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|电子测量技术（第 3 版） 电子课件Electronic Measurement Technigue林占江第一部分 通用基础测量第 1 章 绪论学习辅导内容学习和掌握电子测量及计量的基本概念和基础知识，对学习以后各章的内容均有促进和提高作用，尤其是对一些专业名词要深刻理解，并能做到正确运用，这对理论学习、实验操作是必不可少的、也是十分重要的。一、本章需要掌握的内容（基础知识）1、 测量与计量的基本概念（1） 测量的定义（2） 13 个专用名词术语2、 电子测量的内容、特点3、 电子测量仪器的分类分通用电子仪器、通信测试仪器、光电测试仪器三大类。4、 电子测量方法电子测量包括直接测量、间接测量、组合测量、直读测量、比较测量、时域测量、频域测量、数据域测量及随机测量等方法。重点理解“电子仪器”的定义及内容，根据测量任务的要求，合理科学的选择测量方法。5、 计量的基本内容（1） 计量基准（2） 计量基准的 5 个基本条件（3） 计量基准的划分：国家基准（主基准） 、副基准、工作基准。（4） 计量器具的 8 个特征 （5） 计量的 3 个分类：科学计量、工程计量、法制计量。重点掌握量的具体内容和测量与计量之间的相互关系。二、习题答案题 1.1 解： (1) 不属于电子测量 （2）属于电子测量题 1.2 解 、1.3 解、1.4 解、1.5 解：参阅本章相关内容。|第 2 章 误差理论与测量不确定度评定学习辅导内容误差理论与测量不确定度是专门研究有关测量误差的科学理论，数据处理则是应用数学方法和计算工具对测量数据进行科学的分析、研究和处理的准则和手段。随着科学技术的飞速发展，误差理论与测量不确定度及数据处理在理论和实际应用领域都得到了极大地提高和发展，已成为一门独立的学科。因此，对从事各种实验和研究的工程技术人员一定要学习和掌握误差理论、测量不确定度及数据处理方面的知识。只要有测量，必须有测量结果，有测量结果必然产生误差。测量误差影响测量精度和可靠性。因此，对测量误差与测量不确定度的特点、性质及分类要有全面系统的了解，最后找出合理科学的办法加以消除。一、本章需要掌握的内容1、研究测量误差的目的。2、误差的基本概念、来源、分类及各类误差的特性。3、误差的传递分配与合成，误差最小二乘法处理，微小误差准则，测量数据处理等。4、测量不确定度的基本定义、分类及评定方法。5、测量误差与测量不确定度的主要区别。6、测量不确定度的评定步骤及产生原因。二、重点与难点重点：1、理解和掌握绝对误差、相对误差、满度相对误差、准确度等级、系统误差、随机误差和巨大误差的定义、特点、性质以及消除措施，微小误差准则。2、等精度测量、贝塞尔公式及应用。3、测量不确定度的分类及评定方法。难点：1、方差与标准差、权、加权平均值。2、常用函数的合成误差推导与应用。3、最佳测量条件的确定与测量方案的设计。4、不确定度的 A 类评定和 B 类评定。三、习题答案题 2.1 解、2.2 解、2.3 解、2.4 解、2.5 解、2.6 解 、2.7 解、2.8 解、2.9 解：参阅本章相关内容。题 2.10 解： VAX05.)(9.45C0%1./rA5X .0/./|mMr电压表应定为 0.5 级|题 2.11 解：用（1）表时， VUSVmm75.01%5.0示值范围为 10±0.75V。用（2）表时， 3.2示值范围为 10±0.375V可见选择 2.5 级的电压表比选择 0.5 级的电压表测量误差小，所以要合理地选择仪器仪表的量程及准确度等级，不能单纯追求仪器仪表的级别。题 2.12 解：绝对误差为51090A相对误差为%50r分贝误差为 dBLdBrLdBrgg 46.0)5.1(20)1(2题 2.13 解：数学期望KHzffMix82.108)(标准偏差zzffixix 05.47.018)(82题 2.14 解、题 2.15 解：参照本章例题进行计算题 2.16 解：=±（3×2.5%+2×1.5%）=± 10.5%BnAmrX题 2.17 解：tRUWr2=±（2×1%-0.5%+1.5% ）=±3%题 2.18 解、2.19 解：按第 2 章中 2.8.2 常用函数的合成误差章节中的公式（2.8.17）和（2.8.18）求出。题 2.20 解：可采用多次测量的方法，设测量次数为 n|按公式 求出，将数据代入公式得nX)(81.7)(2n采用 8 次测量较为合理。第 3 章 测量用信号发生器学习辅导内容信号发生器是一种电信号源，波形为正弦波（或其他波形） ，其频率、幅度和调制特性均在规定限度内设置在固定或可变值上。信号发生器是最基本、使用最广泛的电子测量仪器，它广泛应用于电子技术工程、通信工程、自动控制、仪器仪表及计算机技术等领域内。几乎所有的电参量在电子测量技术应用中都需要借助信号发生器进行测量。一、本章需要掌握的内容1、信号发生器的功能、分类及工作特性（1）信号发生器按频段、性能、调制类型、频率调节方式、产生频率的方法等五种方法划分。（2）信号发生器共有 16 种主要工作特性。2、函数信号发生器工作原理函数信号发生器能产生多种特定时间函数波形（如正弦波、方波、三角波及锯齿波等） ，为测量工作提供多种测试信号源。（1）结合图 3.3.1、图 3.3.3，详细阐述典型函数信号发生器的工作原理，并说明图中的每一个元器件的作用。（2）结合图 3.3.4、 图 3.3.5、图 3.3.6 、图 3.3.7、图 3.3.10，详细分析函数信号发生器中的几个典型电路的工作原理，并说明每个元器件的作用。 3、DDS 数字式频率合成信号发生器的工作原理（1）DDS 的基本结构和性能分析（2）DDS 的输出频率特性（3）DDS 的特点（4）DDS 芯片的应用，重点介绍 AD9852 芯片（5）结合图 3.5.4 分析由 AD9852 芯片组成的波形产生电路工作过程。二、重点与难点重点：1、信号发生器的分类及工作特性2、重点学习和掌握函数信号发生器及 DDS 信号发生器的基本结构和工作原理难点：要求重点介绍和分析 DDS 信号发生器的工作原理三、习题答案 题 3.1 解3.7 解：参阅本章相关内容。第 4 章 模拟测量方法学习辅导内容从信号的特征讲，分为模拟信号和数字信号。模拟信号是其幅度随时间作连续变化的信号。无论是何种电参数，只要它属于模拟范畴，就要采用模拟测量方法进行测量。或者|不完全属于模拟量，只要采取某种技术措施和手段将其变换成模拟量，就可以采用模拟测量方法进行测量。其前提是在变换过程中尽可能减小误差，即使产生误差也不能降低测量精度。模拟测量方法有多种，不管使用何种模拟测量方法进行测量，被测量必须是模拟信号。一、本章需要掌握的内容1、实现测量模拟电压有三种检波器，即平均值检波器，有效值检波器和峰值检波器。要求能熟练的分析其工作原理和特点。2、能画出三种检波器的电路原理图，并说明每个元器件的作用。图 4.2.5 图 4.2.12 图 4.2.193、结合图 4.2.7 图 4.2.16 图 4.2.20 能详细地分析平均值电压表、有效值电压表及峰值电压表的工作原理，说明每一个元器件的作用，并能描绘出工作过程的波形。图 4.2.7 图 4.2.16 图 4.2.204、分析脉冲电压测量工作原理，并掌握其注意事项。5、分析噪声电压、器件和放大器噪声的测量工作原理。6、理解分贝、失真度的概念，分析分贝值、失真度的测量工作原理。7、熟练阐述功率、Q 值的测量工作原理。二、重点与难点重点：1、理解波形系数 ，波峰系数 的定义与作用。FKP2、单片集成电路有效值检波器 AD536A 的内部结构和功能。3、对三种检波器的误差能进行全面系统的分析和了解。4、掌握各种陷波器的工作原理及其应用。难点：1、能利用各种波形的波形系数 与波峰系数 换算出各种波形的平均值、有效值和FKP峰值。2、结合图 4.7.5 能详细分析和阐述阻抗测量电路的工作原理，并说明每一个元器件的作用。三、习题解答题 4.1 解： V5%,20题 4.2 解： 利用波形系数 和波峰系数 进行换算。（ 平 均 值 ）有 效 值 ）UKrmsxF('有 效 值 ）（ 峰 值 ）('rmsxPUK正弦波的读数即为有效值 1V，平均值 VFrsx9.01.'峰值 KrmsxP42' 用平均值电压表测量各种波形，根据“示值相等平均值也相等”的原则，方波和三角波的平均值也为 0.9V。|方波的有效值 VUrmsx901.1' 方波的峰值 P90三角波的有效值 rmsx 036.1.15.' 三角波的峰值 VUP790367.题 4.3 解：（1）峰值表的读数峰值表为正弦波有效值刻度时，其读数 ，三种波形的 均为 10V，故PaKU/PU它们在峰值表上的读数均为 10/ =7.07V.U2(2)均值表的读数均值表为正弦波有效值刻度时，其读数 。 。1.2,F对正弦波 ，故读数 。' /FPFrmsxKUP VKUP70.对方波 ，故读数 。V10F1.1对三角波 ，故读数 。73.5PFK56.73.0a（3）有效值电压表的读数该表测试任何波形电压都可以直读有效值。对正弦波， ， 故读数 。PrmsxU/'Va0.2/1对方波 ， 故读数 。VKrs10' U对三角波 ， 故读数 V。Prmsx 78.53./' 78.5a题 4.4（练习题）5.6 格题 4.5 解：根据电压表的刻度特性，可以确定其检波方式，举例如下：（1）用方波作为测试信号，以知方波的 用被检电压表测量这个0UP|电压。若读数 ， 则该表为峰值表。U007.2/U若读数 ， 则该表为均值表。01.若读数 ，则该表为有效值表。0（2）分别取峰值相等的一个正弦电压和一个方波电压，设为 ，用被测电压表分别PU测量这两个电压，其读数分别为 。可能有下列几种情况：方和 U若 或 ，则该表为峰值表。因为被测电压峰值相同，只有峰方U方值响应的电压表才能指示相同。若 ，则该表为均值表。因为正弦电压的平均方方 或 U637.0637.0值 ，而方波的 ，已知两个峰值相等。Pa.P同理，若为有效值表，公式 成立。方70.题 4.6 解 ： 相同。因为峰值电压表的读数 。/PKU题 4.7 解：应选用均值表因为峰值电压表对被测信号波形的谐波失真所引起的波形误差非常敏感，而均值表的波形误差与峰值表相比要小得多。题 4.8 解、4.9 解、4.10 解、4.11 解、4.12 解、4.13 解：参阅本章相关内容。四、参考资料1、电路分析 2、模拟电路 3、高频电路第五章 数字测量方法学习辅导内容|数字量是信号幅度随时间做离散型变化的物理量。目前，电子测量仪器正向量程扩大化、集成化、模块化、智能化、虚拟化、网络化、数字化、跨专业多功能化趋势发展。而这些发展趋势的核心是数字化。因此必须学习和掌握数字化测量方法。无论高档还是低档仪器，数字化越来越普及。随着微电子技术的发展，数字电路的成本越来越低。随着各类仪器装上了 CPU，数字化仪器比模拟仪器的功能更强，精度更高，应用更方便灵活。在实际测试工作中，能用数字测量方法就不用模拟测量方法。仪器的发展趋势可归纳成一个简单的公式：“仪器=AD/DA+CPU+软件” ，A/D 芯片将模拟信号变成数字信号，再经过软件处理变换后由 D/A输出。A/D 芯片是数字化测量的核心器件，需要掌握的内容是 A/D 转换器的基本工作原理、检测方法及应用领域等。一、本章需要掌握的内容1、结合图 5.1.1 分析数字式仪器的综合结构及直流 DVM 的组成。图 5.1.12、了解和掌握 DVM 的特点3、了解和掌握 DVM 的主要类型，结合图 5.1.5 能阐述逐次比较式 DVM 的电路组成和工作原理。图 5.1.5结合图 5.1.7 能阐述双斜积分式 DVM 的电路组成和工作原理。图 5.1.74、结合图 5.1.10，5.1.11 能分析和阐述 U-F 转换器的工作原理，并说明每一个元器件的作用。图 5.1.10图 5.1.115、掌握 DVM 的测量误差内容，并能根据公式（5.1.10）计算习题。6、 结合图 5.2.1 能分析和阐述直流数字电压表的组成和工作原理。图 5.2.17、 结合图 5.3.2 掌握多用型数字电压表的组成图 5.3.28、 分析和掌握 AC-DC 转换器，R-U 转换器，I-U 转换器的组成和工作原理。|9、 结合图 5.4.2，图 5.4.3 掌握电子计数式频率计的工作原理，并能详细分析工作原理。图 5.4.2图 5.4.310、详细分析在测频时所产生的测量误差，其中包括：（1）量化误差±1 误差（2）标准频率误差11、全面系统地掌握通用计数器的主要测试功能，结合图 5.5.1、图 5.5.3、 图 5.5.5、 图 5.5.7 、图 5.5.8 、图 5.5.10、图 5.5.11、 图 5.5.12、图 5.5.13，分析频率测量、周期测量、时间测量、频率比的测量、脉冲计数、自校等的工作原理。12、结合图 5.7.2、图 5.7.3 详细分析典型频率计数器的工作原理。13、结合图 5.8.1、图 5.8.2、图 5.8.3 详细分析频率/功率计的工作原理。14、了解和掌握测量时间、相位的工作原理，并能详细分析其测量误差，分析和阐述图 5.9.3 的工作原理，并说明每一个元器件的作用。图 5.9.3二、重点与难点重点：1、掌握 U-T 和 U-F 两种积分型 DVM 的组成和工作原理。图 5.1.7图 5.1.92、了解和掌握 A/D 芯片的种类、特点、功能及应用。3、了解和掌握频率测量的基本工作原理及通用计数器的主要测试功能。4、了解和掌握频率/功率计和相位测量的基本工作原理。难点：精密全波检波器电路的组成和工作原理，并能描绘检波器的波形及特性曲线。三、习题答案题 5.1 解，题 5.2 解，题 5.3 解：参阅本章相关内容。|题 5.4 解：（1）4 位；（2） 位；（3） 位（也可以说 4 位） ；（4） 位，其中144213第二种的最小量程为 0.2V，它的分辨率是 10V 。题 5.5 解：已知 =0.003%，=0.002%，故测量的示值相对误差为%07.49876.012%03.%xmUr讨论：从以上计算可知，相对误差 r 随 而变，当 时，r 最小。xmxU题 5.6 解：参照第 145 页的例 5.1.1，按公式（5.1.10）计算求出。题 5.7 解、题 5.8 解： 参阅本章相关内容。题 5.9 解：当用计数器测频时，由±1 误差产生的相对误差 N/N=1/T· xf 761025NST时 ，T=0.1S 时， 66.05610251.1NmST时 ，题 5.10 解：由于计数器内部频标正确度（1×10 ）优于被测晶振二个数量级，不9需要考虑内部频标误差，可认为主要取决于±1 误差，则要求710xfT可得 T=1S，即闸门时间应1S 秒。由于计数器的误差中总包含标准频率误差 这一误差项，其总误差不可能|/|cf低于其标准频率误差。故该计数器不能将晶体校准到 。910题 5.11 解：被测频率 均是 100000。Xf题 5.12 解：参阅本章相关内容