电子测量技术 教学课件 ppt 作者 夏哲雷 第1章

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1、1,绪论,第1章,第1章 绪论,1.1 测量与计量 1.2 电子测量的内容与特点 1.3 电子测量的方法 1.4 电子测量仪器 1.5电子测量技术与仪器发展,3,1.1 测量和计量,5,1.1.1 测量,测量 测量指通过实验的方法对所研究的客观事物取得定量数据的过程,该过程往往需采用专门仪器或设备，将被测对象与已知同类单位进行直接或间接比较，以取得相关数值和对应单位共同表示的客观结果。 测量是用量值来描述和揭示客观世界的重要手段 量值是指由一个数乘以测量单位所表示的约定量的大小。,1.1.2 计量,计量的定义 计量是利用技术和法制手段实现单位统一和量值准确可靠的测量。 计量是一种特殊形式的测量

2、，它把被测量与国家计量部门作为基准或标准的同类单位量进行比较，以确定合格与否，并给出具有法律效力的检定证书，以保证单位的统一和量值的准确可靠。,6,7,计量的特点,统一性 是指在世界范围内统一单位，便于国际交往、沟通和比对 准确性 指所获得的量值可以溯源到基准； 法制性 可用立法和行政手段来保障各计量内容的实现。,计量单位,计量单位是计量学的基础内容。 计量单位是有明确的定义和名称并赋予其数值为1的一个固定量,是用以量度同类量大小的标准量 国际单位制是1960年第11届国际计量大会(CGPM)通过的,并经1971年第14届CGPM修订,其国际代号为SI。 1984年2月国务院颁布了中华人民共和

3、国法定计量单位,决定我国法定计量单位以国际单位制为基础。 国际单位制由基本单位、导出单位和辅助单位构成一个完整体系。,8,国际单位制,1795年法国颁布米制条例 1875年巴黎召开国际米制会议,签署了米制公约,规定了米和千克的国际原器,建立国际计量局(BIPM)和国际计量委员会(CIPM) 1948年第九届国际计量大会对实用计量单位制提出建议 1954年第十届国际计量大会决定采用米、千克、秒、安培、开尔文和坎德拉六种单位。 1971年第十四届国际计量大会增加物质的量单位摩尔(mol),计量基准,计量基准 能够复现、保存和传递量值,并经国家法定,作为统一全国量值最高依据的计量器具,称为计量基准器

4、,简称计量基准。 基准用当代最先进的科学技术和工艺水平,以最高的准确度和稳定性建立起来,专门用以规定、保持和复现物理量计量单位。 在实际工作中,基准代表法定计量单位,直接涉及各种测量过程的精确程度,因此具有权威性和法制性。 根据基准的地位、性质和用途,基准通常又分为国家基准、副基准和工作基准。,10,11,一级：主基准(国家级:中国计量研究院),二级：副基准（省、市级计量局）,三级：工作基准（县、市级计量局）,实际应用仪表,国际计量局,比对-同级仪表比较一致性。,校准-高级仪表校准低级仪表。,检定-法定计量部门评定低一等级仪表是否合格。,基准与传递,计量术语,量值传递 通过对测量器具的校准(检

5、定),将国家测量标准所复现的单位量值通过各等级测量标准传递到工作测量器具的活动以,保证被测对象的量值准确一致。 量值溯源 通过连续的比较链,使测量器具测得的量值能够与国家测量标准或国际测量标准联系起来,计量术语,检定 由法定计量技术机构确定并证实测量器具是否完全满足规定要求而做的全部工作 校准 在规定的条件下,为确定测量仪器所指示的量值或实物量具、标准物质所代表的量值与对应的测量标准所复现的量值之间关系的一组操作 比对 在规定的条件下,对相同准确度等级的同种测量标准或工作测量器具之间的量值进行的比较,14,表,校准方法学直接比较法,源,源,表,源,表,变换器,表校准,发生器校准,变换器校准,测

6、试仪器,标准仪器,标准仪器,标准仪器,15,表,校准方法学间接比较法,发生器,表,变换器,表校准,发生器校准,变换器校准,测试仪器,标准仪器,标准仪器,标准仪器,激励源,发生器,测试仪器,标准仪器,转换表,发生器,转换表,变换器,测试 标准,测试 标准,M1,M2,测试值=标准值M1 / M2,测量与计量的关系,测量是指通过实验获取客观事物定量信息的过程。它是把待测未知量与同类已知的标准单位量进行比较,以获得待测量的量值,认为被测量的真实数值是客观存在的,而测量误差取决于测量仪器和测量方法。 计量是用法定标准的已知量与同类的受检仪器(未知量)进行比较,这时的标准量和体现标准量的计量器具是准确的

7、、法定的,而测量误差被认为是由受检仪器引起的,计量是为检定仪器进行的一种测量。,16,测量与计量的关系,测量与计量都是比较过程,只是比较对象、误差源不同。为了保证测量结果的准确性,必须定期对在测量中使用的仪器进行检定和校准,即计量。 计量是测量的基础和依据。 可以说没有测量,就没有计量；没有计量,测量将失去意义。,17,1.2 电子测量的内容与特点,19,电子测量,电子测量 广义：凡是利用电子技术进行的测量 狭义：在电子学中测量有关电的量值,20,电子测量的内容,电能量的测量 各种频率和波形的电压电流电功率等 电信号特性及所受干扰的测量 信号的波形和失真度、频率、相位、调制度 电路元件参数的测

8、量 电阻、电容、电感、阻抗、品质因数、电子器件的参数 电子设备性能的测量 增益、衰减、灵敏度、延时、频率特性和噪声指数 信息的测量 如软件协议测量、硬件故障振荡等的测量,21,电子测量的特点,频率范围宽 量程范围广 测量准确度高 测量速度快 易于实现遥测和测量过程的自动化 易于实现仪器小型化,电子测量的应用,电子测量的一系列特点,使它广泛应用于自然科学的一切领域。 简单地说, 它的应用有广、高、深的特点 信息社会三大支柱 测量技术获取信息 通信技术传递信息 计算机技术处理信息 测量是信息的源头技术(测控技术,先要测才能控) 测量水平的高低可以反映出一个国家科学技术发展的状况。,1.3 电子测量

9、的方法,24,1.3.1 按测量方式分类,直接测量 直接得出被测量值的一种测量方法。 间接测量 利用直接测量的量与被测的量之间已知的函数关系,得到该被测量值的测量方法 P=U I=I2R = U2R 组合测量 兼用直接测量与间接测量的方法,1.3.2 按测量性质分类,时域测量 指对以时间为自变量的电信号的测量。 频域测量 指对以频率为自变量的电信号的测量 调制域测量 测量信号的频率值与时间的关系 数据域测量 测试数字量的逻辑状态随时间变化而变化的特性 随机测量 对各类随机的噪声信号、干扰信号的测量,25,26,时域测量与频域测量,1.4 电子测量仪器,28,电子测量仪器,测量仪器 指用于检测或

10、测量一个量,或为达到测量目的而提供的测量器具,包括各种指示式仪器、比较式仪器、记录式仪器、信号源、稳压电源及传感器等。 电子测量仪器 利用电子技术构成的测量仪器,1.4.1 电子测量仪器的主要性能指标,精确度 稳定性 灵敏度 线性度 动态特性,29,30,仪器性能 准确度,准确度是仪器测量值与“真实”值的接近程度。 仪器按确定标准校准,准确度是仪器测量值与标准接近程度的度量。 如果温度计显示水的冰点为 10C,那么它的准确度极差。,准确度,“多真?”,31,仪器性能 分辨率,分辨率是仪器能检测到的被测特性最小变化。 如果实际温度上升 0.1C,而温度计仍读出 30C,那么该温度计就不能分辨 0

11、.1 的变化 用户也许能够分辨0.5C,取决于温度计有多长,以及可测量的温度范围。,分辨率,“多细?”,32,仪器性能 稳定度,仪器在不同时间对被测特性精确值进行可重复测量的能力。 如果温度计第一次读出31C,下一次读出32C。这是极不稳定的,也是不准确的(合格,然后超差),您不能相信它的读数。,稳定度,“多稳定?” “多经常?”,33,仪器性能 灵敏度,灵敏度是可检测物理特性的最小值。 例如人能嗅出空气中百万分之几浓度的硫磺。但即使是这百万分之几也会侵蚀电子电路。,灵敏度,“多小?”,34,仪器性能 线性度,如果仪器对被测特性的相同变化有同一的响应,仪器就是线性的。,线性度,“多一致?”,3

12、5,仪器性能 测量范围,测量范围是仪器可检测和显示的被测量量值。 能用温度计测量冷的和热的液体温度吗？还是只能测体温范围？ 显示范围不需要与仪器的测量范围相同。,测量范围,“多大?”,36,主标准,副标准,工作标准,标准层次,最终标准,传递标准,日常使用,溯源能力,标准必须具有溯源能力,标准,“与谁比较？”,仪器性能 标准,公认的比对量器。 在校准期间仪器相对标准的变化定义为它的准确度,1.4.2 电子测量仪器的分类,信号发生器 电压测量仪器 频率、时间及相位测量仪器 示波器 频谱分析仪 逻辑分析仪,37,1.5 电子测量技术 与仪器发展,39,模拟仪器,数字化仪器,指针式三用表,示波器,数码

13、显示仪表,传统仪器,40,现代仪器,41,测试模块或信号源,智能仪器,自动测试系统,智能仪器(计算机嵌入仪器),通常人们把内含微处理器和GPIB接口的仪器称为智能仪器,42,虚拟仪器(仪器融入计算机),VI，Virtual Instruments是检测技术与计算机技术和通信技术有机结合的产物。它是美国国家仪器(NI,National Instruments)公司于1981年提出的个人仪器(Personal Computer Instrument)的基础上发展起来的。,虚拟仪器是指在通用计算机上添加一层软件和一些硬件模块,使用户操作这台通用计算机就像操作一台真实的仪器一样。虚拟仪器技术强调软件的

14、作用,提出了“软件就是仪器”的概念。,本章小结,测量是用量值来描述和揭示客观世界的重要手段,所谓量值是指由一个数乘以测量单位所表示的约定量的大小 计量是利用技术和法制手段实现单位统一和量值准确可靠的测量。 计量主要有三个特征:统一性、准确性和法制性 计量基准有三类:国家基准、副基准、工作基准 量值传递就是通过对计量器具的检定和校准，将国家基准所复现的计量单位量值通过各等级计量标准传递到工作计量器具，以确保量值的准确和一致。,43,本章小结,没有测量,就没有计量;没有计量,测量将失去意义 电子测量的内容包括:电能量测量,电信号特性测量,电路元器件参数测量,电子设备性能的测量,信息的测量。 电子测量的特点:测量频率范围宽,测量量程广,测量准确度高,测量速度快,可实现遥测和测量过程的自动化,易于实现仪器小型化。 按被测量的特性分为时域测量，频域测量，调制域测量，数据域测试，随机域测量。 电子测量仪器发展经历了四个阶段:模拟仪器、数字化仪器、智能仪器和虚拟仪器。现代电子测量技术正向着自动化、智能化、网络化和标准化方向发展。,44,