电子测量原理复习大纲1

第1章测量的基本原理1.1测量的基本概念1.2

计量的基本概念1.3测量误差的基本概念1.4测量信息的获取原理1.5

测量的间接比较与直接比较原理1.6电子测量中的基本实现技术1.1测量的基本概述1)测量的几个名词：测量目的，测量对象，测量过程，测量方法，测量标准，测量结果2)测量五大要素:被测对象、测量仪器、测量技术、测量人员和测量环境

3）测量的三大阶段：论证阶段：依据测量任务，仪器和对象拟定测量方案设计阶段：选用测量仪器，决定测量技术去组建测量系统实施阶段：设置仪器参数，测量，结果记录4）测量环境定义和环境对测量的影响5）减少环境对测量影响的方法6）三组分类法

仪器以工作环境条件的不同要求分类：I组：良好的环境条件，温度+10～+35oC，相对湿度80%（在35oC上），只允许有轻微的振动。II组：一般的环境条件，温度－10～+40oC，相对湿度80%（在40oC上），允许一般的振动和冲击。III组：恶劣的环境条件，温度－40～+55oC，相对湿度90%（在35oC上），允许频繁的搬动和运输中受到较大的冲击和振动。

I组——高精度计量用仪器II组——通用仪器III组——野外、机载等仪器1.2计量的基本概念计量的意义:为使在不同的地方，用不同的手段测量同一量时，所得的结果一致，就要求统一的单位、基准、标准和测量器具。

一.计量的定义1.计量的表现：是一种特殊形式的测量，它把被测量与国家计量部门作为基准或标准的同类单位量进行比较，以确定合格与否，并给出具有法律效力的《检定证书》。2.计量的实质：是利用技术和法制手段实现单位统一和量值准确可靠的测量。3.计量的主要特征：是统一性、准确性和法制性。4.计量的内容：包含单位的统一、基准和标准的建立、进行量值传递、计量监督管理、测量方法及其手段的研究等。

二、单位制1.计量标准:任何测量都要有一个统一的体现计量单位的量作为标准，这样的量称作计量标准。2.计量单位:是有明确定义和名称并令其数值为l的固定的量，例如长度单位l米(m)，时间单位秒(s)等。计量单位必须以严格的科学理论为依据进行定义。3.法定计量单位:是国家以法令形式规定使用的计量单位，是统一计量单位制和单位量值的依据和基础，因而具有统一性、权威性和法制性。4.我国的计量单位一律采用1984年2月国务院颁布《中华人民共和国法定计量单位》。5.1960年确定国际单位制（SI）的组成由七个基本单位。

国际单位制（SI）的组成

国际单位制基本单位

三、计量基准

基准通常又分为主基准、副基准和工作基准，也分别称作一级、二级和三级基准.(1)一级基准，又称主基准和国家基准，是具有最高水平的基准。一个国家只有一个。(2)二级基准，又称副基准，其量值精度由主基准确定，用以代替主基准向下传递或代替主基准参加国际比对(3)三级基准，又称工作基准是用来直接向下属标准量具进行量值传递，用以检定下属计量标准量具的精确度(4)标准是根据工作基准表现出不同等级的便于经常使用的计量标准量具或仪器。按精度高低又分为一级标准、二级标准和三级标准。(5)计量标准的准确度等级在工作基准之下，工作计量器具之上。四、几个术语（1）计量器具：凡是能用以直接或间接测出被测对象量值的量具、计量仪器和计量装置都统称为计量器具。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。（2）计量标准器具：准确度低于计量基准，用于检定计量标准或工作计量器具的计量器具。（3）工作计量器具：工作岗位上使用，不用于进行量值传递，而是直接用来测量被测对象量值的计量器具。（4）比对：在规定条件下，对相同准确度等级的同类基准、标准或工作计量器之间的量值进行比较，其目的是考核量值的一致性。（5）检定：是用高一等级准确度的计量器具对低一等级的计量器具进行比较，以达到全面评定被检计量器具的计量性能是否合格的目的。一般要求计量标准的准确度为被检者的1/3到1/10。（6）校准：是指被校的计量器具与高一等级的计量标准相比较，以确定被校计量器具的示值误差（有时也包括确定被校器具的其他计量性能）的全部工作。（7）量值的传递：指一个物理量单位通过各级基准、标准及相应的辅助手段准确地传递到日常工作中所使用的测量仪器、量具，以保证量值统一的全过程。自上而下逐级传递测量标准的传递问题：计量与测量的关系1.计量的任务是确定测量结果的可靠性。计量是测量的基础和依据。没有计量，也谈不上测量。计量和测量相互配合，才能在国民经济各个领域发挥重要作用。2.测量发展的客观需要才出现了计量。测量是计量应用的重要途径。没有测量，计量将失去价值，为了保证测量结果的准确性，必须定期对仪器进行检定和校准，这个过程就是计量。3.计量是基础和标准，测量是手段和方法。1.3测量误差的基本概念一、误差中的几个概念1．真值A0：一个纯理论值。（绝对真值是不可知）2．指定值As也叫约定真值，一般就用来代替真值。3．实际值A是以上一级标准所体现的值当作准确无误的值，也叫作相对真值。4．标称值是测量器具上标定的数值，有误差范围。5．示值是由测量器具指示的被测量量值，也称测量器具的测得值或测量值，它包括数值和单位。6．测量误差是测量仪器仪表的测出示值与被测量真值之间的差异，称为测量误差。

二、测量误差的来源（五个方面）（1）仪器误差：由于测量仪器及其附件的设计、制造、检定等不完善，以及仪器使用过程中老化、磨损、疲劳等因素而使仪器带有的误差。（2）影响误差：由于各种环境因素（温度、湿度、振动、电源电压、电磁场等）与测量要求的条件不一致而引起的误差。（3）理论误差和方法误差：由于测量原理、近似公式、测量方法不合理而造成的误差。（4）人身误差：由于测量人员感官的分辨能力、反应速度、视觉疲劳、固有习惯、缺乏责任心等原因，而在测量中使用操作不当、现象判断出错或数据读取疏失等而引起的误差。（5）测量对象变化误差：测量过程中由于测量对象变化而使得测量值不准确，如引起动态误差等。三、误差的表示方法（绝对误差／相对误差）

1．绝对误差式中△x为绝对误差，x为测得值，A0为被测量真值，A为实际值。①绝对误差是有单位和正负的量，测得值与被测量实际值间的偏离程度和方向通过绝对误差来体现。2．相对误差(无单位)(1)实际相对误差(2)示值相对误差（x为测得值）(3)满度相对误差（满度误差和引用误差）(4)分贝误差2.修正值C绝对误差的反1.4测量信息的获取原理信息的含义是什么？为什么信息可以被获取？信息获取是怎样的过程？信息获取过程中采用了哪些基本方法？这些方法的实现途径是什么？信息获取的限制因素及其克服措施是什么？1.5测量的间接比较与直接比较原理测量最基本的原理是比较！主要测量方法1、间接比较法2、直接比较法3、减少误差的复合式比较1.6电子测量中的基本实现技术

1.6.1电子测量中的变换技术量值变换、频率变换、波形变换、参量变换、能量变换、模数和数模变换1.6.2电子测量中的比较技术需要比较的量：电压、阻抗、频率、相位、数字等1.6.3电子测量中的处理技术基本模拟运算、数字计算与数字信号处理1.6.4电子测量中的显示技术指示式仪表、电光显示器件第2章测量方法与测量系统2．1电子测量的基本原理2．2电子测量的对象——信号与系统2.3测量方法的分类概述

2．4测量系统的静态特性2.5测量系统的动态特性2．1电子测量的基本原理电子测量的内容分为电磁测量和电子测量两类。电磁测量主要指交直流电量的指示测量法和比较测量法以及磁量的测量等。电子测量是指以电子技术理论为依据，以电子测量仪器和设备为手段，对电量和非电量进行的测量。一、电子测量的内容和指标参数：1．电能量测量：包括各种频率、波形下的电压、电流、功率等的测量。2．电信号特性测量：包括波形、频率、周期、相位、失真度、调幅度、调频指数及数字信号的逻辑状态等的测量。3．电路元件参数测量：包括电阻、电感、电容、阻抗、品质因数及电子器件的参数等的测量.4．电子设备的性能测量：包括增益、衰减、灵敏度、频率特性、噪声指数等的测量。5.非电量信号的测量：利用各种敏感元件和传感装置将非电量变换成电信号，再利用电子测量设备进行测量。危险的和人们无法进行直接测量的场合，在生产的自动过程控制系统中二、电子测量的特点与其他测量方法及测量仪器相比，电子测量和电子测量仪器具有以下特点：

1．测量频率范围宽2．测量量程宽3．测量准确度高低相差悬殊4．测量速度快5．可以进行遥测6．易于实现测试智能化和测试自动化7．影响因素众多，误差处理复杂2．2电子测量的对象——信号与系统信号的基本概念信号的分类1.确定性信号和非确定性信号2.周期性信号与非周期性信号3.连续信号与离散信号4.时限信号和频限信号5.信号的时间特性和频率特性6.信号的空间分布结构系统的基本概念被测系统的分类1.单输入/输出与多输入/输出系统2.线性系统与非线性系统3.即时系统与动态系统4.模拟系统与数字系统

2.3测量方法的分类概述

一、按测量手段分类(直接测量/间接测量/组合测量)1．直接测量：指直接从测量仪表的读数获取被测量量值的方法2.间接测量：是利用直接测量的量与被测量之间的函数关系(可以是公式、曲线或表格等)，间接得到被测量量值的测量方法。3．组合测量二、按测量方式分类(直读法/比较测量法/微差式测量法)l.偏差式测量法(直读法)：用仪器仪表指针的位移(偏差)表示被测量大小的测量方法，称为偏差式测量法。2．零位式测量法又称作零示法或平衡式测量法(比较测量法)测量时用被测量与标准量相比较(因此也把这种方法叫作比较测量法)，用指零仪表(零示器)指示被测量与标准量相等(平衡)，从而获得被测量。3．微差式测量法偏差式测量法和零位式测量法相结合，构成微差式测量法。

三、按被测量的性质分类(时域测量/频域测量/数据域测量/随机测量)

1．时域测量时域测量也叫作瞬态测量，主要测量被测量随时间的变化规律。典型的例子如用示波器观察脉冲信号的升沿、下降沿、上冲和下凹及平顶降落等脉冲参数以及动态电路的暂态过程等。

2．频域测量频域测量也称为稳态测量，主要目的是获取待测量与频率之间的关系。如用频谱分析仪分析信号的频谱、测量放大器的幅频特性、相频特性等。3．数据域测量数据域测量也称为逻辑量测量，主要是用逻辑分析仪等设备对数字量或电路的逻辑状态进行测量。4．随机测量

随机测量又叫作统计测量，主要是对各类噪声信号进行动态测量和统计分析。四、测量方法的选择原则①被测量本身的特性；②所要求的测量准确度；③测量环境；④现有测量设备等。

电子测量仪器的技术条件及误差的表示方法1.技术条件技术条件是规定仪器的用途、工作特性、工作条件，以及运输、贮存条件的技术文件。所以，它既是设计制造厂商的产品标准，也是用户正确使用和维护仪器的重要依据。仪器的用途：是研制或使用仪器的目的，它决定了仪器的功能，同时与仪器的工作条件、工作特性等密切相关。测量仪器的工作特性：是用数值、公差范围等来表征仪器性能的量值，习惯上又称为技术指标。

分为电气工作特性和一般工作特性两类仪器的工作条件：分基准、额定和极限三种。电子测量仪器概述利用电子技术对各种待测量进行测量的设备，统称为电子测量仪器。一、测量仪器的功能:物理量的变换、信号的传输和测量结果的显示等三种最基本的功能。二、测量仪器的主要性能指标：{精度/稳定性/阻抗/灵敏度/线性度/动态特性}

1.精度(精密度/正确度/准确度)精度是指测量仪器的读数或测量结果与被测量值相一致的程度。

要获得理想的结果，应满足三个方面的条件：即性能优良的测量仪器、正确的测量方法和正确细心的测量操作。

2．稳定性常用稳定度（内因）和影响量（外因）两个参数来表征。

3．阻抗指测量仪器和仪表的输入阻抗对测量结果产生直接的影响，这种现象称为负载效应。4．灵敏度表示测量仪表对被测量变化的敏感程度，，定义为测量仪表所能区分的被测量的最小变化量，在数字式仪表中经常使用（分辨力或分辨率）。

5．线性度是表示仪表的输出量(示值)随输入量(被测量)变化的规律。

6．动态特性表示仪表的输出响应随输入变化的能力。三、电子测量仪器的分类按其功能，大致可分为下面几类。1.电平测量仪器：包括各种模拟式电压表，毫伏表，数字式电压表，电压标准等。2．电路参数测量仪器包括各类电桥，Q表，R、L、C测试仪，晶体管或集成电路参数测试仪，图示仪等。3．频率、时间、相位测量仪器电子计数式频率计，石英钟，数字式相位计，波长计等。

4.波形测量仪器：各类示波器。如通用示波器，多踪示波器，多扫描示波器，取样示波器，以及记忆和数字存储示波器等。5.信号分析仪器：失真度仪，谐波分析仪，频谱分析仪等。6.模拟电路特性测试仪器：扫频仪，噪声系数测试仪，网络特性分析仪等。

7.数字电路特性测试仪器:指逻辑分析仪,这类仪器内部多带有微处理器或通过接口总线与外部计算机相联，是数据域测量中不可缺少的设备。８.专用电路测试仪器:通信系统各类测试仪器等９.测试用信号源:包括各类低频和高频信号发生器，脉冲信号发生器，函数发生器，扫频和噪声信号发生器等。由于它们的主要功能是作为测试用信号源，因此也叫供给量仪器。第3章测量误差和测量结果处理3.1测量误差的分类和测量结果的表征3.2测量误差的估计和处理3.3测量不确定度3.4测量数据处理一、测量误差的分类

（随机误差／系统误差／粗大误差）1.随机误差是在同一测量条件下（指在测量环境、测量人员、测量技术和测量仪器都相同的条件下），多次重复测量同一量值时（等精度测量），每次测量误差的绝对值和符号都以不可预知的方式变化的误差，称为随机误差或偶然误差，简称随差。2.系统误差是在同一测量条件下，多次测量重复同一量时，测量误差的绝对值和符号都保持不变，或在测量条件改变时按一定规律变化的误差，称为系统误差。例如仪器的刻度误差和零位误差，或数值随温度变化的误差。3.粗大误差是一种显然与实际值不符的误差。原因有测量操作疏忽和失误，测量方法不当或错误，测量环境条件的突然变化。含有粗差的测量值称为坏值或异常值，在数据处理时，应剔除掉。二、测量结果的表征(1)精密度说明仪表指示值的分散性，表示在同一测量条件下对同一被测量进行多次测量时，得到的测量结果的分散程度。它反映了随机误差的影响。(2)正确度说明仪表指示值与真值的接近程度。(3)准确度是精密度和正确度的综合反映。三、容许误差的种类（容许误差一定会产生的！）

(工作误差、固有误差、影响误差和稳定误差)1.工作误差是以仪器额定工作条件时误差的极限值，直接估计测量结果误差的最大范围。2．固有误差是当仪器的各种影响量和影响特性处于基准条件时，仪器所具有的误差。3．影响误差是当一个影响量在其额定使用范围内(或一个影响特性在其有效范围内)取任一值，而其它影响量和影响特性均处于基准条件时所测得的误差。4．稳定误差是仪器的标称值在其它影响量和影响特性保持恒定的情况下，在规定时间内产生的误差极限。随机误差分析随机误差的统计特性及减少方法在测量中，随机误差是不可避免的。随机误差是由大量微小的没有确定规律的因素引起的，比如外界条件（温度、湿度、气压、电源电压等）的微小波动，电磁场的干扰，大地轻微振动等。多次测量，测量值和随机误差服从概率统计规律。可用数理统计的方法，处理测量数据，从而减少随机误差对测量结果的影响。1.随机误差的分布规律（1）随机变量的数字特征①

数学期望:反映其平均特性。②方差和标准偏差

方差是用来描述随机变量与其数学期望的分散程度。设随机变量X的数学期望为E(X)，则X的方差定义为：D(X)=E(X－E(X))2

标准偏差同样描述随机变量与其数学期望的分散程度，并且与随机变量具有相同量纲。

(2)随机误差的正态分布测量中的随机误差通常是多种相互独立的因素造成的许多微小误差的总和。系统误差分析一、系统误差的特性二、系统误差的发现方法三、系统误差的削弱或消除方法四、削弱系统误差的典型测量技术五、消除或消弱系统误差的其他方法

一、系统误差的特性在同一条件下，多次测量同一量值时，误差的绝对值和符号保持不变，或者在条件改变时，误差按一定的规律变化。

多次测量求平均不能减少系差。

二、系统误差的发现方法（1）不变的系统误差：校准、修正和实验比对。（2）变化的系统误差①

残差观察法，适用于系统误差比随机误差大的情况②马利科夫判据：③阿贝－赫梅特判据：三、系统误差的削弱或消除方法（1）从产生系统误差根源上采取措施减小系统误差①

要从测量原理和测量方法尽力做到正确、严格。②

测量仪器定期检定和校准，正确使用仪器。③注意周围环境对测量的影响，特别是温度对电子测量的影响较大。④

尽量减少或消除测量人员主观原因造成的系统误差。应提高测量人员业务技术水平和工作责任心，改进设备。（2）用修正方法减少系统误差

修正值＝－误差＝－（测量值－真值） 实际值＝测量值＋修正值四、削弱系统误差的典型测量技术①替代法(置换法)②交换法(对照法)③对称测量法（零式法）④微差法系统误差可忽略不计的准则是： 系统误差或残余系统误差代数和的绝对值不超过测量结果扩展不确定度的最后一位有效数字的一半。五、消除或消弱系统误差的其他方法1．利用修正值或修正因数加以消除根据测量仪器检定书中给出的校正曲线、校正数据或利用说明书中的校正公式对测得值进行修正，是实际测量中常用的办法。2．随机化处理利用同一类型测量仪器的系统误差具有随机特性的特点，对同一被测量用多台仪器进行测量，取各台仪器测量值的平均值做为测量结果。3．智能仪器中系统误差的消除

在智能仪器中，可利用微处理器的计算控制功能，消弱或消除