{电子公司企业管理}电子测量技术基础第1章2

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1、电子测量技术基础第一章,1,上节回顾,测量的基本概念 测量的意义、定义、基本要素 计量的基本概念 计量的定义和意义、单位和单位制、基准和标准、测量基准的权威性和相对性、测量标准的传递 测量信息的获取原理 信息的概念、信息的感知、信息的识别,2,主要内容,电子测量的内容 电能量、电信号特性、电路元件参数和电子设备性能的测量 电子测量的特点 测量频率范围宽、量程宽、准确度高低相差悬殊、测量速度快、可遥测、易于实现测试智能化、影响因素多、误差处理复杂 电子测量的一般方法 按测量手续分类；按测量方式分类；按被测量的性质分类；测量方法 电子测量仪器概述 电子测量仪器的功能；测量仪器的主要性能指标；测量仪

2、器的分类,3,1.4 电子测量的内容和特点,1.4.1 电子测量的意义 20世纪30年代，便开始了测量科学与电子科学的结合，产生了电子测量技术 具有极快的速度 具有极精细的分辨能力，很宽的作用范围。 极有利于信息传递 极为灵活的变换技术。 巨大的信息处理能力 处理信息最有效、最成功的是电子科学技术,4,5,1.4.2 电子测量的内容 (1) 电子测量的定义 电子测量是指以电子科技理论为依据，以电子测量仪器和设备为工具，对电量和非电量进行的测量。 从狭义上讲，电子测量则是利用电子技术对电子学中有关的电量所进行的测量。 (2) 电量测量 电路元件参数测量 包括电阻、电感、电容、阻抗、品质因数、电子

3、器件参数等的测量。,3大类基础元件的参数：电阻器、电容器、电 感器的有关参数。 1.电阻器参数 标称阻值：电阻器设计所确定的，通常在电阻器上标出的电阻值。 额定电压：用标称阻值与额定功耗乘积的平方根计算出的直流或交流有效值电压。 临界阻值：额定电压等于元件极限电压时的阻值。 元件极限电压：可以连续地施加在电阻器两个引出端上的最大直流或交流有效值电压。 额定功耗：在70环境温度下，进行70耐久试验，并且不超过该试验的允许阻值变化的最大允许功耗。 电阻器的温度特性：可表示为电阻温度特性或电阻温度系数。,6,2.电容器参数 标称电容量：电容器设计所确定的、通常在电容器上所标出的电容量值。 类别温度范

4、围：电容器设计所确定的能连续工作的环境温度范围，该范围取决于电容器相应类别的温度极值。 额定温度：可以连续施加额定电压的最高环境温度。 时间常数：绝缘电阻和电容量的乘积，通常以秒表示。 损耗角正切：在规定频率的正弦电压下，电容器的损耗功率除以电容器的无功功率。 电容器的温度特性：是在类别温度范围内给定一个温度范围所出现的电容量的最大可逆变化，通常是以20为基准温度的电容量与有关温度的电容量的百分比表示。,7,3.电感器参数 标称电感值：电感器设计所规定的，通常标志在电感器上的电感值。 Q值：在正弦波作用下，电感器在一周期内贮存能量与损耗能量之比。 直流电阻：应使用低直流电压，在尽量短的时间内通

5、电测量，以符合下式：R=U/I 类别温度范围：电感器设计所规定的能连续工作的环境温度范围，该范围取决于电感器的相应类别的温度极限值。 电感器的温度特性：电感器在给定的类别温度范围内出现的电感值最大可逆变化。通常以参考温度（20 ）的电感值与有关温度的电感值的百分比来表示。,8,9,1.4.2 电子测量的内容 (1) 电子测量的定义 电子测量是指以电子科技理论为依据，以电子测量仪器和设备为工具，对电量和非电量进行的测量。 从狭义上讲，电子测量则是利用电子技术对电子学中有关的电量所进行的测量。 (2) 电量测量 电路元件参数测量 包括电阻、电感、电容、阻抗、品质因数、电子器件参数等的测量。 电能量

6、测量 包括各种频率及波形下的电压、电流、功率、电场强度等的测量。,10,1.4.2 电子测量的内容(续) 电信号特征的测量 包括信号、频率、周期、时间、相位、调幅度、调频指数、失真度、噪音以及数字信号的逻辑状态等的测量。 电子设备性能的测量 包括增益、衰减、灵敏度、频率特性、通频带、噪声系数的测量。 频率、时间、电压、相位、阻抗,11,1.4.2 电子测量的内容(续) (3) 非电量测量,水污染,核工业,东风系列导弹,地震,1.4.2 电子测量的内容(续) (3) 非电量测量 各种敏感元件和传感装置将非电量如位移、速度、温度、压力、流量、物面高度、物质成分等变换成电信号，再利用电子测量设备进行

7、测量。,12,非电量测量在过程控制中的作用,1.4.2 电子测量的内容(续) (3) 非电量测量 各种敏感元件和传感装置将非电量如位移、速度、温度、压力、流量、物面高度、物质成分等变换成电信号，再利用电子测量设备进行测量。,13,非电量测量在过程控制中的作用,1.4.2 电子测量的内容(续) (3) 非电量测量 各种敏感元件和传感装置将非电量如位移、速度、温度、压力、流量、物面高度、物质成分等变换成电信号，再利用电子测量设备进行测量。,14,非电量测量在过程控制中的作用,1.4.2 电子测量的内容(续) (3) 非电量测量 各种敏感元件和传感装置将非电量如位移、速度、温度、压力、流量、物面高度

8、、物质成分等变换成电信号，再利用电子测量设备进行测量。,15,非电量测量在过程控制中的作用,1.4.2 电子测量的内容(续) (3) 非电量测量 各种敏感元件和传感装置将非电量如位移、速度、温度、压力、流量、物面高度、物质成分等变换成电信号，再利用电子测量设备进行测量。,16,非电量测量在过程控制中的作用,1.4.3 电子测量的特点 (1) 测量频率范围宽 被测信号的频率范围除测量直流外，测量交流信号的频率范围低至10-6Hz以下，高至THz(1THz=1012Hz) (2) 测量量程宽 地面上接收到的宇宙飞船自外空发来的信号功率，低到10-14W数量级，而远程雷达发射的脉冲功率，可高达土10

9、8W以上，两者之比为1：1022 (3) 测量准确度高低相差悬殊 用电子测量方法对频率和时间进行测量时，由于采用原子频标和原子秒作为基准，可以使测量准确度达到10-1310-14的数量级。 可惜除了频率和时间的测量准确度很高之外，其他参数的测量准确度相对都比较低。,17,18,19,20,日本神冈中微子探测器,21,法国瑞士边界的超大粒子加速器,22,法国瑞士边界的超大粒子加速器,1.4.3 电子测量的特点(续) (4) 测量速度快 因为电子测量是通过电子运动和电磁波传播进行工作 (5) 可以进行遥测 (6) 易于实现测试智能化和测试自动化 电子测试技术与计算机技术的紧密结合与相互促进，为测量

10、领域带来了极为美好的前景 (7) 影响因素众多，误差处理复杂 外部：环境温度、湿度、电源电压，外界电磁干扰等 内部：各元器件之间、测量与被测量装置之间无处无时不在的寄生电容、电感、电导等,23,1.5 电子测量的一般方法,1.5.1 按测量手续分类 (1)直接测量用已标定的仪器，直接地测量出某一待测未知量的量值。 (2)间接测量对与未知待测量y有确切函数关系的其他变量x(或n个变量)进行直接测量，然后再通过函数 ，计算出待测量y。 例如：P = UI,24,1.5.1 按测量手续分类(续) (3)组合测量当某项测量结果需用多个未知参数表达时，可通过改变测量条件进行多次测量，根据测量量与未知参数

11、间的函数关系列出方程组并求解，进而得到未知量。 一个典型的例子是电阻器电阻温度系数的测量。已知电阻器阻值Rt与温度t间 满足关系 如果 、R20未知，显然可在三个不同的温度下，分别测得 ，列出由三个方程构成的方程组并求解，进而得到只R20 、 。,25,1.5.2 按测量方式分类 (1)偏差式测量法 在测量过程中，用仪器仪表指针的位移(偏差)表示被测量大小的测量方法，称为偏差式测量法,26,1.5.2 按测量方式分类(续) (2)零位式测量法 零位式测量法又称作零示法或平衡式测量法。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。 典型例子惠

12、斯登电桥测量电阻(或电容、电感) 当PA的指针为0时，A、B两点点位相等，则有： I1 = Ix , I2 = I4; I1R1 = IxRx , I2R2 = I4R4 则：,27,1.5.2 按测量方式分类(续) (3)微差式测量法 偏差式测量法和零位式测量法相结合，构成微差式测量法。它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。 除作精密测量外，还广泛用于生产线控制参数的测量,28,1.5.3 按被测量的性质分类 (1) 频域测量 幅值和相位随频率的变化 正弦波点频法 正弦波扫频法 (2)时域测量技术 幅值随时间的变化 测试信号是脉冲、方波及阶跃信号 注：频域测量和时域

13、测量比较 频域测量和时域测量是测量线性系统性能的两种方法，是从两个不同的角度去观测同一个被测对象，其结果应该是一致的。 从理论上讲，时域函数的傅立叶变换就是频域函数，而频域函数的傅立叶逆变换也就是时域函数。,29,1.5.3 按被测量的性质分类(续) (3)随机测量技术 测量噪声信号和使用随机信号源。主要包括下述三个内容： 噪声信号统计特性的测量，如时域中的均值、均方根性，频域中的频谱密度函数、功率谱密度函数等； 将已知特性的噪声作激励源对被测系统进行统计性测量，研究被测系统的特性； 在背景噪声信号不可忽略时对信号、特别是微弱信号的精确测量。,30,1.5.3 按被测量的性质分类(续) (4)

14、数字测量技术 测量数字系统的功能和故障诊断。 对数字系统进行测量的基本方法是： 在输入端加激励信号，观察由此产生的输出响应，并与预期的正确结果进行比较，一致则表示系统正常；不一致则表示系统有故障。,31,LSI测试系统的简化框图,1.5.4 测量方法的选择原则 在选择测量方法时，要综合考虑下列主要因素： 被测量本身的特性； 所要求的测量准确度； 测量环境； 现有测量设备等 例 图示用电压表测量高内阻电路端电压的例子。图中虚线框内表示放大器输出端等效电路，Rv表示测量用电压表内阻。分别计算Rv=10M 和Rv=120k 时的相对误差？,32,1.5.4 测量方法的选择原则(续) 当用电压表内阻R

15、v=10M 时，电压为： 相对误差： 当用电压表内阻Rv=120k 时，电压为： 相对误差,33,1.6 电子测量仪器概述,1.6.1 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,34,1.6.1 测量仪器的功能(续) (1)变换功能 动圈式检流计：模拟式仪表最基本构成单元,35,36,1.6.1 测量仪器的功能(续) (1)变换功能 动圈式检流计：模拟式仪表最基本构成单元 传感器：非电物理量转换成电压、电流：如压力、位移、温度、湿度、亮度、颜色、物质成份等,36,37,1.6.1 测量仪器的功能(续) (1)变换功能

16、动圈式检流计：模拟式仪表最基本构成单元 传感器：非电物理量转换成电压、电流：如压力、位移、温度、湿度、亮度、颜色、物质成份等,37,38,1.6.1 测量仪器的功能(续) (1)变换功能 动圈式检流计：模拟式仪表最基本构成单元 传感器：非电物理量转换成电压、电流：如压力、位移、温度、湿度、亮度、颜色、物质成份等 变送器：随着测量技术的发展和需要，现在往往将传感器、放大电路及其他有关部分构成独立的单元电路，将被测量转换成模拟的或数字的标准电信号，送往测量和处理装置，这样的单元电路常称为变送器，它是现代测量系统中极为重要的组成部分。,38,39,1.6.1 测量仪器的功能(续) (2)传输功能 在遥测遥控等系统中，现场测量结果经变送器处理后，需经较长距离的传输才能送到测试终端和控制台。不管采用有线的还是无线的方式，传输过程中造成的信号失真和外界干扰等问题都会存在。,39,40,煤矿井下监控,41,RTU远程终端控制系统,42,1.6.1 测量仪器的功能(续) (3)显示功能