电子测量答案.docx

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电子测量答案

思考与练习1

1．1什么是测量？

什么是电子测量？

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。

测量与计量两者是否是缺一不可？

答：

测量与计量是缺一不可的。

计量是测量的一种特殊形式，是测量工作发展的客观需要，而测量是计量联系生产实际的重要途径，没有测量就没有计量，没有计量就会使测量数据的准确性、可靠性得不到保证，测量就会失去价值。

因此，测量与计量是相辅相成的。

1．3按具体测量对象来区分，电子测量包括哪些内容？

答：

电子测量内容包括：

（1）电能量的测量如：

电压，电流电功率等；

（2）元件和电路参数的测量如：

电阻，电容，电感，阻抗，品质因数，电子器件的参数等：

（3）电信号的特性的测量如：

信号的波形和失真度，频率，相位，调制度等；（4）电子电路性能的测量如：

放大倍数，衰减量，灵敏度，噪声指数等：

（5）特性曲线显示如：

幅频特性，相频特性曲线等。

1．4电子测量技术有哪些优点？

答：

（1）测量频率范围宽

（2）测试动态范围广（3）测量的准确度高（4）测量速度快（5）易于实现遥测和长期不间断的测量（6）易于实现测量过程的自动化和测量仪器的智能化

1．5常用电子测量仪器有哪些？

答：

（1）时域测量的仪器：

电子电压表、电子计数器、电子示波器、测量用信号源等。

（2）频域测量的仪器：

频率特性测试仪、频谱分析仪、网络分析仪等。

（3）调制域测量仪器：

调值调制度仪、调制域分析仪等。

（4）数据域测量仪器：

逻辑笔、数字信号发生器、逻辑分析仪、数据通信分析仪等。

（5）随机测量仪器：

噪声系数分析仪、电磁干扰测试仪等。

思考与练习2

2．1测量时为何会产生误差？

研究误差理论的目的是什么？

答：

测量是用实验手段确定被测对象量值的过程，实验中过程中采用的方法、标准量和比较设备不一样，都可能使实验的确定值与被测对象的真值有差异，即都会产生误差。

研究误差理论的目的就是掌握测量数据的分析计算方法、正确对测量的误差值进行估计、选择最佳测量方案。

2．2测量误差用什么表示较好？

答：

测量误差通常可用绝对误差和相对误差两种方法表示。

若要反映测量误差的大小和方向，可用绝对误差表示；若要反映测量的准确程度，则用相对误差表示。

2．3测量误差与仪器误差是不是一回事？

答：

当然不是一回事。

测量误差指的是测量值与被测量真值的差异，造成这种差异的原因可能是仪器误差、人身误差、方法误差和环境误差等原因，因此仪器误差是造成测量误差的原因之一。

而仪器误差仅仅是指作为比较设备的测量仪器由于测量精度和准确度所带来的测量误差。

2．4有一个100V的被测电压，若用0.5级、量程为0-300V和1.0级、量程为0-100V的两只电压表测量，问哪只电压表测得更准些？

为什么？

答：

要判断哪块电压表测得更准确，即判断哪块表的测量准确度更高。

（1）对量程为0-300V、±0.5级电压表，根据公式有

（2）对量程为0-100V、±1.0级电压表，同样根据公式有

从计算结果可以看出，用量程为0-100V、±1.0级电压表测量所产生的示值相对误差小，所以选用量程为0-100V、±1.0级电压表测量更准确。

2．5系统误差、随机误差和粗大误差的性质是什么？

它们对测量结果有何影响？

答：

（1）系统误差是一个恒定不变的值或是具有确定函数关系的值；进行多次重复测量，系统误差不能消除或减少；系统误差具有可控制性或修正性。

系统误差使测量的正确度受到影响。

（2）随机误差的性质主要有：

在多次测量中，绝对值小的误差出现的次数比绝对值大的误差出现的次数多；在多次测量中，绝对值相等的正误差与负误差出现的概率相同，即具有对称性；测量次数一定时，误差的绝对值不会超过一定的界限，即具有有界性；进行等精度测量时，随机误差的算术平均值的误差随着测量次数的增加而趋近于零，即正负误差具有抵偿性。

随机误差影响测量精度。

（3）粗大误差的主要性质是测量结果明显偏离实际值。

它使测量结果完全不可信，只有在消除粗大误差后才能进行测量。

2．6削弱系统误差的主要方法是什么？

答：

削弱系统误差的主要方法有：

（1）零示法

（2）替代法

（3）补偿法

（4）对照法

（5）微差法

（6）交换法

2．7减小随机误差的主要方法是什么？

答：

理论上当测量次数n趋于无限大时，随机误差趋于零。

而实际中不可能做到无限多次的测量，多次测量值的算术平均值很接近被测量真值，因此只要我们选择合适的测量次数，使测量精度满足要求，就可将算术平均值作为最后的测量结果。

2．8准确度为0.5级、量程为0-100V的电压表，其最大允许的绝对误差为多少？

答：

最大允许的绝对误差为：

2．9测量上限为500V的电压表，在示值450V处的实际值为445V，求该示值的：

（1）绝对误差

（2）相对误差（3）引用误差（4）修正值

答：

（1）绝对误差

（2）相对误差

（3）引用误差

（4）修正值

2．10对某电阻进行等精度测量10次，数据如下（单位kΩ）：

0.992、0.993、0.992、0.991、0.993、0.994、0.997、0.994、0.991、0.998。

试给出包含误差值的测量结果表达式。

答：

1）．将测量数据按先后次序列表。

nn

10.992-0.00150.0000022560.9940.00050.00000025

20.993-0.00050.0000002570.9970.00350.00001225

30.992-0.00150.0000022580.9940.00050.00000025

40.991-0.00250.0000062590.991-0.00250.00000625

50.993-0.00050.00000025100.9980.00450.00002025

2）．用公式求算术平均值。

3）．用公式求每一次测量值的剩余误差，并填入上表中。

4）．用公式计算标准差的估计值。

5）．按莱特准则判断粗大误差，即根据剔除坏值。

从表中可以看出，剩余残差最大的第10个测量数据，其值为：

所以该组测量数据中无坏值。

6）．根据系统误差特点，判断是否有系统误差，并修正。

测量数据分布均匀，无规律分布，无系统误差。

7）．用公式求算术平均值的标准差估计值。

8）．用公式求算术平均值的不确定度。

9）．写出测量结果的表达式。

2．11对某信号源正弦输出信号的频率进行10次测量，数据如下（单位kHZ）：

10.32、10.28、10.21、10.41、10.25、10.04、10.52、10.38、10.36、10.42。

试写出测量结果表达式。

答：

1）．将测量数据按先后次序列表。

如表一所示。

表一

nn

110.320.0010.000001610.04-0.2790.077841

210.28-0.0390.001521710.520.2010.040401

310.21-0.1090.011881810.380.0610.003721

410.410.0910.008281910.360.0410.001681

510.25-0.0690.0047611010.420.1010.010201

2）．用公式求算术平均值。

3）．用公式求每一次测量值的剩余误差，并填入上表中。

4）．用公式计算标准差的估计值。

5）．按莱特准则判断粗大误差，即根据剔除坏值。

从表中可以看出，剩余残差较大的为第6、7个测量数据，其值分别为：

所以该组测量数据中这两个值为具有粗大误差的值，应剔除。

剔除坏值后，对剩余数据再重复以上步骤。

6）．用公式求算术平均值。

7）．用公式求每一次测量值的剩余误差，并填入下表二中。

表二

nn

110.32-0.0090.000081

210.28-0.0490.002401

310.21-0.1190.014161610.380.0510.002601

410.410.0810.006561710.360.0310.000961

510.25-0.0790.006241810.420.0910.008281

8）．用公式计算标准差的估计值。

9）．再按莱特准则判断粗大误差，即根据剔除坏值。

从表中可以看出，剩余残差较大的为第3个测量数据，其值为：

数据说明剩下的数据无粗大误差。

10）．根据系统误差特点，判断是否有系统误差，并修正。

测量数据分布均匀，无规律分布，无系统误差。

11）．用公式求算术平均值的标准差估计值。

12）．用公式求算术平均值的不确定度。

13）．写出测量结果的表达式。

（kHZ）

2．12将下列数据进行舍入处理，要求保留四位有效数字。

3.14159、2.71729、4.51050、3.21650、3.6235、6.378501、7.691499。

答：

3.14159→3.142（要被舍数字的值恰好等于5时，要保留数的末位为奇数1，所以在

最后位加1）。

2.71729→2.717

4.51050→4.511（将5舍去向前一位进1）

3.21650→3.216（被舍数字的值恰好等于5时，要保留数的末位为偶数6，所以不变。

）

3.6235→3.624（要被舍数字的值恰好等于5时，要保留数的末位为奇数1，所以在

最后位加1）。

6.378501→6.378（被舍数字的值恰好等于5时，要保留数的末位为偶数6，所以不变。

）

7.691499→7.691

思考与练习3

3．1对于集总参数元件一般需测量哪些参数？

答：

集总参数元件是指具有两端钮的元件，端钮间有确定的电压，元件中有确定的电流。

因此该类元件测量一般可测量元件的阻抗、电感、电容、流过的电流及端钮间有确定的电压。

3．2使用电阻器时要考虑哪些问题？

答：

电阻在电路中多用来进行限流、分压、分流以及阻抗匹配等。

是电路中应用最多的元件之一。

使用电阻器时主要应考虑电阻的标称阻值、额定功率、精度、最高工作温度、最高工作电压、噪声系数及高频特性等。

3．3简述直流电桥测量电阻的基本方法。

答：

当对电阻值的测量精度要求很高时，可用直流电桥法进行测量。

典型的惠斯登电桥的原理如图3.1所示。

其步骤如下：

测量时，接上被测电阻，再接通电源

通过量程开关调节比例系数，其中k=R1/R2。

再调节，使电桥平衡，即检流计指示为0。

读出和的值，用公式求得。

3．4电解电容的漏电流与所加电压有关系吗？

为什么？

答：

当然有关系。

电解电容的介质有两种，正极金属片表面上形成的一层氧化膜；负极为液体、半液体或胶状的电解液，因其有正、负极之分，实际上内部形成了电场，故只能工作在直流状态下，如果极性用反，即外加电压与内部电场方向相反，漏电流剧增。

右图表示的串联电桥达到了平衡，其中、

、、

试求、的值。

答：

串联电桥中，由电桥的平衡条件可得

由实部与实部、虚部与虚部相等可得：

∴分别将已知数值代入，可算得：

3．6一个电解电容器，它的“+”、“-”极标志已脱落，如何用万用表去判定它的“+”、“-”极？

答：

测量电容器漏电的方法，可以用来鉴别电容器的正、负极。

对失掉正、负极标志的电解电容量，可先假定某极为“+”极，让其与万用表的黑表笔相接，另一个电极与万用表的红笔相接，同时观察并记录表针向右摆动的幅度；将电容放电后，两只表笔对调，重新进行测量。

哪一次测量中，表针最后停留的摆动幅度小，说明该次测量中对电容的正、负假设是对的。

3．7简述晶体管图示仪的组成及各部分的作用。

答：

晶体管图示仪的基本组成如图3.3所示。

它主要由同步脉冲发生器、基极阶梯波发生器、集电极扫描电压发生器、测试转换开关、垂直放大器、水平放大器和示波管组成。

图示仪工作时，同步脉冲发生器产生同步脉冲信号，使基极阶梯波发生器和集电极扫描电压发生器保持同步，以显示正确而稳定的特性曲线；基极阶梯波发生器提供大小呈阶梯变化的基极电流；集电极扫描电压发生器提供集电极扫描电压；测试转换开关用以转换测试不同结法和不同类型的晶体管特性曲线参数；垂直放大器、水平放大器和示波管组成示波器系统，用以显示被测晶体管的特性曲线。

3．8画出图示仪测试二极管正向特性曲线的简化原理图。

答：

晶体管图示仪可以测量二极管的正向伏安特性曲线。

首先将图示仪荧光屏上的光点置于坐标左下角，峰值电压范围置0~20V，集电极扫描电压极性置于“+”，功耗电阻置1kΩ，X轴集电极电压置0.1伏/度，Y轴集电极电流置5毫安/度，Y轴倍率置×1，将二极管的正负极分别接在面板上的C和E接线柱上，缓慢调节峰值电压旋扭，即可得到二极管正向伏安特性曲线。

从屏幕显示图可以直接读出二极管的导通电压。

3．9画出图示仪测试三极管输入和输出特性的简化原理图。

答：

图3.5表示了图示仪测量NPN晶体管输入和输出特性曲线的原理图。

当集电极与发射极之间的电压为某一常数时，输入回路中加扫描电压，测出和的关系曲线，就是输入特性曲线。

为集电极电流的取样电阻，其两端电压与成正比。

经Y轴放大器放大后，使示波管荧光屏上的光点在垂直方向上产生与成正比的位移。

50Hz的市电经全波整流后得到100Hz正弦半波电压，作为被测管的集电极扫描电压。

经X轴放大器加在示波管的水平偏转板上，使荧光屏上的光点在水平方向上产生与之成正比的位移。

该特性曲线是以为参变量的与之间的关系曲线。

一般从零开始，作等间隔递增，对应于的每一级阶梯作出~一条曲线，整个就得到一簇输出特性曲线。

3．10画出TTL、CMOS门电路传输特性的测试原理图，并简述由传输特性确定输出高电平、输出低电平、开门电平和关门电平的方法，比较TTL和CMOS门电路的静态特性。

答：

TTL门电路的电压传输特性是指输出电压随输入电压变化的曲线。

以TTL与非门为例，电压传输特性的测量电路如图3.6所示。

在图中，把与非门的输入端并联在一起作为输入，并接在可调稳压电源上。

将从0V开始逐步调到3V以上的高电平，用电压表测量输出电压的变化，将其结果记入表中，再根据实测数据绘出TTL与非门的电压传输特性曲线，从曲线上读出标准输出高电平、标准输出低电平、开门电平、关门电平、输入低电平噪声容限和输入高电平噪声容限。

CMOS器件传输特性可用图3.7电路测量，测试时调节输入电压电位器RP，选择若干个电压值，测量相应的输出值，然后由测得的数据作出曲线，并从曲线中读出标准输出高电平、标准输出低电平、开门电平、关门电平、输入低电平噪声容限和输入高电平噪声容限等值。

由于在和之间，输出电压变化较迅速，在此范围内选取测试点应密一些。

TTL和CMOS门电路的静态特性主要包括静态输入/输出特性，静态功耗等。

CMOS静态功耗测试电路与TTL静态功耗测试电路相同，但由于CMOS器件是微功耗器件，测出的空载截止电源电流、空载导通电源电流、低电平输入短路电流的电流值要小得多。

一般CMOS的，；典型TTL门电路（典型值为3.5V）、、、。

思考与练习4

4．1电流的直接测量与间接测量原理有何区别？

两种测量方法的测量准确度各取决于什么因数？

答：

电流的直接测量就是把电流表串入电路，从电流表直接测出电流值。

间接测量法就是先测量负载两端电压，然后换算出电流值。

直接测量法的测量准确度主要取决于串入的电流表的精度和内阻，内阻越小越好；间接测量法则与电压表精度和内阻有关，内阻越大越好。

4．2测量大电流的电流表，一般都是在基本量程上扩大，为什么不直接制造大电流的电流表？

答：

在实际应用中，测量电流通常使用磁电式电流表、电磁式电流表、模拟式万用表和数字多用表直接测量电流，而大多数用磁电式电流表。

从磁电式仪表的工作原理可以看出，不增加测量线路，磁电式是可以直接测量直流电流的，但由于被测电流要通过游丝和可动线圈，被测电路的最大值只能限制在几十微安到几十毫安之间，要测量大电流，就需要另外加接分流器，即在基本量程上扩大。

如果直接制造大电流的电流表，由于电流表的阻抗不能做到太小，而电流表的线圈很细，因此当大电流流过时，会产生很大的热量，很可能会烧坏表，因此不直接制造大电流的电流表。

4．3电流表的基本量程和扩大量程，哪一个量程的测量准确度高？

为什么？

答：

电流表的基本量程是指不增加测量线路直接测量电流的量程。

如磁电式仪表可以直接测量直流，但由于被测电流要通过游丝和可动线圈，被测电流的最大值只能限制在几十μA到几十mA之间，要测量大电流，就需要另外加接分流器。

因此扩大量程是通过并联不同的分流电阻实现，这种电流表的内阻随量程的大小而不同，量程越大，测量机构流过的电流越大，分流电阻越小，电流表对外显示的总内阻也越小，而电流表测量电流是串联在电路中的，内阻越小对电路的影响越小，因而测量准确越高。

4．4有两只量程相同的电流表，但内阻不一样，问哪只电流表的性能好？

为什么？

答：

电流表测量电流是将表串联在电路中的，内阻越小对电路的影响越小，因而测量准确越高。

4．5高频电流表的量程扩大可采用什么方法？

答：

高频电流表一般在测量强电流时采用分流器或变流器来减小流过热电式电流表的电流，从而扩大量程。

①分流法。

从原理讲可分为电阻、电容、电感三种分流法。

电阻分流法的功耗大，故不在高频电流表中使用；电感分流法功耗虽小，但易受外界多变磁场的影响，使用的场合较小；电容分流法用的较多。

电容分流法的方法是将热电式电流表的输入端并联一只电容，将高频电流分流掉一部分，达到扩大量程的目的。

利用电阻、电感分流器的电流表，其压降较大。

这个压降还与被测电流的频率有关，因此对被测电路有一定的影响。

②变流法是利用变流器的变压比来实现电流分流。

4．6热电式电流表是如何测量电流的？

答：

热电式电流表的基本原理利用热电偶组成闭合回路，将热电偶的工作端与流过电流的金属导线焊接在一起，当金属导线中流过电流时，热电偶工作端温度发生变化，而热电偶是由二个不同金属元素构成，在热电偶的另两端有电动势出现，其大小正比于两焊接点的温度差，且与组成热电偶的材料有关，这样就反映出被测高频电流的量值。

4．7电流的测量方案有哪些？

答：

电流测量的方法可分为直接测量法和间接测量法。

直流电流的测量可采用磁电式电流表、数字电压万用表等仪表，通过直接测量法和间接测量法进行测量；交流电流的测量可采用电磁式电流表、热电式电流表和数字电压万用表等仪表，通过直接测量法和间接测量法进行测量。

思考与练习5

5．1简述电压测量的意义。

答：

电压、电流和功率是表征电信号能量大小的三个基本参数，其中又以电压最为常用。

通过电压测量，利用基本公式可以导出其它的参数；此外，电路中电流的状态，如饱和、截止、谐振等均可用电压形式来描述；许多电参数，如频率特性、增益、调制度、失真度等也可视为电压的派生量；许多电子测量仪器，如信号发生器、阻抗电桥、失真度仪等都用电压量作指示。

因此，电压测量是其他许多电参数量，也包括非电参数量测量的基础，是相当重要和相当普及的一种参数测量。

5．2用正弦有效值刻度的均值电压表测量正弦波、方波和三角波，读数都为1V，三种信号波形的有效值为多少？

解：

先把=1V换算成正弦波的平均值。

按“平均值相等则读数相等”的原则，方波和三角波电压的平均值也为0.9V，然后再通过电压的波形因数计算有效值。

5．3在示波器上分别观察到峰值相等的正弦波、方波和三角波，，分别用都是正弦有效值刻度的、三种不同的检波方式的电压表测量，试求读数分别为多少？

解：

（1）用峰值检波方式电压表测量，读数都是5V，与波形无关。

（2）用有效值检波正弦有效值刻度的电压表测量

①正弦波

②方波

③三角波

（3）用均值检波正弦有效值刻度的电压表测量

①正弦波

②方波波形因数和波峰因数均为1，所以其平均值为5V，相应此平均值的正弦有效值即为读数值。

③三角波

相应此平均值的正弦波的有效值即为读数值。

5．4欲测量失真的正弦波，若手头无有效值电压表，只有峰值电压表和均值电压表可选用，问选哪种表更合适些？

为什么？

答：

利用峰值电压表测失真的正弦波时可能产生非常大的误差。

因为峰值检波器对波形响应十分敏感，读数刻度不均匀，它是在小信号时进行检波的，波形误差可达30％左右。

若用均值电压表测量波形误差相对不大，它是对大信号进行检波，读数刻度均匀。

所以，选用均值电压表更合适。

5．5逐次逼近比较式DVM和双积分式DVM各有哪些特点？

各适用于哪些场合？

答：

逐次逼近比较式DVM的特点：

（1）测量速度快

（2）测量精度取决于标准电阻和基准电压源的精度以及D/A转换器的位数（3）由于测量值对应于瞬时值，而不是平均值，抗干扰能力较差。

逐次逼近比较式DVM多用于多点快速检测系统中

双积分式DVM的特点：

（1）它通过两次积分将电压转换成与之成正比的时间间隔，抵消了电路参数的影响。

（2）积分器时间可选为工频的整数倍，抑制了工频干扰，具有较强的抗干扰能力。

（3）积分过程是个缓慢的过程，降低了测量速度，特别是为了常选积分周期，因而测量速度低。

双积分式DVM适用于灵敏度要求高,测量速度要求不高,有干扰的场合

5．6模拟电压表和数字电压表的分辨率各自与什么因数有关？

答：

模拟电压表的分辨率是指能够响应的信号的最小值，一般用输入信号的最小幅度表示。

数字电压表的分辨率是指DVM能够显示的被测电压的最小变化值，即显示器末位跳动一个数字所需的电压值。

它们的分辨率主要由工作原理、测试方法、电路参数等决定，数字电压表的分辨率受A/D转换器的影响。

5．7绘图说明DVM的电路构成和工作原理

答：

数字电压表（DVM）的组成如图5.1所示。

整个框图包括两大部分，模拟部分包括输入电路（如阻抗变换电路、放大和扩展量程电路）和A/D转换器。

A/D转换器是数字电压表的核心，完成模拟量到数字量的转换。

电压表的技术指标如准确度、分辨率等主要取决于这部分的工作性能。

数字部分主要完成逻辑控制、译码和显示功能。

5．8说明DVM与DMM有何区别？

答：

数字电压表（DVM）实际上是数字多用表（DMM）的一个组成部分，

现代的数字表已由过去单一功能的直流数字电压表发展到能测量交直流电压、交直流电流和电阻等10多种功能的数字多用表。

在DMM中，交流电压、电流和电阻测量都是先将它们变换成直流电压，然后用DVM进行电压测量。

数字多用表的图5.2所示。

5．9数字电压表的技术指标主要有哪些？

它们是如何定义的？

答：

数字电压表的技术指标主要有以下几项