天津开发区职业技术学院电子信息系

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1、第1章,第1章 手机通用测试仪器,1.1 电子测量与仪器概述 1.2 数字电压表 1.3 电子示波器 1.4 频谱分析仪 ,内容提要：,第1章,1.1电子测量与仪器概述,111测 量 的定义 定义：测量是为确定被测对象的量值而进行的实验过程。在这个过程中，人们借助专门的设备（如电子电压表、信号发生器、电子示波器等），把被测量与标准的同类单位量进行比较，从而确定被测量与单位量之间的数值关系，最后用数值和单位共同表示测量结果。如 220V、5A、50Hz等 测量的实质：就是将被测量与标准量在测量设备 上进行比较，得到被测量量值的过程。 测量的意义：没有测量就没有科学。,第1章,电子测量： 定义：电

2、子测量是测量学的一个重要分支。 从广义上，凡是利用电子技术进行的测量都可以说是电子测量。 从狭义上来说，电子测量是指在电子学中对有关电的量值的测量。,第1章,112测量的分类 1、按测量性质分类 时域测量：也叫瞬态测量，测量与时间有函数关 系的量。 频域测量：也叫稳态测量，测量与频率有函数关系的量。 数据域测量：也叫逻辑量测量，对数字逻辑量进行测量。即测量数字量或电路的 逻辑状态随时间变化而变化的特性。 随机测量：也叫统计测量，主要是指对各种噪声、干扰信号等随机量的测量。 此外，还有调制域测量，主要测量被测信号频率随时间变化而变化的特性。,第1章,2、按测量手段分类 直接测量：可以直接得到被测

3、量的量值的测量。 间接测量：对一个与被测量有确切函数关系的物理量进行直接测量，然后通过代表该函数关系的公式、曲线或表格，求出被测量值的方法如测量电阻上消耗的功率 ，用P=UI。,第1章,组合测量：在某些测量中，被测量与多个未知量有关，测量一次无法得出完整的结果，则可改变测量条件进行多次测量，然后按照被测量与未知量之间的函数关系，组成联立方程，最后求解，得出各未知量。 例如：测量有源二端网络内阻R0需采用组合测量法。,第1章,113电子测量技术的特点,测量速度快 测量频率范围极宽、测试动态范围广 电子测量准确度高 易于实现遥测 易于实现测量过程的自动化和测量仪器的智能化,第1章,1.1.4 电子

4、测量的内容,1. 电子测量的内容 电能量的测量，如测量电流、电压、功率等。 电子元件和电路参数的测量，如测量电阻、电容、电感、品质因数以及电子器件的参数等。 电信号的特性和质量的测量，如测量信号的波形、频谱、调制度、失真度、信噪比等。,第1章,电子电路性能的测量，如测量滤波器的截止频率和衰减特性，放大电路的增益和通频带等。 特性曲线显示与测量，如测量放大器幅频特性曲线与相频特性曲线等。基本电参数：电压、频率、时间、阻抗等 非电量的测量自动检测技术介绍,第1章,2. 电子测量仪器：利用电子技术测量电或非电量的测量仪器。 分类：一般可分为专用仪器和通用仪器两大类。 专用仪器：指为某一个或几个专门目

5、的而设计的电子测量仪器，如电视彩色信号发生器。 通用仪器：指为测量某一个或几个电参数而设计的电子测量仪器，能用于多种电子测量，如电子示波器。,第1章,1.1.5 测量误差及其表示法,1. 测量误差的来源一般的测量过程都是条件受限的测量，必然存在不同程度的误差。测量误差的主要来源有以下几个方面： （1） 仪器误差。 （2） 方法误差。 （3） 人身误差。 （4） 环境误差。,第1章,2. 绝对误差与修正值 绝对误差及其表示法 定义:测量结果与被测量的真值的差值。设测量值为x，被测量真值为A0，则绝对误差x可表示为 表达式： x=x - A0 实际值A通常为高一等级标准器具的示值，也可以是多次测量

6、的最佳估值。这时误差可表示为 x =x - A ,第1章,修正值及其含义 定义：与绝对误差大小相等，但符号相反的量值称为修正值。表达式： C=-x =A - x因而有 A= C+ x 意义：如果测量误差是统计独立且不随时间变化的，则可以用高一等级标准检定出来，在实际测量时对测量结果加以修正。,第1章,例如，某直流电压表的量程为10V，技术说明书中给出其修正值为0.2V。当用其测量一电压时，读数为4.9V，则被测电压的实际值为A=4.9+0.2=5.1V。 结论：修正值通常由上一级标准检定或由生产厂家给出，利用测量值与已知修正值相加，就可得到被测量的实际值,可以对测量结果加以修正。 x其大小和符

7、号表示了示值偏离真值的程度和方向，但不能说明测量的准确程度。故引入相对误差。,第1章,3.相对误差及其表示法 相对误差有以下几种： 实际相对误差 定义：绝对误差X与被测量的实际值A的百分比，即 表达式： ,第1章,示值相对误差 定义：又称标称相对误差。它是用绝对误差X与仪器的测量值X的百分比值表示的，即 表达式: ,第1章,满度相对误差 也叫引用相对误差。定义为绝对误差与测量仪器满度值的百分比： 表达式： 式中m为满度相对误差，X为绝对误差，Xm为仪器的满度值。,第1章,3.仪表准确度等级,定义：式中 S仪表等级，max最大满度相对误差 常用电工仪表按max大小分为0.1，0.2, 0.5,

8、1.0, 1.5, 2.5, 5.0共七个等级。仪表等级越大，满度相对误差越大，则测量的准确度就越低。,第1章,当仪表等级s一定时，最大满度相对误差也确定，满度相对误差实际上给出了仪表各量程内绝对误差的最大值。其中测量仪器在同一量程不同示值处的绝对误差不可能处处相等，所以满度误差实际上是一种相对允许误差。一般测量中,第1章,4.仪表选择的一般原则,量程选择结论：示值x越接近满刻度值，示值相对误差值值越小，测量准确度越高；而示值越小，示值相对误差越大，测量准确度越低。只有当示值与满刻度值相等时，示值误差才等于满度误差的最大值。,第1章,在进行量程选择时，应尽可能使示值能接近满刻度值，一般示值以不

9、小于满刻度的2/3为宜。 仪表等级选择 为了获得较高的测量准确度，仪表等级数是否越小越好呢？ 例题：要测一个10V左右的电压，现有两块电压表，其中一块量程为150V、1.5级，另一块量程为15V、2.5级，问选用哪块电压表合适？,第1章,解： 对于150V、1.5级电压表对于15V、2.5级电压表从结果可以看出，用15V、2.5级的电压表测量较为合适。,第1章,结论：在进行仪表选择时，我们应注意，同样量程的仪表，仪表等级数越小，测量越准确；而对于不同量程、不同等级的仪表，我们应该根据被测量的大小，兼顾仪表级别和量程上限，合理选择仪表。,第1章,1.1.6测量误差的估计和处理,1. 系统误差的判

10、断和处理 系统误差的定义和产生原因 定义：.在相同条件下，多次测量同一量时，误差的绝对值和符号保持恒定或遵循一定规律变化的误差。 产生原因：主要原因是仪器的制造、安装或使用方法不正确，环境因素及理论误差.,第1章,如： (1) 测量仪器的局限性。 (2) 测量时环境条件(如温度、湿度及电源电压)与仪器使用要求不一致。 (3) 采用近似的测量方法或近似的计算公式。 (4) 测量人员读取仪器示值的偏差。,第1章,系统误差的特点 （）恒定不变或是确定的函数值。 （）多次测量不能消除或减小。 （）具有可控制性或修正性。分类：下图描述了几种不同系统误差的变化规律：直线a属于恒定系差；直线b属于变值系差中

11、的累进性系差，而且是误差递增的； 直线c表示周期性系差，在整个测量过程中，系差值成周期性变化； 曲线d属于按复杂规律变化的系差。,第1章,图 系统误差特征,第1章,系统误差的判断 （）理论分析法。 （）校准和对比法。 （）改变测量条件法。 （）剩余误差观察法。 （）公式判断法。 马利科夫判据：检验累进性系统误差的存在。 阿贝赫梅特判据：检验周期性系差的存在。,第1章,系统误差的处理 （）消除系统误差产生的根源。最好、最根本的方法 （）采用典型测量技术消除系差，如零示法、微差法、代替法和交换法等。,第1章,2. 随机误差的估计和处理 随机误差的定义和产生原因 定义：等精度测量同一量时，误差的绝对

12、值和符号均以不可预见的方式、无规则变化的误差称为随机误差。 随机误差是不可预测和不可避免的，随机误差是许多因素造成的很多微小误差的总和。,第1章,产生随机误差的主要原因有： (1) 测量仪器元器件产生噪声，零部件配合不良等。 (2) 温度及电源电压的无规则运动，电磁干扰等。 (3) 测量人员感觉器官的无规律变化产生的读数偏差。 ,第1章,随机误差的特点 1）对称性：在多次测量中，绝对值相等的正误差与负误差出现的概率相同。 ）有界性：测量次数一定时，误差的绝对值不会超过一定的界限。 ）抵偿性：进行等精度测量时，随机误差的算术平均值的误差随着测量次数的增加而趋近于零。 ）单峰性：在多次测量中，绝对

13、值小的误差出现的次数比绝对值大的误差出现的次数多。,第1章,随机误差分散程度的计算随机误差的这些特性表明其服从统计规律，用数理统计的方法来表征，其服从正态分布，如图2.6和图2.7所示。图 测量值xi的正态分布曲线 图 误差i的正态分布曲线 ,第1章,算术平均值：说明了测量值的总体平均大小。,计算公式为方差和标准差：说明测量数据的分散程度。标准差是将方差开方，取正平方根。 贝塞尔公式 (标准差的估计值 ) 定义：当n为有限次时，可以用剩余误差来计算标准差的估计值 。,第1章,剩余误差（或称残差）：各次测量值与算术平均值之差，公式为：贝塞尔公式表达式：,第1章,意义：标准偏差是代表测量数据和测量

14、误差分布离散程度的特征数。标准偏差越小，则曲线形状越尖锐，说明数据越集中；标准偏差越大，则曲线形状越平坦，说明数据越分散。,第1章,随机误差的处理原则,理论上当测量次数n趋于无限大时，随机误差趋于零；多次测量值的算术平均值很接近被测量真值，因此只要我们选择合适的测量次数，使测量精度满足要求，就可将算术平均值作为最后的测量结果。,第1章,3粗大误差的判断和处理,粗大误差的定义和产生原因 定义：是指在一定的测量条件下，测量值明显偏离实际值所造成的测量误差。又称疏失误差或粗差。应予以剔除 产生粗大误差的原因主要有： (1) 测量方法不当或操作不正确。 (2) 测量操作疏忽和失误，如读数错误、记录错误

15、等。 (3) 测量条件的意外改变。 ,第1章,测量结果置信概率与置信区间 置信概率（或称置信度）用来描述测量结果在数学期望附近某一确定范围内的可能性有多大，一般用百分数表示。这个确定的范围称为置信区间，即是极限误差的范围。 极限误差定义为一个随机误差的极限值。通常用标准差的若干倍表示。显然，对于同一测量结果，所取置信区间愈宽，则置信概率愈大，反之愈小。 ,第1章,可疑数据的剔除方法,莱特准则定义，在测量数据为正态分布、且测量次数足够多时，如果某个测量数据的剩余误差的绝对值满足以下条件，就可以认为该测量值是可疑数据，应剔除。,第1章,4 .测量误差一般处理原则,1系统误差远远大于随机误差的影响时，可忽略随机误差，按系统误差进行处理。 2若系统误差极小或已得到修正，按随机误差处理。 3系统误差与随机误差相差不大，二者均不可忽略时，应分别按不同的办法处理，然后估计其最终的综合影响。,第1章,1.1.7 测量结果的评价,.正确度：表示测量结果中系统误差的大小程度。系统误差越小，则正确度越高 。 精密度：表示测量结果中随机误差的大小程度，简称精度。 越小，精密度越高，表示随机误差越小，测量值越集中 。 准确度：用来反映系统误差和随机误差的综合影响。表示测量结果与真值的一致程度。,