电子测量技术基础课后习题答案-张永瑞(第二版)

电子测量技术基础课后习题答案习题一1.1解释名词：①测量；②电子测量。答：测量是为确定被测对象的量值而进行的实验过程。在这个过程中，人们借助专门的设备，把被测量与标准的同类单位量进行比较，从而确定被测量与单位量之间的数值关系，最后用数值和单位共同表示测量结果。从广义上说，凡是利用电子技术进行的测量都可以说是电子测量；从狭义上说，电子测量是指在电子学中测量有关电的量值的测量。1.2叙述直接测量、间接测量、组合测量的特点，并各举一两个测量实例。答：直接测量：它是指直接从测量仪表的读数获取被测量量值的方法。如：用电压表测量电阻两端的电压，用电流表测量电阻中的电流。间接测量：利用直接测量的量与被测量之间的函数关系，间接得到被测量量值的测量方法。如：用伏安法测量电阻消耗的直流功率P，可以通过直接测量电压U，电流I，而后根据函数关系P＝UI，经过计算，间接获得电阻消耗的功耗P；用伏安法测量电阻。组合测量：当某项测量结果需用多个参数表达时，可通过改变测试条件进行多次测量，根据测量量与参数间的函数关系列出方程组并求解，进而得到未知量，这种测量方法称为组合测量。例如，电阻器电阻温度系数的测量。1.3解释偏差式、零位式和微差式测量法的含义，并列举测量实例。答：偏差式测量法：在测量过程中，用仪器仪表指针的位移(偏差)表示被测量大小的测量方法，称为偏差式测量法。例如使用万用表测量电压、电流等。零位式测量法：测量时用被测量与标准量相比较，用零示器指示被测量与标准量相等(平衡)，从而获得被测量从而获得被测量。如利用惠斯登电桥测量电阻。微差式测量法：通过测量待测量与基准量之差来得到待测量量值。如用微差法测量直流稳压源的稳定度。1.4叙述电子测量的主要内容。答：电子测量内容包括：（1）电能量的测量如：电压，电流电功率等；（2）电信号的特性的测量如：信号的波形和失真度，频率，相位，调制度等；（3）元件和电路参数的测量如：电阻，电容，电感，阻抗，品质因数，电子器件的参数等：（4）电子电路性能的测量如：放大倍数，衰减量，灵敏度，噪声指数，幅频特性，相频特性曲线等。1.5列举电子测量的主要特点.。答：（1）测量频率范围宽；（2）测试动态范围广；（3）测量的准确度高；（4）测量速度快；（5）易于实现遥测和长期不间断的测量；（6）易于实现测量过程的自动化和测量仪器的智能化；（7）影响因素众多，误差处理复杂。1.6选择测量方法时主要考虑的因素有哪些？答：在选择测量方法时，要综合考虑下列主要因素：①被测量本身的特性；②所要求的测量准确度；③测量环境；④现有测量设备等。1.7设某待测量的真值为土10．00，用不同的方法和仪器得到下列三组测量数据。试用精密度、正确度和准确度说明三组测量结果的特点：1①10.10，l0.07，10.l2，l0.06，l0.07，l0.12，10.11，10.08，l0.09，10.11；②9.59，9.7l，10.68，l0.42，10.33，9.60，9.80，l0.21，9.98，l0.38；③10.05，l0.04，9.98，9.99，l0.00，10.02，10.0l，999，9.97，9.99。答：①精密欠正确；②准确度低；③准确度高。1.8SXl842数字电压表数码显示最大数为19999，最小一档量程为20mV，问该电压表的最高分辨率是多少？解：20mV/19999＝0.001mV＝1μVl.9SR46示波器垂直系统最高灵敏度为50uV／div，若输入电压为120uV，则示波器荧光屏上光点偏移原位多少格？解：120/50＝2.4格1.10某待测电路如题1.10图所示。（1）计算负载RL上电压U。的值(理论值)。（2）如分别用输入电阻Rv为120kO．和10MQ的晶体管万用表和数字电压表测量端电压U。，忽略其他误差，示值U。各为多少？（3）比较两个电压表测量结果的示值相对误差rx［rx＝(Uo－Ux)/Ux×100%］解：（1）03052.53030UV＝＝＋（2）R外1＝30//120＝24KΩ12452.2230xUV＝＝＋24题1.10图R外2＝30//10000＝29.91KΩ229.9152.49630xUV＝＝＋29.91（3）01100%100%12.6%2.22xxxUUrU－2.22－2.5＝＝＝－02100%100%.16%2.496xxxUUrU－2.496－2.5＝＝＝－01.11已知某热敏电阻随温度变化的规律为0(1/1/)0BTTTRRe，其中Ro、Rt分别为热力学温度为T0＝300K和T时的阻值，B为材料系数。已测得①T1＝290K，R1＝14.12kΩ，②T2＝320K，R2＝5.35kg。求R0和B。解：11()290300014.12BRe－＝（1）211()3203000BRe－5.35＝（2）联立（1）、（2）解得：B＝3003R0＝10.05KΩ1.12试设计一个测量方案，测量某放大器的直流输出电阻(阻值估计在30kΩ左右)。解：设计如右图所示，为减少测量误差采用数字电压表测量，且R1、R2都在30KΩ左右，可忽略电压表接入对输出电压的影响，则有：111RUERr＝＋222RUERr＝＋所以：12121221()RRUURURU－r＝－1.13选择测量仪器时，通常要根据被测量的大致大小选择合适的测量量程。例如仍采用题1.l0所示的测量电路，现分别用MF－20晶体管电压表的6V档和30V档测量负载RL上电阻Uo，已知电压表的电压灵敏度为20kΩ／V(由此司算出各档量程电压表输入电阻Rv＝电压灵敏度×量程)，准确度等级为2.5级(准确度等级s表示仪表的满度相对误差不超过s％，即最大绝对误差为Δxm＝±s%·xm。试分别计算两个量程下的绝对误差和相对误差。解：6V档时：Rv1＝120KΩR外1＝30//120＝24KΩ12452.22230xUV＝＝＋24Δx11＝Ux1－A＝2.222－2.5＝－0.278VΔx12＝±2.5%×6＝±0.15V111120.482xxxV＝＋＝110.4282.5xyA＝100%＝100%＝17%30V档时：Rv2＝30×20＝600KΩR外2＝30//600＝28.57KΩ228.5752.24430xUV＝＝＋28.57Δx21＝＝2.244－2.5＝－0.06VΔx22＝±2.5%×30＝±0.75VΔx2＝0.81V20.862.5y＝100%＝32.4%1.14比较测量和计量的类同和区别。答：测量是把被测量与标准的同类单位量进行比较，从而确定被测量与单位量之间的数rERRVK＋－123值关系，最后用数值和单位共同表示测量结果。计量是利用技术·阳法制手段实现单位统一和量值准确可靠的测量。计量可看作测量的特殊形式，在计量过程中，认为所使用的量具和仪器是标准的，用它们来校准、检定受检量具和仪器设备，以衡量和保证使用受检量具仪器进行测量时所获得测量结果的可靠性。因此，计量又是测量的基础和依据。1.15解释名词：①计量基准；②主基准；③副基准；④工作基准。答：①用当代最先进的科学技术和工艺水平，以最高的准确度和稳定性建立起来的专门用以规定、保持和复现物理量计量单位的特殊量具或仪器装置等。②主基准也称作原始基准，是用来复现和保存计量单位，具有现代科学技术所能达到的最高准确度的计量器具，经国家鉴定批准，作为统一全国计量单位量值的最高依据。因此，主基准也叫国家基准。③副基准：通过直接或间接与国家基准比对，确定其量值并经国家鉴定批准的计量器具。其地位仅次于国家基准，平时用来代替国家基准使用或验证国家基准的变化。④工作基准：经与主基准或副基准校准或比对，并经国家鉴定批准，实际用以检定下属计量标准的计量器具。1.16说明检定、比对、校准的含义。各类测量仪器为什么要定期进行检定和比对。答：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。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。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的全部工作。一般而言，检定要比校准包括更广泛的内容。通过对各级基准、标准及计量器检定、比对和校准以保证日常工作中所使用的测量仪器、量具的量值统一。4习题二2.1解释下列名词术语的含义：真值、实际值、标称值、示值、测量误差、修正值。答：真值：一个物理量在一定条件下所呈现的客观大小或真实数值。指定值：由国家设立尽可能维持不变的实物标准(或基准)，以法令的形式指定其所体现的量值作为计量单位的指定值。实际值：实际测量时，在每一级的比较中，都以上一级标准所体现的值当作准确无误的值，通常称为实际值，也叫作相对真值。标称值：测量器具上标定的数值。示值：测量器具指示的被测量量值称为测量器具的示值。测量误差：测量仪器仪表的测得值与被测量真值之间的差异。修正值：与绝对误差绝对值相等但符号相反的值。2.2什么是等精度测量？什么是不等精度测量？答：在保持测量条件不变的情况下对同一被测量进行的多次测量过程称作等精度测量。如果在同一被测量的多次重复测量中，不是所有测量条件都维持不变，这样的测量称为非等精度测量或不等精度测量。2.3按照表示方法的不同，测量误差分成哪几类？答：1、绝对误差：定义为：Δx＝x－A02、相对误差（1）实际相对误差：100%AxrA＝（2）示值相对误差：100%xxrx＝（3）满度相对误差：100%mmmxrx＝（4）分贝误差：Gx＝20lgAu（dB）2.4说明系统误差、随机误差和粗差的主要特点。答：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：①有界性；②对称性；③抵偿性。粗差的主要特点是：测得值明显地偏离实际。2.5有两个电容器，其中C1＝2000±40pF，C2＝470pF±5%，问哪个电容器的误差大些？为什么？解：140100%2%200r＝＝因为r1＜r2，所以C2的误差大些。2.6某电阻衰减器，衰减量为20±0.1dB，若输入端电压为1000mV，输出端电压等于多少？5解：由：020lg20ixuGu＝＝得：u0＝ui/10＝100mVrx＝rDb/8.69＝±0.1/8.69＝±1.2%Δu0＝rx×u0＝±1.2%×100＝±1.2mV输出端电压为：100mV±1.2mV2.7用电压表测量电压，测得值为5.42V，改用标准电压表测量示值为5.60V，求前一只电压测量的绝对误差ΔU，示值相对误差rx和实际相对误差rA。解：ΔU＝5.42－5.60＝－0.18Vrx＝－0.18/5.42＝－3.32%rA＝－0.18/5.60＝－3.21%2.8标称值为1.2kΩ，容许误差±5％的电阻，其实际值范围是多少？解：Δx＝rx×x＝±5%×120＝±60Ω实际值范围是：1200±60Ω2.9现检定一只2.5级量程100V电压表，在50V刻度上标准电压表读数为48V，问在这一点上电压表是否合格？解：Δxm＝±2.5%×100＝±2.5VΔx＝50－48＝2V＜2.5V电压表合格。2.10现校准一个量程为100mV，表盘为100等分刻度的毫伏表，测得数据如下：仪表刻度值(mV)0102030405060708090100标准仪表示值(mV)0.09.920.230.439.850.260.470.380.089.7100.0绝对误差(mV)0.00.1-0.2-0.40.2-0.2-0.4-0.30.00.30.0修正值c(mV)0.0-0.10.20.4-0.20.20.40.30.0-0.30.0求：①将各校准点的绝对误差ΔU和修正值c填在表格中；②10mV刻度点上的示值相对误差rx和实际相对误差rA；③确定仪表的准确度等级；④确定仪表的灵敏度。解：②rx＝0.1/10×