电子测量技术教案项目1常用电子测量仪器的校准一项目内容对常用电子测量仪器模拟万用表、模拟示波器、频率计数器进行校准通过校准，查 明和确定被测仪器所指示的量值与标准所复现的量值之间的关系，即确定被测仪表是否符合 规定的技术指标要求，是否可以作为工作仪表使用二项目相关知识点提示1. 校准的定义校准是在规定条件下，为确定测量仪器或测量系统所指示的量值，或实物量具或参考 物质所代表的量值，与对应的由标准复现的量值之间关系的一组操作根据定义，校准的对象是测量仪器、测量系统、实物量具或参考物质，统称测量设 备校准的目的是为了确定测量设备与对应的标准所复现的量值的关系校准是一组操作， 其结果既可给出被测量的示值，又可确定示值的修正值，校准结果可以记录在校准证书或校 准报告中校准与计量不同在于，计量是对标准的操作，校准则是对工作仪表的操作；计量结果 具有法律效应，校准结果确定被测仪表是否符合规定的技术指标要求，是否可以作为工作仪 表使用因此，校准是比计量低一层次的测量2. 校准方法一般，采用专门校准仪器对工作仪表进行校准，校准仪器测量精度比工作仪表高1个 数量级如普通模拟式万用表、数字多用表可采用福禄克公司Fluke5700为6位半多功能校 准器进行校准；模拟示波器仪表和电子计数器一般进行自校准。
为了保证测量仪器的可靠性，使用专门校准设备的电子测量仪器应按规定时间定期校 准，而能够自校的仪器每次使用前应进行校准3. 结果判定根据测量误差的基本理论，剔除粗大误差、修正系统误差、计算随机误差，计算被校 准仪器测量误差范围，然后与测量仪器已知的技术参数进行比对，最后确定被测仪表是否符 合规定的技术指标要求，是否可以作为工作仪表使用三顶目实施和结论1. 所需实训设备和附件（1）被校准的工作仪表：MF14型模拟式万用表、CA9020型20MHz双通道模拟示波器2. 实施步骤（1）按图5.23接线将示波器、交流电压表测试输入端并联接在函数发生器的输 出端注意信号连接时，先接地线，再接信号线一组实际仪器面板及连接如图5.24 所示图5.23电压表波形响应研究连线图图5.24电压表波形响应研究仪器实物图图中EM32501DDS任意波形发生器输出IV、100kHz正弦信号，CA9020型号示波器 扫描因数置为IOrs/DIV、垂直灵敏度为0.5V/DIV显示波形、CA2171型指针式交流电压表 挡位为IV、QF2270超高频毫伏表挡位为0.03V读数为便于读者观察，频率选择了 lOOkHzo实际测试时，应注意电压表使用频段。
2） 打开EM32501DDS任意波形发生器、CA9020型20MHz双通道模拟示波器和 CA2171型电压表的电源，各仪器预热，并进行校准，函数发生器输出幅度开机后自动设置 在输出10mV、1kHz的正弦波注意示波器探头、波形发生器等仪器测试线是不能随意互 换使用的3） 示波器和电压表挡位应根据信号大小和频率置于合适位置4） 保持函数信号发生器输出正弦波信号的频率，改变输出幅度进行测量确定函数信号发生器输出信号频率为1kHz正弦波信号，示波器用于观察信号幅度和失 真情况，并测量输出信号峰值，保证函数信号发生器处于正常输出状态保持函数信号发生器输出频率为1kHz正弦波信号，从5mV开始逐渐增大输出信号幅 度，读出并记录示波器、电压表读数5） 保持函数信号发生器输出方波信号频率和占空比，改变输出幅度进行测量调节函数发生器波形选择按钮，使函数信号发生器输出频率为1kHz,占空比为50%的 方波信号，保持频率和占空比不变，从5mV开始逐渐增大输出信号幅度，读出并记录示波 器、电压表读数6） 保持函数信号发生器输出三角波信号频率，改变输出幅度进行测量调节函数发生器波形选择按键，使函数信号发生器输出频率为1kHz三角波信号，从 5mV开始逐渐增大输出信号幅度，读出并记录示波器、电压表读数。
7） 保持函数信号发生器输出信号幅度，改变输出频率再进行测量3. 结果记录和分析（1）频率为1kHz、幅度由小到大变化的正弦波的测量①数据记录和计算见表5.3表5.3 正弦波信号输入（1kHz）EM32501 输出幅度计算值CA9020读数CA217I读数由CA2171读数计算的值峰值有效值平均值峰值有效值平均值5mV5mV3.54 mV3.19 mV5mV3.61 mV5.10mV3.61 mV3.25 mV10mVlOmV7.07 mV6.37 mVlOmV6.81 mV9.62mV6.81 mV6.14 mV30mV30mV21.2 mV19.1 mV30mV20.5 mV29.0mV20.5 mV18.5 mV100mVlOOmV70.7 mV63.7 mVlOOmV70.5 mV99.7mV70.5 mV63.5 mV30()mV3(X)mV212 mV191 mV298mV205 mV290mV205 mV185 mV1.00V1.00 V0.707V0.637V0.97V0.695mV0.984V0.695 mV0.627V3.00V3.00V2.12V1.91V2.95V2.00V2.83V2.00V1.80V②数据分析见表5.4。
表5.4计算值与读测值的相对误差（%）理论值读测值相■瘗理论值读测值相理论值读测值峰值(%)有效值(%)平均值(%)5mV5.10mV+ 2.03.54 mV3.61 mV+ 1.93.19 mV3.25 mV+ i.9lOmV9.62mV-4.07.07 mV6.81 mV-3.86.37 mV6.14 mV-3.830mV29.0mV-3.521.2 mV20.5 mV-3.419.1 mV18.5 mV-3.4lOOmV99.7mV-0.370.7 mV70.5 mV-0.363.7 mV63.5 mV-0.3300mV29()mV-3.5212 mV205 mV-3.4191 mV185 mV-3.4IV0.984V-1.60.707V0.695 mV-1.70.637V0.627V-1.73V2.83V-6.02.12V2.00V-6.01.91V1.80V-6.0a. 函数发生器输出3V时，示值相对误差最大，为6%,此时为函数发生器输出最大 值从示波器显示的峰值看，此时幅度输出相对误差为-1.70%ob. 正弦信号输入时，CA2171型指针式交流电压表的读数值即为被测波形正弦有效 值，因此，表中CA2171读测值与由CA2171读数计算的有效值完全相等。
c. 考虑函数发生器输出幅度误差，测量正弦信号的示值相对误差在(-4.3%〜+3.7%), 尤其信号小于IV测量相对误差较小2) 频率为1kHz、占空比为50%、幅度由小到大变化的方波的测量① 数据记录和计算见表5.5表5.5方波信号输入(1kHz、占空比50%)EM32501 输出幅度计算值CA9020读数CA2I71读数由CA2171读数计算的值峰值有效值平均值峰值有效值平均值IVIVIVIV0.99V1.01V0.9 IV0.9 IV0.9 IV1.5V1.5V1.5V1.5V1.39V1.50V1.35V1.35V1.35V2.0V2.0V2.0V2.0VI.8IV1.98V1.78 V1.78 V1.78 V2.5V2.5V2.5V2.5V2.40V2.45V2.2 IV2.2 IV2.2 IV3.0V3.0V3.0V3.0V2.75V2.95V2.662.66 V2.66 V② 数据分析见表5.6o表5.6计算值与读测值的相对误差(%)理论值读测值相对媛理论值读测值楸寸媛理论值读测值峰值(%)有效值(%)平均值(%)IV0.9 IV-9.9IV0.9 IV-9.9IV0.9 IV-9.91.5V1.35V-11.11.5V1.35V-11.11.5V1.35V-11.12.0VL78V-12.42.0V1.78-12.42.0V1.78-12.42.5V2.2 IV-13.12.5V2.2 IV-13.12.5V2.2 IV-13.13.0V2.66V-12.73.0V2.66V-12.73.0V2.66V-12.7a. 方波信号输入时，CA2171型指针式交流电压表的读数值不能直接应用，因为此时 指示的是与被测波形对应的正弦有效值，必须先将正弦有效值换算成正弦平均值，然后根据 “均值相等”原则得出方波平均值。
如CA2171型指针式交流电压表读数为1.50V,即对应的正弦有效值为1.50V,利用正 弦波的波形系数，可得正弦波的平均值为u =JL_ = 1_^2 = 1 35 V~ 1.11此平均值即为由CA2171读数计算的方波平均值由于方波波峰因数、波形因数均为1,故 其峰值、有效值和平均值都相等b. 本次测量中，函数发生器输出2.5V时，示值相对误差最大，为-13.1%,此时该组 测量值已不具备使用价值，应该重新测量c. 考虑到实际操作中，确实有同学发生类似问题，编者保留了这组数据，通过分析来 对测量数据进行修正表5.7为函数发生器输出与示波器的读数及相对误差，可以看到信号 输出时，其幅度相对误差最大己达-10.5%,也就是说误差主要发生在函数发生器输出d. 将示波器示值相对误差与CA2171型指针式交流电压表示值相对误差进行比较，发 现在IV和2.5V处相对误差仍接近9%,说明本次采用CA2171型指针式交流电压表测量方 波误差较大，误差产生原因还有待进一步分析但从误差看，其相对误差均为负值，初步判 定存在系统误差另外，函数发生器的实际输出幅度与仪表自身的指示值存在较大误差表5.7计算值与读测值的相对误差（%）EM325O1输出幅度IV1.5V2.0V2.5V3.0VCA9020读数0.99VI.39V1.8IV2.40V2.75V示值相对误差（%）-1.0-7.9-10.5-4.2-9.1修正相对误差（%）-8.9-3.2-1.9-8.9-3.6e. 读者可用示波器监视波形幅度，或更换函数发生器，或增加测试点，从源头堵住误 差来源，再进行测量。
3）频率为1kHz、幅度由小到大变化的三角波的测量① 数据记录和计算见表5.8表5.8三角波信号输入（1kHz）EM32501 输出幅度计算值CA90。