电子测量与仪器应用.ppt

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,电子测量与仪器应用,模块一 电子测量的基本知识,学习单元一 电子测量的内容和特点,学习单元二 测量方法及仪器的分类,学习单元三 测量误差及误差数据处理,目录,学习单元一电子测量的内容和特点,引言,测量是把被测量与标准量通过一定的测量方法进行比较，以获得被测量值的过程。在科学技术发展过程中，测量结果不仅用于验证理论，而且是发现新问题、提出新理论的依据。计算机技术和微电子技术的快速发展为电子测量和测量仪器增添了巨大的活力。,凡是利用电子技术进行的测量都是电子测量。目前，电子测量已经成为现代科学技术发展的必要手段，这是因为电子测量涉及极宽频率范围内所有电量、磁量以及各种非电量的测量。科学的进步、生产发展与测量理论技术手段的发展和进步是相互促进的。测量手段的现代化，已被公认为现代技术和生产现代化的重要条件和明显标志。,学习单元一电子测量的内容和特点,一、,电子测量的内容,（,1,）电量的测量,电,子,测,量,的,内,容,（,2,）电路、元器件参数的测量,（,3,）电信号特性的测量,（,4,）电路性能的测量,学习单元一电子测量的内容和特点,二、,电子测量的特点,1.,测量频率范围宽,电子测量除可以测量直流电量外，还可以测量交流电量，其频率范围为,10-6,1011 Hz,，有的甚至已进入可见光范围，而且目前还在向更高频段发展。但应注意，在不同的频率范围内，即使测量同一种电量，所需要采用的测量方法和使用的测量仪器往往也不同。例如，信号发生器就分为超低频信号发生器、低频信号发生器、高频信号发生器等。随着科学技术的发展，能在相当宽的频率范围内正常工作的仪器不断地被研制出来。,学习单元一电子测量的内容和特点,一、,电子测量的内容,2.,测量量程宽,量程是指仪器所能测量各种参数的范围，即测量范围上限值与下限值之差。由于被测量的数值大小相差很大，所以要求电子测量仪器必须具有相当宽广的量程。例如，普通欧姆表可测量几欧姆至几十兆欧的电阻，其测量范围达到,8,个数量级；一台数字电压表可以测出,10 nV,1 kV,的电压，其测量范围达到,12,个数量级；一台用于测量频率的电子计数器，其测量范围更是可达,17,个数量级。,学习单元一电子测量的内容和特点,一、,电子测量的内容,3.,测量准确度高,电子测量的准确度比其他测量方法高得多，特别是对频率和时间的测量，由于其测量是以原子频标和原子秒为基础的，所以误差可减小到,10-1410-13,量级，是目前人类在测量准确度方面所能达到的最高指标。而其他测量的准确度则相对较低。,学习单元一电子测量的内容和特点,一、,电子测量的内容,5.,可以实现遥测,电子测量的一个突出优点是可以通过各种类型的传感器来实现遥测。例如，对于距离遥远或环境恶劣的、人体难以接触或无法达到的区域（如深海、地下、高温炉、核反应堆内、人造卫星等），可通过传感器或电磁波、光、辐射等方式进行测量。,学习单元二,测量方法及仪器的分类,引言,一个电参量的测量可以通过不同的方法来实现。测量方法选择的正确与否，直接关系到测量结果的可信度，也关系到测量工作的经济性和可行性。电子测量方法的分类形式有多种，这里仅就最常用的分类形式作简要介绍。,学习单元二,测量方法及仪器的分类,二、,按被测信号的性质分类,1),时域测量,3,）数据域测量,2,）,频域测量,4,）,随机测量,学习单元二,测量方法及仪器的分类,三、,选择测量方法的原则,在选择测量方法时，应考虑以下几个因素。,（,1,）被测量本身的特性。,（,2,）所需要的精确程度。,（,3,）环境条件。,（,4,）所具有的测量设备。,在此基础上综合考虑，选择,合适的测量方法。只有选择正确的测量方法，才能得到精确的测量结果；否则，可能会出现以下问题。,（,1,）得出错误的测量数据，测量结果不能信赖。,（,2,）损坏测量仪器、仪表或被测设备、元器件。,学习单元二,测量方法及仪器的分类,二、,测量仪器的分类,1.,电平测量仪器,电平测量仪器主要用于测量电信号的电压、电流和电平，如电流表、电压表和电平表等。,2.,电路参数测量仪器,电路参数测量仪器包括晶体管测试仪、,RLC,测试仪、各类电桥、,Q,表、集成电路测试仪等。,3.,频率、时间和相位测量仪器,频率、时间和相位测量仪器主要用来测量电信号的频率、时间间隔和相位差。这类仪器有各种频率计、相位计、波长表以及各种时间、频率标准等。,学习单元二,测量方法及仪器的分类,二、,测量仪器的分类,4.,波形测量仪器,波形测量仪器主要包括各类示波器。如通用示波器、双踪示波器、取样示波器以及数字存储示波器等。,5.,测试用信号源,测试用信号源包括各类低频或者高频信号发生器、调频调幅信号发生器、脉冲信号发生器、扫频信号发生器、函数发生器等。,学习单元二,测量方法及仪器的分类,二、,测量仪器的分类,7.,逻辑分析仪,逻辑分析仪是专门用于分析数字系统的数据域测量仪器。利用它对数字逻辑电路和系统在实时运行过程中的数据流或事件进行记录和显示，并通过各种控制功能实现对数字系统的软、硬件故障分析和诊断。面向微处理器的逻辑分析仪则用于对微处理器及微型计算机的调试和维护。,6.,信号分析仪器,信号分析仪器主要用来观测、分析和记录各种电量的变化。如波形分析仪和频谱分析仪等。,学习单元三,测量误差及误差数据处理,一、,有关值的概念,1.,真值、相对真值和实际值,学习单元三,测量误差及误差数据处理,一、,有关值的概念,2.,标称值和示值,标称值是指测量器具上标定的数值。如标准电阻标出的,1,，由于制造、测量精度及环境因素的影响，标称值并不一定等于真值或实际值。因此，在标出标称值时，通常还要标出它的误差范围或准确度等级。,示值是指测量仪器仪表的指示值，它包括数值和单位。一般情况下，示值和仪器的读数有区别。读数是指从仪器刻度盘、显示器等读数装置上直接读到的数字，示值是该读数表示的被测量的量值，常常需要加以换算。,学习单元三,测量误差及误差数据处理,二、,测量误差的表示方法,2.,相对误差,绝对误差与被测量的真值之比，称为相对误差，用表示。,1,）实际相对误差,3,）满度相对误差,2,）示值相对误差,学习单元三,测量误差及误差数据处理,二、,测量误差的表示方法,2.,相对误差,学习单元三,测量误差及误差数据处理,二、,测量误差的表示方法,2.,相对误差,学习单元三,测量误差及误差数据处理,三、,测量误差的来源,.,测量仪器误差,1,）固有误差,固有误差指在基准工作条件下测量仪器的误差。,2,）工作误差,工作误差是在额定工作条件下任一值上测得的某一性能特性的误差。,3,）稳定误差,由于测量仪器稳定性不好引起性能特性的变化产生的误差称为稳定误差,4),变动量,变动量是反映影响量所引起的误差。,学习单元三,测量误差及误差数据处理,三、,测量误差的来源,.,理论误差和方法误差,（,1,）由于测量所依据的理论不够严密或用近似公式、近似值计算测量结果所引起的误差称为理论误差。,（,2,）由于测量方法不适宜而造成的误差称为方法误差。例如，用普通的模拟万用表测量高内阻电源两端的电压，由于模拟表电压挡内阻不高而形成分压作用引起的误差就属于方法误差。,学习单元三,测量误差及误差数据处理,三、,测量误差的来源,.,人为,误差,学习单元三,测量误差及误差数据处理,四、,测量误差的,分类,根据误差的性质和特点，可将测量误差分为系统误差、随机误差和粗大误差三类。,2.,随机误差,1.,系统误差,3.,粗大误差,学习单元三,测量误差及误差数据处理,四、,测量误差的,分类,学习单元三,测量误差及误差数据处理,五、,误差数据处理,1.,测量结果的表示,测量结果通常用数字和图形两种形式表示，这里只讨论测量结果的数字式表示，它包括一定的数值（绝对值及符号）和相应的计量单位。,1,）有效数字的概念,测量结果通常表示为一定的数值，但测量过程总存在误差，多次测量的平均值也存在误差。需要用近似数据恰当地表示测量结果，这就涉及有效数字的问题。,2,）准确数字和欠准数字,对测量值,123 V,来说，尽管“,1,、,2,、,3,”都是有效数字，但是只有最左面的两个有效数字“,1,、,2,”可以称为准确数字，而最后面的“,3,”由于是估测的，所以称为欠准数字或不可靠数字。,学习单元三,测量误差及误差数据处理,五、,误差数据处理,1.,测量结果的表示,如图,1,3,所示为使用电压表电流表测量电阻的电路，采用间接测量方法（伏安法）来求取电阻值。仪表测量结果为,U=6.2 V,，,I=0.85 A,（仪表的有效数字为,2,位），用以下公式求电阻值,:,学习单元三,测量误差及误差数据处理,五、,误差数据处理,.,有效数字的舍入原则,在处理数据时都会遇到近似数的计算问题，由于每个数据位数不等，所以需进行舍入处理，然后进行运算。数据处理时，所用的舍入原则是“四舍五入”，即大于,5,的数向前入,1,，小于,5,的数舍去，而等于,5,的数则应采用偶数法原则。,（,1,）,5,后面有数字，舍,5,入,1,。,（,2,）,5,后面没有数字或是,0,，当,5,之前是奇数舍,5,入,1,，是偶数则舍去,5,。,学习单元三,测量误差及误差数据处理,五、,误差数据处理,.,数字近似运算法则,在数据处理过程中，常常要对几个乃至几组数据进行加、减、乘、除等近似运算。运算时要遵循以下的规则。,（,1,）在加、减法运算中，准确度最差的项就是小数点后有效数字位数最少的那一项，有效数字的取舍以该项为准。,（,2,）在乘、除法运算中，所得结果的有效数字位数决定于有效数字位数最少的那一项，而与小数点无关。,Thank You!,