电子测量教案

1电子测量仪器讲义2009年秋佳.玲可儿2教材：《电子测量仪器》机械工业出版社08年6月版刘伟主编3课时序号1，2授课日期09年9月3日第1周课题电子测量的内容、特点和基本方法教学目的了解电子测量的内容、特点和基本方法教学重点电子测量的特点和基本方法教学方法案例讲授教学内容及步骤第一节课：课前提问：1、什么是测量？你身边有什么测量？（脑袋风暴法）2、观看“科学世界-面包与测量”影片。引入新课：1、本课程的学习目标：通过本课程的学习，能使学生掌握常用的电子测量原理和方法，常用的典型电子测量仪器的性能和使用，电子测量中误差分析和处理的方法，培养学生掌握现代化的分析、测量方法，使之具有电子测量方面的基础知识和应用能力，并培养学生分析与解决实际问题的能力，为深入学习后续课程和从事实际工作打下一定的基础。2、本课程的考核方法与考试题型：考核方法：平时成绩：作业成绩20%、出勤10%、实训占30%、期末考试成绩占40%。综合考核成绩=平时成绩*0.6+期末考试成绩*0.4。考试题型：选择题填空题简答题判断题作图题计算题分析题。3、学习方法指导4、问：什么是电子测量？你身边有什么电子测量？（脑袋风暴法）5、电子测量的特点：1）测量频率范围宽。其测量频率可以从直流到交流10HZ。2）量程范围广。量程是什么？是在测量范围内上限值与下限值的差值。例如：一台电压表的测量上限为100V，下限值为0.5V，则该电压表的量程为99.5V。由于被测量的数值相差很大，所以要求测量仪器的量程越宽越好。3）精确度高。精确度即精密度和准确度的总称。精密度反映测量结果的离散程度；准确度反映测量结果偏离真值的程度。4）测量速度快。电子测量是通过电子的运动和电磁波传播进行工作的，其速度可以用“瞬间”来形容，是其它速度无法比拟的。5）易于实现遥测。电信号可以通过电磁波的方式传播，借助于各种类型的传感器，电子测量可以实现遥测、遥控。例如，人造卫星的发射，地面控制中心可以对卫星的运行状态、运行轨道等进行控制；卫星也可以把测量数据传送给地面中心。6）易于实现自动化。由于微机的普及，各种电子测量可以借助于微机的强大数据处理能力，使测量速度大大提高，同时，微机还具有“人工智能”，使电子测量过程实现自动化，也可以自动控制被测量。第二节课：46、电子测量的内容：（1）电能量，如电压、电流、电功率等。（2）电路元器件参数，如电阻、电感、电容、阻抗等参数、晶体管参数以及集成电路参数的测量。（3）电信号的特征，如信号的波形和失真度、频率、周期、相位差、脉冲参数以及信号调制参数等。（4）电路参数，如衰减、增益、通频带（频带宽度）、灵敏度等。（5）特性曲线，如频率特性曲线、器件特性等。7、电子测量的基本方法：1.按测量手段分类（1）直接测量。利用电子仪器直接获得被测量的方法，如使用电压表测量电压，用万用表测量电阻等。（2）间接测量。通过直接测量几个参数，然后利用函数关系式运算出来被测量，这种测量方法称为间接测量。例如，要测量某电阻上消耗的功率，需要先测量出电阻两端的电压和通过电阻的电流，再通过关系式算出功率。（3）组合测量。被测量与多个未知量有关，要得到被测量，需要使用直接测量和间接测量，最后通过运算才能得到被测量的测量方法。2.按被测量性质分类（1）时域测量。时域测量是指被测量是时间的函数，随时间变化而变化，如温度、随时间变化的电流等。（2）频域测量。频域测量是指被测量随频率变化而变化，如放大器的频率特性等。作业：P8:1,2预习：测量误差的表示方法，测量误差的来源，测量误差的分类小结：学生没有学过《电工基础》、《模拟电子线路》、《数字电子线路》等课程，对本课程的学习到来了灾难。必须改变方法，只教授仪器的使用，仪器原理方面删除。5课时序号3，4授课日期2009年9月7日第2周课题测量误差教学目的测量误差的表示方法，测量误差的来源，测量误差的分类教学重点测量误差的来源，测量误差的分类教学方法案例讲授教学内容及步骤第一节课：课前提问：什么是精确度高？举例说明精密度和准确度的含义？量程是什么？举例说明含义？引入新课：测量误差的表示方法1.绝对误差测量值与其真值的差值，称为绝对误差，用下面公式表示。AXx−=Δ真值是一个客观存在，但又无法得到的理想数值（如果能测得真值讨论误差就没有意义），所以实际应用中通常用实际测量值来代替真值。这个测量值可不是一般的测量值，而是在满足一定误差要求前提下，用更高一级的标准仪器测量所得到的数值。2.相对误差绝对误差只能说明测量结果偏离实际值的程度，但不能确切反映测量的准确度。要想反映准确度，必需使用相对误差。绝对误差与被测量的真值之比，称为相对误差。%100×Δ=AxAγ如果用实际值取代真值，则可得到实际相对误差，用下式表示。%100×Δ=XxAγ如果用测量值取代真值，则可得到示值相对误差，用下式表示%100×Δ=mxXxγ实际中常用绝对误差与满刻度值之比来表示相对误差，称为满度相对误差。%100max×Δ=mmmXxγ测量仪器使用最大满度相对误差γmm乘以100来表示仪器的准确度，电工仪表按这种定义，共分为0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0七个等级。6经验之谈：测量时要注意选择量程，尽量使仪表的指示在满度值的2/3以上区域，这样测量的结果准确。第二节课：测量误差的来源1.仪器设备误差仪器本身及其附件造成的误差，包括仪器的零点漂移、刻度不准确以及非线性等。2.影响误差由于环境因素造成的误差，如温度、湿度、压力、振动、电磁场干扰、电源电压波动等。3.方法误差测量仪器和测量方法都是在一定的条件才能保证测量数据的准确度。如果在不满足条件下测量，得到的测量数据就会包含误差。另外，由于一些经验公式是近似公式，所以计算后得到的结果也会包含误差。4.人身误差由于人类个体的差异，如视力、工作习惯等因素引起的误差。课堂答疑：Page8:5题作业：Page8:3,4题预习：有效数字，数字的舍入规则电子测量仪器简介小结：注明：教师节冲第2周第2次课应该加强学生实际的动手能力的培养7课时序号5，6授课日期2009年9月14日第3周课题测量结果的数据处理教学目的介绍有效数字，数字的舍入规则电子测量仪器简介教学重点有效数字教学方法案例讲授教学内容及步骤第一节课：课前提问：1、什么是绝对误差和相对误差？用身边实例说明？（脑袋风暴法）2、测量误差的来源有几种？用身边实例说明？（脑袋风暴法）3、测量误差的分类有几种？用身边实例说明？（脑袋风暴法）引入新课：有效数字测量结果有时用有效数字来表示。有效数字的末位是估计出来的，为欠准数字，含有误差。误差大小为欠准数字单位的一半。如2.56mA，误差为±0.005mA；2.560mA，误差为±0.0005mA。（1）“0”的意义。从左算起，第一个非0数字前面的“0”不算有效数字；而后面的“0”是有效数字。例如0.25表示两位有效数字，0.05表示1位有效数字，0.30则表示两位有效数字。（2）有单位的数字要注意书写方法。如1000mV可以写成1.000V，表示它有4位有效数字，如果缩写成1V则变成1位有效数字。（3）有效数字位数与误差的关系。在书写带有绝对误差的数字时，有效数字的末位应和绝对误差取齐，例如0.26±0.01，5.23±0.05。带有单位的有效数字也要和绝对误差取齐，例如6500kHz±1kHz，或者写成6.500MHz±1kHz，但不能写成6.5MHz±1kHz,也不能写成6500kHz±1000Hz。问：一块0.5级100Vdc表测量电压，度数为86.23V,试确定有效数字的位数？该表的绝对误差=±0.5×100=±0.5被测量的实际值在85.73~86.73V之间，所以有效数字的位数为86.2第二节课：数字的舍入规则1.数字的舍入原则由于数据的长度（位数）会影响计算的难度，所以在对测量数据进行运算前，要对测量数据进行舍入，简化数据，方便计算。但是，采用舍入原则时必需以满足误差的要求为前提。当保留n位有效数字时，舍入的原则为：8（1）若第n位后面的数字大于5，则第n位数字加1，第n位后面的数字全部舍去。（2）若第n位后面的数字小于5，则第n位后面的数字全部舍去。（3）若第n位后面的数字等于5，则第n位的数字为偶数或零时全部舍去，第n位的数字为奇数时，则第n位数字加1，第位后面的数字全部舍去。2.近似运算法则（1）近似值相加减时，要把小数位数较多的数进行取舍，使其比小数位数最少的数多一位小数；计算结果保留小数位数要与原小数位数最少的相同。（2）近似值相乘除时，各因子保留的位数应比最少的多一位，运算结果的位数应与原位数最少者相同，与小数点位置无关。（3）乘方、开方或对数运算时，计算结果的位数与原位数相同测量仪器和测量方法都是在一定的条件才能保证测量数据的准确度。如果在不满足条件下测量，得到的测量数据就会包含误差。另外，由于一些经验公式是近似公式，所以计算后得到的结果也会包含误差。电子测量仪器的分类电子测量仪器可以分为通用仪器和专用仪器。1.通用仪器信号发生器示波器扫频仪晶体管测试仪电子元件测量仪器逻辑分析仪器2.专用仪器专用仪器是指各个专业领域中测量特殊参量的仪器，如机械领域的超声波探伤；医疗部门的彩超、频谱治疗仪；电子产品生产线的在线测试仪等。本章小结测量是人们认识世界和改造世界的手段，尤其是以电子仪器的测量技术最为完善。在测量中涉及到测量方法、误差的概念及数据的处理。在电子测量测量技术中的工具就是电子仪器，了解和掌握常用电子仪器的功能和使用是以后要学习的重点内容课堂答疑：Page8:7题作业：Page8:6题预习：万用表的使用和交流电压的表征小结：应该加强学生实际的动手能力的培养9课时序号7，8授课日期2009年9月17日第3周课题万用表的使用和交流电压的表征教学目的介绍万用表的使用和交流电压的表征教学重点万用表的使用和交流电压的表征教学方法案例讲授教学内容及步骤第一节课：观看视频材料：万用表的使用引入新课：电压测量的重要性和特点1.电压测量的重要性电压测量是电子测量与非电量测量的基础。许多电量的测量可以转化为电压的测量，如表征电信号能量的三个基本参数（电压、电流、功率）。其中，电流、功率可转换为电压再进行测量。电路工作状态，如饱和与截止、线性度、失真度均是电压的派生量。非电量测量中，将非电量转化为电压信号，再进行测量。如温度、压力、振动、（加）速度等。2、电压测量的特点频率范围宽。最低为零（直流），最高可达109Hz。测量范围广。微弱信号、超高压信号。适应多样化的电压波形。电压信号波形是被测量信息的具体反映，有各种波形。如纯正弦波、失真的正弦波、方波、三角波、梯形波、随机噪声等。阻抗匹配。在多级系统中，输出级阻抗对下一输入级有影响。测量精度要求高。目前可达10-4，精度与速度存在矛盾，应根据需要而定。抗干扰性能要求高。工业现场测试中，存在较大的干扰，所以抗干扰性能好坏非常重要。3.电压测量仪器常见的测量电压的仪器是电压表和示波器。电压表可分为模拟和数字两大类。第二节课：交流电压的表征峰值VP„周期性的交流电压u(t)，在一个周期内所出现的最大瞬时值，称为该交流电压的峰值，以VP表示。峰值有正峰值（VP+）和负峰值（VP-）之分，其几何意义如图所示。„峰值是从参考零电平开始计算的，有正峰值VP+和负峰值VP-之分。正峰值与负峰值之差称为峰-峰值Vp-p。VP+Vm+VVP-m-Vo0tu(t)10„常用的还有振幅Vm，它是以直流电压为参考电平计算的。当电压中包含直流成分时，VP与Vm是不相同的，只有纯交流电压才有VP＝Vm。平均值平均值在数学上的定义为原则上，求平均值的时间为任意时间，对周期性号而言，T为信号周期。根据以上定义若包含直流成分，则平均值等于直流分量；若仅含有交流成分，则平均值等于零。这样对纯粹的交流电压来说，其平均值为零，将无法用平均值来表征它的大小。将交流电压通过整流器变换成单一方向的脉动电压后(相当于数学上的求平均值),再求平均,则不为零,且该平均值反映了原交流信号的大小.故交流电压的平均