现代测量技术指导书——学生

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1、现代测量技术实验指导书天津理工大学光电系信息与通信工程实验中心实验一 测量数据的分析与处理1. 试验目的：1) 通过本实验要求掌握模拟万用表和数字万用表的使用方法。2) 通过本实验要求掌握如何处理实验数据，如何正确表示试验结果。2. 实验内容：1) 分别用模拟万用表和数字万用表测量标值为 K 的系列电阻 10 个，并将测量结果记录在下表中：单位：K欧测量次数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10模拟万用表数字万用表误差（）2) 分别用模拟万用表和数字万用表测量标值为 5K 的电阻 1 个，测量 10次，并将测量结果记录在下表中，并计算出两次测量结果的误差。单位：K欧测量次数 1 2 3 4

2、 5 6 7 8 9 10模拟万用表数字万用表误差（）3) 使用数字万用表测标称值为 5K 的电阻，测量 10 次，测量结果记录在下表中，根据第四项“数据处理要求”进行处理，并写出处理步骤。单位：K欧测量次数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10阻值（K 欧姆）3. 使用仪器：MF10 指针式万用表；VC903.5 数字式万用表；4. 数据处理要求：1) 求平均值；2) 求标准偏差的估计；3) 剔除粗大误差（采用格拉布斯准则） ；4) 设测量系差为 1%，正确表示测量结果。5. 讨论：如何提高电阻测量的正确度？实验二 示波器测量技术1. 实验目的：1) 通过实验进一步掌握示波器的原理。2)

3、 通过实验进一步熟练示波器的操作。3) 通过实验掌握使用示波器测量多种波形主要参数的方法。2. 实验步骤：1) 自校：用示波器观测示波器自身输出的校准信号，检查示波器的工作是否正常，并记录校准信号的频率、幅度、描绘出校准信号的波形。2) 用示波器测量函数发生器输出的 1K 和 5K 的正弦波，描绘出波形并标明横轴和纵轴的单位。3) 用示波器测量函数发生器输出频率为 5K 方波的幅度及周期，描绘出图形，并标明脉冲的宽度。4) 用示波器测量函数发生器输出频率为 2K 三角波的波形，描绘出所观察到的波形，并标明频率、幅度、上升及下降时间。5) 用示波器同时观测函数发生器输出的两个信号波形，验证示波器

4、的双踪功能。6) 应用“断续”和“交替”两种方式观测正弦波，以了解双踪示波器两种不同的时间分割方式。7) 用示波器观测李沙育图形。注意：在示波器上观察到的波形，应根据在荧光屏上的显示的实际情况描绘。如下图所示：V/divT/div3. 思考题：1) 示波器的面板上有哪些旋钮？各控制电路的哪一部分？试说明之。2) “电子测量”第 543 页，3-2 练习题？3) 试说明在双踪显示时，工作在“交替”方式和“断续”方式时的工作原理。 （比做）4. 示波器面板开关简述1) 显示方式开关：“交替”：A 和 B 通道处于“交替”工作状态。“CH1”：A 通道单独工作。“A+B”：A 和 B 通道同时工作，

5、可以显示两到输入信号的和或差。“CH2” B 通道单独工作。“断续”A 和 B 通道受电子开关的控制，促使两通道交换工作，从而实现二踪信号。2) Y 轴输入选择开关：“AC”：只耦合交流分量。“GND”参考的地电平。“DC”：观察到含有直流分量的信号。3) 触发耦合方式：“AUTO”：扫描处于自动方式。“常态”：使用 Y 轴的输入信号。“TV”：适用于电视信号的测试。“AC（H） ”：通过高通滤波器进行耦合。4) 灵敏度选择开关及其微调装置：当“微调”装置以顺时针方向转至满度时，即“校准”位置，可按黑色旋钮所指示的面板上的标称值读取被测信号的幅度值。5) 扫速开关（T/DV）：示波管屏幕上的光

6、点按 X 轴方向移动的速度是由扫速开关“D/TV ”所决定。当该开关上“微调”电位器，按顺时针方向转至满度，并接上开关后，即为“校准”位置，此时面板上所示的标称值可被直读为扫描速度值。实验三 电压测量的研究1. 实验目的：1) 掌握峰值电压表、均值电压表、有效值电压表测量电压的原理。2) 了解三值电压表对失真正弦波的读数误差2. 使用仪器1) ZN2170 三值电压表 一台；2) 20MHZ 双踪示波器 一台；3) 函数发生器 一台；4) 数字万用表 一台；3. 实验内容1) 了解 ZN2170 三值电压表的使用说明，掌握使用该电压表测量函数电压的步骤。ZN2170 三值电压表的部分指标：电压

7、范围（共分十二档）： 1MV300V；频率范围： 2HZ500KHZ；2) 用函数发生器分别输出 Vp-p=10V、F=5KHz 的正弦波、方波、三角波，并用示波器监测输出电压的波形和幅度，同时用三值电压表分别测量函数发生器输出的电压，并将观测的结果填在下表中：单位电压表 峰值表 均值表 有效值表读值 峰值 均值 有效值 读值 峰值 均值 有效值 读值 峰值 均值 有效值三角波 方波 正弦波 3) 用函数发生器分别输出 Vp-p=10V、F=10KHz 的正弦波、方波、三角波，并用示波器监测输出电压的波形和幅度，同时用三值电压表分别测量函数发生器输出的电压，并将观测的结果填在下表中：单位电压表

8、 峰值表 均值表 有效值表读值 峰值 均值 有效值 读值 峰值 均值 有效值 读值 峰值 均值 有效值三角波 方波 正弦波 4) 根据所学的电压表知识，当已知正弦波、方波、三角波、半波整流正弦波、全波整流正弦波的峰值电压为 5V 时，求峰值电压表、均值电压表、有效值电压表的读数是多少，填在下表中：电压表 峰值表 均值表 有效值表峰值 读数 峰值 读数 峰值 读数三角波 5V 5V 5V 方波 5V 5V 5V 正弦波 5V 5V 5V 半波整流正弦波 5V 5V 5V 全波整流正弦波 5V 5V 5V 4. ZN2170 三值电压表方框图如下输入衰减器 输入回路 分压器放大器倒相放大器桥整流放

9、大器有效值电路峰值电路平均值电路实验四 相 位 的 测 量相位的测量实际上是相位差的测量。因为正弦信号 Um=sin(t +) 的相位(t +) 是随时间变化的，测量绝对的相位是没有意义的。具有实际意义的相位测量是指两个同频率的正弦信号间的相位差。 1. 实验目的1) 学会用两种方法测量相位差。 2) 进一步掌握双踪示波器的使用方法。2. 实验原理 相位差的测量方法很多，用示波器测量相位差准确度较低但比较方便。 （一）双踪示波法测量相位差 利用示波器多波形显示的特点，是测量相位差的最直观、最简便的方法，而且对所有频率信号都能进行测量，尤其适合测量电路内部的固有相移。 测量方法是：利用双踪示波器

10、，将两个信号 u1(t),u2(t)分别送到示波器的两个 Y 通道，示波器置于双踪显示方式。调节有关旋钮，使荧光屏上显示大小适当的稳定波形。注意：两正弦波形上下部分一定要相对同一个水平轴线对称，如图所示：（为方便起见，常常调整 Y 轴灵敏度，使两波形幅度相等）。 荧光屏上测出一个波长的长度（对应 3600相位角）X T，两波形对应的起点间隔的长度 X（对应相位差 ），显然 3600 - - - - - - （1） 从波形图上可以判断信号 u1（t）超前信号 u2(t),或者信号 u2（t）滞后信号 u1(t)。 （二）里萨如图法测量相位差 里萨如图形法虽然比双踪示波法复杂，但测量相位较为精确。

11、 测量方法是：将两个信号分别接到示波器的水平通道和垂直通道，示波器采用 XY 工作方式。则荧光屏上一般会出现椭圆（特殊情况出现圆或直线），如图所示。其中 Uy(t)=UymSin(t+) Ux(t)=UxmSint 从图中可以看出：t=0 时， Uyo=UymSin, 若示波器 Y 轴灵敏度为 Sy，则荧光屏上对应的波形高度 Ym=Uym/Sy Yo=Uyo/Sy=UymSin/Sy Sin=Uyo/Uym=Yo/Ym =arcsin(2Yo/2Ym) - - - - - - （2）式中 Xo,Yo 为椭圆与 X，Y 轴相截距离。Xm,Ym 为荧光屏上光点在 X 方向和Y 方向的最大偏转距离。

12、 3、实验仪器 函数信号发生器，双踪示波器，电阻 R、电容 C（或 RC 电路板） 4、实验步骤 （一）、双踪示波法测量相位差： 、函数信号发生器分别输出 500Hz，1KHz，2KHz 正弦信号作为 ui,加在RC 电路的输入端，同时送入双踪示波器垂直输入端口 CH1； 、RC 电路的输出电压 uc 送至输入端口 CH2； 、仔细调整两波形的幅度使其相等、上下位置均关于 X 轴对称； 、测量 X，XT； 、求相位差，并确定超前或滞后关系。 （二）、里萨如图形法测量相位差： 、将示波器工作状态改变为 XY 状态；、调整垂直灵敏度，获得适当大小的椭圆； 、仔细调整椭圆的位置，使其关于X、Y 轴对称 、测量 Yo、Ym 计算相位差。 两种方法测量结果如果误差较大，应分析原因重做。 五、实验记录 实验仪器名称、型号、仪器编号，实验电路，接线图，波形图（按示波器显示波形连同坐标一同绘录）、自拟表格记录实验数据，计算公式及结果。 六、分析讨论 1、分析比较两种方法操作上的异同，优缺点。 2、实验过程出现过什么错误，有何经验教训。