第 1章 电子测量及测量技术基础第 1章 电子测量及测量技术基础
1.1 电子测量的意义和特点
1.2 电子测量分类
1.3 计量的基本概念
1.4 测量误差
1.5 电子测量仪器概述
1.6 电子测量仪器的正确使用第 1章 电子测量及测量技术基础
1.1 电子测量的意义和特点
测量是通过实验方法对客观事物取得定量数据的过程。
电子测量是泛指一切以电子技术为基本手段的一种测量。在电子测量过程中,是以电子技术理论为依据、电子测量仪器和设备为手段,对各种电量、电信号以及电子元器件的特性和参数进行的测量,甚至可以通过各种传感元件对非电量进行测量。
第 1章 电子测量及测量技术基础电子测量的内容
电能量的测量(电压、电流、电功率);
元件和电路参数的测量(电阻、电容、品质因素等);
电信号特性的测量(波形、失真度、频率、
相位、调制度等);
电子电路性能的测量(放大倍数、灵敏度、
噪声等);
特性曲线的显示(幅频特性、相频特性)。
第 1章 电子测量及测量技术基础电子测量的特点
测量频率范围宽。
测量量程宽。
测量准确度高。
测量速度快。
易于实现遥测。
易于实现测量自动化和测量智能化。
第 1章 电子测量及测量技术基础
1.2 电子测量分类
按测量方法分类
1,直接测量。
2,间接测量。
3,组合测量。
第 1章 电子测量及测量技术基础电子测量分类
按被测信号的性质分类
1,时域测量。
2,频域测量。
3,数据域测量。
4,随机测量。
第 1章 电子测量及测量技术基础电子测量分类
按对测量精度的要求不同分类
1,精密测量。
2,工程测量。
第 1章 电子测量及测量技术基础
1.3 计量的基本概念
计量是为了保证量值的统一和准确一致的一种测量,它是利用技术手段实施的一种特殊形式的测量,即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,。
第 1章 电子测量及测量技术基础计量的基本概念
计量有三个主要特征:统一性、准确性和法制性。它包含了为达到统一和准确一致所进行的全部活动,如单位的统一、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。
第 1章 电子测量及测量技术基础计量的基本概念
计量与测量两者之间既有联系,又有区别。
测量是用被测未知量和同类已知的标准单位量比较,这时认为被测量的真实数值是存在的,测量误差是由测量仪器和测量方法等引起的。计量是用法定标准的已知量与同类的未知量(如受检仪器)比较,这时标准量是准确的、法定的,而认为测量误差是由受检仪器引起的。
第 1章 电子测量及测量技术基础单位制
单位是有明确定义和名称并令其数值为 1的固定量,例如长度单位 1米( m),时间单位 1秒( s)等。单位是表征测量结果的重要组成部分,又是对两个同类量值进行比较的基础。
第 1章 电子测量及测量技术基础基准和标准
计量基准器具简称计量基准,是指用以复现和保存计量单位的量值,只用于鉴定各种量具的精度,不直接参加测量。计量基准器具的地位,国家以法律形式予以确定。
通常计量基准分为国家计量基准(主基准)、国家副计量基准(副基准)和工作计量基准(工作基准)三类,也分别称作一级、二级、三级基准。
第 1章 电子测量及测量技术基础基准和标准
根据工作基准复现出不同等级的便于经常使用的计量标准量具或仪器,称为计量标准器具,简称标准。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。
按精度高低又分为一级标准、二级标准和三级标准。
第 1章 电子测量及测量技术基础量值的传递与跟踪
比对 在规定条件下,对相同准确度等级的同类基准、标准或工作计量器具之间的量值进行比较,其目的是考核量值的一致性。
校准 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。
第 1章 电子测量及测量技术基础量值的传递与跟踪
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。
第 1章 电子测量及测量技术基础量值的传递与跟踪
量值的传递是按照主基准、副基准、工作基准、各级标准逐级向下传递,一直传递到不同精度的量具和仪器。检定就是量值的传递的具体形式,量值的传递的准则是:
高一级计量器具检定低一级计量器具的精确度,同级计量器具的精确度只能通过比对来鉴别。
第 1章 电子测量及测量技术基础
1.4 测量误差
在测量过程中,由于人们对客观规律认识的局限性,受测量工具、测量手段、测量环境及测量人员等因素的影响,测量结果与被测量的真值之间存在差异,这个差异就称为测量误差。
由于测量误差是客观存在的,是无法完全消除的,
只能设法将其限制在一定范围内。因此,研究误差的目的,就是要正确认识误差的性质,分析误差产生的原因及其发生规律,寻求减小测量误差的方法,识别出测量结果中存在的各种性质的误差,学会数据处理的方法,使测量结果更接近于真值。
第 1章 电子测量及测量技术基础产生测量误差的原因
测量误差是由于电子测量仪器及测量辅助设备、测量方法、外界环境、操作技术水平等多种因素共同作用的结果。因此总体上讲,产生测量误差的原因有以下五个方面:
第 1章 电子测量及测量技术基础产生测量误差的原因
仪器误差。
影响误差。
测量对象变化误差。
人身误差。
理论误差和方法误差。
第 1章 电子测量及测量技术基础测量误差的分类
按照误差的性质和特点,可将测量误差分为随机误差、系统误差、粗大误差三大类。
随机误差 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。
第 1章 电子测量及测量技术基础测量误差的分类
系统误差 在同一测量条件下,多次重复测量同一量时,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。
粗大误差 粗大误差是一种显然与实际值不符的误差,又称疏失误差、粗差或差错。
粗大误差是由于读数错误、测量方法错误、
测量仪器有缺陷、操作不正确以及测量条件的突然变化等原因造成的。
第 1章 电子测量及测量技术基础测量误差的表示方法
绝对误差 测量结果与被测量真值之差称为绝对误差。设被测量的真值为 A0,而测量结果为 X,则绝对误差 △ X可以表示为
△ X=X- A0
实际应用中通常用约定真值(也称实际值)
A来代替真值 A0,即
△ X=X- A
第 1章 电子测量及测量技术基础相对误差
绝对误差虽然可以说明测量结果偏离实际值的情况,但是不能用它来说明测量的准确程度。因为一个量的准确程度,不仅与它的绝对误差的大小,
而且与这个量本身的大小有关。当绝对误差相同时,这个量本身的绝对值越大,则准确程度相对地越高。例如,分别对人体体温( 37oC左右)和高炉温度( 1400oC左右)的两个温度进行测量,
绝对误差都为 ± 1oC,但两次测量结果的准确程度显然不同。为了更确切地反映出测量工作的质量,
就要用相对误差来表示。
第 1章 电子测量及测量技术基础相对误差
相对误差 测量的绝对误差与被测量的约定值之比称为相对误差,常用百分数来表示。
约定值可以是真值、实际值、示值或仪器的满量程值 Xm。相对误差没有量纲,只有大小及符号。
100%A XA 100%X XX 100%m mXX
第 1章 电子测量及测量技术基础相对误差
实际相对误差 由于真值是难以确切得到的,
通常用实际值 A代替真值 A0来表示相对误差,
绝对误差 △ X与被测量的实际值 A的百分比称为实际相对误差。
示值相对误差 在误差较小、要求不太严格的场合,也可用测量值 X代替实际值 A,绝对误差 △ X与被测量的示值 X的百分比称为示值相对误差。
A?
第 1章 电子测量及测量技术基础相对误差
满度相对误差 测量仪器在一个量程范围内出现的最大绝对误差 △ Xm与该量程的满刻度值(该量程的上限值与下限值之差) Xm
之比来表示的相对误差,称为满度相对误差或引用相对误差。
第 1章 电子测量及测量技术基础测量结果的数据处理
在电子测量中,所获得的测量结果大多数情况下是数据。为了获得被测量的最佳估计值,必须对测量数据进行处理,必要时还要把测量数据绘制成曲线或归纳成经验公式等。这里只讨论测量结果的数据表示,
主要包括对有效数字的取舍和运算,以及采用正确的数据形式来表示最终的测量结果等。
第 1章 电子测量及测量技术基础测量结果的数据表示
测量结果的数据表示包括测量数值(绝对值的大小及符号)和相应的计量单位。同时为了说明测量结果的可信度,还要注明其测量误差值或范围。例如 7.1± 0.01V,
465± 1KHz等。这是最常用的表示方法,
特别适用于表示最后测量结果。
第 1章 电子测量及测量技术基础有效数字
所谓有效数字是指从最左端一位非零数字起,到最末一位所有数字。
用模拟电压表 10V挡测量时读出示值 8.45V,8.4V
是靠刻度线读出的,而最后一位数字 5是靠估计指针在刻度线的位置读出的。称 8.45V具有三位有效数字,称最后一位估计数字为欠准数字(或可疑数字)。可见有效数字不仅表明数量的大小而且也反映了测量的准确度,因而在测量过程中对有效数字的取舍就非常重要。
第 1章 电子测量及测量技术基础有效数字
有效数字中的,0”是十分重要的,不可任意取舍,数字中间的,0”和末尾的,0”都是有效数字,而数字前面所有的,0”只起定值作用,因而不是有效数字。
例如,0.01A,两个零均为非有效数字。数字的末尾不得随意加,0”,如将 0.01A改为
0.010A,则表示已将误差极限由 0.005A改为 0.0005A。
第 1章 电子测量及测量技术基础有效数字的舍入规则
当数据的有效数字位数过多时需要按以下舍入规则进行删略:
① 删略部分的最高位数字大于 5时进 1;
② 删略部分的最高位数字小于 5时舍去;
③ 删略部分的最高位数字等于 5时,若 5后面还有非零数字,则进 1;若 5后面全为 0,则采用偶数法则,5前面为偶数时舍 5不进,5前面为奇数时,
舍 5进 1。
简单概括为“小于 5舍,大于 5进,等于 5时采用偶数法则”。
第 1章 电子测量及测量技术基础
1.5 电子测量仪器概述
测量仪器是指将被测量转换成可直接观测的指示值或等效信息的器具,包括各种指示式仪器、比较式仪器、记录式仪器及传感器等。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。
第 1章 电子测量及测量技术基础电子测量仪器的功能
显示功能。
传输功能。
变换功能。
第 1章 电子测量及测量技术基础电子测量仪器的发展概况
电子测量仪器的发展历程,从仪器使用的器件来看大致经历了三个阶段,即真空管时代、晶体管时代、集成电路时代。若从仪器的工作原理来看,又可以分为以下几个阶段:
第一代,模拟式电子测量仪器(又称指针式仪器)。
第三代,智能型仪器。
第二代,数字式电子仪器。
第 1章 电子测量及测量技术基础电子测量仪器的分类
电子测量仪器种类繁多,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,适用于特定对象的测量。通用仪器是指应用面广、灵活性好的测量仪器。
按仪器功能,通用电子测量仪器分为以下几类:
第 1章 电子测量及测量技术基础电子测量仪器的分类
信号发生器(信号源)。
电压测量仪器。
示波器。
频率测量仪器。
电路参数测量仪器。
信号分析仪器。
数字电路特性测试仪。
模拟电路特性测试仪。
第 1章 电子测量及测量技术基础
1.6 电子测量仪器的正确使用
测量方法的选择
一个物理量的测量,可以通过不同的方法来实现。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甚至错误,严重时会出现损坏测量仪器或损坏被测设备和元件等现象。
第 1章 电子测量及测量技术基础测量方法的选择
在选择测量方法时,应首先考虑被测量本身的特性、所处的环境条件、所需要的精确程度以及所具有的测量设备等因素,综合考虑后正确地选择测量方法、测量设备并编制合理的测量程序,才能顺利地得到正确的测量结果。
第 1章 电子测量及测量技术基础电子测量仪器的放置
在电子测量中完成一项电参量的测量,往往需要数台测量仪器及各种辅助设备。电子测量仪器摆放位置、连接方法等是否合理都会对测量过程、测量结果及仪器自身安全产生影响。因此要注意以下两点:
( 1)进行测量前应安排好电子测量仪器的位置。
( 2)电子测量仪器之间的连线。
第 1章 电子测量及测量技术基础电子测量仪器的接地
电子测量仪器的接地有两层意义,一是以保障操作者人身安全为目的的安全接地,
二是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。
( 2)技术接地。