电子测量与仪器复习提纲整理版V10.docx

1、电子测量与仪器复习提纲整理版V10电子测量与仪器复习提纲（20125）第1章 绪论、真值、约定真值、实际值、示值（详见P1-2）真值：某量在所处的条件下被完美地确定或严格定义的量值；约定真值：为约定目的而取的可以代替真值的量值。实际值：满足规定精确度的用来代替真值的量值。示值：对于测量仪器，是指示值或记录值；对于标准器具是标称值或名义值；对于供给量仪器是设置值或标称值。、电子测量包含的内容（见P2）电能量的测量（各种频率和波形的电压、电流、电功率等）；电信号特性的测量（信号波形、频率、相位、噪声及逻辑状态等）；电路参数的测量（阻抗、品质因数、电子器件的参数等）；导出量的测量（增益、失真度、调幅

2、度等）；特性曲线的显示（幅频特性、相频特性及器件特性等）。、电子测量仪器的分类（见P4）按使用范围分为专用仪器和通用仪器，其中通用仪器按功能又可分为以下几种：（1）信号发生器；（2）信号分析仪；（3）频率、时间及相位测量仪器；（4）网络特性测量仪；（5）电子元器件测试仪；（6）电波特性测试仪；（7）辅助仪器。测量仪器的分类方法不止一种，还有比如：按显示方式分为模拟式和数字式等。、电子测量方法按测量性质分类（见P6）时域测量；频域测量；数据域测量；随机量测量。、计量的特点，计量基准的划分和用途（详见P8-9）计量的特点：统一性、准确性、法制性；测量基准划分和用途：（1）国家基准（主基准）：用来复

3、现和保存的计量单位，不轻易使用，只用于对副基准、工作基准的定度或校准，不直接用于日常计量；（2）副基准：主要是为了维护主基准而设计的，一般亦不用于日常计量；（3）工作基准：用以检定计量标准的计量器具，设立工作基准的目的是不使国家基准由于使用频繁而丧失其应有的精确度或遭到破坏；（4）作证基准：计量特性相当于主基准，主要是用以验证主基准的计量特性，必要时代替主基准工作。第2章：测量误差分析和数据处理 重点：误差理论与误差计算，测量数据处理。误差的概念一、 误差的基本概念和定义；误差的来源、分类及各种误差的特性。测量误差概念及定义：在实际测量过程中，人没对于客观事物认识的局限性，测量工具不准确，测量

4、手段不完善，受环境影响或测量工作中的疏忽等，都会使测量结果与被测量的真值在数值上存在差异，这个差异称为测量误差。（P12）1、按误差表示方法分为：绝对误差、修正值、相对误差、实际相对误差、示值相对误差（P13-14题设可出填空题）（1）绝对误差：x=x-A0；（2）修正值（校正值）：C=-x=A-x；（3）相对误差：0=（x/A0）*100%（4）实际相对误差、示值相对误差：与相对误差的区别仅仅在分母，母为分别为实际值A和示值x。注意他们之间的区别和联系。2、仪器误差的表示方法。（详见P16）工作误差、影响误差，满度相对误差(电工仪表的等级含义)意义。（见P17）表示方法：（1）工作误差：额定

5、工作条件下测定的一起误差极限；（2）固有误差：是当仪器的各种影响量与影响特性处于基准条件时，仪器所具有的误差；（3）影响误差：是当一个影响量在其额定使用范围内（或一个影响特性在其有效范围内）取任一值，而其他影响量和影响特性均处于基准条件下所测得的误差；（4）稳定误差：是仪器的标称值在其他影响量及影响特性保持恒定的情况下，于规定时间内所产生的误差极限。关于满度相对误差：是绝对误差与测量范围上限值或量程满度值xm的比值m=（|xm|/xm）*100%电工仪表上等级含义就是指满度相对误差，即等级加上百分号就是满度相对误差。3、如何合理的选择指针式仪表、数字式仪表的量程,使测量误差较小。（P18）有出

6、简答题的可能性：当仪器仪表的准确度给定时，示值愈接近满度值，示值的准确度愈高。当使用一般电压或电流表时，应尽可能使指针偏转位置在靠近满度值的1/3区域内（偏转大于2/3以上为佳）。反之，在选择仪表量程时，应该使其满度值尽量接近被测量的值，至少不应比被测量的值大得太多，最终目标是使满度误差的影响最小。测量误差的分析1、误差来源（P18-19）（1）仪器误差：仪器仪表本身及其附件所引入的误差；（2）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（要与仪器误差的表示法中的影响误差区分）；（3）方法误差和理论误差：由于测量方法不合理所造成的误差称为方法误差；（4）人身误差：由于测量者的分辨能

7、力、视觉疲劳、固有习惯或缺乏责任心等因素引起的误差。2、按误差性质分为：随机误差、 系统误差、疏失误差。系统误差、随机误差、疏失误差的特点和产生的主要原因。（1）系统误差：在相同条件下，多次测量同一个量值时，误差的绝对值和符号保持不变，或在条件改变时，按一定规律变化的误差。特点是测量条件一经确定，误差就为一确切的数值。产生原因有：（详见P19）测量仪器设计原理及制作上的缺陷；测量时的实际温度、湿度及电源电压等环境条件与仪器要求的条件不一致等；采用近似的测量方法或近似的计算公式等；测量人员估计读数时，喜欢偏于某一方向或有滞后倾向等原因所引起的误差。（2）随机误差（偶然误差）：在相同条件下，多次测

8、量同一个量值时，误差的绝对值和符号均以不可预定方式变化的误差。随机误差多服从正态分布，特点是波动有界性、对称性。产生原因有：（P20）测量仪器中零部件配合的不稳定或有摩擦，仪器内部器件产生噪声等；温度及电源电压的频繁波动，电磁场干扰，地基振动等；测量人员感觉器官的无规则变化，读书不稳定等原因所引起的误差均可造成随机误差，使测量值上下起伏。（3）疏失误差（粗大误差）：在一定的测量条件下，测量值明显地偏离实际值所形成的误差。特点是疏失误差导致坏值出现，应剔除不用。产生原因：（P20）一般情况下，他不是仪器本身固有的，主要是测量过程中由于疏忽而造成的；由于测量条件的突然变化，如电源电压、机械冲击等引

9、起仪器示值的改变。3、随机误差的特点；用数理统计方法可以减小对测量结果的影响。算术平均值和标准差估计值的计算。特点见上2中的（2）随机误差（有界性、对称性）。算术平均值：标准差估计值（贝塞尔公式）：4、系统误差的特征。特点见上2中的（1）系统误差（测量条件一经确定，误差就为一确切的数值）。二、随机误差、系统误差和疏失误差的判断和处理方法。（P19-21）划分方法是相对的，并可以相互转化。较大的系统误差或随机误差也可以视为疏失误差。系统误差与随机误差之间也不存在严格的界限。判断依据主要根据它们各自的特点，结合实际情况界定。对于疏失误差的测量值，一经确认后，应当首先予以剔除；对于随机误差采用统计学

10、求平均值的方法来消弱它的影响；系统误差难以发现，是测量中的最大危险，需要在测量工作之前或在测量工作过程中采取一定的技术措施来减少它的影响。（本题答案仅供参考）5、减小系统误差的方法，零示法，替代法，微差法。（P32-34）（1）从产生系统误差的根源上采取措施。如测量方法及原理正确，仪器准确度满足，应用范围满足，使用条件和方法满足，仪器摆放位置正确，工作环境合适，测量人员技术水平符合要求；（2）用修正法减少系统误差。预先将测量仪器的系统误差检定出来，整理出误差表格或误差曲线，作为修正值，与测量值相加，即可得到基本上不包含系统误差的结果；（3）减少恒值误差的技术措施。示零法、替代法、微差法。示零法

11、：将被测量与已知标准量相比较，当二者的效应互相抵消时，指零仪器示值为0，达到平衡，这时已知量的数值就是被测量的数值，如电位差计；替代法：用已知标准量替代被测量，通过改变已知量使两次的指示值相同，则可根据已知标准量的数值得到被测量；微差法：将被测量x与已知量B比较，只要求二者接近，而不必完全抵消，其差值可由小量程仪表读出或指示。6、测量结果的评定方法，准确度、精密度、精确度。（P21-22）通常用准确度、精密度和精确度来评定测量结果，它们的意义如下：（1）准确度：是指测量值与真值的接近程度。反映系统误差的影响，系统误差小则准确度高；（2）精密度：是指测量值重复一致的程度。说明测量过程中，在相同的

12、条件下用同一方法对某一量进行重复测量时，所测得的数值相互之间接近的程度。数值愈接近，精密度愈高。（3）精确度：它反映系统误差和随机误差综合的影响程度。7、置信概率与标准差的关系。不确定度与坏值的剔除准则（3准则）。置信概率与标准差都是用来衡量测量结果的置信问题。（具体关系不清楚，阅P34-37）不确定度与坏值的剔除准则（3准则）即拉依达准则：如果出现大于3的误差，可以认为是坏值。三、等精度测量结果的计算。8、测量数据的处理：有效数字、0.5误差原则，等精度测量结果的处理步骤。曲线修匀方法（不要求）。数据的舍入规则，小于5舍，大于5入，等于5时采取偶数的法则。（偶数法则即看次末尾，若为奇数，等于

13、5的末尾进位；若为偶数，不进位）等精度测量结果处理步骤如下（P40-43）：用修正值等方法，减少恒值系统误差的影响；求算术平均值；求剩余误差；求标准差的估计值；判断疏失误差，剔除坏值（=3）；重复剩下样本的算术平均值、剩余误差和标准差估计值，再次判断至无坏值；判断系统有无变值系统误差（利用马利科夫判据和阿赫判据）；求算术平均值的标准差估计值；求算术平均值的不确定度；给出测量结果的表达式。9、测量误差的合成与分配（不要求）。10、测量过程有哪几个阶段？各阶段完成什么工作？（P59）（1）准备阶段：主要是选择测量方法及仪器仪表；（2）测量阶段：注意测量的准确度、精密度、测量速度及正确记录等；（3）

14、数据处理阶段：将测量数据进行整理，给出正确的测量结果，绘制表格、曲线，做出分析和结论。11、标准仪器的容许误差限如何确定？（不要求）求习题2.14完整答案第3章 模拟测量方法 1、交流电压表征和测量方法，峰值、平均值、有效值、波形系数、波峰系数定义。（P63-64）交流电压可以用峰值、平均值、有效值、波形系数及波峰系数来表征；交流电压的测量方法主要是用检波器吧交流电压转换为直流电压，然后再接到直流电压表进行测量，根据检波特性不同，有峰值检波、平均值检波和有效值检波。峰值UP：交变电压在所观察的时间或一个周期内所能达到的最大值；平均值：平均值在数学上的定义为对周期信号而言，T为信号的周期。从交流

15、电压的测量观点来看，是指检波后的平均值，不加说明时，通常指全波平均值，即：；有效值U：一个交流电压和一个直流电压分别加在同一电阻上，若他们产生的热量相等，则交流电压的有效值U等于该直流电压，可表示为：当不特别指明时，交流电压的量值均指有效值；波形系数KF：KF=U/电压的有效值与其平均值之比；波峰系数KP：KP=UP/U电压的峰值与其有效值之比。2、平均值检波电压表的定度系数，特点、典型规则波形测量结果的波形换算方法。定度系数K满足关系式：U=K；利用平均值表测量非正弦波形电压时，其示值一般没有直接意义，只有吧示值经过换算后，才能得出被测电压的有效值。特点：（P69）可测交、直流电压，电压表均

16、为线性指示，便于测读。电压极性由发光二极管指示；量程范围宽，交、直流电压分为0.1V,1V,10V,100V和500V共5档，准确度均优于2%；采用双运放集成电路块SF747，不仅简化了电路，而且具有很高的输入阻抗，使测量的准确度大为提高；具有输入保护，保证集成块正常工作；用电省，体积小。首先按“平均值相等，示值也相等”的原则将示值折算成被测电压的平均值，再用波形系数KF求出被测电压的有效值。常用的波形系数是：正弦波KF=1.11，方波KF=1，三角波KF=1.15。解答详见P67例3.2.13、有效值检波电压表的特点（P71）优点：可以测量任意周期性波形电压的有效值，同谐波与基波之间的相角无

17、关，不会产生波形误差。缺点：当用正弦波电压有效值刻度时，表盘刻度是非线性的，因为电流平均值与被测电压的有效值成二次方关系。4、峰值检波电压表的定度系数，特点、典型规则波形测量结果的波形换算方法（P78）一般的峰值表与平均值表类似，也是按正弦波的有效值进行刻度的，在额定频率下，刻度盘上的指示值满足：U=KUP；正弦波的波峰系数为，方波为1，三角波为。与平均值表同理，当用峰值表测量非正弦波电压时，其指示值没有直接意义。只有将示值除以定度系数后，才等于正弦波的峰值，按峰值相等，示值也相等的原则，再用波峰系数换算成被测电压的有效值。见P78例3.2.3。特点没有发现，个人总结为：常采用检波-放大方式，

18、减少高频信号的传输损失、存在误差、可使非线性失真减小等。（这个特点书上没有，大家还是自己总结吧，仅供参考）5、分贝测量，功率电平、电压电平、音量单位含义与换算（P95-97）分贝的定义：在通信系统测试中，通常不直接计算或测量电路中某测试点的电压或负载吸取的功率，而是计算它们与某一电压或功率基准量之比的对数，即分贝：dB表示的功率比为10lgP1/P2由此可见，不可将分贝值和实际功率值或电压值混淆，当分贝值为0时，实际值不一定为0功率电平（dBm）：以基准量P0=1mW作为0功率电平（0dBm），则任意功率（被测功率）PX的功率电平定义为：电压电平（dBV）：以基准量U0=0.775V（正弦波有

19、效值）作为0电压电平（0dBV），则任意电压（被测电压）UX的电压电平定义为：音量单位（VU）：这是测量电声系统用的电平单位，音量单位0电平（0VU）定义为600电阻上吸取功率为1mW。因此，当600阻抗上吸取功率为PXmW时，则。由此可见，若阻抗为600，VU在数值上等于功率电平的dBm值。但必须注意，VU是在测量复合音频波形时使用的单位，测量时必须用有效值电压表。牢记上述公式及公式中的定值如0.775V、1mW等用于换算。6、失真度的测量：失真度的定义，失真度测量方法之一：基波抑制法测量原理（P97-99）失真度的定义：信号的非线性失真通常用非线性失真系数来表示（简称失真度）。其定义为全部

20、谐波分量的功率与基波功率之比的平方根值。如果负载与信号频率无关（例如纯电阻负载），则信号的失真度又可定义为：全部谐波电压的有效值与基波电压的有效值之比，用表示。高次谐波分量较小，在实际应用中只要取到三次或五次谐波就足够了。在实际中，被测信号的基波分量的有效值难于测量，而测量被测信号的总电压有效值比较容易，所以常用的失真度测量仪给出的失真度为失真度小于30%时可用代替，大于时应该先用求出。基波抑制法（单音法）测量原理：在测量过程中，首先将S置1，电压表测出的是包括基波在内的被测信号总的电压有效值然后将S置2，调节基波抑制网络参数，使网络的谐振频率与被测信号的基波频率相同，将基波“全部”滤除，电压

21、表示值为最后便可相比得出失真度百分数。第4章 数字测量方法1、直流数字电压表组成原理。直流数字电压表组成框图如下：（原图见P114）组成原理：它由模拟、数字及显示电路三大部分组成。输入电路及A/D转换器由模拟电路构成，计数器及逻辑控制有数字电路构成；最后通过数码管（包括译码）显示被测电压的数值。图中A/D转换器实现被测电压模拟量到数字量的转换，从而达到模拟量的数字化测量，所以它是数字电压表的核心。2、A/D变换器的类型：逐次比较型、双斜积分式、U-F型、每种A/D变换器的特点；逐次比较型：这种集成电路在成本、精确度及速度方面易于取得较好的平衡，发展较快，现已做到10位以上。这种变换器测量精度高

22、，速度快，但同时抗干扰性能差；单斜式：线路简单，成本低。在满量程时，转换时间最长，即转换速度最慢。 可应用于精度和速度要求不高的DVM中。双斜积分式：仪表的准确度主要取决于基准电压的准确度和稳定度，而与积分器的参数（R，C等）基本无关，即不必选用精密积分元件，从而提高了整个仪表的准确度；由于两次积分都是对同一时钟脉冲源进行计数，从而降低了对脉冲源频率准确度的要求。总的来看，双积分DVM具有抗干扰能力强、稳定性好、测量准确度高、成本较低等优点。U-F型：引入电位差计的方法，提高了准确度和输入阻抗，电路简单，工作可靠。测量的是电压的平均值，有较强的抑制干扰能力，一般在简单模拟-数字转换中应用得较多

23、。3、数字电压表的主要指标、分辨力、固有误差和误差计算。（P125）数字电压表主要指标：固有误差（满度误差+读数误差）、影响误差（输入阻抗误差、环境温度误差等）固有误差的两种表示方式：（1）U=a%UX（读数误差）b%Um（满度误差，由量化误差和0点误差等组成）（2）U=a%UX几个字分辨力方面：能够显示被测电压的最小变化值成为分辨力或最高灵敏度，即为一个字。了解“字”的概念：字是需要通过量程来确定的，位数不同、量程不同的DVM一个字代表的意义不一样。一个字即该位数下确定量程后能表示的最小的数，例：位数为4，量程为5V，那先表示出量程：5.000，则有，能表示的最小的数为0.001，一个字为0

24、.001（理解仅供参考）4、多用型DVM的组成原理；（P129-130）多用型DVM即通常意义上的数字万用表，组成原理框图如下：它的基本测量方法仍然是以测直流电压的DVM为基础，通过各种参数变换器将其它参数变换为等效的直流电压U，通过测量U值来获得所测参数的数值（上图可去掉CPU部分，图片来自网络）5、频率的测量：频率标准，原子频率标准、石英晶体振荡器。原子频标的基本原理：原子(分子)由一个能级向另外一个能级跃迁时，以电磁波的形式辐射或吸收能量，从而得到稳定而又准确的频率；石英晶体振荡器用于产生时间基准；6、频率或时间测量特点：在所有物理量的测量中达到最高准确度。7、电子计数器测量频率的原理框

25、图和原理；（原图见P138，该图缺少译码显示过程并加入了控制单元）计数式频率计的测频公式：fx=N/T，其中T为闸门时间，N为T内通过主门的脉冲信号个数。原理为在闸门时间T内，通过主门的信号脉冲个数为N，通过电子计数器得被测信号的频率。8、测量频率的误差计算。在使用通用计数器时怎样提高测量频率的精确度？（P141-142）测频方法的测量误差包含两个方面：（1）计数器的计数N是否准确-量化误差（数字化仪器所特有的误差）（2）闸门时间T是否准确-标准频率误差（决定于石英晶体振荡器标准频率的准确度）按误差合成公式：前者即为量化误差（1误差），后者为闸门时间相对误差（标准频率误差）对于量化误差：选择闸

26、门时间的原则是，既不使计数器产生溢出现象，又使测量结的准确度最高（当fX一定时，增大闸门时间可以减小测频误差）。量化误差的特点是：不管计数值N为多少，其最大误差总是1个量化单位。最大量化误差的相对值为对于标准频率误差：式中，fC为石英晶体振荡器的频率，负号表示由fC引起的闸门时间的误差为T测量精确度不可能优于510-9。测量低频时，由于1误差产生的测量误差大得惊人。所以测量低频时宜采用测低频信号的周期，再换算成被测信号的频率，从而提高测量的精确度。9、 电子计数法测量周期:原理框图和原理，测量误差计算。怎样提高测量周期的精确度？（P144）原理框图见上：被测信号经放大整形后变成方波脉冲，设开关

27、S2置1T位，则此方波信号直接控制门控电路，使主门开放时间等于信号周期TX，由晶体振荡器（或经分频电路）输出时标为TS的脉冲，在主门开放时间进入计数器。显然，这种方法是将被测周期TX与时标TS进行比较，若在TX期间脉冲计数值为N，则：TX=NTS；为了提高测量准确度，可将被测信号经过几级10分频电路，进行“周期倍乘”，这样可以减小量化误差（1误差）。测量误差计算：K为分频系数。可见TX一方面决定于振荡频率的精度，另一方面决定于1误差的大小。增大TX有助于减小1误差的影响。为了减少1误差，可以采用“多周期测量法”。即用计数器测量多个周期的值（比如10n个），然后将记得的脉冲除以被测周期的个数（1

28、0n），即可得到TX，这时：第5章 时域测量方法 1、时域测量的含义。（P151）主要测量被测量随时间的变化规律。如用示波器观察正弦信号、脉冲信号的上升沿、下降沿、等参数及动态电路和暂态过程等。2、模拟示波器显示随时间变化波形的原理。（P158）仅在垂直偏转板的两板间加正弦变化的电压，则光点只在荧光屏的垂直方向来回移动，出现一条垂直线段。仅在水平偏转板的两板间加锯齿电压，则光点只在荧光屏的水平方向来回移动，出现一条水平线段。Y偏转板加正弦波信号电压，X偏转板加锯齿波电压，荧光屏上将显示出被测信号随时间变化的一个周期的波形曲线。原理就是X、Y方向均加随时间变化的电压，便可使电子束沿UX，UY的合

29、成方向运动，形成波形。3、扫描和同步的概念，实现同步的条件，怎样调节示波器旋钮实现显示波形同步？（P159）扫描：当仅在x偏转板加上锯齿波电压时，亮点沿水平方向做等速移动，当扫描电压达到最大值时，亮点达到最大偏转，然后从该点迅速返回到起始点。若扫描电压重复变化时，在屏幕上就显示一条水平亮线，这个过程称为“扫描”（光点在锯齿波作用下沿水平方向扫动的过程称为“扫描”）同步：为了在屏幕上获得稳定的图像，TX（包括正程和回程）与TY必须成整数倍关系，即TX=nTY，以保证每次扫描的起始点都对应信号电压UY的相同相位点上，这种过程称为“同步”。要实现显示波形同步：（该题供参考）（1）判断示波器是否完好；

30、（2）判断信号耦合是否正确，信道选择是否正确；（3）判断信号是交流信号还是直流信号；（4）调节扫描粗调和微调，使其接近同步状态，再调节触发“电平”旋钮，改变触发脉冲出现的时刻，使波形稳定下来。4、通用模拟示波器的组成框图，各组成部分的作用。（P154）低压电源：给示波器各电路提供各档稳定的直流电压；高压和显示电路：提供示波管正、负直流高压，以及辉度、聚焦和辅助聚焦调节等直流控制电压；z轴电路：输出扫描增辉脉冲的放大信号，使屏幕上扫描正程期间显示的波形加亮，以便清晰地显示被测量的波形。也可用外z轴输入调制，使显示波形变暗；校准信号电路：他是机内的校准信号源。用来产生一个准确幅度和频率的信号（通常

31、是对称方波），对y轴灵敏度、扫描时间因数或探极进行校正；输入电路：该电路具有信号输入交直流耦合开关、高阻输入衰减器、阻抗转换器等电路，还具有灵敏度粗调、直流平衡等控制作用；前置放大器：将y轴输入信号进行适当放大，将单端输入信号转换成推挽输出信号，并从中取出内触发信号的电路。具有灵敏度微调和校正，y轴位移等控制作用；延迟线：使y轴输入的信号有一定的延迟时间，并使该延迟时间大于水平扫描引入的延迟时间，便于在屏幕上完整地观察和测量所显示脉冲波形的参数（如：前沿、上冲）；后置放大器：将前级推挽信号放大到足够幅度，用以驱动示波管的垂直偏转板，使光点在屏幕垂直方向按信号幅度移动；y轴电子开关：用来控制垂直系统各前置放大器（如y1、y2等）的工作状态，使被测信号导通或断开。这样，采用单枪示波管可同时显示两个或多个信号的波形；内触发放大器：将微弱的内触发信号适当放大（并提供相应的直流电平），以满足触发整形电路输入灵敏度的要求