一电子测量的基本知识

项目一电子测量技术基础知识本项目主要内容任务一电子测量的内容、特点及分类任务二测量误差和数据处理基础任务三实训报告项目小结思考与练习议一议评一评做一做习题1什么是测量？什么是电子测量？被测量的量值含义是什么？2电子测量有那些特点？3通用电子测量仪器有哪几种类型？各举例说明。4按不同的分类方式，电子测量的基本方法有哪些？5本课程研究的内容包括哪些？6本课程的学习任务是什么？7什么是计量以及计量的主要特性有哪些？任务一电子测量的内容、特点及分类电子测量技术基础知识前言测量在我们的生活中无为一个国家科学技术和生产现代化的重要条件和明显标志。什么是测量和电子测量？学习测量技术有什么意义？通过本项目的学习，我们将对测量和电子测量的内容、特点、基本方法，测量误差和数据处理的相关知识、测量仪器的分类等电子测量技术的基础知识有一个全面的了解和认识，为本课程后续项目的学习打下基础。任务一电子测量的内容、特点及分类知识目标1．了解电子测量的内容、特点和基本方法。2．了解电子测量仪器的分类及应用。3．了解测量误差的来源与分类，掌握测量误差的表示方法。4．理解有效数字的概念，会测量结果进行简单的数据处理。技能目标1．理解电子测量电路，会使用模拟万用表的电压挡和欧姆挡进行电压和电阻值的测量。2.具备分析测量误差的基本能力和方法，能对测量数据进行简单处理。3.理解并掌握实训报告的内容和格式，能独立完成实训报告的书写。任务一电子测量的内容、特点及分类知识一测量和电子测量的基本概念天平称重是一个大家都很熟悉的测量案例，如图所示，这里我们将待测量与一个标准量即图所示的砝码进行比较。测量时注意左物右码。测量结果的量值由两部分组成：数值（大小及符号）和相应的单位名称，如一堆苹果的准确重量为1.1千克。可见，测量的过程就是将待测量与一个标准量进行比较的过程。任务一电子测量的内容、特点及分类知识一测量和电子测量的基本概念利用万用表测量电池电压，测量步骤如下：1．选择量程：2．测量方法3．正确读数通常在狭义上，我们称利用电子技术对电子学中有关的电量所进行的测量为电子测量。如对直流电路中电压、电流及功率进行的测量。但随着科学技术的发展，各种非电量的测量可以通过传感装置转换为电量再进行测量，因此，从广义上说，电子测量是泛指以电子科学技术为手段而进行的测量，即以电子科技理论为依据，以电子测量仪器和设备为工具，对电量和非电量进行的测量。测量科学主要包含如下三个方面的内容：任务一电子测量的内容、特点及分类(1)建立测量的单位制。(2)测量仪器和测量方法的研究、设计与应用。(3)测量数据的解释和分析，具有重要意义的信息的导出。任务一电子测量的内容、特点及分类知识二电子测量的内容、特点及分类1．电子测量的内容在电子学领域内电参量的测量主要有下面几个方面：（1）电能量的测量：即测量电流、电压、电功率等。（2）元件和电路参数的测量：如电阻、电感、电容、电子器件、集成电路的测量和电路频率响应、通频带、衰减、增益、品质因数的测量等。（3）信号特性的测量：如信号的波形、频率、失真度、相位、调制度、信号频谱、信噪比等的测量。任务一电子测量的内容、特点及分类知识二电子测量的内容、特点及分类2．电子测量的特点和应用（1）测量频率范围宽（2）测量量程很宽（3）测量准确度高（4）测量速度快（5）易于实现遥测（6）易于实现测量过程自动化和测量仪器智能化电子测量的一系列优点，使其应用的领域极其广泛。大到天文观测、宇宙航天，小到物质结构、基本粒子，从复杂奥秘的生命、细胞和遗传问题到日常的工农业生产、医学、商业各个部门，都越来越多地采用了电子测量技术和设备。从某种意义说，现代科学技术的水平是由电子测量的水平来保证和体现的；电子测量的水平，是衡量一个国家科学技术水平的重要标志之一。任务一电子测量的内容、特点及分类知识二电子测量的内容、特点及分类3．电子测量的分类4.电子测量仪器的分类及应用（1）按测量方式分类：可分为直接测量、间接测量和组合测量。（2）按被测信号性质分类：可分为时域测量、频域测量、数据域测量和随机测量。在电子测量中采用的仪器称为电子测量仪器，一种电子测量仪器往往是一种电子测量技术或方法的体现。电子测量仪器一般分为专用仪器和通用仪器两大类。我们一般在学校实验室使用的主要是通用仪器。本课程的一项重要的技能目标就是熟练掌握常用电子测量仪器的基本操作及应用。任务一电子测量的内容、特点及分类常用电子测量仪器及应用测量方法测量仪器主要应用范围时域测量测量用信号源提供测试用信号，如正弦、脉冲、函数、噪声信号等电子示波器实时测量信号的电压值、周期、相位、频率、脉冲信号的上升沿、下降沿等参数电子计数器测量周期性信号的频率、周期，测量频率比、时间间隔，累加计数等电子电压表对正弦电压或周期性非正弦电压的峰值、有效值、平均值测量频域测量频率特性测试仪测量电子线路的幅频特性、带宽、回路的Q值等频谱分析仪测量电信号的电平、频率响应、谐波失真、频谱纯度及频率稳定度，测量电路的振幅传输特性和相移特性等网络分析仪对网络特性进行测量数据域测量数字信号发生器提供串行、并行数据及任意数据流信号逻辑分析仪监测数字系统的软、硬件工作程序数据通信分析仪数据通信网和传输设备的误码、延时、告警和频率的测量随机测量噪声系数分析仪对噪声信号进行测量电磁干扰测试仪对电磁干扰信号进行测量任务一电子测量的内容、特点及分类知识三电子测量技术的发展历程电子测量技术大致经历了以下四个阶段。任务一电子测量的内容、特点及分类知识四计量的基本概念、分类及单位制一个被测量是否可以测量，须满足两个基本前提条件：①被测量必须有明确的定义；②测量标准必须建立，并被大家公认。计量是为了保证量值的统一和准确一致的一种测量，它是利用技术手段实施的一种特殊形式的测量，即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》。计量有三个主要特征：统一性、准确性和法制性。计量按具体内容可分为：（1）科学计量。（2）工程计量。（3）法制计量。任务一电子测量的内容、特点及分类单位制单位是有明确定义和名称并令其数值为1的固定量。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。我国法定计量单位以国际单位制（SI）为基础，并包括10个我国选定的非国际单位制单位，如时间（分、时、天），长度（海里），质量（吨）和体积（升）等。在国际单位制中，单位制分为基本单位、导出单位和辅助单位。基本单位是指彼此无关、分别加以确定的物理量单位，共7个，如表1-1所示。任务一电子测量的内容、特点及分类表1-1国际单位制基本单位量的名称单位名称单位符号长度米m质量千克（公斤）kg时间秒s电流安[培]A热力学温度开[尔文]K物质的量摩[尔]mol发光强度坎[德拉]cd导出单位是指由基本单位通过定义、定律或其他函数关系推导、派生出来的各种导出量值。国际上把既可作为基本单位又可作为导出单位的单位，单独列为一类，并称为辅助单位，分别是平面角的单位弧度（rad）和立体角的单位球面角（sr）。由基本单位、导出单位和辅助单位构成的完整体系称为单位制。任务一电子测量的内容、特点及分类计量的基准计量基准器具简称计量基准，是指用以复现和保存计量单位的量值，只用于鉴定各种量具的精度，不直接参加测量。计量基准分类：（1）国家计量基准（主基准）。（2）国家副计量基准（副基准）。知识五计量的基准和标准任务一电子测量的内容、特点及分类（3）工作计量基准（工作基准）。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，称为计量标准器具，简称标准。标准按精度高低分为：一级标准、二级标准和三级标准。在工作岗位上使用，直接用来测量被测对象量值的计量器具，称为工作计量器具，简称量具。任务一电子测量的内容、特点及分类计量的标准任务一电子测量的内容、特点及分类本课程主要任务：测量误差理论与数据处理。这是电子测量的基础。主要电参数的测量。电信号显示与分析。数字信号的测量和分析。智能仪器与自动测试技术。电子测量技术的综合利用。任务一电子测量的内容、特点及分类知识拓展6S企业管理体系所谓6S，是指对生产现场各生产要素（主要是物的要素）所处状态不断进行整理（Seiri）、整顿（Seiton）、清扫（Seiso）、清洁（Seiketsu）、素养（Shitsuke）和安全（Safety）的活动。6S管理是企业各项管理的基础活动，它有助于消除企业在生产过程中可能面临的各类不良现象。6S管理对企业的作用是基础性的，也是不可估量的。6S管理具有以下几方面作用：（1）提升企业形象（2）提升员工归属感（3）减少浪费（4）保障安全（5）提升效率（6）保障品质思考与练习1．什么是测量误差？测量误差的表示方法有哪些？2．若测量值为1000，真值为997，则测量误差和修正值各为多少？若测量值为998，修正值为3，则真值和测量误差又各为多少？3．被测电压的实际值在10V左右，现有150V、0.5级和15V、1.5级的两块电压表，选择哪块表测量更合适？4．将下列数字进行舍入处理，要求保留两位有效数字。28.694，86.372，3.7501，81000，0.0002315，5850，100.028，44.501任务二测量误差和数据处理基础知识目标1.掌握测量误差的表示方法。2．理解测量误差的分类和测量结果的评价。3．掌握测量数据的一般处理方法。任务二测量误差和数据处理基础知识一测量误差及其产生的原因1．测量误差一个量在被观测时，该量本身所具有的真实大小称为真值（通常用A0来表示）。但是在测量中，人们通过实验的方法来求被测量的真值时，由于对客观规律认识的局限性，测量器具不准确，测量手段不完善，测量条件发生变化及测量工作中的疏忽或错误等原因，都会使测量结果与真值不同，这个差别就是测量误差。误差就是测量值与真值之差，可用下式表示误差＝测量值－真值例如，在对某电压的测量中，真实电压为5V，测得的电压值为4.9V，则误差＝4.9－5＝－0.1（V）2．产生测量误差的原因（1）仪器误差由于测量仪器及其附件的设计、制造、检定等不完善，以及仪器在使用过程中老化、磨损、疲劳等因素而使仪器带有的误差称为仪器误差，它是测量误差的主要来源之一。（2）方法误差由于测量方法不合理造成的误差称为方法误差。例如，用普通指针式万用表测量高内阻回路的电压。（3）理论误差测量方法建立在近似公式或不完整的理论基础上，以及用近似值计算测量结果时所引起的误差称为理论误差。任务二测量误差和数据处理基础（4）影响误差由于各种环境因素（温度、湿度、气压、声音、光照、机械振动、电磁场、放射性、电源电压等）与测量所要求的条件不一致而引起的误差，称为影响误差。通常电子测量仪器必须在额定使用环境下工作，才能保证各项技术指标的准确度。（5）人身误差由于测量人员感官的分辨能力、反应速度、视觉疲劳、固有习惯、缺乏责任心、经验等原因，而在测量中仪器操作不当、现象判断出错或数据读取疏失等而引起的误差称为人身误差。如指针式万用表测量电阻前未校零引起的误差，谐振法测量L、C、Q时谐振点判断不准造成的误差等。（6）测量对象变化误差主要是在测量过程中，由于测量对象变化而使得测量值不准确所造成的误差。如由于振荡器的振荡频率不稳定，则测量其频率必然要引起误差。任务二测量误差和数据处理基础任务二测量误差和数据处理基础知识二测量误差的表示方法测量误差通常表示为绝对误差和相对误差。1．绝对误差：被测量值χ与其真值A0之差，称为绝对误差，用Δχ表示，即：Δχ=χ-A0绝对误差具有下面几个特点：(1)绝对误差是有单位的量，其单位与测得值和实际值相同。(2)绝对误差是有符号的量，其符号表示出测得值与实际值的大小关系，若测得值较实际值大，则绝对误差为正值，反之为负值。(3)测得值与被测量实际值间的偏离程度和方向通过绝对误差来体现。但仅用绝对误差，通常不能说明测量的质量。(4)对于信号源、稳压电源等供给量仪器，绝对误差定义为:Δx