电子测量复习重点.docx
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电子测量复习重点
第一章
1） 电子测量：
指以电子技术理论为依据，以电子测量仪器和设备为手段，对电量和非电量进行的测量。
2） 电子测量特点：
1．测量频率范围宽：
10-6-1012；2．测量量程宽：
10-14 -108；3．测量准确度高低相差悬殊：
10-14 -10-1；4．测量速度快；5．可以进行遥测；6．易于实现测试智能化和测试自动化；7．影响因素众多，误差处理复杂。
3）电子测量方法的分类：
1.按测量过程分类（直接测量、间接测量、组合测量）2.按测量的性质分类（时域测量、频域测量、数据域测量和随机域测量）
4） 测量仪器的功能：
1.变换功能；2.传输功能；3.显示功能。
5） 测量仪表的主要性能指标：
1.精度：
精密度、正确度、准确度；2.稳定性；3.输入阻抗；4.灵敏度；5.线性度；6.动态特性。
6） 计量：
是利用技术和法制手段实现单位统一和量值准确可靠的测量。
7） 基本计量单位（7个）：
①长度：
米（m）②时间：
秒（s）；③质量：
千克（kg）；④电流：
安培（A）；⑤物质量：
摩尔（mol）；⑥热力学温度：
开尔文（K）；⑦发光强度：
坎德拉（cd）。
8）计量基准：
基准是指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。
分为主基准、副基准和工作基准。
作业题：
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。
1.14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。
计量是利用技术和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。
第二章
1） 真值A0：
“纯理论值”，在一定条件下所呈现的客观大小或真实数值称作它的真值。
2） 指定值As ：
“约定真值”，一般由国家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，一般就用来代替真值。
3） 实际值A ：
“相对真值”，以上一级标准所体现的值当作准确无误的值。
4） 标称值：
测量器具上标定的数值。
5） 示值：
“测得值或测量值”，由测量器具指示的被测量量值称为测量器具的示值。
6） 测量误差的表示方法——绝对误差和相对误差。
7） 绝对误差定义为：
，x为测得值,A0为真值,但一般无法得到,所以用实际值A代替A0 。
8） 绝对误差的特点：
①绝对误差是有单位的量；②绝对误差是有符号的量。
9） 修正值：
与绝对误差绝对值相等，符号相反，一般用符号c表示，C=A－x=－△x。
10） 相对误差：
①实际相对误差：
②示值相对误差（标称相对误差）：
③满度相对误差（满度误差和引用误差）：
11） 误差的整量化：
仪表各量程内绝对误差的最大值：
。
我国电工仪表的准确度等级分为0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0七级。
12） 分贝误差：
广泛用于增益（衰减）量的测量中，电压增益分贝误差：
13） 容许误差：
又称仪器误差，指测量仪器在规定使用条件下可能产生的最大误差范围，是恒量电子测量仪器质量的最重要的指标。
有四项指标：
工作误差、固有误差、影响误差和稳定误差。
14） ①工作误差：
在额定工作条件下仪器误差的极限值；②固有误差：
当仪器的各种影响量和影响特性处于基准条件时仪器所具有的误差；③影响误差：
当一个影响量在其额定使用范围内取任一值，而其它影响量和影响特性均处于基准条件时所测得的误差；④稳定误差：
仪器的标称值在其他影响量和影响特性保持恒定的情况下，于规定时间内产生的误差极限。
15） 测量误差的来源：
①仪器误差：
出厂校准定度不准确产生的校准误差、刻度误差，读数分辨力有限而造成的读数误差及数字式仪表的量化误差，仪器内部噪声引起的内部噪声误差，元器件疲劳、老化及周围环境变化造成的稳定误差，仪器响应的滞后现象造成的动态误差等；②使用误差：
有些设备要求正式测量前进行预热而未预热，有些设备要求水平放置而倾斜或垂直放置，有的测量设备要求实际测量前须进行校准而未校准等；③人身误差：
主要指由于测量者感官的分辨能力、视觉疲劳、固有习惯等而对测量实验中的现象与结果判断不准确而造成的误差；④影响误差：
影响误差是指各种环境因素与要求条件不一致而造成的误差。
对电子测量而言，最主要的影响因素是环境温度、电源电压和电磁干扰等。
⑤方法误差：
又称理论误差，是指所使用的测量方法不当，或测量所依据的理论不严密，或对测量计算公式不适当简化等原因而造成的误差。
方法误差通常以系统误差形式表现出来。
16） 误差的分类（按照基本性质和特点分）：
①系统误差：
在多次等精度测量同一量值时，误差的绝对值和符号保持不变，或当条件改变时按某种规律变化的误差称为系统误差（系差）。
分为恒定系差和变值系差。
主要特点：
a.只要测量条件不变，误差即为确切的数值；b.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，这种误差的变化是有规律的，具有可重复性；c.可用修正值来减小这种误差。
系统误差体现了测量的正确度。
②随机误差：
又称偶然误差，是指对同一量值进行多次等精度测量时，其绝对值和符号均以不可预料的方式无规则变化的误差。
特点：
有界性；对称性；抵偿性。
随机误差体现了多次测量的精密度。
③粗大误差：
在一定的测量条件下，测得值明显地偏离实际值所形成的误差称为粗大误差，也称疏失误差或粗差。
确认含有粗差的测得值称为坏值。
17） 产生系统误差的主要原因：
①测量仪器设计原理及制作上的缺陷。
例如刻度偏差，刻度盘或指针安装偏心，使用过程中零点漂移，安放位置不当等；②测量时的环境条件如温度、湿度及电源电压等与仪器使用要求不一致等；③采用近似的测量方法或近似的计算公式等；④测量人员估计读数时习惯偏于某一方向等原因所引起的误差。
18） 产生随机误差的主要原因：
①测量仪器元器件产生噪声，零部件配合的不稳定、摩擦、接触不良等；②温度及电源电压的无规则波动，电磁干扰，地基振动等；③测量人员感觉器官的无规则变化而造成的读数不稳定等。
19） 产生粗差的主要原因：
①测量方法不当或错误；②测量操作疏忽和失误；③测量条件的突然变化。
20） 设对被测量x进行n次等精度测量，得到n个测得值：
xi（i=1,2,…,n），定义这n个随机变量的算术平均值为：
，也称作样本平均值；当测量次数n时，样本平均值的极限定义为测得值的数学期望：
，也称作总体平均值。
随机误差的算术平均值：
，由于随机误差的抵偿性，当测量次数n趋于无限大时，
趋于零，即随机误差的数学期望等于零。
而因为
，故Ex=A，即测得值的数学期望等于被测量真值A。
21） 当进行有限次测量时，各次测得值与算术平均值之差，定义为剩余误差或残差：
。
22） 方差定义为
时，测量值与期望值之差的平方的统计平均值，即
， 标准差
反映了测量的精密度，σ小表示精密度高，测得值集中，σ大表示精密度低，测得值分散。
23） 极限误差（最大误差或随机不确定度）：
Δ=3σ
莱特准则：
在正态分布的前提下，用极限误差来判断坏值，即把|vi|≈|δi|>3σ的测得值判为坏值。
24） 贝塞尔公式：
当n为有限值时，我们用残差
来近似或代替真正的随机误差δi；用标准差的最佳估计值
来近似或代替标准差。
25） 算术平均值的标准差：
26） 当系差与随机误差同时存在时，若测量次数足够多，则各次测量绝对误差的算术平均值等于系差。
27） 消弱系统误差的典型测量技术：
①零示法②替代法③补偿法④对照法⑤微差法⑥交叉读数法。
28） 零示器的种类有：
光电检流计、电流表、电压表、示波器、调谐指示器、耳机等。
29） 常用函数的合成误差：
①和差函数的合成误差：
；②积函数的合成误差：
γy=±（|γx1|+|γx2|）；③商函数的合成误差：
γy=±（|γx1|+|γx2|）；④幂函数的合成误差：
γy=±（|mγx1|+|nγx2|）；⑤积商幂函数的合成误差：
γy=±（|mγx1|+|nγx2|+|pγx3|）
30） 有效数字——从左边第一个不为零的数字起，到右面最后一个数字（包括零）止，都叫做有效数字。
31） 多余数字的舍入规则：
“小于5舍，大于5入，等于5时采取偶数法则”，为0.5时，则末位为奇数时加1，末位为偶数时不变。
如l2.35→l2.4 （3是奇数，5入），12.45→12.4 （4是偶数，5舍）。
32） 当需要对几个测量数据进行运算时，保留的位数原则上取决于各数中精度最差的那一项。
（1）加法运算：
以小数点后位数最少的为准（若各项无小数点，则以有效位数最少者为准），其余各数可多取一位。
（2）减法运算：
当相减两数相差甚远时，原则同加法运算，当两数很接近时，有可能造成很大的相对误差，因此第一要尽量避免导致相近两数相减的测量方法。
（3）乘除法运算：
以有效数字位数最少的数为准，其余参与运算的数字及结果中的有效数字位数与之相等。
33）等精度测量结果的处理：
（1）利用修正值等办法对测得值进行修正，将已减弱恒值系差影响的各数据xi依次列成表格；
（2）求出算术平均值
；（3）列出残差
并验证
；（4）列出v2i,按贝塞尔公式计算标准偏差
；（5）按|vi|>3σ的原则，检查和剔除粗差。
如果存在坏值，则应当剔除不用，而后从第
（2）步开始重新计算，直到所有|vi|≤3σ为止。
（6）判断有无系统误差。
如有系差，则应查明原因，修正或消除系差后重新测量。
（7）算出算术平均值的标准偏差（实际上是其最佳估计值）：
；（8）写出最后结果的表达式，即
。
课后题：
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。
2.4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：
因为r1＜r2，所以C2的误差大些。
2.7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＝－0.18V
rx＝－0.18/5.42＝－3.32%rA＝－0.18/5.60＝－3.21%
2.9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。
2.13用准确度s＝1．0级，满度值100μA的电流表测电流，求示值分别为80μA和40μA时的绝对误差和相对误差。
解：
Δx1＝Δx2＝Δxm＝±1%×100＝±1μA
rx1＝Δx1/x1＝±1/80＝±1.25%rx2＝Δx2/x2＝±1/40＝±2.5%
2.21用电桥法测电阻时，利用公式Rx＝R1·R3/R2，已知R1＝100Ω，ΔR1＝±0.1Ω，R3＝100Ω，ΔR3＝±0.1Ω，R2＝1000Ω，ΔR2＝±0.1Ω。
求：
测得值Rx的相对误差。
解：
rR1＝±0.1/100＝±0.1%rR3＝±0.1%rR2＝±1/1000＝±0.1%
rRx＝±（0.1%＋0.1%＋0.1%）＝±0.3%
2.27用数字电压表测得一组电压值如下表：
n
xi
n
xi
n
xi
1
2
3
4
5
20.42
20.43
20.40
20.43
20.42
6
7
8
9
10
20.43
20.39
20.30
20.40
20.43
11
12
13
14
15
20.42
20.41
20.39
20.39
20.40
判断有无坏值，写出测量报告值。
解：
（1）用公式
求算术平均值。
＝20.404
（2）列出vi和vi2如表2.27－1
（3）
表2.27－1
n
vi
vi2
n
vi
vi2
n
vi
vi2
1
2
3
4
5
0.016
0.026
-0.004
0.026
0.016
0.000256
0.000676
0.000016
0.000676
0.000256
6
7
8
9
10
0.026
-0.014
-0.104
-0.004
0.026
0.000676
0.000196
0.010816
0.000016
0.000676
11
12
13
14
15
0.016
0.006
-0.014
-0.014
-0.014
0.000256
0.000036
0.000196
0.000196
0.000016
3σ＝0.098
从表2.27中可以看出，剩余残差最大的第8个测量数据，其值为：
，n8为坏值应剔除。
（4）剔除n8后的算术平均值
（5）重新列出vi和vi2如表2.27－2
表2.27－2
n
vi
vi2
n
vi
vi2
n
vi
vi2
1
2
3
4
5
0.006
0.016
-0.014
0.016
0.006
0.000036
0.000256
0.000196
0.000256
0.000036
6
7
8
9
0.016
-0.024
-0.014
0.016
0.000256
0.000576
0.000196
0.000256
10
11
12
13
14
0.006
-0.004
-0.024
-0.024
-0.014
0.000036
0.000016
0.000576
0.000576
0.000196
（6）剔除n8后的标准差的估计值
（7）剔除n8后无坏值
因此用数字电压表测得结果为：
20.414±0.013
第三章
1） 超低频信号发生器：
30kHz以下，用于电声学、声纳。
低频信号发生器：
30 kHz～300 kHz，用于电报通讯。
视频信号发生器：
300 kHz～6 MHz，用于无线电广播。
高频信号发生器：
6 MHz～30 MHz，用于广播、电报。
甚高频信号发生器：
30 MHz～300 MHz，用于电视、调频广播、导航。
超高频信号发生器：
300 MHz～3000 MHz，用于雷达、导航、气象。
2） 信号发生器原理框图：
各组成部分作用：
（1）振荡器：
是信号发生器的核心，它产生不同频率、不同波形的信号。
（2）变换器：
主要完成对主振器信号进行放大、整形及调制等工作。
（3）输出电路：
基本作用是调节输出信号的电平和变换输出阻抗，以提高带负载能力。
（4）指示器：
用以检测输出信号的电平、频率及调制度，它可能是电压表、功率计、频率计或调制仪等。
（5）电源：
为信号发生器各部分提供所需的直流电压。
通常是将50HZ的市电经变压、整流、滤波及稳压后得到的。
3） 信号发生器总的趋势是向着宽频率复盖、高频率精度、多功能、多用途、自动化和智能化方向发展。
4） 正弦信号发生器的性能指标：
大的分类为频率特性、输出特性和调制特性，细分如下：
①频率范围（指信号发生器所产生的信号频率范围，该范围内既可连续又可由若干频段或一系列离散频率复盖）②频率准确度（指信号发生器度盘显示数值与实际输出信号频率间的相对误差）③频率稳定度（指其他外界条件恒定不变的情况下，在规定时间内，信号发生器输出频率相对于预调值变化的大小，分为频率短期稳定度和频率长期稳定度）④由温度、电源、负载变化而引起的频率变动量⑤非线性失真系数（失真度，用来说明输出信号波形接近正弦波的程度，⑥输出阻抗⑦输出电平⑧调制特性。
5） 频率短期稳定度定义为信号发生器经过规定的预热时间后，信号频率在任意15min内所发生的最大变化，表示为：
。
频率长期稳定度定义为信号发生器经过规定的预热时间后，信号频率在任意3h内所发生的最大变化。
6） 用通用RC振荡器作为主振器的低频信号发生器中，可以使用同轴电阻器改变电阻R进行粗调，使得换档时频率变化10倍，而用改变双联同轴电容C的方法在一个波段内进行频率细调。
7） 函数信号发生器是低频信号发生器的一种，基本工作原理是先由积分电路和触发电路产生三角波和方波，然后通过函数转换器（例如二极管整形网络）将三角波整形成正弦波。
8） 射频 （高频）信号发生器是指能产生正弦信号，频率范围部分或全部复盖300kHz～1GHz（允许向外延伸），并且具有一种或一种以上调制或组合调制（正弦调幅、正弦调频、断续脉冲调制）的信号发生器。
9） 射频信号发生器分为：
调谐信号发生器、锁相信号发生器、合成信号发生器。
10） 调谐信号发生器的振荡器通常为LC振荡器，可分为：
变压器反馈式、电感反馈式（也称电感三点式）、电容反馈式（也称电容三点式）。
11） 扫频信号发生器是一种输出信号的频率随时间在一定范围内反复变化的正弦信号发生器，它是频率特性测试仪（扫频仪）的核心，主要用于直接测量各种网络的频率响应特性。
幅频特性的测量方法：
①点频法（就是“逐点”测量幅频特性或相频特性的方法，操作繁琐，并且频率离散而不连续，很容易遗漏掉突变点）②扫频法（在测试过程中，使信号源输出信号的频率按特定规律自动连续并且周期性重复，利用检波器将输出包络检出送到示波器上显示，就得到了被测电路的幅频特性曲线。
）
12）扫频法原理图：
扫频振荡器发出振幅不变而频率在一定范围内连续变化的正弦信号加到被测网络（例如调谐放大器）的输入端，由于调谐放大器的增益随频率而变，因此其输出信号uo的振幅也将随频率而改变，uo的包络就反映了该放大器的幅频特性（见图（d）），经峰值检波器检出输出信号的包络u′o（见图（e）），将它送至示波管的垂直偏转系统，同时扫描信号us加到示波管的水平系统作为扫描时基信号，由于扫频信号ui的瞬时频率和水平扫描电压us的瞬时值一一对应，因此示波管的水平轴成为线性的频率坐标轴。
这样在us和u′o的共同作用下，示波管荧光屏上就直接显示出该调谐放大器的幅频特性。
13）扫频仪的基本框图
（1）时基系统产生一个扫描信号，由该信号控制一个可调谐的连续振荡源以产生频率随时间变化的正弦信号，频率变化的规律就取决于扫描信号。
（2）扫频振荡器是扫频仪的主要部分，实际上它是一个调频振荡器，在时基系统产生的扫描信号（即调频的调制信号）的作用下，产生频率随时间按一定规律变化的扫频振荡，并利用电平限制电路及自动幅度控制电路以确保输出振幅平稳的扫频信号，通过输出控制电路来控制系统的输出。
（3）时标系统用来产生频率标记（简称频标）信号，以便在示波管荧光屏上确定扫频信号发生器的瞬时频率和扫频宽度。
扫频信号施加于被测网络输入端，输出响应经检波，包络上加上频标信号，就可在示波管荧光屏上的频率特性曲线上找到对应的频率。
第四章
1） 电子示波器的基本特点是：
①能显示信号波形，可测量瞬时值，具有直观性。
②输入阻抗高，对被测信号影响小。
③工作频带宽，速度快，便于观察高速变化的波形的细节。
④在示波器的荧光屏上可描绘出任意两个电压或电流量的函数关系。
2） 电子示波器由Y通道、X通道、Z通道、示波管、幅度校正器、扫描时间校正器、电源几部分组成。
①垂直偏转通道（Y通道）的任务是检测被观察的信号，并将它无失真或失真很小地传输到示波管的垂直偏转极板上。
同时为了与水平偏转系统配合工作，要将被测信号进行一定的延迟。
垂直偏转系统由输入电路、延迟线和放大器组成。
输入电路由探头、衰减器、阻抗变换器组成。
阻抗变换器一般可由射极跟随器构成。
射极跟随器的高输入阻抗使得示波器对外呈现高输入阻抗，射极跟随器的低输出阻抗容易与后接的低阻延迟线相匹配。
②水平偏转通道（X通道）作用是产生一个与时间呈线性关系的电压，并加到示波管的X偏转板上去，使电子射线沿水平方向线性地偏移，形成时间基线。
水平通道包括三部分：
a.触发电路，其中包括触发方式选择、触发整形电路。
b.时基发生器。
由闸门电路、扫描发生器和释抑电路组成。
c.水平放大器。
③Z轴电路在时基发生器输出的正程时间内产生加亮（增辉）信号加到示波管控制栅极上，使得示波管在扫描正程加亮光迹，在扫描回程使光迹消隐。
④示波器设有两个校正器，幅度校正器和扫描时间校正器，分别调整幅度和扫描速度。
⑤电源一般由两个整流器组成。
高压整流器供给示波管高压电极电压，低压整流器供给示波器所有其它电路的电压和示波管低压电极电压。
⑥示波管：
阴极射线管，Cathode Ray Tude（CRT），是示波器的核心。
包括三部分：
电子枪（发射电子并形成很细的高速电子束）、电子偏转系统（决定电子束的偏转）、荧光屏（显示电信号的波形）。
3） 线性时基扫描方式可分为连续扫描和触发扫描。
连续扫描的扫描电压是周期性的锯齿波电压，在扫描电压的作用下，示波管光点将在屏幕上作连续重复周期的扫描。
连续扫描最主要的问题是如何保证在屏幕上显示出稳定的信号波形。
为了得到稳定的波形显示，必须使扫描锯齿波电压周期T与被测信号
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