：（1）该DVM为多少位的电压表？（2）该DVM的分辨力为多少？（3）DVM显示出T2时间内的计数值N2=5600，问被测电压Vx=? 5、利用正弦有效值刻度的均值表、峰值表、有效值表测量正弦波、方波和三角波，读数均为10V，试求三种波形信号的有效值分别为多少?6、甲、乙两台数字电

27、压表，甲的显示屏显示的最大值为9999，乙为19999，问： 它们各是几位的数字电压表，是否有超量程能力？ 若乙的最小量程为200 mV，是否有超量程能力？其分辨力为多少？ 若乙的基本误差为 ，用2 V挡测量Ux1.56 V电压时，绝对误差为多少？1交流电桥平衡必须同时满足两个条件:_平衡条件和_平衡条件。 2选择阻抗测量的方法时,需要考虑很多的因素,一般来讲,有_ ,_ ,_ , _。频率覆盖范围，测量量程，测量精度，操作的方便性 1、用示波器观测正弦波时，荧光屏上得到如图、用示波器观测正弦波时，荧光屏上得到如图所示波形，试分析示波器哪个部分工作不正常所示波形，试分析示波器哪个部分工作不正常

28、? 2、 用双踪示波器观测两个同频率正弦波用双踪示波器观测两个同频率正弦波a，b，若扫描速度为若扫描速度为20us/cm，而荧光屏显示两个周期，而荧光屏显示两个周期的水平距离是的水平距离是8cm，问：，问：（1）两个正弦波的频率是多少？）两个正弦波的频率是多少？（2）若正弦波）若正弦波a比比b相位超前相位超前1.5cm，那么两个正，那么两个正弦波相差为多少？用弧度表示。弦波相差为多少？用弧度表示。 3、 示波管由示波管由_、偏转系统和荧光荧三部分组、偏转系统和荧光荧三部分组成。成。 4、 示波器荧光屏上，光点在锯齿波电压作用下示波器荧光屏上，光点在锯齿波电压作用下扫动的过程称为扫动的过程称为_。 5、 调节示波器调节示波器“水平位移水平位移”旋钮，是调节旋钮，是调节_的直流电的直流电位。位。 6、 当示波器两个偏转板上都加当示波器两个偏转板上都加_时，显示的图形叫时，显示的图形叫李沙育图形，这种