电子测量第章绪论

电子测量技术——测量技术——通信技术——计算机技术信息社会三大支柱测量是信息的源头技术（测控技术，先要测，才能控）课程介绍•为什么要学习电子测量？获取信息传递信息处理信息•日常生活中离不开测量衣食住行、交易过程；温度、时间、水、电、气•生产过程离不开测量标准化和互换性是现代化大生产的基础，用于测量的工时和费用占生产成本的20%—30%，甚至50％•科学技术不能没有测量航空、航天、医学、生物、工业、农业、国防、科研、气象、环境、勘探……——门捷列夫汽车监测点：50—100飞机监测点：3000航天飞行器监测点：5000重量，长度，温度，湿度，三表（电，水，气）……生活中的例子在发射神舟六号飞船时，火箭飞行至４１５秒附近时出现异常现象，一些参数出现较大幅度跳变或趋势转折。科技人员经过攻关，找到了这一异常现象出现的原因，将火箭二级增压管路由铝合金管更换为钢管，进一步提高了火箭的可靠性。发射神舟七号飞船的火箭，进行了两大技术攻关，解决了“８Ｈｚ”问题和“４１５秒”问题，火箭的可靠性和舒适性进一步提高。杨利伟搭乘神舟五号升空时，火箭曾经出现了频率约为８Ｈｚ的纵向单频振动，使航天员感觉不太舒适。针对这一现象，火箭系统科技人员开展了稳定性分析方法研究和振动抑制设计工作，彻底解决了这一问题。测量基础理论误差基本理论误差的概念及分类；各类误差的判别及处理；误差的合成和分配；测量数据的处理。测量仪器电测量指示仪表示波器磁电系：电流表、电压表、欧姆表示波器的主要功能、分类及主要技术参数；通用示波器的基本组成与工作原理；示波器的多波形显示及示波测试技术。信号发生器、频率特性测试仪等•课程内容主要电参数的测量电压、电流直流电压直流电压表交流电压平均值、有效值和峰值电压表电阻、电容、电感直流单电桥、双电桥；交流电桥时间、频率电子计数器•本课程的任务掌握通用电子测量仪器的基本测量原理和测量方法具备一定的误差理论知识和数据处理能力了解通用电子测量仪器的技术性能理解基本电信号参数、电路元器件参数的概念和基本测量方法•参考教材：1，林占江，《电子测量技术》，电子工业出版社2，蒋焕文，《电子测量》，中国计量出版社•考核办法:平时实验20%、作业与出勤20%、课程论文60%课程介绍部分结束进入第一章的学习第一章电子测量的基本概念测量与电子测量电子测量的内容和特点电子测量仪器的功能、分类和主要性能指标计量的基本概念电子测量方法的分类1.测量为确定被测对象的量值而进行的实验过程。一、测量与电子测量单位量数值+单位2.电子测量以电子技术为基本手段的一种测量技术。电子测量仪器传感器电量非电量1.电子测量的内容（1）电能量的测量二、电子测量的内容和特点电流、电压、电功率等（2）电信号特性测量信号波形、幅度、频率、相位、频谱等（3）电路元件参量测量电阻、电感、电容、品质因数，电子器件等（4）设备性能的测量放大电路衰减、增益、频率响应等特点意义举例测量频率范围宽成为其应用范围很广的重要原因。收音机的频率和手机的频率量程很广所测量参数要求大小相差极大,量程极宽,同一台电子仪器,经常能做到量程宽达很多数量级。一台普通的欧姆表,可以测出几欧姆至几十兆欧姆的电阻,量程宽达六、七个数量级。宇宙飞船发来的信号10-14W，而远程雷达的发射功率可达108W以上测量准确度高特别是对频率和时间的测量。电子测量准确度高,正是它在现代科技领域得到广泛应用的重要原因。心电、血压等测量；长度测量误差10-8量级，频率测量误差可达10-13-10-14量级测量速度快通过电子运动和电磁波的传播来进行工作的,因此具有其它测量方法通常无法类比的高速度导弹、卫星的发射和运行要有快速、自动化的测量可以进行遥测将现场被测量转化为易于传输的电信号，用有线或无线方式发送至测试控制台，实现遥测。天气测量预报；对阵地、边境的监测易于实现测试智能化和自动化与计算机结合实现自动校准、诊断故障等2.电子测量的特点1.按测量过程分类（1）直接测量法三、电子测量的方法借助于测量仪器将被测量与同性质的标准量进行比较，直接测出被测量的数值。（2）间接测量法先通过测量与被测量有确定函数关系的其它物理量，再根据函数关系计算出被测量的测量方法（3）组合测量法当有多个被测量，并且在它们的函数关系中有多个未知参数时，可通过改变测量条件进行多次测量，再根据被测量与未知参数间的函数关系列出方程组求解，进而得到测量结果，这种测量方法称为组合测量法。电阻温度系数的测量：在0。，20。，50。下测得R0，R20，R50，代入上式得：2.按测量方式分（1）偏差式测量法（直读法）（2）比较法零位式测量微差式测量用指示仪表直接读取被测量的数值。(测量速度快）测量时用被测量与标准量相比较，用指零仪表(零示器)指示被测量与标准量相等(平衡)，从而获得被测量。（测量准确度高）通过测量待测量与际准量之差(通常该差值很小)来得到待测量量值。（既速度快，准确度又高）除作精密测量外，还广泛用于生产线控制参数的测量3.按测量性质分类（1）时域测量（2）频域测量（3）数据域测量（4）随机测量主要研究被测参数和时间的关系。主要研究被测参数和频率的关系。主要对数字量进行测量。主要对随机信号进行测量。测量方式、方法的选择（1）从被测量本身的特点来考虑；（2）从测量所需的精确度和灵敏度来考虑；（3）测量环境是否符合要求，测量设备和测量技术状况，尽量减少仪器对测量电路的影响。（4）测量方法要尽量简单可靠，尽量减少原理性误差。1、测量仪器的功能–电子测量仪器：利用电子技术对各种待测量进行测量的设备–功能•物理量的变换•信号的传输•测量结果的显示21四、电子测量仪器的功能、分类和主要性能指标（1）专业仪器（2）通用仪器2、测量仪器的分类(a)既不正确，又不精密，更不准确。(b)正确但欠精密。(c)较精密但不正确。(d)既正确，又精密，准确度高。3.测量仪表的主要性能指标精度.:.:.:反映精密度与正确度的综合准确度度指示值与真值的接近程正确度仪表指示值的分散性精密度精密正确不精密、不正确正确欠精密精密不正确稳定性：稳定误差，表示为例:（0.008%Um+0.003%Ux)/8h输入阻抗：例示波器输入阻抗Ri=10M,Ci35pf灵敏度:①灵敏度=指示量增值/被测量增值②偏转因数（示波器）=偏转灵敏度的倒数，单位：mv/div，请思考3mv/div的含义。③分辨率：测量仪表所能区分的被测量的最小变化量。请思考数字电压表分辨率为1µV的含义。五.电子测量仪器的发展（1）模拟仪器利用电磁学原理，借助指针来显示测量结果。（2）数字化仪器将模拟信号的测量转换为数字信号的测量，并以数字方式输出测量结果。（3）智能仪器仪器内置微处理器，既能进行自动测试，又具有一定的数据处理能力。（4）虚拟仪器虚拟仪器是基于通用计算机建立的可编程仪器及仪器系统。在虚拟仪器中，软件是整个仪器的关键，硬件只是为了解决信号的输入与输出。1.5计量的基本概念•计量的意义为使在不同的地方，用不同的手段测量同一量时，所得的结果一致，就要求统一的单位、基准、标准和测量器具。•计量的定义–为了保证测量结果的准确性，必须定期对仪器进行检定和校准，这个过程就是计量。计量的任务是确定测量结果的可靠性，是测量的基础和依据。–计量是利用测量技术和计量法制手段实现单位统一和量值准确可靠的测量。•计量的三个主要特征是统一性、准确性和法制性。电子测量与计量的关系•计量学是研究测量、保证测量统一和准确的科学。•计量基准：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量值，经国家质量监督检验检疫总局批准，作为统一全国量值最高依据的计量器具。•计量基准的划分：3类国家计量基准（主基准）国家副计量基准工作计量基准•2.计量与测量的关系测量发展的客观需要才出现了计量。测量是计量应用的重要途径。没有测量，计量将失去价值为了保证测量结果的准确性，必须定期对仪器进行检定和校准，这个过程就是计量。计量的任务是确定测量结果的可靠性。计量是测量的基础和依据。没有计量，也谈不上测量。计量和测量相互配合，才能在国民经济各个领域发挥重要作用。计量工作是国民经济中一项极为重要的技术基础工作，它在工农业生产、科学技术、国防建设以及人民生活等各个方面起着技术保证和技术监督的作用。•根据定义而令系数为1的量称为单位。•单位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。英呎——feet基本的电子标准单位和单位制•1960年第十一届国际计量大会上正式通过国际单位制SI。•1984年2月国务院颁布了《中华人民共和国法定计量单位》，决定我国法定计量单位以国际单位制为基础。•SI有7个基本单位•1.国际单位制（SI）的组成国际单位制基本单位•国际单位制是由国际单位制单位、国际单位制词头和国际单位制的十进倍数单位三部分组成。•国际单位制词头表示使单位增大或缩小的十进倍数。例：5.4X10-9s=5.4ns小结•1．电子测量的内容①电能量测量；②电信号特性测量；⑧电路元器件参数测量；④电子设备性能测量；⑤非电量测量。40•2．电子测量的特点①测量频率范围宽；②测量量程广；⑧测量准确度高低相差悬殊；①测量速度快；⑤可实现遥测；⑥易于实现测量智能化和自动化；⑦测量结果影响因素众多，误差分析困难。41•3．测量方法分类–按测量过程分类——①直接测量；②间接测量；③组合测量。–按测量方式分类——①偏差式测量；②零位式测量；③微差式测量。–按被测量性质分类——①时域测量；②频域测量；③数据域测量；④随机测量。•4．测量仪器的主要性能指标–①精度；②稳定性；③输入阻抗；④灵敏度；⑤线性度；⑥动态特性。42