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电子测量技术论文

电子测量技术的知识及万用表的应用

摘 要 介绍当今现代电子测量技术的相关知识包括主要任务、特点和分类，电子测量的相关应用以及电子测量技术的发展和影响及万用表的应用。

关键词 电子测量技术，主要任务、特点，万用表的应用。

当今电子测量技术的发展是建立于测量技术的最新电子技术的发展基础之上。总的来说，只要利用电子技术进行测量的方式都称为电子测量。电子测量技术的应用十分广泛，是电类各学科学生必备的基本技能，它包括熟练使用各种电子仪器。
按要求合理选择仪器及测量方法、寻找并排除实验过程当中出现的各种问题、对测量的数据结果进行统计分析等。
万用表具有直流电压、直流电流、交流电压、交流电流和电阻等五种基本测量功能。还可以具备蓄电池电量检测、温度测量等测量功能。
一． 电子测量的任务
随着电子技术的飞快发展，测量的内容越来越多，主要包括以下几个内容：
1.基本电量的测量
基本电量主要包括电流、电压、电功率、电能、电场强度等。
2. 电路元器件参数的测量
电力元器件参数主要包括电阻、电容、电感、阻抗、品质因数、跨导等。
3. 电信号波形显示及波形特征参数的测量
常用的信号波形主要包括正弦波、矩形板、锯齿波、尖脉冲、调频波等，其特征参数包括周期、频率、相位差、脉冲的占空比、脉冲的上升时间和下降时间、调制系数、频谱和信噪比。
4． 电子设备性能参数的测量
电子设备的性能参数包括增益、频率响应曲线、带宽、输入阻抗、输出阻抗、噪声系数、灵敏度等。
二． 电子测量的分类：
1.按频率分类
按照测量频率范围可以分为低频测量、高频测量，还可以更进一步细分为音频、射频、视频、微波测量等。因为电子测量向高宽频段乃至于全频段方向发展，按照频率范围进行划分的方法已经日渐丧失测量的意义。
2. 按测量方法分类
根据测量方法的不同，电子测量可分为电流电压法测量、电桥法测量、计数法测量、示波法测量、比较法测量、谐振法测量等。
3. 按电路、信号与系统的理论分析方法分类
根据电路、信号与系统的理论分析方法，电子测量可以分为时域测量、频域测量和数据域测量。时域测量研究被测测量与时间的关系，频域测量研究被测测量与频率的关系，数据域测量包括数字电路系统的故障侦察、故障定位，故障诊断等。
三． 电子测量的特点：
随着当今电子技术的发展，因为电子测量技术有着许多无法比拟的优点，许多非电量的测量也可以通过传感器转换成电信号再利用电子技术进行测量。例如，高温炉中的温度、深海的压力等许多人类不能亲身到达的地方和无法直接测量的物理量，都可以通过这种方式进行测量．电子测量除了对电参数进行稳态测量外，还可以对自动控制系统的频率特性及过渡过程进行动态测量。与其它的测量相比，电子测量具有以下几个明显的特点：
1. 测量频率的范围极宽
除测量直流外，交流电量的频率范围低端为10^4---10^5 HZ,其最高端可以达到100GHZ，随着光通信技术发展的需要，高端频率甚至可以进入可见光的范围。
2. 测量量程很广
量程是测量范围上下限之差，其大小相差甚至极其悬殊。例如，宇宙飞船发自外空的信号频功率可以小到10-14W，远程雷达的发射功率可达108W以上。因此，一般无法用一种测量方法和仪器去测量，也有个别一起量程很宽的情况，例如数字式电压表可以测量10nV~1KV的电压，量程可达到12个数量级。
3. 测量准确度高
电子测量的准确度比其他的测量方法高很多。电子仪器的准确度通常可比其它测量仪器高很多。特别是对频率和时间的测量，由于采用了原子频标和原子秒作为基准，使误差减小到10-13~10-14的量级，这是目前人类在测量准确度方面所能达到的最高标准。电子测量准确度高，正是它在当代科技领域获得广泛应用的重要原因之一。例如，发射人造卫星的控制系统如果不够准确，最后一级火箭的速度如果有千分之二的相对误差，卫星就会偏离预定轨道一百公里。
4. 测量速度快
电子测量是通过电子运动和电磁波的传播来进行工作的，因此它具有其它测量方法无法比拟的高速度。
5. 误差较难处理
电子测量仪器及被测对象内部包含很多元器件，尤其是其中的半导体器件，如果受到了外界因素的影响，就可能导致各种测量难以控制，同时，实际测量就很难获得大量的采样，无法了解误差的概率分布，因此对误差的处理变得十分复杂。
6. 易于实现遥测和长期不间断的测量，显示方式又可以做到清晰、直观。
由于可以把电子仪器或其他传感器放到人类无法长期停留或无法到达的地方去进行遥测，并且可在被测对象正常工作的情况下进行测量。对于测量的结果，电子测量的显示方法也比较清晰、直观，例如发光二极管直接数字显示，便于直接给出结果；荧光屏示波方法，便于形象直观地给出被测量的特征。测量结果还便于打印、绘图或启动指示灯或替铃显示。
7. 易于利用计算机，形成电子测量与计算技术的紧密结合。
电子测量的测量结采和它所需的控制信号都是电信号，这非常有利于它宵接或通过A/D、D/A变换与计算机连接，现在随着微型计算机功能的提高和成本的降低，就可以在不增加仪器体积和不明显增加成本的情况下，使测量仪器的性能发生很大的飞跃，使它具有高性能、多功能的特点。由于以上电子测量技术的一系列特点，使它广泛应用于自然科学的一切领域．大到天文观测、宇宙航天，小到物质结构、基本粒子，从复杂深奥的生命、细胞、遗传间题到日常的工农业生产、医学、商业各部门，都越来越多地采用了电子测量技术和设备。
三．电子测量的相关应用
例如：验证基尔霍夫定理和叠加定理
A. 实验目的
（一）用实验数据验证基尔霍夫定律和叠加定理的正确性。
（二）加深对基尔霍夫定律和叠加定理的内容和使用范围的理解。
B. 实验仪器设备
（一）直流稳压电源1台
（二）直流数字电压表一只
（三）直流数字毫安表1只
（四）试验台1套
C. 实验内容
1.用Multisim9.0软件仿真实验验证基尔霍夫定律和叠加定理的正确性
2.用实际器件实验验证基尔霍夫定律和叠加定理的正确性
D. 实验步骤

（一） 基尔霍夫定律的验证
按图连接，其中R1=510Ω;R2=1000Ω;R3=510Ω;R4=510Ω;R5=330Ω
1. 基尔霍夫电流定律的验证 调节稳压电源，使Us1=6V; Us2=13.68V，测得各支路电流，将数据填到下表：

2. 基尔霍夫电压定律的验证
保持上面电路不变，典雅的参考方向取电流的关联方向。测得各电压，将数据记录到下表：

（二） 叠加定理的验证
保持上面的电路与参数不变，
1.令Us1单独作用，记录数据。
2.令Us2单独作用，记录数据。
3.令Us1和Us2共同作用，记录数据。

E. 实验结论
通过Multisim9.0软件仿真和实际电子测量仪器的实验测定验证了基尔霍夫定理和叠加定理的正确性。 由此上述实验说明了，电子测量的准确性高，使用方便方便简单，具有很强的实用性和广泛性。电子测量不仅能测量静态电路，还可以测量动态电路，同样的方便简单。可以用示波器观察波形，计算周期，有效值，频率等值。
五．万用表的应用
1.万用表的使用技巧
（1）测喇叭、耳机、动圈式话筒。用R×1Ω档，任一表笔接一端，另一表笔点触另一端，正常时会发出清脆响量的“哒”声。如果不响，则是线圈断了，如果响声小而尖，则是有擦圈问题，也不能用。
（2）测电容。用电阻档，根据电容容量选择适当的量程，并注意测量时对于电解电容黑表笔要接电容正极。①、估测微波法级电容容量的大小：可凭经验或参照相同容量的标准电容，根据指针摆动的最大幅度来判定。所参照的电容不必耐压值也一样，只要容量相同即可，例如估测一个100μF/250V的电容可用一个100μF/25V的电容来参照，只要它们指针摆动最大幅度一样，即可断定容量一样。②、估测皮法级电容容量大小：要用R×10kΩ档，但只能测到1000pF以上的电容。对1000pF或稍大一点的电容，只要表针稍有摆动，即可认为容量够了。③、测电容是否漏电：对一千微法以上的电容，可先用R×10Ω档将其快速充电，并初步估测电容容量，然后改到R×1kΩ档继续测一会儿，这时指针不应回返，而应停在或十分接近∞处，否则就是有漏电现象。对一些几十微法以下的定时或振荡电容（比如彩电开关电源的振荡电容），对其漏电特性要求非常高，只要稍有漏电就不能用，这时可在R×1kΩ档充完电后再改用R×10kΩ档继续测量，同样表针应停在∞处而不应回返。
（3）检测二极管、三极管、稳压管的好坏。因为在实际电路中，三极管的偏置电阻或二极管、稳压管的周边电阻一般都比较大，大都在几百或几千欧姆以上，这样，我们就可以用万用表的R×10Ω或R×1Ω档来在路测量PN结的好坏。在路测量时，用R×10Ω档测PN结应有较明显的正反向特性（如果正反向电阻相差不太明显，可改用R×1Ω档来测），一般正向电阻在R×10Ω档测时表针应指示在200Ω左右，在R×1Ω档测时表针应指示在30Ω左右（根据不同表型可能略有出入）。如果测量结果正向阻值太大或反向阻值太小，都说明这个PN结有问题，这个管子也就有问题了。这种方法对于维修时特别有效，可以很快速地找出坏管，甚至可以测出尚未完全坏掉但特性变坏的管子。比如当你用小阻值档测量某个PN结正向电阻过大，如果你把它焊下来用常用的R×1kΩ档再测，可能还是正常的，其实这个管子的特性已经变坏了，不能正常工作或不稳定了。
（4）测电阻。重要的是要选好量程，当指针指示于1/3～2/3满量程时测量精度最高，读数最准确。尤其要注意的是，在用R×10k电阻档测兆欧级的大阻值电阻时，不可将手指捏在电阻两端，因为这样相当与和有数十KΩ人的手的电阻并联，所侧的是并联后的合成电阻而不是被测大电阻值。
（5）检查线路。确定是哪一条线路出问题，打到蜂鸣器的位置，将线路一头对地，另一头和万用表红表笔相接触，万用表黑表笔对地，若线路是好的，蜂鸣器就会响；其次在设备带电情况下，根据电源情况选择交流或直流，将万用表两笔头接触在要检查的元器件进线侧进行电压测量。
（6）判断压电陶瓷的好坏。压电陶瓷是一种人工合成的压电材料。当受到外界压力时，两面会产生电荷，电荷量与压力成正比，这种现象称为压电效应。压电陶瓷具有压电效应，即在外电场作用下，会产生形变，所以压电陶瓷片可用作发声元件。利用压电陶瓷片的压电效应，可用万用表判断其好坏。将压电陶瓷片的两极引出两根导线，然后把陶瓷片平放到桌子上，将两根引线分别接至万用表两表笔上，把万用表拨至最小电流挡，然后用铅笔橡皮头轻按陶瓷片，若万用表指针明显摆动，说明陶瓷片完好，否则，说明已损坏。 （7）辨别三级管的集电极和发射极。万用表测量三极管放大倍数的接线状态下，如果有放大能力，对PNP管而言是红表棒接集电极，对NPN管子则是黑表棒接集电极，表的两笔任接在剩下的两个未知电极上，用手捏住表笔和管子的引脚，然后用舌头按在已知的基极上，觉的不卫生就用个手指头碰在基极上，然后再交换表笔，结果是一次表针摆动很大，一次几乎不动，可区分出集电极和发射极了。 （8）用万用表判断扬声器的正负极。首先，把指针式万用表拨到直流0～5mA挡，然后将两表笔分别接在待测扬声器的两个焊片上。用手轻按扬声器的纸盆，观察万用表指针的摆动方向，若指针正向偏转，则红表笔接的是扬声器负极，黑表笔接的是扬声器正极。反之，红表笔接的是正极，黑表笔接的是负极。
万用表的使用
（1）熟悉表盘上各符号的意义及各个旋钮和选择开关的主要作用。
（2）进行机械调零。
（3）根据被测量的种类及大小，选择转换开关的挡位及量程，找出对应的刻度线。
（4）选择表笔插孔的位置。
（5）测量电压：测量电压（或电流）时要选择好量程，如果用小量程去测量大电压，则会有烧表的危险；如果用大量程去测量小电压，那么指针偏转太小，无法读数。量程的选择应尽量使指针偏转到满刻度的2/3左右。如果事先不清楚被测电压的大小时，应先选择最高量程挡，然后逐渐减小到合适的量程。交流电压的测量：将万用表的一个转换开关置于交、直流电压挡，另一个转换开关置于交流电压的合适量程上，万用表两表笔和被测电路或负载并联即可；直流电压的测量：将万用表的一个转换开关置于交、直流电压挡，另一个转换开关置于直流电压的合适量程上，且“+”表笔（红表笔）接到高电位处，“-”表笔（黑表笔）接到低电位处，即让电流从“+”表笔流入，从“-”表笔流出。若表笔接反，表头指针会反方向偏转，容易撞弯指针。
（6）测电流：测量直流电流时，将万用表的一个转换开关置于直流电流挡，另一个转换开关置于50uA到500mA的合适量程上，电流的量程选择和读数方法与电压一样。测量时必须先断开电路，然后按照电流从“+”到“-”的方向，将万用表串联到被测电路中，即电流从红表笔流入，从黑表笔流出。如果误将万用表与负载并联，则因表头的内阻很小，会造成短路烧毁仪表。其读数方法如下： 实际值＝指示值×量程/满偏
（7）测电阻：用万用表测量电阻时，应按下列方法作：a机械调零。b选择合适的倍率挡。万用表欧姆挡的刻度线是不均匀的，所以倍率挡的选择应使指针停留在刻度线较稀的部分为宜，且指针越接近刻度尺的中间，读数越准确。c欧姆调零。测量电阻之前，应将2个表笔短接，使指针刚好指在欧姆刻度线右边的零位。如果指针不能调到零位，说明电池电压不足或仪表内部有问题。d读数：表头的读数乘以倍率，就是所测电阻的电阻值。
使用万用表应注意的事项
（1）在使用万用表之前，应先进行“机械调零”，即在没有被测电量时 ，使万用表指针指在零电压或零电流的位置上。
（2）在使用万用表过程中，不能用手去接触表笔的金属部分 ，这样一方面可以保证测量的准确，另一方面也可以保证人身安全。
（3）在测量某一电量时，不能在测量的同时换档，尤其是在测量高电压或大电流时，更应注意。否则，会使万用表毁坏。如需换挡，应先断开表笔，换挡后再去测量。并且每换一次倍率挡，在测量电阻时都要再次进行欧姆调零，以保证测量准确。
（4）万用表在使用时，必须水平放置，以免造成误差。同时， 还要注意到避免外界磁场对万用表的影响。
（5）万用表使用完毕，应将转换开关置于交流电压的最大挡。如果长期不使用，
还应将万用表内部的电池取出来，以免电池腐蚀表内其它器件。
五．电子测量技术的发展及影响
电子测量技术的发展是与自然科学特别是电子技术的发展互相促进、互相推动的一方面电子测量技术的发展为自然科学特别是电子学的研究、实验、分析和检验提供了条件，另一方面自然科学的发展特别是电子科学技术的发展向电子测量技术不断提出新课题。同时，近代电子学、计算科学、物理学和材料学等的发展又反过来为电子测量提供了新理论、新技术、新工艺、新材料、新器材，形成了相辅相成不可分割的关系。
目前电子测量设备在性能、测试功能、工艺结构等各方面都取得了很大的进展，其研制和生产正向着自动化、系统化、数字化、高性能、多功能、快速、小型等方面发展．拥有先进的科学实验手段，这是科学技术现代化的一个重要标志，而一个国家电子测量水平的高低，往往是反映这个国家科技水平的重要方面。所以，我们必须努力提高我们的电子测量技术，争取早日达到国际先进水平。