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电子测量仪器第1章

课题
第1章电子测量和仪器的基本知识
1.1测量及其意义
1.2电子测量的意义和特点
1.3测量方法的分类

课型
新课
授课班级

授课时数
2

教学目标
1．了解测量的定义及其意义。
2．理解电子测量的意义、内容及其特点。
3．理解测量方法的分类。

教学重点
电子测量的意义、内容及其特点。

教学难点
电子测量的内容。

学情分析

教学效果

教后记

新授课
1.1测量及其意义
1．测量的定义：人类对客观事物取得数量概念的认识过程。
2．测量结果的量值组成：数值和相应的单位名称。
3．测量的实质：是一种比较过程，把被测的量与同种类的作为单位的量，通过一定的测量方法进比较，以确定被测的量是该单位的若干倍。注：测量同一物理量所选单位越大，则测出的数值越小。
1.2电子测量的意义和特点
1.2.1　电子测量的意义
从某种意义上说，近代科学技术的水平是由电子测量的水平来保证和实现的，电子测量水平是衡量一个国家科学水平的重要标志。
1.2.2电子测量的内容
（1）电能量的测量　如电流、电压、功率等的测量。
（2）电路、元器件参数的测量　如电阻、电感、电容、阻抗的品质因数等的测量。
（3）电信号特性的测量　如频率、波形、周期、逻辑状态等的测量。
（4）电路性能的测量　如放大倍数、衰减量、噪声指数等的测量。
（5）特性曲线的显示　如幅频特性、器件特性等的显示。
注：以上的如频率、电压、时间、阻抗等是基本电参数，其他的参数测量可由此派生得出。
1.2.3　电子测量的特点
1．测量频率范围宽。
适合：直交流电，频率范围为Hz ~ （注：测量频率不同测量方法和仪器的选用也不同）。
2．仪器的测量范围广。
如：数字电压表从纳伏级到千伏级，达9个数量级。
3．测量准确度高（重要特点）。
如：对频率和时间的测量，误差可减小到数量级。
4．测量速度快（重要特点）。
由于电子测量是通过电子运动和电磁波的传播来进行的，实现测量过程的高速度是其他测量所不能比拟的。如：原子核的裂变过程、导弹的发射速度等测量，都需要高速度的，才能测出快速变化的物理量。
5．易于实现遥测（突出优点）。
电子测量通过各种类型的传感器实现遥测的。
6．易于实现测量自动化和测量仪器的微机化。
如：测量中自动量程的转化、自动校准和微处理器的自动化示波器等。
1.3测量方法的分类
1.3.1按测量方式的分类
1． 直接测量：用预先按已知标准定度好的测量仪器，对某一未知量直接进行测量，从而得到被测量值的方式（优点：简单迅速）。
应用：工程技术。
2． 间接测量：对一个与被测物理量有确定函数关系的物理量进行直接测量，然后 通过代表该函数的关系的公式、曲线或表格，求出被测量的方式（直接测量不能使用时采用）。
应用：科学实验（很少用于工程技术）。
3． 组合测量：若被测量和几个未知量有关，测量依次无法读出完整的结果，则可改变测量条件进行多次测量，然后按被测量与未知量之间的函数关系组成联立方程求解，得出有关未知量。它是一种兼用直接测量和间接测量的方法（优点：精密）。
应用：科学实验及特殊的场合。
1.3.2被测信号的性质分类
1．时域测量：测量被测对象在不同的时间的特性，将被测信号看成是一个时间的函数。
2．频域测量：测量被测对象在不同的频率时的特性，被测对象看成是一个频率的函数。
3．数据域测量：对数字系统逻辑特性进行的测量。利用逻辑分析仪能够分析离散信号组成的数据流，可以观察多个输入通道的并行数据，也可以观察一个通道的串行数据。

（讲解）

（比较讲解）

练习
习题
1.1（1）

小结
1．电子测量的内容：电能量测量；电路、元器件参数的测量；电信号特性的测量；电路性能的测量；特性曲线的显示。
2．电子测量的特点：测量频率范围宽；仪器测量范围广；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仪器微机化。
3．测量方法分类：直接测量、间接测量、组合测量。
4．按被测信号的性质分类：时域测量、频域测量、数据域测量。

布置作业
习题
1.1、1.2

课题
第1章电子测量和仪器的基本知识
1.4测量误差的基本概念
1.5测量结果的表示及有效数字
1.6电子测量仪器的基本知识

课型
新课
授课班级

授课时数
2

教学目标
1．掌握几种测量误差的计算。
2．了解测量误差的分类和相应的消除方法。
3．掌握测量结果的表示和有效数字的计算。
4．了解测量仪器的基本知识。

教学重点
几种测量误差的计算和测量结果的表示。

教学难点
测量误差的计算；有效数字的计算。

学情分析

教学效果

教后记

新授课
A、复习
电子测量的意义、内容及其特点。
B、引入
测量的目的就是希望获得被测值得实际大小即真值。所谓真值，就是在一定的时间和环境的条件下，被测量本身所具有的真实数值。实际上，由于测量设备、测量方法、测量环境和测量人员的限制，测量所得到的结果与被测量的真值之间会有差异，这就称为测量误差，这一讲我们就来介绍测量误差的相关知识。
C、新课
1.4测量误差的基本概念
1.4.1　测量误差的表示方法
测量误差的表示方法：绝对误差和相对误差。
1．绝对
误差（量纲和测量值相同）
（1）定义：由测量所得到的被测值与其真值之差，即：

式中——绝对误差（可正可负）。
注：① 被测值：仪器的示值（不是读数）。
② 另一求法：

式中A ——实际值。
（2）修正值：

注意：
2．相对误差（无量纲）
（1）定义：绝对误差与被测量的真值之比，用表示，即：

（2）几种相对误差的求法：

称为实际相对误差。

称为示值相对误差（适用于近似测量）。

式中——仪器满刻度值。
称为引用相对误差。
（1.1）
式中——仪器在该量程范围内出现的最大绝对误差。
称为最大引用误差。
注意：电工测量仪表按分0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0七级1.0级表示该仪表的最大引用相对误差不会超过1.0%。但超过，也称准确度等级为1.0级。等级用符号Ｓ表示。
例1.1　两个电压的实际值分别为，；测量值分别为，。求两次测量的绝对误差和相对误差。　　 　　　　　　
解：

。两者的相对误差分别为

。说明的测量准确度低于。
例1.2　已知某被测电压为,用1.0级100 V量程的电压表测量。若只做一次测量就把该测量值作为测量结果,可能产生的最大绝对误差是多少?
解：在实际生产过程中,经常将一次直接测量的结果作为最终结果,所以讨论这个问题具有实践意义。仪表的准确度等级表示该仪表的最大引用相对误差,该仪表可能出现的最大绝对误差为:

由（1.1）可知，测量的绝对误差△x≤xm × S %
g x≤（xm×S %）/ x
式中S——仪表的准确度等级。
结论：在测量中选择仪表量程时，应使指针尽量接近满偏转，一般最好指示在满刻度的2/3以上的区域。
例1.3被测电压的实际值在10 V左右，现有150 V、0.5级和15 V、1.5级两块电压表，问选用哪块表更为合适？
解：若用150 V、0.5级电压表，由式（1.1）可求得测量的最大绝对误差为：

式值范围为（100.75）V，则测量的相对误差为

用15 V、1.5级电压表测量，，示值范围为（100.225）V。

显然应用15 V、1.5级电压表测量。
1.4.2测量误差的来源
1．仪器误差：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。
2．理论误差和方法误差：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。
3．影响误差：温度、湿度、振动、电源电压、电磁场等各种环境因素与仪器仪表要求的条件不一致而引起的误差。
4．人身误差：测量人员的分辨力、视觉疲劳、不良习惯或缺乏责任心等因素引起的误差。
1.4.3测量误差的分类
1．系统误差：在一定的条件下，误差的数值保持恒定或按照一定规律变化的误差
（决定测量的准确度）。——消除方法：引入修正值。
2．随机误差（又称偶然误差）：在相同的条件下进行多次测量，每次测量结果出现无规律的随机变化的误差（决定测量结果的精密度）。——消除方法：多次测量求平均。
3．疏失误差（粗大误差）：在一定的条件下，测量值明显偏离实际时所对应的误差（数值远大于前两者）。——经确认，立即剔出。
1.5测量结果的表示及有效数字
1．测量结果的表示：一定的数值和相应的计量单位（为说明可信度，注明其测量误差或范围）。
2．有效数字及有效数字位
　　（1）有效数字：从最左边一位非零数字算起，到含有误差的那位存疑数字为止的所有各位数字。
有效数字的确定方法：
① 有效数字位与测量误差的关系原则可从有效数字的位数估计出测量误差，一般规定误差不超过有效数字末位单位的一半。
②“0”在最左面为非有效数字。
③ 有效数字不能因选用的单位变化而改变。
3．数字的舍入原则：若需保留n位有效数字，n位以后余下的数，若大于保留数字末位（即第n位）单位的一半，则在舍去同时在第n位上加１；若小于该位的一半，则第n位不变，后面的数字全部舍去；若刚好等于该单位的一半。如第n位原为奇数则加１变为偶数，原为偶数不变，后面的数字全部舍去。
例1.4将下列数字保留三位：25.53，33.46，53.45，68.4501，43.35。
解：25.5325.5，33.4633.5，53.4553.4，68.450168.4，43.3543.4。
1.6电子测量仪器的基本知识
1.6.1电子测量仪器的分类
4． 信号发生器
2．电平测量发生器
3．信号分析仪器
4．频率、时间和相位测量仪器
5．网络特性测量仪
6．电子元器件测试仪
7．电波特性测试仪
8．逻辑分析仪
9．辅助仪器
10．智能仪器
11．虚拟仪器
1.6.2电子测量仪器的误差
1．固有误差：基准工作条件下测量仪器的误差。
2．工作误差：在额定工作条件内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。
4．变动量：当同一个影响量相继取两个不同值时，对于被测量的同一数值，测量仪器给出的示值之差。

（提问）

（讲解）

（讲解例题）

（课堂练习）

（讲解）

（大概介绍，详细内容学生自己阅读了解）

练习
习题
1.3、1.5、1.8

小结
1．测量误差几个重要的计算公式：
绝对误差：　　　
修正误差：
相对误差：　　　　　　

2．测量误差的分类：系统误差、随机误差、疏失误差。
3．测量结果的表示：一定的数值和相应的计量单位（为说明可信度，注明其测量误差或范围）。
4．有效数字的确定方法：① 有效数字位与测量误差的关系原则可从有效数字的位数估计出测量误差，一般规定误差不超过有效数字末位单位的一半。② “0”在最左面为非有效数字。③ 有效数字不能因选用的单位变化而改变。

布置作业
习题
1.4、1.6、1.7、1.9、1.10