电子测量.ppt7

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1、第1章 绪 论 三、电子测量仪器的分类电子测量仪器的分类方法不一，如果按其功能，大致可分为下面几类。1 电平测量仪器它包括各种模拟式电压表，毫伏表，数字式电压表等。2电路参数测量仪器它包括各类电桥，Q表，R、L、C 测试仪，晶体管或集成电路参数测试仪，图示仪等。1/12第1章 绪 论 3频率、时间、相位测量仪器这主要有电子计数式频率计，数字式相位计，波长计等。4 波形测量仪器它主要指各类示波器。如通用示波器，多踪示波器，取样示波器，以及记忆和数字存储示波器等。5信号分析仪器它包括失真度仪，谐波分析仪，频谱分析仪等。2/12第1章 绪 论 6模拟电路特性测试仪器它包括扫频仪，噪声系数测试仪，网络

2、特性分析仪等。 7数字电路特性测试仪器它主要指逻辑分析仪。这类仪器内部多带有微处理器或通过接口总线与外部计算机相联，是数据域测量中不可 缺少的设备。8 测试用信号源它包括各类低频和高频信号发生器，脉冲信号发生器，函数发生器，扫频和噪声信号发生器等。3/12第一章作业：习题一 7、8、10第2章 测量误差和测量结果处理第2章 测量误差和测量结果处理本章主要内容 2.1 误 差 2.2 测量误差的来源2.3 误差的分类 2.4 随机误差分析2.5 系统误差分析 2.6 系统误差的合成2.7 测量数据的处理本章要点1、误差的概念与表示方法；2、随机误差、系统误差和粗大误差的特性和处理方法；3、测量数

3、据的处理方法。4/12第2章 测量误差和测量结果处理2.1 误 差（重点）一、误差1真值 A0一个物理量在一定条件下所呈现的客观大小或真实数值称作它的真值。要想得到真值，必须利用理想的量具或测量仪器进行无误差的测量。由此可推断，物理量的真值实际上是无法测得的。2指定值 As 由于绝对真值是不可知的，所以一般由国家设立各种尽可能维持不变的实物标准(或基准)，以法令的形式指定其所 体现的量值作为计量单位的指定值。 5/12第2章 测量误差和测量结果处理3实际值 A 实际测量中，不可能都直接与国家基准相比对，在每一级的比较中，都以上一级标准所体现的值当作准确无误的值，通常称为实际值，也叫作相对真值。

4、4 标称值 测量器具上标定的数值称为标称值。如标准砝码上标出的 l kg，标准电阻上标出的1，标准信号发生器度盘上标出的输出正弦波的频率100kHz等。由于制造和测量精度不够以及环境等因素的影响，标称值并不一定等于它的真值或实际值(用允许偏差表示)。6/12第2章 测量误差和测量结果处理5示值由测量器具指示的被测量量值称为测量器具的示值，也称测量器具的测得值或测量值，它包括数值和单位。一般地说，示值与测量仪表的读数有区别，读数是仪器刻度盘上直 接读到的数字。例如以l00分度表示50mA的电流表，当指针指在刻度盘上的50处时，读数是50，而值是25mA。6测量误差测量仪器仪表的测得值与被测量真值

5、之间的差异，称为测量误差。测量误差的存在具有必然性和普遍性，人们只能根据需要和可能，将其限制在一定范围内而不可能完全加以消除。7/12第2章 测量误差和测量结果处理7单次测量和多次测量单次测量是用测量仪器对待测量进行一次测量的过程。在测量精度要求不高的场合，可以只进行单次测量。单次测量不能反映测量结果的精密度，一般只能给出一个量的大致概念和规律。多次测量是用测量仪器对同一被测量进行多次重复测量的过程。依靠多次测量可以观察测量结果一致性的好坏即精密度。通常要求较高的精密测量都须进行多次测量，如仪表的比对校准等。8/12第2章 测量误差和测量结果处理8等精度测量和非等精度测量在保持测量条件不变的情

6、况下对同一被测量进行的多次测量过程称作等精度测量。这里所说的测量条件包括所有对测量结果产生影响的客观和主观因素如测量中使用的仪器、方法、测量环境，操作者的操作步骤和细心程度等。 如果在同一被测量的多次重复测量中，不是所有测量条件都维持不变(比如，改变了测量方法，或更换了测量仪器，或改变了联接方式，或测量环境发生了变化，或前后不是一个操作者，或同一操作者按不同的过程进行操作，或操作过程中由于疲劳等原因而影响了细心专致程度等)，这样的测量称为非等精度测量或不等精度测量。9/12第2章 测量误差和测量结果处理二、误差的表示方法1绝对误差绝对误差定义为(2.1-1) 式中x 为绝对误差，x为测得值，

7、A0为被测量真值。前面已提到，真值A0一般无法得到，所以用实际值A代替A0 ，因而绝对误差更有实际意义的定义是：(2.1-2)xxA0xxA10/12第2章 测量误差和测量结果处理对于绝对误差，应注意下面几个特点： 绝对误差是有单位的量； 绝对误差是有符号的量； 测得值与被测量实际值间的偏离程度和方向通过绝对误差来体现。 对于信号源、稳压电源等供给量仪器，绝对误差定义为：xxA (2.1-3)式中A为实际值，x 为供给量的指示值(标称值)。11/12第2章 测量误差和测量结果处理与绝对误差绝对值相等但符号相反的值称为修正值， 一般用符号 c 表示(2.1-4)利用修正值和仪器示值，可得到被测量

8、的实际值Axc (2.1-5)例如由某电流表测得的电流示值为0.83 mA，查该电流表检定证书，得知该电流表在0.8mA及其附近的修正值部为0.02mA，那么被测电流的实际值为：A0.83(0.02)0.81mA智能仪器可利用内部的微处理器，存贮和处理修正值，直接给出经过修正的实际值。cxAx12/12第2章 测量误差和测量结果处理2相对误差相对误差用来说明测量精度的高低，又可分为：（1）实际相对误差实际相对误差定义为(2.1- 6)（2）示值相对误差示值相对误差也叫标称相对误差，定义为 (2.1- 7)如果测量误差不大，可用示值相对误差rx代替实际误差 rA ，但若rA和 rx 相差较大，两

9、者应加以区别。1/11第2章 测量误差和测量结果处理（3）满度相对误差满度相对误差定义为仪器量程内最大绝对误差 与测量仪器满度值(量程上限值 ) 的百分比值 (2.1-8)满度相对误差也叫作满度误差和引用误差。由式(2.l-8)可以看出，通过满度误差实际上给出了仪表各量程内绝对误差的最大值： xmrm xm (2.1-9)我国电工仪表的准确度等级 S 就是按满度相对误差rm分级的，按 rm大小依次分成 0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5及5.0七级。如 S0.5 即 （也写成 rm0.5%）。2/11第2章 测量误差和测量结果处理例 某电压表 S1.5，试算出它在 0V100V量程

10、中的最大绝对误差。 解：在 0Vl00V 量程内上限值 xm100V，由式(2.l-9)，得到测量仪器在同一量程不同示值处的绝对误差实际上未必处处相等，在没有修正值可利用的情况下，只能按最坏情况处理，即认为仪器在同一量程各处的绝对误差是个常数且等于xm，人们把这种处理叫作误差的整量化。为了减小测量中的示值误差，在进行量程选择时应尽可能使示值能接近满度值(为什么？)，一般以示值不小于满度值的2/3为宜。3/11第2章 测量误差和测量结果处理例2 某1.0级电流表，满度值 xm100uA，求测量值分别为x1100uA，x280uA， x320uA 时的绝对误差和示值相对误差。解：由式(2.l-9)

11、得绝对误差(量程内绝对误差的最大值)绝对误差是不随测量值改变的(为什么？)。而测得值分别为100A、80A、20A时的示值相对误差各不相同，分别为：4/11第2章 测量误差和测量结果处理可见在同一量程内，测得值越小，示值相对误差越大。测量中所用仪表的准确度并不是测量结果的准确度，只有在示值与满度值相同时，二者才相等(仅考虑仪器误差)。否则测得值的准确度数值将低于仪表的准确度等级。(欧姆表在示值等于中值时准确度最高)5/11第2章 测量误差和测量结果处理例3 要测量100的温度，现有0.5级、测量范围为0300和1.0级、测量范围为0l00的两种温度计，试分析各自产生的示值相对误差。(重点)解：

12、对0.5级温度计，可能产生的最大绝对误差按照误差整量化原则，认为该量程内绝对误差，x1xm11.5 0C 因此示值相对误差6/11第2章 测量误差和测量结果处理用1.0级温度计产生的绝对误差和示值相对误差可见用1.0级低量程温度计测量所产生的示值相对误差反 而小一些，因此选1.0级温度计较为合适。 (为什么？)比较测量误差的方法：Sxm大的测量误差大在实际测量操作时，一般应先在大量程下，测得被测量的大致数值，而后选择合适的量程再行测量，以尽可能 减小相对误差。7/11第2章 测量误差和测量结果处理（4）分贝误差分贝误差是用对数形式表示的一种误差，单位为分贝(dB)。分贝误差广泛用于增益(衰减)

13、量的测量中。下面以电压增益测量为例，引出分贝误差的表示形式。设双口网络输入、输出电压的测得值分别为Ui和Uo，则电压增益Au的测得值为 (2.1- 10)用对数表示为Gx20 lgAu（d B） (2.1-11)Gx 称为增益测得值的分贝值。8/11第2章 测量误差和测量结果处理设A为电压增益实际值，其分贝值G20lgA，由式(2.1-2)xxA )及(2.1-11)，有(2.1- 12)(2.1- 13)9/11第2章 测量误差和测量结果处理由此得到(2.1-15)(2.1-14)式中 与增益的相对误差有关，可看成相对误差的对数表现形式，称之为分贝误差。若令 ，并设 ，则式(2.1-15)可

14、写成(2.1-16)上式即为分贝误差的一般定义式。若测量的是功率增益，分贝误差定义为：(2.1-17)10/11第2章 测量误差和测量结果处理当 rx值很小时，因为 ，（ 很小时）所以：r dB8.69 rx( dB) (电压、电流类增益) (2.1-18)rdB4.34 rx( dB) (功率类增益) (2.1-19)如果在测量中，使用的仪器是用分贝作单位，则分贝误差直接按xxA 来计算。例如某衰减器标称值为20dB，经检定为20.5dB，则其分贝误差为x2020.50.5dB 11/11第2章 测量误差和测量结果处理三、容许误差容许误差是指测量仪器在规定使用条件下可能产生的最大误差范围。容许误差有时就称作仪器误差，它是恒量电子测量仪器质量的最重要的指标。我国部颁标准Sj943-82电子测量仪器误差的一般规定中规定：用工作误差、固有误差、影响误差和稳定误差等四项指标来描述电子测量仪器的容许误差。测量仪器各项误差指标在容许误差范围之内的，视为合格，否则就不能算做合格的仪器。仪器的容许误差的表示方法可以用绝对误差，也可用相对误差。1/11第2章 测量误差和测量结果处理1. 工作误差工作误差是在额定工作条件下仪器误差的极限值，即仪器误差的最大极限值。这种表示方法的优点是，对使用者非常方 便，可以利用工作误差直