常用电子测量方法及测量技术

电子技术与实践模块0电子测量基础知识目标要求1、了解电能量的测量（包括各种信号的频率、波形的电压、电流等的测量）；电信号特性的测量（包括波形、频率、时间、相位以及逻辑状态等的测量）；电路参数的测量（包括电子器件参数等的测量）；导出量的测量（包括增益、失真度、调幅度等的测量）；特性曲线的测量（包括幅频特性及器件特性等的测量）。2、了解测量误差的来源和表示方法。3、了解测量数据的数据处理。电子技术与实践0.1电子测量技术0.1.1电子测量方法1.根据测量量的性质划分(1)频域测量频域测量是利用模拟电路和模拟信号实现模拟信号与频率关系的测量。电路的幅频特性、传输特性的测量以及信号的频谱分析等都属于频域测量。电子技术与实践0.1.1电子测量方法1.根据测量量的性质划分(2)时域测量。时域测量用于观察电路的瞬变过程及瞬态特性，如上升时间、下降时间、周期和脉宽等。(3)数据域测量。数据域测量是指在测量系统中，信息传输、处理、变换、系统的响应及测量结果的显示均采用数字技术。激励信号、响应和测量结果都用有限个离散信号来表达，通常以高低电平或逻辑值“0”、“1”来表示。电子技术与实践0.1电子测量技术2.根据测量的方法论划分(1)直接测量直接测量方法是指直接从仪器上得到被测量的量值的测量方法。使用这种方法不需要运用函数关系来计算测量的结果，因此直接测量简单、方便。例如用电压表测量稳压电源的工作电压。电子技术与实践2.根据测量的方法论划分(2)间接测量。间接测量是指利用被测量和测量的量之间已知的函数关系，间接得到被测量的量值的测量方法。例如欲测量放大电路的电压放大倍数Au，先测量输出电压U0和输入电压Ui，然后由Au=U0/Ui算出Au(3)组合测量。组合测量是兼用直接测量和间接测量的测量方法。测量时，将被测量量与另外几个测量量组成联立方程，求得被测量的大小。电子技术与实践0.1.2选择测量方法的原则•在选择测量方法时，应首先研究被测量本身的特性及所需要的精确程度、环境条件及所具有的测量设备等因素，综合考虑后，再确定采用哪种测量方法和哪些测量设备。•测量方法的选择得当，可以得到准确测量结果。否则，即便使用高性能的仪器也得不到正确的测量数据，而且还有可能损坏测量仪器、仪表以及被测元器件或设备。电子技术与实践0.2测量误差测量的目的就是要获得被测量的真实值。但在测量中，由于测量设备的不准确、测量方法的不合理、测量环境的变化以及测量工作中的疏忽或错误等原因，总会使测量结果与其真实值有所不同。这个差异就称为测量误差。电子技术与实践0.2.1测量误差的来源误差是各种因素综合作用的结果。测量误差的来源主要有以下几个方面。1.理论误差与方法误差由于测量时所依据的理论不严密或使用了不适当的简化，用近似公式或以近似值计算测量结果时所引起的误差，称为理论误差。由于测量方法不合理所造成的误差称为方法误差。2.仪器误差由于仪器本身及其附件的电气、机械等性能不完善所造成的误差，称为仪器误差。例如，由于元器件老化、环境温度、湿度等原因造成仪器、仪表偏离正常工作状态而使测量出现误差。电子技术与实践0.2.1测量误差的来源3.影响误差:由于各种环境因素与要求的条件不一致所造成的误差称为影响误差，也称为环境误差。例如，由于电源电压、电磁场和大气压强等因素的影响，造成测量的误差。4.人为误差:在测量过程中，由于测量者运用的测量方法不合理、操作不正确以及测量者分辨能力、反应速度等生理因素而引起的误差，称为人为误差。电子技术与实践0.2.2误差的表示方法1、绝对误差绝对误差△x是指被测量值x与测量的真实值x0之间的差值：△x的值越小，测量的误差就越小，即测量的结果越准确。2、相对误差测量不同大小的参数时，用绝对误差难以比较测量结果的准确程度，因此需要用相对误差来描述测量的准确程度。相对误差是绝对误差与约定值的比值，通常用百分数、分数的形式来表示。约定值可以是实际值x0、示值x或仪器量程的满度值xm。电子技术与实践0.2.2误差的表示方法•实际相对误差，示值相对误差，满度相对误差分别为：•例如，某电压表的量程为100V，测真实值为80V的电压时电压表指示为81V，测量20V电压时指示为19.2V。求绝对误差、实际相对误差、满度相对误差。电子技术与实践0.2.2误差的表示方法解：绝对误差△xl=(81-80)V=1V△x2=(19.2-20)V=-0.8V•实际相对误差：•满度相对误差电子技术与实践0.2.3误差的分类根据测量误差的性质和特点，可以将测量误差主要分为以下几类。1.系统误差系统误差是指在相同的条件下多次测量同一量值时，误差的大小和符号保持不变，或指测量条件改变时按一定规律变化的误差。系统误差一般可以通过分析查明产生误差的原因，所以这种误差是可以预测的，也是可以减少和消除的。2.随机误差随机误差是指在相同的条件下多次测量同一量值时，误差的大小和符号无规律的变化，它又称为偶然误差。随机误差是由那些对测量值影响较微小，又互不相关的多种因素共同造成的。电子技术与实践0.2.3误差的分类3.粗大误差在测量条件一定的情况下，测量值明显偏离实际值所形成的误差称为粗大误差。粗大误差是一种过失误差，它往往是由于测量者操作不正确或疏忽等原因引起的。凡是含有粗大误差的测量数据称为坏值，应予以剔除。电子技术与实践0.3测量数据的处理数据处理就是从测量所得的原始数据中求出被测量的最佳估值，并计算其准确程度。通过误差分析，对测量数据进行计算、分析、整理，得出科学的结论，有时还要把测量数据绘制成曲线或归纳成经验公式。电子技术与实践0.3.1测量数据的数字处理1.有效数字及其取舍原则(1)有效数字。有效数字是指从左边第一个不为零的数字起，直到右边最后一个数字为止的所有数字。在测量过程中，由于测量仪器仪表、测量条件等原因，所以测得的数据总是近似值，它通常由可靠数字和欠准数字两部分组成。欠准数字是指有效数字中含有误差的最低位数字，可靠数字则是除欠准数字之外的其他有效数字。例如，测得某电压为3.15V，该数字为三位有效数字，其中“5”为欠准数字，“3”、“1”为可靠数字。又如，测得某电路频率为0.124kHz，它为三位有效数字，其中“4”为欠准数字，“1”、“2”为可靠数字。电子技术与实践0.3.1测量数据的数字处理1.有效数字及其取舍原则(2)有效数字的取舍原则。由于数字“5”是数字“1-9”的中间数字，传统的“四舍五入”规则对“5”只入不舍是不合理的。在电子测量中，当用n位有效数字表示测量结果时，根据误差的大小，对有效数字后的数字按以下原则进行数字的取舍处理？？。电子技术与实践0.3.1测量数据的数字处理1.有效数字及其取舍原则例如将下列数据保留3位有效数字。7.23441.153.2560.0055610.078432解：7.234→7.2341.15→41.23.256→3.260.005561→5.56×10-30.078432→7.84×10-2电子技术与实践0.3.2测量数据的曲线处理分析两个或两个以上物理量之间的关系，通常用曲线表示，因为曲线表示比用数字、表格和公式表示更为形象、直观。例如二极管、三极管的伏安特性曲线、与非门的电压传输特性曲线等等，都是以曲线的方式直观地描述了这些器件的特性。我们可以利用有关的误差理论，把各种随机因素所引起的曲线波动抹平，使其成为一条光滑均匀的曲线，这个过程称为曲线的修正。电子技术与实践0.4电子技术实际测量中的注意事项1、实验前应对实验数据有所估计，以便及时发现测量数据的谬误。2、若时间允许，每个数据都应测量几次，通过比较测量值，分析引入误差的因素，尽可能提高测量的准确度。3、由于测量值等于指示值加上误差，所以要注意测量仪器、元器件的误差范围对测量的影响。测量前，应掌握测量仪器的误差及校准、维护等情况，在记录测量数据时，要注明有关误差,或决定测量的有效位数。电子技术与实践0.4电子技术实际测量中的注意事项4、正确估计方法误差的影响，电子技术中采用的理论公式多为近似公式，这会带来方法误差，此外选取元器件时参数均用标称值，与计算出的真实值有一定的差异，这也将带来实验的误差。因此，在实验中，我们还要考虑理论计算值的误差范围。