电子测量复习总结

电子测量仪器一、基本概念1.计量基准一般分为如下三种主基准、副基准、工作基准2.阻抗测量包含哪些电阻、电容、电感阻抗的测量，电阻阻抗测量方法：伏安法、三用表中的点阻档、电桥法。3.误差的特点和性质按照误差的特点和性质，误差可分为系统误差、随机误差和粗大误差3类。系统误差的主要特点是：只要测量条件不变，误差即为确切的数值，用多次测量取平均值的办法不能改变或消除系差，而当条件改变时，误差也随之遵循某种确定的规律而变化，具有可重复性。随机误差的特点是：不易发觉，不好分析，难于修正，但它服从于统计规律。粗差的主要特点是：无规律可循，且明显地与事实不符合。4.时域测量的仪器示波器，分为模拟示波器、数字示波器。5.数字电压表工作原理数字电压表由电阻网络（量程调整）、直流放大（运放组成）、电压极性判断、A/D转换、数码（液晶）显示等部分组成。数字电压表将输入模拟信号进行放大，A/D转换成数字量并将数字量量化成电压显示在数码显示屏上。6.解释计量体系中“比对”，“检定”和“校准”的概念及其作用比对：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。检定：用高一等级的计量器具与低一等级的计量器具进行比较，一达到全面评定被捡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捡者的1/3到1/10。校准：将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。一般而言，检定要比校准包括更广泛的内容。7.信号发生器有哪些类型？列出并说明。一、按频率范围分类：低、中、高、甚高、特高超高等频段。二、按输出波形分类：正弦波信号、函数信号、扫频信号、脉冲信号、数字信号、噪声信号、伪随机信号、任意波形、调制信号、数字矢量信号。三、按信号发生器的性能分类：一般信号发生器、标准信号发生器。四、按照使用范围分类：通用信号发生器、专用信号发生器。五、按照调节方式分类：普通信号发生器、扫频信号发生器、程控信号发生器。按照频率产生方法分类：谐振信号发生器、锁相信号发生器、合成信号发生器。8.误差的合成与分配概念解释、作用9.电流测量的仪器电流表、万用表、示波器10.模拟电压表原理模拟电压表，应用磁电原理工作，驱动指针运动，依靠指针在面板上停留位置来显示的电压大小。二．理解概念1.频谱分析仪的工作原理及其应用。简答实时频率分析仪是针对不同的频率信号而有相对应的滤波器和检知器，再有同步的多任务扫描器将信号传送到CRT屏幕上。扫描调谐频谱分析仪是输入信号经衰减器直接外加到混波器再调变的本地振荡器经和CRT同步的扫描产生器产生随时间作线性变化的振荡频率，经混波器和输入信号混波。2.电流测量方法，说明测量过程所应用的仪器及工作过程。简答模拟万用表，数字万用表3.什么是随机误差，简述随机误差的分析计算方法及其应用。简答随机误差也称为偶然误差和不定误差，是由于在测定过程中一系列有关因素微小的随机波动而形成的具有相互抵偿性的误差。4.函数发生器的工作原理及特点。简答函数发生器一般是指能自动产生正弦波、方波、三角波的电压波形的电路或者仪器。电路形式可以采用由运放及分离元件构成；也可以采用单片集成函数发生器。简介：函数发生器是一种多波形的信号源。它可以产生正弦波、方波、三角波、锯齿波，甚至任意波形。有的函数发生器还具有调制的功能，可以进行调幅、调频、调相、脉宽调制和VCO控制。原理：使用一个激发装置(即信号源)来激励一个系统，以便观察、分析它对激励信号的反映如何，这是电子测试技术的标准实验之一。函数发生器是能产生多种波形的信号发生器。如产生正弦波、三角波、方波、锯齿波、阶梯波和调频、调幅等调制波形。一般至少要求产生三角波、方波和正弦波。产生各种信号波形的方法很多，其电路主要由振荡器、波形变换器和输出电路三个部分组成。特点：（1）频率精度高，稳定性好，受环境影响的变化小。（2）波形纯净，失真度小，在全部频率范围内都有很好的波形质量及幅度稳定性。（3）无过渡过程频率转换时间极快：瞬间达到稳定，渡跃时信号无畸变。（4）具有调幅功能，调制信号可由内信号源产生，也可由外部输入调制信号，调制深度自由调整且不受载波频率及输出幅度影响。5.示波器的工作原理及应用。简答把随时间变化的电信号显示在屏幕上的显示观测设备。能测量从直流到数百兆赫兹的高频信号。其基本结构由加热器、阴极、控制栅、第一阳极、第二阳极、垂直偏转板、水平偏转板组成。由阴极射线管的阴极发射出的电子束根据测量信号轰击荧光屏发光产生相应波形。在屏幕上就可以根据横轴、纵轴的刻度直接观察输入信号。电子示波器的基本特点是：①能显示信号波形，可测量瞬时值，具有直观性。②输入阻抗高，对被测信号影响小。③工作频带宽，速度快，便于观察高速变化的波形的细节。④在示波器的荧光屏上可描绘出任意两个电压或电流量的函数关系。6.电阻测量方法。简答伏安法：用于对回路电阻的测量。理论根据是欧姆定律R=U/I，用电压表测出电阻两端的电压U，用电流表测出通过电阻的电流I，求出电阻阻值R=U/I。三用表中的电阻档：三用表调至电阻档，将红、黑表笔分别接触电阻的两端，读出阻值即可。电桥法：对变压器，发电机线圈直流电阻的测量。如图为一个直流双臂电桥，用指零电路作为测量的指示器，由RX、R2、R3、Z4四个桥臂组成，E直流电源，G为检流计。桥臂接入被测电阻RX，调节桥臂中的可调元件RN使检流计指示为0，电桥处于平衡状态，用电桥平衡条件RxR3=R2Z4求出Zx。7.测量数据的处理方法。简答测量结果可以用有效数字、算术平均值加不确定度、表格或曲线等方式来表示。有效数字是指在测量数值中，从最左边的1位非零数字起到含有误差的那位存疑数为止的所有各位数字。数据修约规则：4舍6入，5凑偶。最末一位有效数字（存疑数）应与测量精度是统一量级的。测量数据可绘制成曲线或归纳成经验公式，以便得出正确、直观的结果。8.DDS函数发生器的工作原理、特点。简答25MHz钟振为AD9833可编程函数信号发生器提供主频时钟，单片机通过SPI串行接口SCLK、SDATA、FSYNC与AD9833通信，控制AD9833输出的波形类型（正弦波、方波、三角波）、波形频率、波形初相位。波形信号由VOUT引脚输出到数字电位器MCP41010的PA端，再由数字电位器MCP41010的PW端输出到运算放大器AD8051放大输出。DDS特点：低成本、低功耗、高分辨率、频率切换时间短、相位连续、相噪低、结构简单、体积小。三．计算1.误差合成与分配（相对误差等），解释其作用。填空误差的合成：由各分项误差来确定总误差，为误差的合成问题。由总误差确定各分项误差的数值，为误差的分配问题。随机误差的合成是采用方和根的方法，同时还要考虑到各个误差传递系数和误差间的相关性影响。系统误差按代数和法进行合成。系统误差与随机误差综合出现时，常用极限误差来表示，但有时也用标准差来表示。误差的分配：2.均方差，标准差2.21设两个电阻Rl＝(150±0.6)Ω，R2＝62Ω±0.4%，试求此两电阻分别在串联和并联时的总电阻值及其相对误差，并分析串并联时对各电阻的误差对总电阻的相对误差的影响?解：（1）串联时，总电阻值2126215021RRR＝串21212211)()()(RRRRRRRRR＝串748.0248.05.0%4.0625.00.35%212748.0＝＝＝串串串RRR（2）并联时，总电阻值9.4362150621502121RRRRR并图7.12交流电桥原理电路因式中含有两个变量的乘积项且含有分母，所以用相对误差传递公式较方便，得2211lnlnRRRRRRR并并并)ln(lnlnln2121RRRRR并221212111111RRRRRRRRrR并%)4.0(621501501505.062150622221111212＋RRRRRRRRRR%38.02126.02122046.0212%4.01502120033.062＋＋由以上计算结果可知，串联时大电阻R1对总电阻误差影响大，并联时小电阻R2对总电阻误差影响大。2.26通过电桥平衡法测量某电阻，由电桥平衡条件得出243CCRRx，已知电容C2的允许误差为±5％，电容C4的允许误差为±2％，R3为精密电位器，其允许误差为±1％，试计算Rx的相对误差为多少？解：因为公式中含有分子和分母，用相对误差传递公式较方便。224433lnlnlnCCRxCCRxRRRxRx243lnlnlnlnCCRRx224433CCCCRRRx%)5(%2%1%8四．电路分析1.计数器电路2.DDS电路（IC电路引脚功能解释）25MHz钟振为AD9833可编程函数信号发生器提供主频时钟，单片机通过SPI串行接口SCLK、SDATA、FSYNC与AD9833通信，控制AD9833输出的波形类型（正弦波、方波、三角波）、波形频率、波形初相位。波形信号由VOUT引脚输出到数字电位器MCP41010的PA端，再由数字电位器MCP41010的PW端输出到运算放大器AD8051放大输出。AD9833：可编程信号发生器，可产生正弦波、三角波、方波3、扫频仪，说明各部分电路的作用极其工作原理。扫频仪一般由扫描锯齿波发生器、扫频信号发生器、宽带放大器、频标信号发生器、X轴放大、Y轴放大、显示设备、面板键盘以及多路输出电源等部分组成。其基本工作过程是通过电源变压器将50Hz市电降压后送入扫描锯齿波发生器，就形成了锯齿波，这个锯齿波一方面控制扫频信号发生器，对扫频信号进行调频，另一方面该锯齿波送到X轴偏转放大器放大后，去控制示波器X轴偏转板，使电子束产生水平扫描。由于这个锯齿波同时控制电子束水平扫描和扫频振荡器，因此电子束在示波管荧光屏上的每一水平位置对应于某一瞬时频率。从左向右频率逐渐增高，并且是线性变化的。扫频信号发生器产生的扫频信号送到宽带放大器放大后，送入衰减器，然后输出扫频信号到被测电路。为了消除扫频信号的寄生调幅，宽带放大器增设了自动增益控制器（AGC）。宽带放大器输出的扫频信号送到频标混频器，在频标混频器中与1MHz和10MHz或50MHz晶振信号或外频标信号进行混频。产生的频标信号送入Y轴偏转放大器放大后输出给示波管的Y轴偏转板。扫频信号通过被测电路后，经过Y轴电位器、衰减器、放大器放大后送到示波管的Y轴偏转板，得被测电路的幅频特性曲线。扫频信号发生器：扫频信号源就是其输出的正弦波信号的频率随时间在一定范围内反复扫描，在电子技术中利用压控振荡器可以实现。方法：磁条电感法，变容二极管电调扫频，YIG电调扫频，合成扫频源。被测电路：被测电路是指能产生所需的被测量分析的信号的电路设备峰值检波电路：峰值检波电路一般是由一个运放构成的电压跟随器和二极管和电容构成当输入信号为正半周时二极管导通对电容充电，一直充电到峰值即最大值，当输入电压负半周时二极管截止，电容不放电，保持电压（峰值电压），这样电容两端电压一直处于峰值，可以检测出信号的峰值，称其为峰值检波扫频电压发生器：通过电源变压器将50Hz市电降压后送入扫描锯齿波发生器X轴放大器：Y轴放大器：