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1、第六章,实验,实验1 实验基础知识,一 测量的内容 电子测量包括对各种电参量进行的测量。电子测量的内容主要有： 电能量的测量 电能量的测量指的是对电流、电压、功率等参数的测量。 电子元件和电路参数的测量 电子元件和电路参数的测量指的是对电阻、电容、电感、品质因数以及电子器件的参数等的测量。,电信号特性的测量 电信号特性的测量指的是对信号的波形、周期、相位、频谱、调制度、失真度等参数的测量。 电子设备性能的测量 电子设备性能的测量指的是对通频带、放大倍数、选择性、衰减量、灵敏度等参数的测量。 特性曲线的测量 特性曲线的测量指的是对放大器幅频特性曲线与相频特性曲线等特性的测量。 在上述各项测量内容
2、中，特别以频率、时间、电压、相位、阻抗等基本电参数的测量更为重要，它们往往是其他参数测量的基础。 另外对于非电量的测量，如温度、压力、位移、流量等，可以通过传感器将其转换为电量后再利用电子测量设备进行测量。,二 测量的基本方法 直接测量法 直接测量是直接从测量仪表的读数获取被测量量值的方法，比如用电压表测量电压，用欧姆表测量电阻阻值，用计数式频率计测量频率等。直接测量法测量过程简单迅速，是应用最为广泛的一种测量方法。 间接测量法 间接测量是利用直接测量的量与被测量之间的函数关系(可以是公式、曲线或表格等)，间接得到被测量量值的测量方法。例如需要测量电阻只上消耗的直流功率P，可以通过直接测量电压
3、U，电流I，而后根据函数关系PUI，经过计算，“间接”获得功耗P。 间接测量法多用于科学实验，或在直接测量不方便，或间接测量的结果较直接测量更为准确，或缺少直接测量仪器等情况下使用。,组合测量法 在某些测量中，被测量与几个未知量有关，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，然后按被测量与未知量之间的函数关系组成联立方程，求解，得出有关未知量。 测量时应对被测量的物理特性、测量精度要求以及测量所需费用等方面进行综合考虑，结合现有的仪器、设备条件，择优选取合适的测量方法,三 测量误差的基本概念 测量的目的是得到被测量的真实结果，即真值。实际上，由于测量设备、测量方法、测量环境和测
4、量人员的素质等条件的限制，测量所得到的结果与被测量的真值之间会有差异，这个差异称为测量误差。测量必产生误差。 测量误差的表示方法通常有：绝对误差、相对误差。 1绝对误差 定义 测量所得的测量值x与被测量真值A0之差称为绝对误差，用x表示，即 x=xA0 （1.1） 式中，x称为被测量的示值或测量值，习惯上统称为示值；A0称为被测量的真值。 真值A0是一个理想的概念，实际上是不可能得到的，通常用高一级的标准仪器或计算器具所测得的数值A代替，A称为被测量的实际值。这时绝对误差可按下式计算： x=xA （1.2）,绝对误差的正负号表示测量值偏离实际值的方向，即偏大或偏小。绝对误差的大小则反映出测量值
5、偏离实际值的程度。绝对误差是一个有量纲的量。 (）修正值 与绝对误差的绝对值大小相等，但符号相反的量值，称为修正值，用c表示。 c = x= Ax （1.3） 对测量仪器进行定期检定时，用标准仪器与受检仪器相比对，以表格、曲线或公式的形式给出受检仪器的修正值。和绝对误差一样，修正值也有大小、符号和量纲。 在日常测量中，当得到测量值x后，要对测量值x进行修正得出被测量的实际值。 A=cx （1.4）,2相对误差 绝对误差与被测量的真值之比，称为相对误差，用表示： = 100% （1.5） 相对误差没有量纲，只有大小和符号。 由于真值难以确切得到，通常用实际值A代替真值A0来表示相对误差，称为实际
6、相对误差，用表示： = 100% （1.6） 在误差较小，要求不大严格的场合，也可用测量值x代替实际值A，由此得出示值相对误差，用表示： = 100% （1.7） 由于x中含有误差，所以只适用于近似测量。 绝对误差x与仪器满度值Xm之比，称为满度相对误差或引用相对误差，用表示： = 100% （1.8）,测量仪器使用最大满度相对误差表示它的准确度，这时有 = 100% （1.9） 上式中，x表示仪器在该量程范围内出现的最大绝对误差；x表示满刻度值，即量程。是仪器在正常工作条件下不应超过的最大相对误差，它反映了该仪器的综合误差的大小。 电工测量仪表按值分为0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、
7、2.5、5.0七级。1.0级表示该仪表的最大满度相对误差不会超过1.0%，但超过0.5%，也称为准确度等级为1.0级。准确度等级常用符号S表示。 对于同一仪表，所选量程不同，可能产生的最大绝对误差也不同。当仪表准确度等级选定后，测量值越接近满度值时，测量相对误差越小，测量越准确。因此，一般测量时应尽量使指针处在仪表满度值的三分之二以上区域。,四 测量误差的来源 1.仪器误差 仪器误差又称为设备误差。由于仪器原理的近似性和设计、生产等环节的不完善，使其作为测量工具自身既具有了偏差性。减小仪器误差的主要途径是根据具体测量任务，正确地选择测量方法和使用测量仪器。 2.使用误差 使用误差又称为操作误差
8、，是由于对测量设备操作使用不当而造成的误差。减小使用误差的最有效途径是提高测量操作技能，严格按照仪器使用说明书中规定的方法步骤进行操作。 3.人身误差 人身误差主要是指由于测量人员感官能力的局限性产生的误差。 4.方法误差 方法误差主要是指所使用的测量方式不当或测量原理不严密所引起的误差。 5.环境误差 环境误差主要指由于多种环境因素与要求的测量条件不一致所形成的误差。,五 有效数字 测量结果通常表示为一定的数值，由于含有误差，所以测量数据及由测量数据计算出来的数据都是近似值。如何用近似数值恰当的表示测量结果，这就涉及有效数字的问题。 组成数据的每个必要数字称为有效数字.有效数字是指从最左边一
9、位非零数字算起，到右边最后一个数字（包括零）。 例如：3.142 四位有效数字 100 三位有效数字 0.036 二位有效数字 0.3060 四位有效数字 3.6102 二位有效数字 有效数字中非零数字后的0不能随意省略，例如，2000Hz可以写成2.000kHz或2.000103Hz，而不能写成2kHz、2.0kHz或2.0103Hz。,测量时，一般在量程的最小刻度基础上多估读一位数字作为测量值的最后一位，该位估读数字称为欠准数字。欠准数字后的数字是无意义的，不必记入。例如，某量程为30V的电压表分辨力为1V，如果读出22.8V是恰当的，但不能读成22.83V。 六 数字的舍入原则 测量中，
10、对测量结果中的多余有效数字，应按照规则进行舍入，舍入规则概括为“大于五入，小于五舍，等于五求偶。” 规则说明：删略部分最高位数字大于5时，末位进1。 删略部分最高位数字小于5时，后位舍去。 删略部分最高位数字等于5时，5后面只要有非零数字时进1；如果5后面全为零或无数字时，采用求偶法则，即5前面为偶数时舍5不进，5前面为奇数时进1。,七测量仪器的基本知识 按照仪器功能，常见的电子测量仪器分为以下几类。 1.信号发生器 信号发生器是在电子测量中提供符合一定技术要求的电信号产生仪器，如正弦信号发生器、脉冲信号发生器、函数信号发生器、随机信号发生器等。 2.电压测试仪器 电压测量仪器是用于测量信号电
11、压的仪器，如直流电压表、低频毫伏表、高频毫伏表、数字电压表等。 3.示波器 示波器是用于显示信号波形的仪器，如通用示波器、取样示波器、记忆示波器、数字存储示波器等。 4.频率测量仪器 频率测量仪器是用于测量信号频率、周期等参数的仪器，如通用电子计数器、数字频率计、数字相位计等。 5.电子元器件测试仪器 元器件测试仪器主要用来测量各种电子元器件的各种电参数是否符合要求。根据测试对象的不同，可分为晶体管测试仪（图示仪）、集成电路测试仪和电路元件（如电阻、电容、电感）测试仪器等。 6.网络特性测试仪 网络特性测试仪有阻抗测试仪、频率特性测试仪及网络分析仪等，主要用来测量电气网络的各种特性。这些特性主
12、要指阻抗特性、频率特性、功率特性等。,实验2 数字万用表的使用,数字万用表具有非常大的内阻（兆欧），这样测量时对被测电路的影响几乎可以忽略。数字万用表用数字的方式显示，不存在人为读数误差，并且一般的数字万用表可直接显示所用量程，这样对测量来说是相当方便的。 下面以常见的DT890D为例介绍数字万用表的使用方法。 DT890D数字万用表由液晶显示屏、量程转换开关和测试插孔等组成， 最大显示数字为1999，为3位半数字万用表。有较宽的电压和电流测量范围。直流电压为01000V，交流电压为0700V，交直流电流均为020A。,一基本使用方法 1直流电压的测量 将功能量程选择开关拨至“DCV”区域内合
13、适的量程档，红表笔插入“V.”插孔，黑表笔插入“COM”插孔，然后将电源开关拨至“ON”位置，将表笔与被测电路并联接入，显示器将显示被测电压的值。 如果显示器只显示“1”，表示超量程，功能开关应置于更高的量程（其它参数的测量相同）。 2交流电压的测量 将功能量程选择开关拨到“ACV”区域内合适的量程档，表笔接法同直流电压的测量。将电源开关拨至“ON”的位置，即可进行交流电压的测量。 3直流、交流电流的测量 将功能量程选择开关拨至“DCA”或“ACA”区域内合适的量程档，红表笔接“mA”插孔（被测电流200 mA）或接“10A”插孔（被测电流200mA）,黑表笔插入“COM”插孔，将数字式万用电
14、表串接于电路中，显示器即显示被测电流值，在显示直流电流的同时，将显示红表笔端的极性（测直流电流时，不必考虑正、负极性，电表可自动显示极性）。,4.电阻测量 红、黑表笔分别接“V/”和“COM”插孔。DT890D电阻量程从200到200M共7档，各档均为测量上限，测量时应先估计被测电阻的数值，尽可能选用接近满度的量程，这样可提高测量精度，如果选择档位小于被测电阻实际值，显示结果只有高位上的“1”，说明量程选得太小，出现溢出，可换高一档量程再测。 5.二极管测量 在电阻测量档内，设置了“二极管、蜂鸣器”档位，该档有两个功能：第一功能可测二极管的极性和正向压降，方法是将红黑表笔分别接二极管的两个引脚
15、，若出现溢出，则为反向特性；交换表笔时则应出现三位数字，此数字是以小数表示的二极管正向压降，由此可判断的极性和好坏。显示正向压降时，红表笔所接引脚为二极管的正极，并可根据正向压降的大小进一步区分是硅材料还是锗材料。测量显示为：550700mV（即0.550.70V）者为硅管；150300mV（即0.150.30V）者为锗管。两次不同方向测量显示若均超量程时，说明管子内部开路； 若均显示为“0” V，说明管子被击穿或内部短路。第二功能可检查电路的通断，在确信电路不带电时，用红黑两个表笔分别接待测两点，蜂鸣器有声响时表明电路是通的，无声测表示不通。 6.三极管测量 将功能量程选择开关拨至“hEF”
16、位置（有的数字式万用电表为“NPN”或“PNP”标识），接通电源，将三极管的三个管脚按被测管型的不同，分别插入“hEF”相应的管座内，此时显示器将显示出晶体管的放大系数hEF值。,7.电流放大系数hFE的测量 将选择开关拨至“hFE”档，将待测三极管按NPN或PNP的不同插入相应的测试座内，由显示屏可读出hFE数值。 8.电容量的测量 DT890D数字万用表可测电容范围为1pF20F。并设有自动调零和保护电路。测量时，将选择开关置电容测量的适当档位，将待测电容插入测量插座内，由显示屏可读出电容数值。 二使用数字万用电表的注意事项 1. 测量时应注意欠压指示符号，若欠压符号被点亮，应及时更换电池。为延长电池的使用寿命，在每次测量结
