电气与电子测量技术——1测量基本概念

第六章:电子测量第一节:电子测量的基本概念一. 电子测量的定义:测量是用实验方法,将被测量与所选用的作为标准的同类量进行比较,从而确定它的量值的过程.电子测量是以电子技术理论为依据,以电子测量设备和仪器为手段,对待测的电量或非电量所进行的测量.二. 电子测量的内容:根据本课程的任务,这里对电子测量的主要内容加以分类介绍,以使读者在学习测量技术之前,有一个大慨的认识.1.关于电能量的测量:包括电流,电压,功率等2.关于电路参数的测量:包括电阻,电感,电容,阻抗,品质因子等.3.关于电信号波形特征的测量:包括频率,周期,时间,相位等.4.电路性能方面的测量:包括放大倍数,衰减量,灵敏度.5.半导体器件方面的测量:包括二极管,三极管,稳压管,场效应管等的各种参数.三. 电子测量的方法:采用正确的测量方法,可以得到比较精确的测量结果,否则会出现测量数据不准确或错误,甚至会损坏测量仪器或损坏被测组件和设备等现象.例如用万用表的R x1档测量,小功率三极管的发射结电阻时,由芜仪表的内阻很小,使三极管基极注入的电流过大,结果晶体管尚未使用就会在测试过程中被损坏.四. 测量数据的舍入规则:1.有效数字由于在测量中不可避免地存在误差,并且仪器的分辨能力有一定的限制,测量数据就不可能完全准确.同时,在对测量数据进行计算时,遇到像π,e 等无理数,实际计算时也只能取近似值,因此得到的数据通常只是一个进似值.当我们用这个数据表示一个量时,为了表示得确切,通常规定误差不得超过末位单位数字的一半.例如末位数字是个位,则包含的误差绝对值应不大于0.5;若末位是十位,则包含的误差绝对值应不大于5.对于这种误差不大于末位单位数字一半的数,从它左边第一个不为零的数字起,直到右面一个数字止,都叫作有效数字.例如375,123.08,3.10等,只要其中误差不大末位数字之半.它们就都是有效数字.值得注意的是,在数据左边的零不是有效数据,而数字中间和右面的零都是有效数字.例0.0038KΩ,左面的三个零就不是有效数字,因为它们可以通过单位变换变为3.8.可见只有两位有效数字.此外,对于像391000HZ这样的数,若实际上在百位数上就包含了误差,即只有四位有效数字,这时百分位数字上的零是有效数字,不能去掉,这时为了区别右面三个零的不同,10的乘幂的形式,即写为3.910*10 HZ,它清楚地表明有效数字只有四位,误差绝对值不大于50HZ.1. 数字的舍入规则当需要几位有效数字时,对超过几位的数字就根据舍入规则进行处理.例如对某电压进形四次测量,每次测量值均可用四位有效数字表示.例如四次测量值分别为U1=38.71V,U2=38.68V,U3=38.70V,U4=38.72V时,它们的平均值为:U=U1+U2+U3+U4/4=38.7052V所以在小数点后第三,四位可以根据舍入规则处理掉.五. 误差的基本慨念一个量值是本身所具有的直实大小,称为真值.在测量过程中,测量工具不准确,测量手段不完善或测量工作中的疏忽等原因,都会使测量结果与被测量的直值不同,这个差异称为误差.1. 测量误差的表示法测量的结果与被测量的直值的差异,称为测误差,用△x表示,即:△x=X-A0 (1-1)当X>A0时,△x是正值; X<A0时,△x是负值;所以△x是有大小,正负,有单位的数值,它的大小和符号分别表示测量值偏离真值的数值和方向.如:一个被测电压,其真值U0为220V,用一只电压表测量,其指示值U x 为222V,则绝对误差:△U=U X-U0=222V-220V=+2V这是正误差,比真值大了2V式(1-1)中的A0是无法测得的,故该式缺乏实用价值.实际上,可用比使用仪器的精度等级高一级的标准仪器来测量.用它所显示的实际值A来替A0.其实A中仍包含误差,只不过小一点,那么(1-1)式应改写成:△x=X-A (1-2)这是绝对误差的表达式.与绝对误差△x相等而符号相反的值称为修正值,用C表示C=-△x=A-X (1-3)通过校验,由上一级标准仪器给出受检仪器的修正值.在测量时,利用测得的结果与已知的修正值相加,即:A=X+C (1-4)如一个量程为10V的电压表,当用它进行测量时,指示值为8V,若检定时8V刻度处的修正值为-0.1V,求被测电压的实际值.解:实际值U=8V+(-0.1)V=7.9V根据国家标准GB776-65<<电气测量指示仪器通用技术条例>>的规定,常用电气测量仪表的准确度写为0.1,0.2,0.5,1.0,1.5,2.5,5.0等七个等级,0.2级仪器的引用误差在0.1%到0.2%之间;1.0级仪表的误差在0.5%到1.0%之间.△U=U*5%如:若要测一个10V左右的电压,手上有两快电压表,其中一块量程为150V,1.5级;另一块量程为1.5V,2.5级.选用哪一块合适?解:若使用量程为150V,1.5级的电压表△U=U*5%=150*(±1.5%)= ±2.25V若表头示值为10V, 则被测电压的真值是在10V±2.25V的范围内,误差值是相当大.若使用量程为15V,2.5级的电压表.△U=U*5%=15*(±2.5%)= ±0.375V若表头示值为10V,则被测电压的真值是在10V±0.375V的范围内,误差值小得很多,因此应选用1.5V的2.5 级电压表.。

《电子测量技术》课程教学大纲学时: 48 学分：2.5理论学时: 28 实验学时：20面向专业：电信工程/电信科技课程代码：先开课程：模拟电子技术、数字电子技术、概率论、信号与系统、微机原理课程性质：必修执笔人：车晓言代爱妮审定人：陈龙猛曹洪波第一部分：理论教学部分一、说明1、课程的性质、地位和任务电子测量技术是电子信息、自动控制、测量仪器等专业的通用技术基础课程。

包括电子测量的基本原理、测量误差分析和实际应用，主要电子仪器的工作原理，性能指标，电参数的测试方法，该领域的最新发展等。

电子测量技术综合应用了电子、计算机、通信、控制等技术。

通过本课程的学习，培养学生具有电子测量技术和仪器方面的基础知识和应用能力；通过本课程的学习，可开拓学生思路，培养综合应用知识能力和实践能力；培养学生严肃认真，求实求真的科学作风，为后续课程的学习和从事研发工作打下基础。

2、课程教学和教改基本要求(1)模块化、多层次教学方法(2)理论联系实际(3)互动式、开放式教学方法(4)课程组的教学方法研讨(5)考试方式的改革通过本课程的学习，培养学生具有电子测量技术和仪器方面的基础知识和应用能力；通过本课程的学习，可开拓学生思路，培养综合应用知识能力和实践能力。

二、教学内容与课时分配第1章.测量的基本原理（4学时）（1）测量的基本概念、基本要素，测量误差的基本概念和计算方法。

（2）计量的基本概念，单位和单位制，基准和标准，量值的传递准则。

（3）测量的基本原理，信息获取原理和量值比较原理。

（4）电子测量的实现原理：变换、比较、处理、显示技术。

重点:掌握测量与计量的基本概念，测量误差的概念与来源，测量的量值比较原理。

了解信息的获取原理，测量的基本实现技术。

难点：测量的量值比较原理第2章.测量方法与测量系统（2学时）（1）电子测量的意义、特点、内容。

（2）电子测量的基本对象——信号和系统的概念、分类。

（3）电子测量方法分类。

（4）测量系统的基本特性——静态特性和动态特性。

任务 1 认识电子测量在人们的日常生活中经常需要进行测量，如用尺子测量物品长度，用体温计测量体温，用 血压计测量血压等，测量可以说无处不在 。

不仅日常生活中离不开测量，生产制造和科学研究 等领域更离不开测量技术 。

测量是使用合适的仪器设备 、采用一定的测量方法以获得被测对 象量值的过程 。

电子测量是测量学的一个重要分支，通过本任务的学习，我们来了解什么是电 子测量，以及电子测量的特点 、内容 、分类等，逐步培养工程意识 。

1.电子测量的基本概念 （1） 电子测量的定义随着电子技术的发展，电子测量技术也得到迅速发展 。

本课程所说的电子测量是指利用 电子技术对各种电参量 、电性能进行的测量，如用万用表测量电压 、电流 、电阻等，即对各种电 参量 、电性能的测量技术和常用电子测量仪器的使用 。

（2） 电子测量的主要内容① 电能量的测量，如电流 、电压 、电功率等的测量 。

② 电信号特征的测量，如电信号的频率 、周期 、相位 、失真度等的测量 。

③ 电子元件参数的测量，如电阻 、电感 、电容以及晶体管 、集成电路等元件各种参数的 测量 。

④ 电路性能参数的测量，如增益 、通频带 、灵敏度 、信噪比等的测量 。

⑤ 特性曲线的测量，如半导体元件的伏安特性曲线 、电路的频率特性曲线等的测量。

2.电子测量的特点 （1） 测量频率的范围宽随着技术不断发展，新元件 、新工艺的采用使电子测量的频率范围越来越宽 。

电子测量不 仅能测量直流电量，也能测量交流电量，其频率范围可达 10-6~1012Hz 。

但是需要注意，不同 的测量仪器，即使测量同一种电量，其工作原理和测量方法也各不相同，所能测量的频率范围 也是不同的 。

因此要根据具体的测量要求，选择合适的测量仪器和测量方法 。

（2） 测量仪器的量程宽量程是指仪器所测量参数的范围 。

电子测量仪器的量程很宽，如数字式万用表可以测量 的电压范围从纳伏至千伏，量程可达 12 个数量级 。

《电子测量技术》课程标准一、课程性质与教学目的《电子测量技术》课程是机电、电子仪器与测量、检测技术与仪器仪表、电子工程等专业的必修课。

电子测量技术，是以电子技术为基本手段的一种测量技术。

它是测量学和电子学相互结合的产物。

电子测量除运用电子科学的原理、方法和设备对各种电量、电信号及电路元器件的特性和参数进行测量外，还可以通过各种敏感器件和传感装置对非电量进行测量。

开设《电子测量技术》课程的主要目的是培养学生掌握现代化的分析、测量方法，使之具有电子测量方面的基础知识和应用能力。

无论学生将来从事何种专业技术工作，都能为之奠定坚实的、重要的基础。

二、基本要求通过本课程的教学，应使学生了解和掌握现电子测量的基本思想、理论、和方法，提高测量电路的设计能力和应用能力。

具体要求如下：1、掌握电子测量的基本组成原理；2、能够运用误差理论进行分析测量误差、处理测量结果；3、了解电子示波器和信号发生器的基本原理和使用方法；4、掌握测量频率、时间、相位等数字量的基本方法；5、掌握测量电压、电流、电阻等模拟量的基本方法；6、了解频域测量和数据域测量的基本知识；7、了解自动测量系统及通信技术。

三、教学内容（一）、概述（2学时）1、电子测量的基础知识2、电子测量系统的组成3、现代电子测量技术及发展（二）、测量误差理论与数据处理（4学时）1、误差及其来源2、误差的分类3、随机误差分析4、系统误差分析5、系统误差的合成6、测量数据的处理（三）、电子示波技术（4学时）1、示波器基本原理2、模拟示波技术3、数字存储示波技术4、示波器的应用（四）、信号发生器（4学时）1、信号发生器概述2、函数发生器3、频率合成器（五）、频率和时间的测量（6学时）1、计数器2、频率计（转速仪）3、定时器（周期仪）4、相位差的测量5、频率-电压转换器（六）、电压的测量（6学时）1、模拟量的测量及其标准表头2、各种电参数的测量方法3、数字万用表（七）、频域测量（2学时）1、频谱分析基础2、频谱分析仪（八）、数据域测量（2学时）1、数据域测量基础2、逻辑分析仪（九）、自动测量系统及通信技术（2学时）1、自动测量系统概述2、通信协议四、学分及学时分配本课程2学分，授课32个学时。

电子测量技术基础1. 引言电子测量技术是电子工程的一个重要分支，它通过各种测量手段和技术手段对电子元器件、电子电路以及电子系统进行测量和分析，以获取相关的电气参数和特性。

本文将介绍电子测量技术的基础知识和常用的测量方法。

2. 电子测量技术的分类根据测量对象的不同，电子测量技术可以分为以下几类：2.1 电压和电流测量电压和电流是电子电路中最基本的电气量，也是电子测量中最常用的测量对象之一。

在电子测量中，通常采用万用表、示波器和电流表等工具进行电压和电流的测量。

2.2 频率和相位测量频率和相位是描述信号特性的重要参数，在电子测量中应用广泛。

常见的频率和相位测量方法包括计数器测量法、频谱分析法和相位差计测法等。

2.3 电阻和电容测量电阻和电容是电子电路中常见的被测量对象。

电阻的测量可以通过电桥法、万用表和示波器等工具进行，而电容的测量则可以通过LCR表、示波器和信号发生器等进行。

2.4 电感和功率测量电感和功率是电子电路中的重要参数。

电感的测量可以使用LCR表和示波器等方法，而功率的测量则可以通过功率计和示波器等工具进行。

3. 常用的电子测量仪器电子测量仪器是电子测量技术中不可或缺的工具。

下面介绍几种常见的电子测量仪器。

3.1 示波器示波器是测量信号波形的常用仪器，可以显示波形的振幅、频率、相位等信息。

示波器可以分为模拟示波器和数字示波器两种类型。

3.2 万用表万用表是用于测量电压、电流和电阻等电气量的多功能仪器。

它集合了电压表、电流表和电阻表的功能，可以在一个仪器上完成多种测量任务。

3.3 信号发生器信号发生器可以产生各种频率和幅度的信号，用于测试和校准其他仪器以及进行信号调试和试验。

3.4 LCR表LCR表是用于测量电感、电容和电阻等参数的仪器。

它通过测量待测元件在不同频率下的电压和电流，以及它们之间的相位差，从而计算出元件的电感、电容和电阻等参数。

4. 常用的电子测量方法4.1 直接测量法直接测量法是最基本的测量方法之一，它通过直接连接测量仪器和被测对象来获取电气参数。

基本概念1、测量：是通过实验方法对客观事物取得数量信息的过程.2、电子测量：是指以电子技术理论为依据，以电子测量仪器为手段，对电量和非电量进行的测量。

3、测量仪器的主要性能指标（重要）精度；稳定性；输入阻抗；灵敏度；线性度；动态特性。

。

4、误差的概念：（1）真值A0:一个物理量在一定条件下所呈现的客观大小或真实数值称作真值。

（2）指示值AS :由国家设立各种尽可能维持不变的实物标准（或基准），以法令的形式指定其所体现的量值作为计量单位的指令值。

也叫约定真值，用来代替真值。

（3）实际值A ：在每一级的比较重，都以上一级标准所体现的值当作准确无误的值，通常称之为实际值，也叫相对真值。

（4）标称值：测量仪器上标定的数值。

（5）示值：由测量器具指示的被测量量值称为测量器具的示值。

也称测量值。

（6）等精度测量和不等精度测量：等精度测量：在保持测量条件不变的情况下，对同一被测量进行多次测量过程称为等精度测量。

等精度测量结果具有相同的可靠性。

不等精度测量：在同一被测量的多次重复测量中，不是所有测量条件都维持不变（改变测量方法，测量仪器，测量环境，测量操作者，测量过程等等），这样的测量称为不等精度测量。

5、误差的表示方式（1）绝对误差：A x x 0-=∆ (x ∆为绝对误差，x 为测得值，A0为被测量真值)绝对误差有单位；绝对误差有符号；绝对误差体现测量值与被测量值间的偏离程度，不能体现测量的质量。

（2）相对误差：绝对误差可以说明测量值偏离实际值的程度，但不能说明测量的准确程度 实际相对误差 示值相对误差（标称值相对误差）满度相对误差（满度误差、引用误差） %100⨯∆=x x mm m γΔXm 最大绝对误差 Xm 测量仪器满度值（量程值）满度误差给出了仪表各量程内绝对误差的最大值：x m mx ∙=∆γ 6、测量误差的来源（1）仪器误差 :设备误差减少误差的主要途径：正确选择测量方式和正确使用测量仪器。

《电子测量技术》课程教学大纲一、课程的性质与任务《电子测量技术》是电子信息、自动控制、测量仪器等专业的通用技术基础课程。

该课程包括电子测量的基本原理、测量误差分析，主要电子仪器的工作原理，性能指标，电参数的测试方法，该领域的最新发展等。

电子测量是现代科学获取信息的重要手段，是从事现代电子科学研究的必备基础，也是培养学生“实践动手能力”的重要标志性课程。

其特点是综合性强、实践性突出、应用面广泛。

电子测量技术综合应用了电子、计算机、通信、控制等技术。

通过本课程的学习，培养学生具有电子测量技术和仪器方面的基础知识和应用能力；通过本课程的学习，可开拓学生思路，培养综合应用知识能力和实践能力；培养学生严肃认真，求实求真的科学作风，为后续课程的学习和从事研发工作打下基础。

二、课程的教学目标（一）理论知识目标(1) 掌握近代电子测量的基本原理和方法。

(2) 掌握测量误差分析和测量数据处理方法。

(3) 熟悉常用电子测量仪器的应用技术。

(4) 掌握正确选用测量仪器的基本方法。

（二）实践技能目标(1) 能够制订先进、合理的测量和测试方案。

(2) 能够正确选用测量仪器。

(3) 能够正确操作测量仪器。

(4) 能够正确处理测量数据。

三、课程内容及教学要求（一）绪论1、主要内容测量和电子测量；电子测量的内容与特点；电子测量的一般方法；电子测量仪器概述；计量的基本概念。

2、教学要求了解常用测量方法和测量仪器的分类；掌握计量的概念；掌握电子测量的概念、特点；掌握电子测量常用仪器和常用方法。

3、作业要求《思考与练习1》中的1.1，1.3，1.5。

4、实践性教学内容及要求列举常用电子测量的实例，归纳电子测量方法及仪器的类别。

（二）测量误差和测量结果处理1、主要内容误差的相关概念；测量误差的来源；误差的分类；随机误差分析；系统误差分析；系统误差的合成；测量数据的处理；测量方案选择等。

2、教学要求掌握误差的相关概念、分类、表示方法及公式；理解测量误差的来源；掌握随机误差分析方法，会熟练计算，掌握数学期望值、残差等的计算；掌握正态分布、平均分布，会熟练计算，能使用贝塞儿公式，掌握有限次测量的数据处理方法；掌握系统误差分析方法和合成方法，熟练相关计算；熟练消弱系统误差的典型测量技术、原理、计算。

第1章电子测量的基本概念测量环境是指测量过程中人员、对象和仪器系统所处空间的一切物理和化学条件的总和。

电子测量的特点：①测量频率范围宽②测量量程广⑧测量准确度高低相差悬殊①测量速度快⑤可实现遥测⑥易于实现测量智能化和自动化⑦测量结果影响因素众多，误差分析困难测量仪器的主要性能指标：①精度；②稳定性；③输入阻抗；④灵敏度；⑤线性度；⑥动态特性。

精度：精密度（精密度高意味着随机误差小，测量结果的重复性好）正确度（正确度高则说明系统误差小）准确度（准确度高，说明精密度和正确度都高）第2章测量误差和测量结果处理误差=测量值-真值误差=测量值-真值修正值C = - 绝对误差Δx示值相对误差（标称相对误差）满度相对误差分贝误差当n 足够大时，残差得代数和等于零。

实验偏差与标准偏差：nn x ni i /1112σσυσ=-=∑=极限误差常用函数的合成误差和函数：差函数积商函数数据修约规则：(1)小于5舍去——末位不变。

(2)大于5进1——在末位增1。

(3)等于5时，取偶数——当末位是偶数，末位不变；末位是奇数，在末位增1（将末位凑为偶数）第3章信号发生器振荡器是信号发生器的核心。

通常用频率特性、输出特性和调制特性(俗称三大指标)来评价正弦信号发生器的性能。

合成信号发生器相干式（直接合成）：频率切换迅速且相位噪声很低 锁相式（间接合成）：频率切换时间相对较长但易于集成化和点频法相比，扫频法具有以下优点： 1.可实现网络的频率特性的自动或半自动测量2.扫频信号的频率是连续变化的，不会出现由于点频法中的频率点离散而遗漏掉细节的问题3.扫频测量法是在一定扫描速度下获得被测电路的动态频率特性，而后者更符合被测电路的应用实际第4章 电子示波器示波器的核心部件是示波管，由电子枪、电子偏转系统和荧光屏三部分组成为了示波器有较高的测量灵敏度，Y 偏转板置于靠近电子枪的部位，而X 偏转板在Y 的右边为了示波器有较高的测量灵敏度，Y 偏转板置于靠近电子枪的部位，而X 偏转板在Y 的右边电子示波器结构框图：为实现扫描回程光迹消隐，应产生加亮(增辉)信号交替方式（ALT）：适合于观察高频信号断续方式（CHOP）：适用于被测信号频率较低的情况当数字示波器处于存储工作模式时，其工作过程一般分为存储和显示两个阶段第5章频率时间测量对比测频与测周原理图测频图测周图要提高频率测量的准确度：1.提高晶振频率的准确度和稳定度以减小闸门时间误差2.扩大闸门时间T或倍频被测信号频率以减小±1误差3.被测信号频率较低时，采用测周期的方法测量一般选用高精确度的晶振，测频误差主要决定于量化误差(即土1误差) 。

《电子测量技术》------课后习题第一章1.1解释名词：①测量；②电子测量。

答：测量是为确定被测对象的量值而进行的实验过程。

在这个过程中，人们借助专门的设备，把被测量与标准的同类单位量进行比较，从而确定被测量与单位量之间的数值关系，最后用数值和单位共同表示测量结果。

从广义上说，凡是利用电子技术进行的测量都可以说是电子测量；从狭义上说，电子测量是指在电子学中测量有关电的量值的测量。

1.2叙述直接测量、间接测量、组合测量的特点，并各举一两个测量实例。

答：直接测量：它是指直接从测量仪表的读数获取被测量量值的方法。

如：用电压表测量电阻两端的电压，用电流表测量电阻中的电流。

间接测量：利用直接测量的量与被测量之间的函数关系，间接得到被测量量值的测量方法。

如：用伏安法测量电阻消耗的直流功率P，可以通过直接测量电压U，电流I，而后根据函数关系P＝UI，经过计算，间接获得电阻消耗的功耗P；用伏安法测量电阻。

组合测量：当某项测量结果需用多个参数表达时，可通过改变测试条件进行多次测量，根据测量量与参数间的函数关系列出方程组并求解，进而得到未知量，这种测量方法称为组合测量。

例如，电阻器电阻温度系数的测量。

1.3解释偏差式、零位式和微差式测量法的含义，并列举测量实例。

答：偏差式测量法：在测量过程中，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。

例如使用万用表测量电压、电流等。

零位式测量法：测量时用被测量与标准量相比较，用零示器指示被测量与标准量相等(平衡)，从而获得被测量从而获得被测量。

微差式测量法：通过测量待测量与基准量之差来得到待测量量值。

如用微差法测量直流稳压源的稳定度。

1.4叙述电子测量的主要内容。

答：电子测量内容包括：（1）电能量的测量如：电压，电流电功率等；（2）电信号的特性的测量如：信号的波形和失真度，频率，相位，调制度等；（3）元件和电路参数的测量如：电阻，电容，电感，阻抗，品质因数，电子器件的参数等；（4）电子电路性能的测量如：放大倍数，衰减量，灵敏度，噪声指数，幅频特性，相频特性曲线等。