1、单元单元1 电子测量与仪器的基本知识电子测量与仪器的基本知识123 31.1 电子测量概述电子测量概述1.2 电子测量仪器的基础知识电子测量仪器的基础知识1.3 测量误差的基本概念测量误差的基本概念返回3 41.4 测量结果的表示及有效数字测量结果的表示及有效数字1.1 电子测量概述电子测量概述1.1.1 电子测量的意义和内容电子测量的意义和内容1.电子测量的意义电子测量的意义测量的目的就是获得用数值和单位共同表示的被测量的结果测量的目的就是获得用数值和单位共同表示的被测量的结果,是人们借是人们借助于专门的设备助于专门的设备,依据一定的理论依据一定的理论,通过实验的方法将被测量与已知同类通过实
2、验的方法将被测量与已知同类标准量进行比较而取得测量结果。被测量的结果必须是带有单位的有理标准量进行比较而取得测量结果。被测量的结果必须是带有单位的有理数数,例如某电流测量结果为例如某电流测量结果为10.4 mA 是正确的是正确的,而测得的结果为而测得的结果为10.4 是错是错误的。误的。广义的电子测量是指利用电子技术进行的测量。狭义的电子测量是指对广义的电子测量是指利用电子技术进行的测量。狭义的电子测量是指对电子技术中各种电参量所进行的测量。电子技术中各种电参量所进行的测量。下一页返回1.1 电子测量概述电子测量概述2.电子测量的内容电子测量的内容电子测量与其他测量相比电子测量与其他测量相比,
3、具有测量频率范围宽、量程广、精确度高、具有测量频率范围宽、量程广、精确度高、测量速度快、易于实现遥测遥控等优点。电子测量已被广泛应用于各个测量速度快、易于实现遥测遥控等优点。电子测量已被广泛应用于各个领域领域,大到天文观测、航空航天大到天文观测、航空航天,小到物质结构、基本粒子小到物质结构、基本粒子,无不运用电无不运用电子测量技术。狭义电子测量的内容主要包括如下几个方面。子测量技术。狭义电子测量的内容主要包括如下几个方面。1)能量的测量能量的测量能量的测量指的是对电流、电压、功率、电场强度等参量的测量。能量的测量指的是对电流、电压、功率、电场强度等参量的测量。2)电路参数的测量电路参数的测量电
4、路参数的测量指的是对电阻、电感、电容、阻抗、品质因数等参量的电路参数的测量指的是对电阻、电感、电容、阻抗、品质因数等参量的测量。测量。上一页 下一页返回1.1 电子测量概述电子测量概述3)电信号特性的测量电信号特性的测量信号特性的测量指的是对频率、周期、时间、相位、调制系数、失真度信号特性的测量指的是对频率、周期、时间、相位、调制系数、失真度等参量的测量。等参量的测量。4)电路性能的测量电路性能的测量电路性能的测量指的是对通频带、选择性、放大倍数、衰减量、灵敏度电路性能的测量指的是对通频带、选择性、放大倍数、衰减量、灵敏度、信噪比等参量的测量。、信噪比等参量的测量。5)特性曲线的测量特性曲线的
5、测量特性曲线的测量指的是对幅频特性、相频特性、器件特性等的显示测量特性曲线的测量指的是对幅频特性、相频特性、器件特性等的显示测量。电量测量则是最基本、最重要的测量内容。电量测量则是最基本、最重要的测量内容。非电量的测量属于广义电子测量的内容非电量的测量属于广义电子测量的内容,可以通过传感器将非电量变换可以通过传感器将非电量变换为电量后进行测量。本书主要讨论狭义电子测量内容。为电量后进行测量。本书主要讨论狭义电子测量内容。上一页 下一页返回1.1 电子测量概述电子测量概述1.1.2 电子测量的方法电子测量的方法为了达到测量目的为了达到测量目的,正确选择测量方法是极其重要的正确选择测量方法是极其重
6、要的,它直接关系到测量它直接关系到测量工作的正常进行和测量结果的有效性。测量方法的分类主要有以下几种工作的正常进行和测量结果的有效性。测量方法的分类主要有以下几种方法。方法。1.按照测量性质分类按照测量性质分类按照测量性质分类按照测量性质分类,测量方法有时域测量、频域测量、数字域测量和随测量方法有时域测量、频域测量、数字域测量和随机量测量四种。机量测量四种。1)时域测量时域测量时域测量是指测量与时间有函数关系的量。如电压、电流等时域测量是指测量与时间有函数关系的量。如电压、电流等,它们的稳它们的稳态值和有效值一般可以用仪表直接测量态值和有效值一般可以用仪表直接测量,而瞬时值可用示波器通过显示而
7、瞬时值可用示波器通过显示的波形来观测。的波形来观测。上一页 下一页返回1.1 电子测量概述电子测量概述2)频域测量频域测量频域测量是指测量与频率有函数关系的量。如电路增益、相移等频域测量是指测量与频率有函数关系的量。如电路增益、相移等,可以可以通过分析电路的幅频和相频特性或频谱特性等进行测量。通过分析电路的幅频和相频特性或频谱特性等进行测量。3)数字域测量数字域测量数字域测量是指对数字逻辑量进行的测量。如用逻辑分析仪可以同时观数字域测量是指对数字逻辑量进行的测量。如用逻辑分析仪可以同时观测许多单次并行数据。对于计算机的地址线、数据线上的信号测许多单次并行数据。对于计算机的地址线、数据线上的信号
8、,既可显既可显示其时序波形示其时序波形,也可用也可用“1”或或“0”显示其逻辑状态。显示其逻辑状态。4)随机量测量随机量测量随机量测量主要是指对各种噪声、干扰信号等随机量的测量。随机量测量主要是指对各种噪声、干扰信号等随机量的测量。上一页 下一页返回1.1 电子测量概述电子测量概述2.按照测量手段分类按照测量手段分类按照测量手段分类按照测量手段分类,测量方法有直接测量、间接测量、组合测量等方法测量方法有直接测量、间接测量、组合测量等方法,间接测量与组合测量同属于非直接测量方法。间接测量与组合测量同属于非直接测量方法。1)直接测量直接测量直接测量是指借助于测量仪器等设备可以直接获得测量结果的测量
9、方法直接测量是指借助于测量仪器等设备可以直接获得测量结果的测量方法,例如用电压表测电压等。例如用电压表测电压等。2)间接测量间接测量间接测量是指对几个与被测量有确定函数关系的物理量进行直接测量间接测量是指对几个与被测量有确定函数关系的物理量进行直接测量,然后通过公式计算或查表等求出被测量的测量方法。伏安法测量电阻然后通过公式计算或查表等求出被测量的测量方法。伏安法测量电阻R 的方法即属于间接测量法的方法即属于间接测量法,它是先测出流过电阻的电流及电阻两端的电它是先测出流过电阻的电流及电阻两端的电压压U 后后,再利用公式再利用公式R=U/I 来测量电阻来测量电阻R 的值。的值。上一页 下一页返回
10、1.1 电子测量概述电子测量概述3)组合测量组合测量组合测量是建立在直接测量和间接测量基础上的测量方法。当无法通过组合测量是建立在直接测量和间接测量基础上的测量方法。当无法通过直接测量或间接测量得出被测量的结果时直接测量或间接测量得出被测量的结果时,需要改变测量条件进行多次需要改变测量条件进行多次测量测量,然后按照被测量与有关未知量间的函数关系组成联立方程组然后按照被测量与有关未知量间的函数关系组成联立方程组,求解求解方程组得出有关未知量方程组得出有关未知量,最后将未知量代入函数式而得出测量结果。最后将未知量代入函数式而得出测量结果。电子测量的方法还有很多电子测量的方法还有很多,如人工测量和自
11、动测量、动态测量和静态测如人工测量和自动测量、动态测量和静态测量、精密测量和工程测量量、精密测量和工程测量;低频测量、高频测量和超高频测量等。低频测量、高频测量和超高频测量等。测量时应对被测量的物理特性、测量允许时间、测量精度要求以及经费测量时应对被测量的物理特性、测量允许时间、测量精度要求以及经费情况等方面进行综合考虑情况等方面进行综合考虑,结合现有的仪器、设备条件结合现有的仪器、设备条件,择优选取合适的择优选取合适的测量方法。测量方法。上一页返回1.2 电子测量仪器的基础知识电子测量仪器的基础知识1.2.1 电子测量仪器的发展电子测量仪器的发展测量中用到的各种电子仪表、电子仪器及辅助设备统
12、称为电子测量仪器测量中用到的各种电子仪表、电子仪器及辅助设备统称为电子测量仪器,它的发展大致经历了模拟仪器、数字化仪器、智能仪器和虚拟仪器共四它的发展大致经历了模拟仪器、数字化仪器、智能仪器和虚拟仪器共四个阶段。个阶段。1.模拟仪器模拟仪器模拟仪器是出现较早、仍然比较常见的测量仪器模拟仪器是出现较早、仍然比较常见的测量仪器,如指针式万用表、晶如指针式万用表、晶体管毫伏表等。它们的指示机构是电磁机械式的体管毫伏表等。它们的指示机构是电磁机械式的,借助指针显示测量结借助指针显示测量结果。果。2.数字化仪器数字化仪器下一页返回1.2 电子测量仪器的基础知识电子测量仪器的基础知识数字化仪器是目前很普遍
13、的测量仪器数字化仪器是目前很普遍的测量仪器,如数字电压表、数字频率计等。如数字电压表、数字频率计等。数字化仪器将模拟信号的测量变换为数字信号的测量数字化仪器将模拟信号的测量变换为数字信号的测量,并以数字形式给并以数字形式给出测量结果出测量结果,具有比模拟仪器测速快、测量准确度高、抗干扰性能好、具有比模拟仪器测速快、测量准确度高、抗干扰性能好、操作方便等诸多优点。操作方便等诸多优点。3.智能仪器智能仪器智能仪器内置微处理器智能仪器内置微处理器,既能进行自动测试既能进行自动测试,又具有一定的数据处理功能又具有一定的数据处理功能,可取代部分脑力劳动。智能仪器的功能模块多以硬件可取代部分脑力劳动。智能
14、仪器的功能模块多以硬件(或固化的软件或固化的软件)形形式存在式存在,无论是开发还是应用无论是开发还是应用,均缺乏一定的灵活性。均缺乏一定的灵活性。上一页 下一页返回1.2 电子测量仪器的基础知识电子测量仪器的基础知识4.虚拟仪器虚拟仪器1)虚拟仪器的基本概念虚拟仪器的基本概念虚拟仪器虚拟仪器(Virtual Instrument,遇遇)是以一种全新的理念于是以一种全新的理念于20 世纪世纪90 年年代发展起来的仪器代发展起来的仪器,主要用于自动测试、过程控制、仪器设计和数据分主要用于自动测试、过程控制、仪器设计和数据分析等。虚拟仪器强调析等。虚拟仪器强调“软件即仪器软件即仪器”,即在仪器设计或
15、测试系统中尽可即在仪器设计或测试系统中尽可能用软件代替硬件能用软件代替硬件,所以用户可以在通用计算机平台上所以用户可以在通用计算机平台上,根据用户自己的根据用户自己的需求来定义和设计仪器的测试功能需求来定义和设计仪器的测试功能,其实质是充分利用计算机的最新技其实质是充分利用计算机的最新技术来实现和扩展传统仪器的功能。术来实现和扩展传统仪器的功能。上一页 下一页返回1.2 电子测量仪器的基础知识电子测量仪器的基础知识2)虚拟仪器的组成虚拟仪器的组成虚拟仪器主要由计算机、仪器模块和软件三部分组成。仪器模块的功能虚拟仪器主要由计算机、仪器模块和软件三部分组成。仪器模块的功能主要靠软件实现主要靠软件实
16、现,通过编程在显示屏上构成信号发生器、示波器或数字通过编程在显示屏上构成信号发生器、示波器或数字万用表等传统仪器的软面板万用表等传统仪器的软面板,而信号发生器产生信号的波形、频率、占而信号发生器产生信号的波形、频率、占空比、幅值等空比、幅值等,示波器的测量通道、偏转灵敏度、时基因数、极性、触示波器的测量通道、偏转灵敏度、时基因数、极性、触发信号等均用鼠标或按键进行设置发信号等均用鼠标或按键进行设置,操作使用更加方便操作使用更加方便,而且虚拟仪器具而且虚拟仪器具有更强的分析处理能力。有更强的分析处理能力。3)虚拟仪器的特点虚拟仪器的特点与传统仪器相比与传统仪器相比,虚拟仪器具有高效、开放、操作简
17、便灵活、功能强大虚拟仪器具有高效、开放、操作简便灵活、功能强大、性价比高等优点、性价比高等优点,其特点如下。其特点如下。上一页 下一页返回1.2 电子测量仪器的基础知识电子测量仪器的基础知识(1)智能化程度高智能化程度高,处理能力强。处理能力强。(2)复用性强复用性强,费用低。用相同的硬件可构成多种不同测试功能的仪器费用低。用相同的硬件可构成多种不同测试功能的仪器,这些仪器的功能更加灵活、高效、开放、费用更低。通过与计算机网络这些仪器的功能更加灵活、高效、开放、费用更低。通过与计算机网络连接连接,还可实现虚拟仪器的分布式共享还可实现虚拟仪器的分布式共享,更好地发挥仪器的使用价值。更好地发挥仪器
18、的使用价值。(3)可操作性强可操作性强,易用灵活。可由用户针对不同需要设计不同的操作显示易用灵活。可由用户针对不同需要设计不同的操作显示界面界面,使仪器操作更加直观、简便、易于理解使仪器操作更加直观、简便、易于理解,而且测量结果可以直接进而且测量结果可以直接进入数据库或通过网络发送。测量结束后入数据库或通过网络发送。测量结束后,还可打印、显示所需的报表或还可打印、显示所需的报表或曲线曲线,使得仪器的可操作性大大提高。使得仪器的可操作性大大提高。上一页 下一页返回1.2 电子测量仪器的基础知识电子测量仪器的基础知识1.2.2 电子测量仪器的分类电子测量仪器的分类电子测量仪器种类繁多电子测量仪器种
19、类繁多,主要包括通用仪器和专用仪器两大类。专用仪主要包括通用仪器和专用仪器两大类。专用仪器是为特定目的专门设计制作的器是为特定目的专门设计制作的,适于对特定对象的测量。通用仪器是适于对特定对象的测量。通用仪器是指应用面广、灵活性好的测量仪器。指应用面广、灵活性好的测量仪器。按照仪器功能按照仪器功能,通用电子测量仪器分为以下几类。通用电子测量仪器分为以下几类。1.信号发生器信号发生器信号发生器是在电子测量中提供符合一定技术要求的电信号产生仪器信号发生器是在电子测量中提供符合一定技术要求的电信号产生仪器,如正弦信号发生器、脉冲信号发生器、函数信号发生器、随机信号发生如正弦信号发生器、脉冲信号发生器
20、、函数信号发生器、随机信号发生器等。器等。上一页 下一页返回1.2 电子测量仪器的基础知识电子测量仪器的基础知识2.电压测量仪器电压测量仪器电压测量仪器是用于测量信号电压的仪器电压测量仪器是用于测量信号电压的仪器,如低频毫伏表、高频毫伏表如低频毫伏表、高频毫伏表、数字电压表等。、数字电压表等。3.波形测试仪器波形测试仪器波形测试仪器是用于显示信号波形的仪器波形测试仪器是用于显示信号波形的仪器,如通用示波器、取样示波器如通用示波器、取样示波器、记忆存储示波器等。、记忆存储示波器等。4.频率测量仪器频率测量仪器频率测量仪器是测量信号频率、周期等的仪器频率测量仪器是测量信号频率、周期等的仪器,如数字
21、式频率计等。如数字式频率计等。5.电路参数测量仪器电路参数测量仪器电路参数测量仪器是测量电阻、电感、晶体管放大倍数等电路参数的仪电路参数测量仪器是测量电阻、电感、晶体管放大倍数等电路参数的仪器器,如电桥、如电桥、Q表、晶体管特性图示仪等。表、晶体管特性图示仪等。上一页 下一页返回1.2 电子测量仪器的基础知识电子测量仪器的基础知识6.信号分析仪器信号分析仪器信号分析仪器是测量信号非线性失真度、信号频谱特性等的仪器信号分析仪器是测量信号非线性失真度、信号频谱特性等的仪器,如失如失真度测试仪、频谱仪等。真度测试仪、频谱仪等。7.模拟电路特性测试仪器模拟电路特性测试仪器模拟电路特性测试仪器是分析模拟
22、电路幅频特性、噪声特性等的仪器模拟电路特性测试仪器是分析模拟电路幅频特性、噪声特性等的仪器,如扫频仪、噪声系数测试仪等。如扫频仪、噪声系数测试仪等。8.数字电路特性测试仪器数字电路特性测试仪器数字电路特性测试仪器是分析数字电路逻辑特性等的仪器数字电路特性测试仪器是分析数字电路逻辑特性等的仪器,如逻辑分析如逻辑分析仪、特征分析仪等仪、特征分析仪等,是数据域测量不可缺少的仪器。是数据域测量不可缺少的仪器。测量时应根据测量要求测量时应根据测量要求,参考被测量与测量仪器的有关指标参考被测量与测量仪器的有关指标,结合现有测结合现有测量条件及经济状况量条件及经济状况,尽量选用功能相符、使用方便的仪器。尽量
23、选用功能相符、使用方便的仪器。上一页 下一页返回1.2 电子测量仪器的基础知识电子测量仪器的基础知识1.2.3 电子测量仪器的主要技术指标电子测量仪器的主要技术指标电子测量仪器的性能指标主要包括频率范围、准确度、量程与分辨力、电子测量仪器的性能指标主要包括频率范围、准确度、量程与分辨力、稳定性与可靠性、环境条件、响应特性以及输入稳定性与可靠性、环境条件、响应特性以及输入/输出特性等。输出特性等。1.频率范围频率范围频率范围即有效频率范围频率范围即有效频率范围,是指能保证仪器其他指标正常工作的输入信是指能保证仪器其他指标正常工作的输入信号或输出信号的频率范围。号或输出信号的频率范围。上一页 下一
24、页返回1.2 电子测量仪器的基础知识电子测量仪器的基础知识2.准确度准确度准确度既可用于说明测量结果与被测量真值之间的一致程度准确度既可用于说明测量结果与被测量真值之间的一致程度,即测量准即测量准确度确度,也可用于描述测量仪器给出值接近于真值的能力也可用于描述测量仪器给出值接近于真值的能力,即测量仪器准确即测量仪器准确度。度。准确度通常以允许误差或不确定度的形式给出。不确定度是指在对测量准确度通常以允许误差或不确定度的形式给出。不确定度是指在对测量数据进行处理的过程中数据进行处理的过程中,为了避免丢失真实数据而人为扩大的测量误差为了避免丢失真实数据而人为扩大的测量误差,是一个定量的量是一个定量
25、的量,由于它在一定程度上能反映出测量数据的可信程度而由于它在一定程度上能反映出测量数据的可信程度而得名。不确定度的数值越大得名。不确定度的数值越大,丢失真实数据的可能性越小丢失真实数据的可能性越小,即可信度越高即可信度越高。准确度不同于允许误差和不确定度。准确度不同于允许误差和不确定度,它是一种定性的概念而非定量的它是一种定性的概念而非定量的量。因为准确度是通过测量结果或测量仪器给出值表明真值量。因为准确度是通过测量结果或测量仪器给出值表明真值(或实际值或实际值)所处的范围而非确定的数值。所处的范围而非确定的数值。上一页 下一页返回1.2 电子测量仪器的基础知识电子测量仪器的基础知识3.量程与
26、分辨力量程与分辨力量程是指测量仪器的测量范围。分辨力是指通过仪器所能直接反映出来量程是指测量仪器的测量范围。分辨力是指通过仪器所能直接反映出来的被测量变化的最小值的被测量变化的最小值,即指针式仪表刻度盘标尺上最小刻度代表的被即指针式仪表刻度盘标尺上最小刻度代表的被测量大小或数字仪表最低位的测量大小或数字仪表最低位的“1”所表示的被测量大小。同一仪器不所表示的被测量大小。同一仪器不同量程的分辨力不同同量程的分辨力不同,通常以仪器最小量程的分辨力通常以仪器最小量程的分辨力(最高分辨力最高分辨力)作为作为仪器的分辨力。仪器的分辨力。4.稳定性与可靠性稳定性与可靠性稳定性是指在一定的工作条件下稳定性是
27、指在一定的工作条件下,在规定时间内在规定时间内,仪器保持指示值或供给仪器保持指示值或供给值不变的能力。可靠性是指仪器在规定的条件下值不变的能力。可靠性是指仪器在规定的条件下,完成规定功能的可能完成规定功能的可能性性,是反映仪器是否耐用的一种综合性和统计性质量指标。是反映仪器是否耐用的一种综合性和统计性质量指标。上一页 下一页返回1.2 电子测量仪器的基础知识电子测量仪器的基础知识5.环境条件环境条件环境条件即保证测量仪器正常工作的工作环境环境条件即保证测量仪器正常工作的工作环境,如基准条件、正常条件如基准条件、正常条件、额定工作条件等。、额定工作条件等。6.响应特性响应特性一般来说一般来说,仪
28、器的响应特性是指输出的某个特征量与其输入的某个特征仪器的响应特性是指输出的某个特征量与其输入的某个特征量之间的响应关系或驱动量与被驱动量之间的关系。例如量之间的响应关系或驱动量与被驱动量之间的关系。例如,峰值检波器峰值检波器的响应特性为检波器输出的平均值的响应特性为检波器输出的平均值Uo约等于交流输入信号的峰值约等于交流输入信号的峰值Ui。7.输入特性与输出特性输入特性与输出特性输入特性主要包括测量仪器的输入阻抗、输入形式等。输出特性主要包输入特性主要包括测量仪器的输入阻抗、输入形式等。输出特性主要包括测量结果的指示方式、输出电平、输出阻抗、输出形式等。括测量结果的指示方式、输出电平、输出阻抗
29、、输出形式等。上一页 下一页返回1.2 电子测量仪器的基础知识电子测量仪器的基础知识1.2.4 电子测量实验室的常识电子测量实验室的常识1.电子测量实验室的环境条件电子测量实验室的环境条件电子测量仪器是由各种电子元器件构成的。它们往往不同程度地受到诸电子测量仪器是由各种电子元器件构成的。它们往往不同程度地受到诸如温度、湿度、大气压强、振动、电网电压、电磁场干扰等外界环境的如温度、湿度、大气压强、振动、电网电压、电磁场干扰等外界环境的影响影响,因此因此,在同一环境条件下在同一环境条件下,用同一台仪器及同样的测量方法去测量用同一台仪器及同样的测量方法去测量同一个物理量同一个物理量,就会出现不同的测
30、量结果。就会出现不同的测量结果。2.电子测量仪器的放置及连线电子测量仪器的放置及连线1)电子测量仪器的放置电子测量仪器的放置在测量前应安放好各仪器的位置在测量前应安放好各仪器的位置,要注意以下两点要注意以下两点:上一页 下一页返回1.2 电子测量仪器的基础知识电子测量仪器的基础知识(1)在摆放仪器时在摆放仪器时,尽量使仪器的指示电表或显示器与操作者的视线平行尽量使仪器的指示电表或显示器与操作者的视线平行,以减少视差以减少视差;对那些在测量中需要频繁操作的仪器对那些在测量中需要频繁操作的仪器,其位置的安放应便于其位置的安放应便于操作者的使用。操作者的使用。(2)在测量中在测量中,当需要两台或多台
31、仪器重叠放置时当需要两台或多台仪器重叠放置时,应把重量轻、体积小应把重量轻、体积小的仪器放在上层的仪器放在上层;对散热量较大的仪器还要注意它自身散热及对相邻仪对散热量较大的仪器还要注意它自身散热及对相邻仪器的影响。器的影响。2)电子测量仪器之间的连线电子测量仪器之间的连线电子测量仪器之间的连线原则上要求尽量短电子测量仪器之间的连线原则上要求尽量短,尽量减少或消除交叉尽量减少或消除交叉,以免以免引起信号的串扰和寄生振荡。例如引起信号的串扰和寄生振荡。例如:图图1-1 中中,图图(a)、(c)是正确的连线是正确的连线方法方法,图图(b)连接线太长连接线太长,图图(d)连接线有交叉。连接线有交叉。上
32、一页 下一页返回1.2 电子测量仪器的基础知识电子测量仪器的基础知识3.电子测量仪器的接地电子测量仪器的接地电子测量仪器的接地有两层含义电子测量仪器的接地有两层含义,即以保障操作者人身安全为目的的安即以保障操作者人身安全为目的的安全接地和以保证电子测量仪器正常工作为目的的技术接地。全接地和以保证电子测量仪器正常工作为目的的技术接地。1)安全接地安全接地安全接地即将机壳和大地连接。这里所说的安全接地即将机壳和大地连接。这里所说的“地地”是指真正的大地。是指真正的大地。为了消除隐患为了消除隐患,一般可采取以下措施一般可采取以下措施:(1)在实验室的地面上铺设绝缘胶。在实验室的地面上铺设绝缘胶。(2
33、)仪器的电源插头应采用仪器的电源插头应采用“三星三星”插头插头,其中其中“一星一星”为接地端为接地端(另一端另一端连接在仪器的外壳上连接在仪器的外壳上)。上一页 下一页返回1.2 电子测量仪器的基础知识电子测量仪器的基础知识(3)电子实验室的总地线可用大块金属板或金属棒深埋在附近的地下电子实验室的总地线可用大块金属板或金属棒深埋在附近的地下,并并撒些食盐以减少接触电阻撒些食盐以减少接触电阻,再用粗导线引入实验室。通过接地线再用粗导线引入实验室。通过接地线,泄漏电泄漏电流就流入大地这个巨大的导体。流就流入大地这个巨大的导体。2)技术接地技术接地技术接地是一种防止外界信号串扰的方法。这里所说的技术
34、接地是一种防止外界信号串扰的方法。这里所说的“地地”,是指等是指等电位点电位点,即测量仪器及被测电路的基准电位点。技术接地一般有一点接即测量仪器及被测电路的基准电位点。技术接地一般有一点接地和多点接地两种方式。地和多点接地两种方式。一点接地适用于直流或低频电路的测量一点接地适用于直流或低频电路的测量,即把测量仪器的技术接地点与即把测量仪器的技术接地点与被测电路的技术接地点连在一起被测电路的技术接地点连在一起,再与实验室的总地线再与实验室的总地线(大地大地)相连相连;多点多点接地则应用于高频电路的测量。接地则应用于高频电路的测量。上一页 下一页返回1.2 电子测量仪器的基础知识电子测量仪器的基础
35、知识在电子测量过程中在电子测量过程中,为避免干扰为避免干扰,大多数电子测量仪器的两个输入端中一大多数电子测量仪器的两个输入端中一端为接地端端为接地端,与仪器的外壳相连与仪器的外壳相连,并与连接被测对象的电缆引线外层屏蔽并与连接被测对象的电缆引线外层屏蔽线连接在一起线连接在一起,这个端点通常用这个端点通常用“”表示。如果同时使用多台仪器表示。如果同时使用多台仪器,则则需要将它们的需要将它们的“”端均接在一起端均接在一起,即即“共地共地”。仪器外壳则可通过电。仪器外壳则可通过电源插头中的接地端与大地相连源插头中的接地端与大地相连,可能避免外界电磁场的干扰可能避免外界电磁场的干扰,提高测量稳提高测量
36、稳定性。因此定性。因此,在电子测量中在电子测量中,一定注意不要将接地端与非接地端任意调换一定注意不要将接地端与非接地端任意调换。上一页返回1.3 测量误差的基本概念测量误差的基本概念测量的目的是得到被测量的真实结果测量的目的是得到被测量的真实结果,即真值。但由于人们对客观规律即真值。但由于人们对客观规律认识的局限性认识的局限性,不可能得到被测量的真值。测量值与被测量真值之间的差不可能得到被测量的真值。测量值与被测量真值之间的差异称为测量误差。异称为测量误差。1.3.1 测量误差的表示方法测量误差的表示方法测量误差的表示方法有三种测量误差的表示方法有三种:绝对误差、相对误差和允许误差。绝对误差、
37、相对误差和允许误差。1.绝对误差绝对误差1)定义定义被测量的测量值被测量的测量值x 与真值与真值A0 之差称为绝对误差之差称为绝对误差,用用x 表示表示,即即 x=x-A0下一页返回1.3 测量误差的基本概念测量误差的基本概念真值真值A0 是一个理想的概念是一个理想的概念,实际上是不可能得到的实际上是不可能得到的,通常用高一级标准通常用高一级标准仪器所测得的测量值仪器所测得的测量值A 来代替来代替,称之为被测量值的实际值。绝对误差的称之为被测量值的实际值。绝对误差的计算式为计算式为 x=x-A绝对误差的正负号表示测量值偏离实际值的方向绝对误差的正负号表示测量值偏离实际值的方向,即偏大或偏小。绝
38、对即偏大或偏小。绝对误差的大小则反映出测量值偏离实际值的程度。误差的大小则反映出测量值偏离实际值的程度。2)修正值修正值与绝对误差大小相等、符号相反的量值称为修正值与绝对误差大小相等、符号相反的量值称为修正值,用用C 表示表示,即即 C=-x=A-x上一页 下一页返回1.3 测量误差的基本概念测量误差的基本概念修正值通常是在用高一级标准仪器对测量仪器校准时给出的。当得到测修正值通常是在用高一级标准仪器对测量仪器校准时给出的。当得到测量值量值x 后后,要对测量值要对测量值x 进行修正以得到被测量的实际值进行修正以得到被测量的实际值,即即 A=C+x修正值有时给出的方式不一定是具体数值修正值有时给
39、出的方式不一定是具体数值,也可能是一条曲线或一张表也可能是一条曲线或一张表格格,和绝对误差一样都有大小、符号及量纲。和绝对误差一样都有大小、符号及量纲。2.相对误差相对误差虽然绝对误差可以说明测量结果偏离实际值的情况虽然绝对误差可以说明测量结果偏离实际值的情况,但不能确切反映测但不能确切反映测量结果偏离实际值的程度量结果偏离实际值的程度,为了克服绝对误差的这一不足为了克服绝对误差的这一不足,通常采用相对通常采用相对误差的形式来表示。误差的形式来表示。上一页 下一页返回1.3 测量误差的基本概念测量误差的基本概念当相对误差公式中的当相对误差公式中的A0 分别用实际值、示值或满度值代替时分别用实际
40、值、示值或满度值代替时,对应地称对应地称为实际相对误差、示值相对误差和满度相对误差。为实际相对误差、示值相对误差和满度相对误差。1)实际相对误差实际相对误差绝对误差绝对误差x 与实际值与实际值A 之比之比,称为实际相对误差称为实际相对误差,用用A 表示为表示为2)示值相对误差示值相对误差绝对误差绝对误差 x 与测量值与测量值x 之比之比,称为示值相对误差称为示值相对误差,用用x 表示为表示为上一页 下一页返回1.3 测量误差的基本概念测量误差的基本概念3)满度相对误差满度相对误差绝对误差绝对误差 x 与仪器满度值与仪器满度值xm 之比之比,称为满度相对误差或引用相对误差称为满度相对误差或引用相
41、对误差,简称为满度误差或引用误差简称为满度误差或引用误差,用用m 表示。它是为了描述电工仪表的准确表示。它是为了描述电工仪表的准确度等级而引入的相对误差度等级而引入的相对误差,计算式为计算式为指针式电工仪表的准确度等级通常分为指针式电工仪表的准确度等级通常分为0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0 共七级共七级,分别表示仪表满度相对误差所不超过的百分比。如某型万用分别表示仪表满度相对误差所不超过的百分比。如某型万用表面板上的表面板上的“5.0”,表示该型万用表测量交流量时的满度相对误差为表示该型万用表测量交流量时的满度相对误差为5.0%,在无标准仪表比对的情况下在无标准仪表比对
42、的情况下,是不可能确定测量值偏离方向的是不可能确定测量值偏离方向的,所以应带有所以应带有“”号。号。上一页 下一页返回1.3 测量误差的基本概念测量误差的基本概念由式由式(1-1)计算出的绝对误差是用该仪表测量时可能产生的最大误差计算出的绝对误差是用该仪表测量时可能产生的最大误差xm,即即实际测量的绝对误差实际测量的绝对误差x 应满足应满足上一页 下一页返回1.3 测量误差的基本概念测量误差的基本概念可见可见,对于同一仪表对于同一仪表,所选量程不同所选量程不同,可能产生的最大绝对误差也不同。可能产生的最大绝对误差也不同。而对于同一量程而对于同一量程,在无修正值可以利用的情况下在无修正值可以利用
43、的情况下,在不同示值处的绝对误在不同示值处的绝对误差一般按最坏的情况处理差一般按最坏的情况处理,即认为仪器在同一量程各处的绝对误差是常即认为仪器在同一量程各处的绝对误差是常数且等于数且等于xm。所以当仪表准确度等级选定后。所以当仪表准确度等级选定后,一般情况下一般情况下,测量值越接测量值越接近满度值时近满度值时,测量相对误差越小测量相对误差越小,测量越准确。测量越准确。因此因此,在一般情况下在一般情况下,应尽量使指针处在仪表满度值的三分之二以上区域应尽量使指针处在仪表满度值的三分之二以上区域。但该结论只适用于正向线性刻度的一般电工仪表。对于万用表电阻挡。但该结论只适用于正向线性刻度的一般电工仪
44、表。对于万用表电阻挡等非线性刻度电工仪表等非线性刻度电工仪表,应尽量使指针处于满度值的应尽量使指针处于满度值的1/2 或或1/2 以下区域以下区域。相对误差只有大小和符号相对误差只有大小和符号,没有单位。没有单位。上一页 下一页返回1.3 测量误差的基本概念测量误差的基本概念3.允许误差允许误差一般情况下一般情况下,线性刻度电工仪表的指示装置对它的测量结果影响比较大线性刻度电工仪表的指示装置对它的测量结果影响比较大,但因其指示装置构造的特殊性但因其指示装置构造的特殊性,使得无论测量值是多大使得无论测量值是多大,产生的误差总是产生的误差总是比较均匀的比较均匀的,所以线性刻度电工仪表的准确度通常用
45、满度相对误差表示所以线性刻度电工仪表的准确度通常用满度相对误差表示。而对于结构较复杂的电子测量仪器来说。而对于结构较复杂的电子测量仪器来说,由某一部分产生极小的误差由某一部分产生极小的误差,就有可能由于累积或放大等原因而产生很大的误差就有可能由于累积或放大等原因而产生很大的误差,因此不能用满度相因此不能用满度相对误差而用允许误差来表示它的准确度等级。对误差而用允许误差来表示它的准确度等级。上一页 下一页返回1.3 测量误差的基本概念测量误差的基本概念1.3.2 测量误差的来源测量误差的来源产生测量误差的原因是多方面的产生测量误差的原因是多方面的,主要来源包括以下几类。主要来源包括以下几类。1.
46、仪器误差仪器误差仪器误差是由于仪器本身及其附件的电气和机械性能不完善而引起的误仪器误差是由于仪器本身及其附件的电气和机械性能不完善而引起的误差。如由于仪器零点漂移、刻度非线性等引起的误差。差。如由于仪器零点漂移、刻度非线性等引起的误差。2.使用误差使用误差使用误差又称为操作误差使用误差又称为操作误差,是由于安装、调节、使用不当等原因引起的是由于安装、调节、使用不当等原因引起的误差。如测量时由于阻抗不匹配等原因引起的误差。误差。如测量时由于阻抗不匹配等原因引起的误差。上一页 下一页返回1.3 测量误差的基本概念测量误差的基本概念3.人身误差人身误差人身误差是由于人为原因而引起的误差人身误差是由于
47、人为原因而引起的误差,如读错数据等。如读错数据等。4.环境误差环境误差环境误差又称为影响误差环境误差又称为影响误差,是由于仪器受到外界的温度、湿度、气压、是由于仪器受到外界的温度、湿度、气压、震动等影响而产生的误差。如数字电压表性能指标中常单独给出的温度震动等影响而产生的误差。如数字电压表性能指标中常单独给出的温度影响误差。影响误差。5.方法误差方法误差方法误差又称理论误差。由于测量时使用的方法不完善、所依据的理论方法误差又称理论误差。由于测量时使用的方法不完善、所依据的理论不严格等原因引起的误差。例如在不严格等原因引起的误差。例如在图图1-2 中由于电流表测得的电流还包中由于电流表测得的电流
48、还包括流过电压表内阻的电流括流过电压表内阻的电流,所以电阻的测量值要比电阻的实际值小所以电阻的测量值要比电阻的实际值小,由此由此产生的误差属于方法误差。产生的误差属于方法误差。上一页 下一页返回1.3 测量误差的基本概念测量误差的基本概念测量工作中测量工作中,应对误差来源进行认真分析应对误差来源进行认真分析,采取相应的措施减小误差源对采取相应的措施减小误差源对测量结果的影响测量结果的影响,提高测量准确度。提高测量准确度。1.3.3 测量误差的分类测量误差的分类根据测量误差的性质和特点根据测量误差的性质和特点,测量误差分为系统误差、随机误差和粗大测量误差分为系统误差、随机误差和粗大误差三类。误差
49、三类。1.系统误差系统误差1)定义定义在规定的测量条件下在规定的测量条件下,对同一量进行多次测量时对同一量进行多次测量时,如果测量误差能够保持如果测量误差能够保持恒定或按照某种规律变化恒定或按照某种规律变化,则这种误差称为系统误差或确定性误差则这种误差称为系统误差或确定性误差,简称简称为系差。如电表零点不准为系差。如电表零点不准,温度、湿度、电源电压变化等引起的误差。温度、湿度、电源电压变化等引起的误差。上一页 下一页返回1.3 测量误差的基本概念测量误差的基本概念2)分类与判断分类与判断系统误差根据其性质特征的不同分为恒定系统误差和变值系统误差。系统误差根据其性质特征的不同分为恒定系统误差和
50、变值系统误差。(1)恒定系统误差简称为恒定系差恒定系统误差简称为恒定系差,误差的大小及符号在整个测量过程中误差的大小及符号在整个测量过程中始终保持恒定不变。始终保持恒定不变。(2)变值系统误差简称为变值系差变值系统误差简称为变值系差,误差的大小及符号在测量过程中会随误差的大小及符号在测量过程中会随测试的某个或某几个因素按照累进性规律、周期性规律或某一复杂规律测试的某个或某几个因素按照累进性规律、周期性规律或某一复杂规律等确定的函数规律变化。等确定的函数规律变化。具有累进性规律的变值系差称为累进性系差具有累进性规律的变值系差称为累进性系差,图图1-3(a)和图和图1-3(b)所所示的累进性系差分
