电子测量技术教案《1》省公开课金奖全国赛课一等奖微课获奖课件

第10章当代电子测量仪器第1章电子测量第2章信号源第3章示波器第4章电子计数器第5章电子电压表第6章扫频仪第7章晶体管特征图示仪第8章失真度仪第9章万用电桥和Q表目录11/641.1概述1.2电子测量仪器1.3电子测量方法1.4测量误差1.5实训章节目录22/64第1章电子测量本章关键点

电子测量意义、内容、特点电子测量仪器分类、用途、经典仪器及使用常识电子测量方法、分类电子测量误差及减小误差方法33/641.1概述1.1.1测量和电子测量意义

1.测量（1）量体裁衣就是一个测量例子。

（2）在初中做化学试验时候，总是要用量杯，定量取参加反应溶液，这也是测量。

（4）在生活、生产和科学试验中，随时都要测量。

（3）机器设备研制、检测和使用过程中调试，都要依赖测量技术去实现。

44/643.电子测量（1）广义上定义是用电子线路制造成仪器进行测量都称为电子测量。（2）从狭义来讲，电子测量是指利用电子线路制造仪器用来测量电量值。

2.测量意义（1）测量是人类认识自然和改造自然一个主要伎俩。（2）测量是为了确定被测对象量值而进行试验过程。55/64电量值包含：a.电能量:电压、电流、功率。b.电路参数：电阻、电容、电感、阻抗、品质因数。c.电信号特征：波形、频率、相位等。66/644.电子测量意义（1）电子测量是测量学主要组成部分；

（2）使电子测量技术得到广泛应用，从而推进了电子和其它行业发展；（3）电子测量技术发展，不但标志着测量技术提升，而且推进了整个科学技术发展和人类进步。77/641.1.2电子测量特点1.测量频率范围宽：2.测量量程范围宽：

3.测量准确度很高：4.测量速度快：5.轻易实现自动遥测：10-5~1012Hz

量值比：1：1022

10-13~10-14Hz

计算机、计算机网络传感、计算机88/641.直接测量与间接测量

（1）直接测量法测量电参数时，可由仪器表盘或显示器直接读出被测量数值，对某一未知量直接进行测量，从而得到被测量值测量方法称为直接测量。比如，用频率计测量频率，用电流表串入电路中测量电流，都属于直接测量。直接测量法直观快速。1.1.3电子测量分类99/64（2）间接测量法

先用仪器测量一个与被测量有间接关系间接量，再经过这一间接量与被测量之间函数关系，经过计算而得到测量结果测量方法称为间接测量。比如，测量已知电阻两端电压，电阻消耗功率能够用公式P=U2/R（U是电阻两端电压，R是电阻阻值），求出功率。1010/64（3）组合测量法在测量中被测量值不能一次得出结果，需要经过测量几个未知量，然后经过被测量与这几个未知量之间方程组求解，得到被测量结果。

1111/642.按被测信号特征分类

（1）时域测量测量被测对象在不一样时间特征。比如，用示波器测量被测信号波形，测量它幅度、周期、上升沿和下降沿及动态电路瞬态过程。（2）频域测量频域测量是测量被测对象在不一样频率时特征，主要测量被测量与频率之间关系。比如，用扫频仪测量电视机图象中放幅频特征。1212/64（3）数据域测量数据域测量是对数字系统逻辑特征进行测量。数据域测量能够同时观察多条数据通道上逻辑状态或显示某条数据线上时序波形，也能够用计算机分析大规模集成电路芯片逻辑功效。1313/641.1.4电子测量内容电子测量内容很多，大约分为四大类：1．

电路元件参数包含电阻、电抗、阻抗、电感、电容、品质因数、介质常数、导磁率、晶体管β等。2．

电能量包含电压、电流、功率、电场强度、电磁干扰及噪声等。1414/643．信号特征

包含频率、相位、幅度、上升沿、下降沿、调制度、频谱、信噪比等。4．电路性能包含灵敏度、选择性、频带宽度、分辨力、增益、衰减、驻波比、反射系数、噪声系数等。

1515/641.2电子测量仪器

电子测量仪器种类繁多。依据测量精度要求不一样，现有高精度，也有普通，甚至还有简易；依据用途分类有专业用仪器和通用仪器。专业用仪器是指各专业中测量特殊参量仪器，如心电图仪就是用于医疗专业；通用示波器则是用于测量电路及电路调试、维修和电子元件。这里主要是介绍用于电子和通信类通用仪器。1616/641．

集中参数测量仪器

（1）用途测量电阻、电容、电感值。（2）经典仪器Q表、万能电桥、电容电感测量仪。1.2.1常见电子测量仪器1717/64

2．

器件参数测量仪器（1）用途测量各种电子器件参数，如晶体二极管输入特征，晶体三极管放大倍数。（2）经典仪器晶体管特征图示仪。3．

电平测量仪器（1）用途测量电能量，包含电流、电压、电功率。1818/64（2）经典仪器电流表、电压表、电平表、多用表、功率表。4．

信号发生器（1）用途

用仪器产生低频信号、高频信号、脉冲信号等对电子产品进行调试和维修。（2）经典仪器低频信号发生器、高频信号发生器、脉冲信号发生器和函数发生器。1919/64

5．

时间频率测量仪器（1）用途用于测量周期性曲线频率、周期、脉冲数。（2）经典仪器频率计。6．

信号波形测量仪器（1）用途观察电信号电压或电流与时间之间关系。（2）经典仪器示波器。

2020/647．

网络参数测量仪器（1）用途测量网络频率特征、相位特征、噪声特征等。（2）经典仪器扫频仪。8．

数据域测试仪器（1）用途

研究以离散时间或事件为自变量数据流。（2）经典仪器逻辑分析仪。2121/649．

计算机仿真测量（1）用途能够防止受试验时间和设备限制，方便设计电路。（2）经典软件EWB。2222/641.2.2电子测量仪器使用常识

要使电子测量仪器正常工作，必须要注意它使用条件和使用方法。因为电子测量仪器是由电阻、电容、电感、晶体管、集成电路等各种电子元件及零部件组成，那么，仪器就会受到温度、电压、电流、湿度、振动、电磁干扰等原因影响。怎样确保电子测量仪器正常工作，获取准确测量数据，保障电子测量仪器完好和测量人员操作安全，是电子测量仪器使用首要问题。2323/64（1）电源使用仪器前最首要问题是检验仪器供电要求。（2）仪器连接仪器电源插头应该采取“三星”插头，

“中星”

应与仪器外壳相连接。仪器放置既要考虑到仪器连线方便，又要考虑到仪器散热，尽可能不要重合放置。

1．

电源和仪器连接2424/64同时使用几台仪器时，测试线连接要尽可能短，降低信号衰减，尽可能降低测试线交叉，以免信号相互串扰产生寄生振荡。技术接地是指仪器测试端口标有“⊥”

点，它应与被测电路技术接地点连在一起。2525/642.环境原因

依据电子测量性质和各种电子测量仪器技术要求不一样，环境原因对测量影响也不一样。为了到达最正确测量效果，国际电工委员会（IEC）对不一样电子测量仪器工作环境分别作了要求，我国也制订了对应部颁标准（SI2075-82标准）。从环境影响角度考虑，能够把电子测量仪器分成三类：2626/64（1）高精度仪器高精度仪器测量精度高，对应测量电路比较复杂。安装高精度仪器房间要安装空调，以确保仪器正常使用。（2）通用仪器通用仪器对温度要求不高，用于普通环境。它允许受到普通振动和冲击。（3）特殊仪器特殊仪器是指在特殊环境使用仪器。它能够在气温较低或有大量热源高温环境下工作，使用时允许受到振动和冲击。2727/641.3电子测量方法

1.3.1按取得读数方法分类

1．

直读法用能够直接指示或显示被测参数电子仪器进行测量称为直读法。比如，用电压表测量电压，指针偏转位置反应了被测电压大小，我们能够直读电压值。2828/64

2．

比较法用被测量和已知量进行比较而得到测量参数方法。它有下面几个：（1）替换法在仪器上用已知量标准元件代替未知被测元件，假如两次测量仪器读数相同，则未知量等于已知量。如利用Q表测量电感量。（2）差值法仪器测量读数是未知量和标准已知量差值。2929/64（3）重正当在测量过程中，将未知量变为一系列均匀出现记号或信号，并和对应已知量一系列均匀出现记号或信号作比较，观察它们重合情况，确定被测量值。3030/641.3.2依据测量结果方法分类

在仪器上直接取得测量结果并进行读数，称为直接测量。如用频率计测量频率。

1．

直接测量在这种测量中，是测量一个与被测量有着某种函数关系量，再利用函数关系计算出被测量。如测量放大电路集电极电流，我们能够测量发射极上电阻电压，再经过部分电路欧姆定律计算出集电极电流。2．

间接测量3131/64在测量中被测量值不能一次得出结果，需要经过测量几个未知量，然后经过被测量与这几个未知量之间方程组求解，得到被测量结果。比如，在电阻与温度关系式：Rt=R20[1+α（t-20）+β(t-20)2]中α和β测定。能够立方程求解3.组合测量法

Rt1=R20[1+α（t1-20）+β(t1-20)2]Rt2=R20[1+α（t2-20）+β(t2-20)2]解出α和β这些测量结果。3232/641.3.3相关测量术语

1．

灵敏度和分辨率(1)仪器响应对引发此响应输入端被测量大小之比，称为灵敏度。(2)响应能够是指针偏转角大小，或是数码显示中数码。在四位数字电压表中假定输入电压为1V，数字显示将为1000，所以它灵敏度，用S表示为：

S=有时也用1/S概念来描述，如示波器SR-8上标0.05V/cm，……就是用1/S来表示各档灵敏度高低。3333/64(3)分辨率是仪器输入端能响应被测量最小改变量大小，实际上就是灵敏度倒数。(4)在数字电压表中分辨率就是量化误差，分辨率是仪器主要指标之一。

3434/642.真值与约定真值(1)真值是被测量对象真实、没有误差值。真值普通用：A0表示。(2)约定真值是依据测量误差要求，用高一级或数级标准仪器或计量器具测量所得值。约定真值用：A表示。3535/643.等精度测量与非等精度测量(1)等精度测量在同等条件下，即所用仪器、所用方法、周围环境条件，测量者细心程度都不变，对同一被测电量进行屡次测量时，每一次都是有一样可靠性，也就是说每一次测量结果精度都是相等。(2)非等精度测量若在每一次测量时测量条件都不一样，其测量结果可靠性程度是不一样，则称这么进行一系列测量为非等精度测量。3636/641.4测量误差1.4.1定义测量误差——出现测量结果与实际值（真值）有差异，这种差异称为测量误差。

（1）测量误差是不可防止。（2）寻找误差起源，尽可能预防误差和减小误差。（3）测量结果进行正确处理，使测量结果靠近被测量对象实际情况。3737/641.4.2测量误差按表示方法分类

测量误差按表示方法分类有绝对误差、相对误差、允许误差。1．绝对误差

（1）绝对误差用被测量对象显示值（仪器上示值）x减去被测量对象真值A0，所得数据Δx，叫做绝对误差。

Δx=x–A0

(1-1)真值A0无法求到，惯用上一级标准仪器示值作为实际值A（约定真值）代替真值。3838/64（2）示值误差

x与A之差称为仪器示值误差：Δx=x–A（1-2）因为式（1-2）以代数差形式给出误差绝对值大小及其符号，故通常称为绝对误差。（3）修正值绝对值与Δx相等但符号刚好相反值，称为修正值，普通用C表示。

C=-Δx=A

-x（1-3）3939/64经过检定，能够由上一级标准给出受检仪器修正值。利用修正值，能够求出实际值

A=C+x（1-4）【比如1-1】某电压表量程为10V，经过检定而得出其修正值为-0.02V。如用这只电压表测电路中电压，其示值为7.5V，于是得被测量电压实际值为解：A=C+X=（-0.02）+7.5=7.48V4040/64实际测量过程中，惯用相对误差来表示仪器测量精度高低。（1）实际相对误差用绝对误差Δx与被测量实际值A百分比值来表示相对误差称为实际相对误差。用rA表示，rA=×100%(1-5)如前例，已知Δx=-C=0.02V，A=7.48V，所以rA==0.00267=0.27%

2．

相对误差4141/64（2）示值相对误差用绝对误差Δx与仪器示值x百分比值来表示相对误差称为示值误差。用r

x表示，r

x

=×100%(1-6)如例1-1，已知Δx=0.02V，

x=7.5V，所以rx

==0.00267=0.27%由上例可知，当rA及r

x之值不大时，A

与x很靠近，普通二者差异很小。当误差本身较大时，就应该注意二者区分了。4242/64

（3）满度相对误差用绝对误差Δx与仪器满度值xm百分比值来表示误差称为满度误差。用r

m表示，r

m

=×100%电子仪器正是按rm之值来进行分级，比如，0.5级电子仪器，就表明其rm≤±0.5%，并在其面板上标有0.5符号。假如该仪器同时有几个量程，则全部量程有rm≤±0.5%。我国生产电子仪器精度普通分有七级：0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0。4343/641.4.3按起源分类1．仪器本身误差因为仪器本身电路设计、安装、机械部分不完善所产生误差称为仪器本身误差。它主要包含读数误差、内部噪声误差、稳定误差、动态误差、其它误差。（1）读数误差读数误差产生原因有：仪器出厂前校准不准而产生校准误差；因为仪器是批量生产，而同一个仪器都是采取统一刻度盘，每台仪器特征不完全相同，所以，在非校准点，就可能引发不一样程度误差，即刻度误差。4444/64数字仪表中数字仪表中量值转化为数字时出现±l误差称为量化误差。（2）内部噪声误差仪器内部元器件热噪声等引发测量灵敏度受到限制，从而带来内部噪声误差。（3）动态误差在进行动态测量时，电路显示结果还未到达稳定状态，测量者便读取结果这就必定造成动态误差。4545/64（4）稳定误差因为仪器中电子器件老化、电源电压改变等所造成误差，但这种误差相对来说是比较稳定误差，故称为稳定误差。（5）其它误差因为仪器本身误差有各种多样，极难概括完，故凡上述没有包含误差都归纳为其它误差。4646/642．使用误差

这是泛指与测量过程中因操作不妥而引发误差，也称操作误差。比如：用万用表测量电压或电流，因为选择档位不正确造成误差；测量电阻时，没有进行欧姆校零而产生误差。4747/643．人身误差

人身误差是因为人感觉器官不完善所产生误差。测量者可能借助人耳朵或人眼睛来取得测量结果或进行人工调整等。人听力、视力及动作都会产生人体误差。4．影响误差

影响误差是测量工作受外界影响(如温度、湿度、气压、电磁场、光照、声音、放射线、机械震动等)产生误差。影响误差也称为环境误差。4848/645．方法误差

因为测量时所使用方法不完善、所依据理论不严密或测量定义不明确等所造成误差。比如：用谐振式波长计测频率，常选取来取得测量结果。f0=

严格讲这个公式是不完善，它是假定L、C中损耗rL与rC均为零前提下才准确。所以应用下式计算:

f0=这种误差称为方法误差。4949/641.4.4按性质和特点分类

1．

系统误差

在一定条件下，屡次测量同一个量，假如误差大小和符号固定不变，或按某种函数规律改变，那么这种误差称为系统误差。普通用正确度来表征系统误差大小，系统误差越小，正确度越高。2．

随机误差

在单次测量时误差大小、正负没有规律，但屡次测量其平均值趋于零误差，称为随机误差。随机误差又称为偶然误差。5050/643．

粗大误差

精密度用以反应偶然误差大小程度，而准确度(准确度)则反应了系统误差和偶然误差它们综合误差大小程度。粗大误差是显著歪曲测量结果误差。这种误差来自测量方法不妥、影响较大偶然原因或测量者粗心等原因。比如，用—块内阻为10kΩ／V、量程为2.5V档万用表去测量一放大器，如图1-1所表示。分别测得Ub=-0.88V，Ue=-0.92V，然后计算得出Ube=Ub-Ue=+0.04V。5151/64图1-1放大器电路5252/64依据上述测量结果，放大器必定处于截止状态，而实际放大器却工作正常，且Ube=-0.32V。这是因为该万用表2.5V档内阻仅为2.5×10=25kΩ，它并联在基极与地之间，显著减小了下偏置电阻，测出Ub值就比实际值小，这属于测试方法不妥，应该直接测基极和发射极之间电压或选取高阻抗电压表测量。5353/641.4.5减小误差方法

对任何一物理量测量，除了对被测项目标工作原理有比较清楚了解外，最主要还应熟悉仪器，掌握测量方法，才能准确快速地完成测量任务。

分清误差起源，按各种误差克服方法去减小误差，这是最根本路径和最有效方法。1．减小方法误差依据被测量对象特征采取合理测量方法，选取合理精度仪器，还要有一个合理测试环境。5454/642．减小使用误差测量前熟悉仪器使用方法，严格恪守操作规程，提升使用技巧和对各种现象分析能力。3．减小人身误差除人耳、眼等感觉器官所产生不可克服原因外，应尽可能提升操作技巧和改进方法，减小人身误差。4．减小仪器误差

因为仪器误差主要产生于仪器本身，所以要定时维护和校准，正确使用仪器仪表是减小仪器误差主要步骤。5555/645．误差数据处理方法测量数据处理，就是从测量中得到原始数据中求出被测量最正确预计值，并计算准确程度。（1）有效数字组成数据每个必要数字，称为有效数字，即从左边第一个非零数字开始，直至右边最终一个数字为止全部数字。在数字中间或末尾零都是有效数字，而在第一个非零数字前面零都不是有效数字。有效数字末尾“0”，表示了准确程度。如5.80表示测量结果准确到百分位，最大绝对误差小于0.005；5.8表示测量结果准确到十分位，最大绝对误差小于0.05。5656/64（2）有效数字处理

在测量时，往往要对测量结果几个有效数据进行处理与运算，那么就存在有效数字位数取舍问题。取舍标准是：运算过程中有效数字位数依据其中准确度最差数据有效数字进行取舍。对有效数字舍入时，应尽可能减小舍入造成误差，有效数字舍入规则以下：删略部分最高位数字大于5时向前入1。删略部分最高位数字小于5时舍去。删略部分最高位数字等于5时，5后面只要有非零数字时去5进1；假如5后面全是零或无数字时，当5前面一位数是奇数则去5入1，当5前面一位数是偶数则舍去5不进1。

5757/64【例1-2】将以下数字保留到小数点后一位：13.43，10.58，14.75，24.25解：13.4313.410.5810.