电子测量论文.doc

电子测量论文
论文题目：
测量方法的研究及应用
学 院：
电子工程学院
年 级：
2012
专 业：
电子信息工程
姓 名：

学 号：

任课教师：

2015 年 05 月 05 日

摘要

本文主要有三个部分，分别是狭义测量与广义测量、测量的一些基本概念及其基本要素、测量在实际中的应用。在狭义测量与广义测量中简要说明了测量的基本原理是比较，进而介绍了几种比较的方法——直接比较法、间接比较法、复式比较法，在此基础上给出了广义测量的定义。在第二章中主要介绍了国际单位制、基准和计量及测量的基本要素。在第三章中主要介绍了电子测量在生活中的应用，主要有时间与频率的测量、电压的测量、信号波形的测量，并简要说明了这些应用的基本原理、概念及应用方法。

关键词

比较；测量 ；单位制；基准；

I

目录

摘要 I
第一章 狭义测量与广义测量 1
一、 测量的定义及意义 1
二、测量的原理 1
三、测量中的比较方法 1
（一）基于差值示零的直接比较法 1
（二）基于比例变换的间接比较法 2
（三）减少误差的复合式比较法。 3
四、狭义测量与广义测量 3
第二章 测量的相关概念及基本要素 4
一、国际单位制、基准和计量 4
（一）单位制 4
（二）国际单位制 4
（三）基准和计量 4
二、测量的基本要素 6
（一）测量的环境影响 6
（二）测量结果的表示 7
（三）测量误差的表达方法 7
第三章 测量在实际中的应用 8
一、时间与频率的测量 8
（一）时间与频率的基本概念 8
（二）模拟时间测量原理 8
（三）时间的数字测量原理 8
二、电压的测量 9
（一）交流电压的测量 9
（二）直流电压的数字测量 9
二、信号波形的测量 10
（一）波形显示原理 10
（二）示波器的应用 11
结论 11

第一章 狭义测量与广义测量
一、 测量的定义及意义
测量是为了确定被测对象的量值而进行的实验过程。
一个事物如果不能对其进行数学描述，那么我们将所知甚少。所以测量的意义就在于获取一个事物的数据。
那么，我们如何去测量一个事物，获得其量值？
为此，我们应该首先明白测量的原理。
二、测量的原理
测量的基本原理是比较，是未知量和已知量的比较。
比较可分为直接比较和间接比较。
三、测量中的比较方法
在电子测量这门课程中，我们主要学习了基于差值示零的直接比较法和基于比例变换的间接比较法以及减少误差的复合式比较法。
（一）基于差值示零的直接比较法
1、基本原理

当 时，

2、组成结构

3、特点
基于差值示零的直接比较法的特点是精度高，速度低。
（二）基于比例变换的间接比较法

基于比例变换的间接比较法的特点是精度低，速度快。

（三）减少误差的复合式比较法。
减少误差的复合式比较法有微差法、替代法和交换法。
微差法是直接比较已知量S与被测量x相差了一微小量，再用仪器测出微小量，其优点是测量速度快和测量准确度高。
替代法是在测量条件不变的情况下，用一已知的标准量去替代未知的被测量，通过调整标准量而保持替代前后仪器的示值不变，于是标准量的值等于被测量值。
而交换法常用在电桥中来测量电阻。
为了实现比较，我们必须制定已知量。
四、狭义测量与广义测量
我们将上述获取被测对象的量值称为狭义测量。而广义测量是获取被测对象信息的一门科学。
第二章 测量的相关概念及基本要素
一、国际单位制、基准和计量
（一）单位制
首先我们把系数为1的量称为单位。
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。
（二）国际单位制
国际单位制是由国际单位制单位、国际单位制词头和国际单位制的十进倍数单位三部分组成。
国际单位制由国际计量大会确定。
1960年第十一届国际计量大会上正式通过国际单位制SI。
1984年2月国务院颁布了《中华人民共和国法定计量单位》，决定我国法定计量单位以国际单位制为基础。
（三）基准和计量
1、基准
基准用来复现某一基本测量单位的量值，只用于鉴定各种量具的精度，不直接参加测量。
(1)一级基准，又称主基准和国家基准
具有最高水平的基准。一个国家只有一个。
(2)二级基准，又称副基准
副基准的量值精度由主基准确定，用以代替主基准向下传递或代替主基准参加国际比对
(3)三级基准，又称工作基准
工作基准用来直接向下属标准量具进行量值传递，用以检定下属计量标准量具的精确度。
基准的权威性
基准的理论定义最严格的、制作工艺技术最先进。
原器基准自身也会随时间、地点、环境条件而变化，甚至会损坏，会失传。
从现代科学的观点来看，最好的基准是原子基准。
基准的相对性
一个时期的测量基准反映当时的人类认识水平和科学水平 。
2、计量
计量是利用技术和法制手段实现单位统一和量值准确可靠的测量。
计量是一种特殊形式的测量，它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》。
计量的三个主要特征是统一性、准确性和法制性。
3、计量与测量的关系
计量的任务是确定测量结果的可靠性。
计量是测量的基础和依据。
没有计量，也谈不上测量。
计量和测量相互配合，才能在国民经济各个领域发挥重要作用。
测量发展的客观需要才出现了计量。
测量是计量应用的重要途径。
没有测量，计量将失去价值
为了保证测量结果的准确性，必须定期对仪器进行检定和校准，这个过程就是计量。
4、测量基准的传递
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，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。
计量标准器具：准确度低于计量基准，用于检定计量标准或工作计量器具的计量器具。
计量器具：凡是能用以直接或间接测出被测对象量值的量具、计量仪器和计量装置都统称为计量器具。计量器具按作用可分为计量基准、计量标准和工作计量器具三类。
工作计量器具：工作岗位上使用，不用于进行量值传递，而是直接用来测量被测对象量值的计量器具。
检定：是用高一等级准确度的计量器具对低一等级的计量器具进行比较，以达到全面评定被检计量器具的计量性能是否合格的目的。一般要求计量标准的准确度为被检者的1/3到1/10。
校准： 校准是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。
比对： 在规定条件下，对相同准确度等级的同类基准、标准或工作计量器之间的量值进行比较，其目的是考核量值的一致性。
二、测量的基本要素
测量的基本要素包括被测对象、测量仪器、测量技术、测量人员和测量环境
（一）测量的环境影响
测量环境是指测量过程中人员、对象和仪器系统所处空间的一切物理和化学条件的总和
测量环境包括温度、湿度、力场、电磁场、辐射、化学气雾和粉尘，霉菌以及有关电磁量（工作电压、源阻抗、负载阻抗、地磁场、雷电等）的数值、范围及其变化。
A. 环境对被测对象的影响：某些被测对象客体（如器件、电路或系统）的性能特性对环境变化较为敏感或非常敏感，因此，原则上测量应在被测对象的正常或额定工作条件下进行。
B. 环境对仪器系统的影响：环境可能直接或间接地影响到仪器系统本身的某个工作特性，进而影响测量结果，造成测量误差。特别是某些测量器具的量程广、频段宽，而内部的元器件数目甚多，且对外界影响相当敏感，错综复杂的影响量所产生的不良效应有时会成为测量的严重问题。
C. 环境对测量人员的影响：高温、严寒、潮湿、闷气、嘈杂、照明不适当等不良工作环境，会对测量人员的身心产生不良影响，从而引起不同程度的人身误差乃至差错。
综上，为了尽量减少由于环境影响而产生的误差，应采取适当的控制措施，如
恒温、恒湿、稳压和防震；抗干扰、防噪声的措施，如接地、屏蔽、隔离、滤波等；
仪器应能尽量适应恶劣环境和大范围变化环境。
仪器以工作环境条件的不同要求分为三组：
I组：良好的环境条件，温度+10～+35oC，相对湿度80%，只允许有轻微的振动。
II组：一般的环境条件，温度－10～+40oC，相对湿度80%（在40oC上），允许一般的振动和冲击。
III组：恶劣的环境条件，温度－40～+55oC，相对湿度90%（在35oC上），允许频繁的搬动和运输中受到较大的冲击和振动。
（二）测量结果的表示
测量的目的: 获得被测量的真值
一定的时间和空间环境条件下，被测量本身所具有的真实数值。
测量的结果表示：测量结果=测量数值+可信范围（单位）
测量结果的可信程度----测量误差
所有测量结果都有误差，误差来源于仪器误差、环境影响误差、理论方法误差、人为误差、被测对象变化误差。
（三）测量误差的表达方法
绝对误差：测量值与真值之差，称为绝对误差
绝对误差有大小，又有符号和量纲。
相对误差:绝对误差与被测量的真值之比
相对误差是两个有相同量纲的量的比值，只有大小和符号，没有单位。
满度相对误差（引用相对误差）
用测量仪器在一个量程范围内出现的最大绝对误差与该量程值之比称为满度相对误差。

第三章 测量在实际中的应用
一、时间与频率的测量
（一）时间与频率的基本概念
时间有两个含义，即时刻与时间间隔
频率的定义：周期信号在单位时间内的变化次数，f＝N/T
时间与频率的关系：可以相互转换
（二）模拟时间测量原理
直接法：直接法是利用LC电路的频率响应特性来测量频率，可为谐振法和电桥法。
比较法：利用标准频率fs和被测量频率fx进行比较来测量频率。有拍频法、示波法。
模拟测量法具有结构简单、速度慢、精度低的特点。
（三）时间的数字测量原理
通用电子计数器原理

通用计数器功能: 频率测量、周期测量、频率比测量、时间间隔的测量、相位测量、自动检验功能、自动校准功能。
二、电压的测量
电压测量的意义：电压信号波形是被测量信息的载体
电压测量的优势:测量范围宽、精度高、信号变换灵活
电压测量的不足:信号变换寄生参数影响大
（一）交流电压的测量
双测热电桥

准确度：直流电压标准准确度为10-5，则得到的高频电压标准准确度可达10-3 。
（二）直流电压的数字测量
对被测电压定时积分

对基准电压定值积分

T1=N1T;T2=N2T,T为时钟

二、信号波形的测量
（一）波形显示原理
1、显示与电压的关系：Ux、Uy为固定电压时

2、 显示随时间变化的图形：Ux为锯齿波、Uy=正弦波

（二）示波器的应用
示波器可用于直流电压的测量、交流电压的测量、周期和频率的测量、测量脉冲宽度、测量时间间隔、测量相位差。
结论
随着被测试系统、产品的发展水平日趋提高—速度越来越快、体积越来越小、应用范围越来越广,人们对测试测量技术及精密仪器的要求越来越高,促使测试测量技术和测量仪器不断出现新理论、新技术和新方法。电子测量仪器室技术密集型、知识密集型的产业。电子测量仪器对国民经济有着重大的辐射作用和影响力仪器仪表对国民经济有着巨大的辐射作用和影力,测量仪器对工业具有先导作用。尽管测量仪器行业的产值在国民经济的总产值中的比重并不算大,但是它在信息化社会中经济发展的杠杆作用却十分巨大,它的发展在相当程度上代表着一个国家的科技水平、综合国力和国际竞争力。以前我们国家在对这个行业的重大作用的认识不够,但是随着国家“十一五”极化的展开,国家在重视这个行业的投入的人力物力,加大发展力度,电子测量仪器必将得到快速地发展。也同时更大推动国民经济的快速发展,提高我们国家的经济和国防实力。

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