电子测量(13)电压测量技术

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.。

随着科学技术的飞速发展,误差理论与数据处理在理论上和实际应用上都得到极大的提高和发展,已成为一门独立的学科。因此,对从事各种实验和研究的科技和工程技术人员一定要学习和掌握误差理论与数据处理方面的知识。
只要有测量,必须有测量结果,有测量结果必然产生误差。误差影响测量精度。
对误差的特点,性质及分类要有全面系统的了解,最后找出合理的、科学的办法加以消除。
思考题、讨论题、作业：
参考资料（含参考书、文献等）：
1.《电子测量技术》夏哲雷主编，机械工业出版社
2.《电子测量技术基础》杨吉祥编著，东南大学出版社
电子测量技术课程教案
授课题目（教学章节或主题）：
第3章电压测量
3.1概述
3.2电压的模拟测量
3.3电压的数字化测量
授课类型
理论课
授课时间
第1周周3第6-7节
重点：
测量误差的估计和处理，测量不确定度的评定在科学研究和生产中的重要作用。
难点：
根据误差的性质，将测量误差分为随机误差、系统误差、粗大误差三类，这三类误差的概念和来源；
与测量结果有关的三个术语：准确度、精密度、精确度，及它们与系统误差、随机误差和总误差的关系。
教学手段与方法：
教学方式：讲授
教学资源：多媒体
教学手段与方法：
教学方式：讲授
教学资源：多媒体
思考题、讨论题、作业：
3-4
参考资料（含参考书、文献等）：
1.《电子测量技术》夏哲雷主编，机械工业出版社
2.《电子测量技术基础》杨吉祥编著，东南大学出版社
电子测量技术课程教案
授课题目（教学章节或主题）：
第4章时间频率测量及调制域分析
4.1时间频率测量
4.2电子计数器

附件：课程标准体例框架和要求《电子测量技术》课程标准一、课程定位（一）课程背景在线上线下交互式教学方式的大趋势下，搭建云课堂，让学生可以在线学习，在线与老师同学交流，高效而且方便，即使在线下课堂中，合理应用云平台的优质资源也可以提高实践实训的效能，《电子测量技术》教学团队开始探寻新的教学模式。

《电子测量技术》作为电类专业必修的核心专业技能课程，与电子信息工程技术专业一样有着丰厚的传承和历史底蕴，同时也承受着电子测量行业日新月异的技术革新与产业升级带来的冲击。

为了给国家，给测量行业输送更高素质更贴近行业发展的技术人才，为了更好的调动学生的积极性，培养学生严谨细致的职业素养，提升学生的就业竞争力，提高课堂教学效率和实验室设备利用率，在2020年秋季，开展了《电子测量技术》课程线上线下混合式教学。

其中以电子信息工程技术专业(3+2)作为调研分析对象，探索《电子测量与仪器》课程线上线下混合式教学的优势和可持续发展性，并对所获得的数据进行科学与客观的分析，加强反思，力求推进本课程的更新与改进。

（二）课程定位《电子测量技术》是一门实践性技术应用型课程。

是适用于电子电气类相关专业开设的一门专业技能课程。

通过本课程的学习使学生获得正确选用测量方案能力；具有正确选用仪器、仪表的能力；具有对电路测量、调试、故障排除、维修的能力；具有对常用电路进行设计、调试、检测、维护的能力。

本课程不仅为后续专业课程的学习打下基础，同时培养学生的学习能力及职业能力。

二、设计思路根据人才培养方案中对本专业学生目标能力要求，学生自身的需要、兴趣和身心发展水平，社会与行业的发展需要结合本课程目标要求在现代通用电子测量技术及仪器领域，经校内外专家论证，选择了应用最广泛，最贴合就业岗位的技术技能及仪器仪表的相关内容。

本课程在线上线下+多媒体+实训室学习情景下，模拟实际测量工作任务为教学载体，实施理论实践一体化教学。

（二）课程内容编排设计（一）课程内容选取技术内容：理论先行，系统为上，将实际测量项目与电子测量仪器测量原理及具体应用结合。

电子测量作业
第一章作业
1 什么是电子测量，以下三种情况是否属于电子测量？ （1）用红外测温仪测温度 （2）利用压力传感器将压力转换成电压，再通过电压表 测量电压值以实现对压力的测量。 （3）通过频谱分析仪测量方波的频谱密度。 2 简述电子测量的内容、特点及分类。
第二章作业
1、某电压表的刻度为0～10V，在5V处的校准值为4.95V，求其绝对 误差、修正值、实际相对误差及示值相对误差。若认为此处的绝 对误差最大，问该电压表应定为几级？ 2、若测量10V左右的电压，手头上有两块电压表，其中一块量程为 150V，0.5级，另一块为15V，2.5级。选用哪一块测量更准确？ 3、题3图中电流表A1示值I1＝20mA，相对误差γ1＝±2％；电流表A示 3 3 A 20mA ±2 A 值I＝30mA，相对误差γ＝±2％，用I2＝I-I1的方法求I2，问最大可 能的相对误差γ2m是多少？ 4、用0.2级100mA的电流表与2.5级100mA的电流表串联起来测量电 流。前者示值为80mA，后者示值为77.8mA。 （1）若把前者作为标准表校验后者，则被校表的绝对误差是多少？ 应当引入的修正值是多少？测得值的实际相对误差是多少？ （2）如果认为上述结果为最大误差，则被校表的准确度等级应定为 多少？
第六章作业（续）
题7图
8、多线显示和多踪显示有何异同？ 9、简述数字存储示波器的组成和工作原理。
第六章作业（续）
10、XJ4360型示波器荧光屏显示的脉冲波形如题10图所 示。问： （1）当扫描速度为2µs/cm时，求信号频率？ （2）若信号频率为5kHz，求x轴每cm代表的时间。 （3）若信号频率为1kHz，扫描速度为0.5ms/cm，在水平 方向x＝10cm长度内能显示几个完整周期 11、某示波器的频率宽带fB＝100MHz，用它测量一方波 信号，屏幕显示波形的上升时间trx为10ns，试求被测方 波信号的实际上升时间trs是多少？ 12、用双踪示波器测量两个脉冲之间的时间间隔（题12 图），试写出测量步骤。