1、電氣測(cè)量課件基礎(chǔ)知識(shí)第1頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第2頁(yè)課程簡(jiǎn)介 測(cè)感技術(shù)：電量和非電量的測(cè)量 三部分內(nèi)容：電子測(cè)量基礎(chǔ)知識(shí)電量測(cè)量 基本電參量測(cè)量 電子測(cè)量顯示技術(shù) 線性系統(tǒng)測(cè)量 測(cè)量技術(shù)新進(jìn)展（簡(jiǎn)介）非電量測(cè)量 傳感器的基礎(chǔ)知識(shí) 結(jié)構(gòu)型傳感器 物性型傳感器 其它傳感器（超聲波、微波、核輻射與紅外傳感器、熱電式） 傳感器應(yīng)用技術(shù)考核 期末成績(jī)參考平時(shí)成績(jī)（考勤、作業(yè)、實(shí)驗(yàn)、平時(shí)的小論文）第2頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第3頁(yè)第1章 電子測(cè)量基礎(chǔ)知識(shí)教學(xué)內(nèi)容： 測(cè)量的基本概念，計(jì)量的基本概念； 測(cè)量的誤差的定義； 電子測(cè)量的基本

2、方法和測(cè)量系統(tǒng)； 電子測(cè)量的實(shí)現(xiàn)技術(shù)和測(cè)量誤差與數(shù)據(jù)處理。教學(xué)要求： 了解測(cè)量與計(jì)量的內(nèi)容、特點(diǎn)和意義； 掌握測(cè)量誤差的基本概念； 了解電子測(cè)量的方法、特點(diǎn)和內(nèi)容，了解電子測(cè)量的基本實(shí)現(xiàn)技術(shù)； 掌握測(cè)量誤差的種類，系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差和粗大誤差性質(zhì)、產(chǎn)生的原因、判別與消除方法； 掌握測(cè)量結(jié)果的數(shù)據(jù)處理方法。第3頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第4頁(yè)1.1 測(cè)量的基本原理1.1.1 測(cè)量的基本概念1 測(cè)量的意義 日常生活、生產(chǎn)中處處離不開(kāi)測(cè)量 信息處理、傳遞的源頭 科學(xué)的進(jìn)步和發(fā)展離不開(kāi)測(cè)量 離開(kāi)測(cè)量就不會(huì)有真正的科學(xué)。 我國(guó)近代科學(xué)落后與不重視“定量”有關(guān) 沒(méi)有望遠(yuǎn)鏡

3、就沒(méi)有天文學(xué)，沒(méi)有顯微鏡就沒(méi)有細(xì)胞學(xué)，沒(méi)有指南針就沒(méi)有航海事業(yè) 第4頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第5頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第6頁(yè)1.1.1 測(cè)量的基本概念2. 測(cè)量的定義狹義測(cè)量的定義 測(cè)量是為了確定被測(cè)對(duì)象的量值而進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)過(guò)程。 在測(cè)量過(guò)程中，人們借助專門的設(shè)備，把被測(cè)對(duì)象直接或間接地與同類已知單位進(jìn)行比較，取得用數(shù)值和單位共同表示的測(cè)量結(jié)果。測(cè)量結(jié)果測(cè)量數(shù)值.測(cè)量單位，即：第6頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第7頁(yè)被測(cè)物體的重量等于標(biāo)準(zhǔn)砝碼的重量被測(cè)物體的重量從度盤上讀數(shù)，因?yàn)?，彈簧秤度盤上

4、的刻度是事先與標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較的結(jié)果。 第7頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五1.1.1 測(cè)量的基本概念2. 測(cè)量的定義廣義測(cè)量的定義：信息的感知和信息識(shí)別廣義地講，測(cè)量不僅對(duì)被測(cè)的物理量進(jìn)行定量的測(cè)量，而且還包括對(duì)更廣泛的被測(cè)對(duì)象進(jìn)行定性、定位的測(cè)量。 例如故障診斷、無(wú)損探傷、遙感遙測(cè)、礦藏勘探、地震源測(cè)定、衛(wèi)星定位等。 而測(cè)量結(jié)果也不僅僅是由量值和單位來(lái)表征的一維信息，還可以用二維或多維的圖形、圖像來(lái)顯示被測(cè)對(duì)象的屬性特征、空間分布、拓樸結(jié)構(gòu)等。 第8頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第9頁(yè)1.1.1 測(cè)量的基本概念3. 測(cè)量的基本構(gòu)成 被

5、測(cè)對(duì)象 、測(cè)量的主體 、測(cè)量技術(shù)、測(cè)量設(shè)備 、測(cè)量過(guò)程 、測(cè)量環(huán)境 第9頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第10頁(yè)環(huán)境對(duì)測(cè)量的影響 A. 環(huán)境對(duì)被測(cè)對(duì)象的影響：某些被測(cè)對(duì)象客體（如器件、電路或系統(tǒng)）的性能特性對(duì)環(huán)境變化較為敏感或非常敏感，因此，原則上測(cè)量應(yīng)在被測(cè)對(duì)象的正常或額定工作條件下進(jìn)行。 B. 環(huán)境對(duì)儀器系統(tǒng)的影響：環(huán)境可能直接或間接地影響到儀器系統(tǒng)本身的某個(gè)工作特性，進(jìn)而影響測(cè)量結(jié)果，造成測(cè)量誤差。特別是某些測(cè)量器具的量程廣、頻段寬，而內(nèi)部的元器件數(shù)目甚多，且對(duì)外界影響相當(dāng)敏感，錯(cuò)綜復(fù)雜的影響量所產(chǎn)生的不良效應(yīng)有時(shí)會(huì)成為測(cè)量的嚴(yán)重問(wèn)題。 C. 環(huán)境對(duì)測(cè)量人員的

6、影響：高溫、嚴(yán)寒、潮濕、悶氣、嘈雜、照明不適當(dāng)?shù)炔涣脊ぷ鳝h(huán)境，會(huì)對(duì)測(cè)量人員的身心產(chǎn)生不良影響，從而引起不同程度的人身誤差乃至差錯(cuò)。應(yīng)對(duì)措施：應(yīng)采取適當(dāng)?shù)目刂拼胧?，盡量減少由于環(huán)境影響而產(chǎn)生的誤差。 恒溫、恒濕、穩(wěn)壓和防震。 抗干擾、防噪聲的措施，如接地、屏蔽、隔離、濾波等。 儀器應(yīng)能盡量適應(yīng)惡劣環(huán)境和大范圍變化環(huán)境。第10頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第11頁(yè)儀器以工作環(huán)境條件的不同要求分為三組： I組：良好的環(huán)境條件，溫度+10+35oC，相對(duì)濕度80%（在35oC上），只允許有輕微的振動(dòng)。 II組：一般的環(huán)境條件，溫度10+40oC，相對(duì)濕度80%（在40oC

7、上），允許一般的振動(dòng)和沖擊。 III組：惡劣的環(huán)境條件，溫度40+55oC，相對(duì)濕度90%（在35oC上），允許頻繁的搬動(dòng)和運(yùn)輸中受到較大的沖擊和振動(dòng)。 I組高精度計(jì)量用儀器 II組通用儀器 III組野外、機(jī)載等儀器 第11頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五1.1.1 測(cè)量的基本概念4. 測(cè)試與檢測(cè) 測(cè)試： 測(cè)試是測(cè)量與試驗(yàn)的總稱，它包括定量的測(cè)量和定性的試驗(yàn)。 試驗(yàn)：是為了對(duì)被測(cè)對(duì)象的性能和結(jié)果進(jìn)行觀察而從事的某種實(shí)踐活動(dòng)。檢測(cè)： 檢測(cè)包括檢驗(yàn)和測(cè)量?jī)煞矫娴暮x。檢測(cè)包括定量?jī)?nèi)容，即檢查被測(cè)量的量值是否處于某一范圍內(nèi)，以此來(lái)判斷是否合格。 在實(shí)際生產(chǎn)中，檢測(cè)不僅包括

8、對(duì)產(chǎn)品的檢驗(yàn)和測(cè)量，同時(shí)還包括對(duì)生產(chǎn)過(guò)程、運(yùn)動(dòng)狀況和運(yùn)動(dòng)對(duì)象的檢測(cè)第12頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五1.1.2 計(jì)量的基本概念1. 計(jì)量的定義和意義 計(jì)量的意義： 為使在不同的地方，用不同的手段測(cè)量同一量時(shí)，所得的結(jié)果一致 計(jì)量的定義： 計(jì)量是一種特殊形式的測(cè)量，它把被測(cè)量與國(guó)家計(jì)量部門作為基準(zhǔn)或標(biāo)準(zhǔn)的同類單位量進(jìn)行比較，以確定合格與否，并給出具有法律效力的檢定證書。 計(jì)量是利用技術(shù)和法制手段實(shí)現(xiàn)單位統(tǒng)一和量值準(zhǔn)確可靠的測(cè)量。 計(jì)量的三個(gè)主要特征： 統(tǒng)一性、準(zhǔn)確性和法制性。 第13頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五1.1.2 計(jì)量的基本

9、概念2單位和單位制根據(jù)定義而令系數(shù)為1的量稱為單位。分為基本單位和導(dǎo)出單位 單位是表征測(cè)量結(jié)果的重要組成部分， 又是對(duì)兩個(gè)同類量值進(jìn)行比較的基礎(chǔ)。1960年第十一屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)上正式通過(guò)國(guó)際單位制SI。 1984年2月國(guó)務(wù)院頒布了中華人民共和國(guó)法定計(jì)量單位，決定我國(guó)法定計(jì)量單位以國(guó)際單位制為基礎(chǔ)。 英呎f(shuō)eet第14頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第15頁(yè)國(guó)際單位制（SI）的組成 國(guó)際單位制基本單位 （ SI有7個(gè)基本單位 ）第15頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第16頁(yè)國(guó)際單位制是由國(guó)際單位制單位、國(guó)際單位制詞頭和國(guó)際單位制的十進(jìn)倍數(shù)單

10、位三部分組成。 國(guó)際單位制詞頭表示使單位增大或縮小的十進(jìn)倍數(shù)。國(guó)際單位制詞頭采用的是十進(jìn)制詞頭，它是用來(lái)單位增大或縮小十進(jìn)倍數(shù)，從 共有16個(gè) 例：5.4X10-9s=5.4ns 第16頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第17頁(yè)1.1.2 計(jì)量的基本概念2測(cè)量基準(zhǔn)（標(biāo)準(zhǔn)）測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的定義： 為了定義、實(shí)現(xiàn)、保存和復(fù)現(xiàn)量的單位或一個(gè)及多個(gè)量值，用作參考的實(shí)物量具、測(cè)量?jī)x器、參考物質(zhì)或測(cè)量系統(tǒng)。幾個(gè)名詞： 比對(duì)： 在規(guī)定條件下，對(duì)相同準(zhǔn)確度等級(jí)的同類基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)或工作計(jì)量器之間的量值進(jìn)行比較，其目的是考核量值的一致性。 檢定： 是用高一等級(jí)準(zhǔn)確度的計(jì)量器具對(duì)低一等級(jí)的計(jì)量器具

11、進(jìn)行比較，以達(dá)到全面評(píng)定被檢計(jì)量器具的計(jì)量性能是否合格的目的。一般要求計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)確度為被檢者的1/3到1/10。 校準(zhǔn)： 校準(zhǔn)是指被校的計(jì)量器具與高一等級(jí)的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)相比較，以確定被校計(jì)量器具的示值誤差（有時(shí)也包括確定被校器具的其他計(jì)量性能）的全部工作。 量值的傳遞： 指一個(gè)物理量單位通過(guò)各級(jí)基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)及相應(yīng)的輔助手段準(zhǔn)確地傳遞到日常工作中所使用的測(cè)量?jī)x器、量具，以保證量值統(tǒng)一的全過(guò)程。第17頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第18頁(yè)測(cè)量基準(zhǔn)的權(quán)威性和相對(duì)性基準(zhǔn)的權(quán)威性 基準(zhǔn)的理論定義最嚴(yán)格的、制作工藝技術(shù)最先進(jìn)。 原器基準(zhǔn)自身也會(huì)隨時(shí)間、地點(diǎn)、環(huán)境條件而變化，甚至?xí)?/p>

12、損壞，會(huì)失傳。 從現(xiàn)代科學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)看，最好的基準(zhǔn)是原子基準(zhǔn)。 基準(zhǔn)的相對(duì)性 一個(gè)時(shí)期的測(cè)量基準(zhǔn)反映當(dāng)時(shí)的人類認(rèn)識(shí)水平和科學(xué)水平 例：以太陽(yáng)為基準(zhǔn)，時(shí)間測(cè)量的精確度1天內(nèi)可達(dá)到1秒鐘。而目前銫原子鐘的計(jì)時(shí)精確度在三百萬(wàn)年內(nèi)也不超過(guò)1秒。 第18頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第19頁(yè)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的傳遞自上而下逐級(jí)傳遞 第19頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第20頁(yè)1.1.3 測(cè)量誤差的基本概念1.測(cè)量誤差的定義 測(cè)量的目的: 獲得被測(cè)量的真值。 真值: 在一定的時(shí)間和空間環(huán)境條件下，被測(cè)量本身所具有的真實(shí)數(shù)值。 測(cè)量誤差 : 所有測(cè)量結(jié)果都帶有

13、誤差 。 從廣州到北京的距離如何測(cè)？第20頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第21頁(yè)1.1.3 測(cè)量誤差的基本概念2 測(cè)量誤差的來(lái)源 （1）儀器誤差：由于測(cè)量?jī)x器及其附件的設(shè)計(jì)、制造、檢定等不完善，以及儀器使用過(guò)程中老化、磨損、疲勞等因素而使儀器帶有的誤差。 （2）影響誤差：由于各種環(huán)境因素（溫度、濕度、振動(dòng)、電源電壓、電磁場(chǎng)等）與測(cè)量要求的條件不一致而引起的誤差。 （3）理論誤差和方法誤差：由于測(cè)量原理、近似公式、測(cè)量方法不合理而造成的誤差。 （4）人身誤差：由于測(cè)量人員感官的分辨能力、反應(yīng)速度、視覺(jué)疲勞、固有習(xí)慣、缺乏責(zé)任心等原因，而在測(cè)量中使用操作不當(dāng)、現(xiàn)象判斷

14、出錯(cuò)或數(shù)據(jù)讀取疏失等而引起的誤差。 例如：用滴定法測(cè)量粉末中CaO含量，稱取定量的粉末，然后慢慢滴入酸溶液一直到變色（完全中和）為止，根據(jù)滴入溶液的數(shù)量確定CaO含量。這中間就會(huì)引入人為誤差。 隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)在出現(xiàn)了X熒光分析儀，可以進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試，就解決了人為誤差。（講述熒光分析儀的原理）第21頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五熒光分析儀的原理及常見(jiàn)故障處理處于基態(tài)的被測(cè)物質(zhì)的分子在吸收適當(dāng)能量，如光、化學(xué)、物理能后，其共價(jià)電子從成鍵分子軌道或非鍵分子軌道躍遷到反鍵分子軌道上去，形成分子激發(fā)態(tài)。分子激發(fā)態(tài)不穩(wěn)定，將很快衰變到基態(tài)。在分子激發(fā)態(tài)返回到基態(tài)的同時(shí)常伴隨

15、著光子的輻射。這種現(xiàn)象就是發(fā)光現(xiàn)象。熒光則屬于分子的光致發(fā)光現(xiàn)象。 二、熒光分光光度計(jì)的特點(diǎn)用熒光分析法分析的儀器，稱熒光分光光度計(jì)。熒光分析法具有靈敏度高（比紫外、可見(jiàn)分光光度法高23個(gè)數(shù)量級(jí)），能提供激發(fā)光譜、發(fā)射光譜、發(fā)射強(qiáng)度、特征峰值等信息，在生物、環(huán)保、醫(yī)學(xué)、藥物、石油勘探等諸多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。本儀器不僅能直接、間接地分析眾多的有機(jī)化合物；另外，還可利用有機(jī)試劑間的反應(yīng)，進(jìn)行近70種無(wú)機(jī)元素的熒光分析。熒光的光譜特征是熒光光譜總是滯后于激發(fā)光譜即斯托克斯位移.三、熒光強(qiáng)度與物質(zhì)濃度的關(guān)系1對(duì)于某種熒光物質(zhì)的稀溶液，在一定強(qiáng)度的激發(fā)光照射下，熒光物質(zhì)的發(fā)射強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度以及檢測(cè)

16、器的放大倍數(shù)成正比，可以用以下公式表示：F=KIFCK-與儀器系統(tǒng)有關(guān)的常數(shù)I-入射光的強(qiáng)度F-熒光物質(zhì)的熒光效率C-熒光物質(zhì)的濃度2當(dāng)樣品濃度增大到一定值時(shí)，熒光強(qiáng)度與濃度就不成線性關(guān)系。原因一：樣品濃度較高時(shí)，液池前部的溶液強(qiáng)吸收則發(fā)生強(qiáng)的熒光，液池后半部的溶液不易受到入射光照，不發(fā)生熒光，所以熒光強(qiáng)度反而降低。原因二：在濃度較高的溶液中，可能發(fā)生溶液溶質(zhì)與溶質(zhì)間的相互作用，形成一種不致熒光的復(fù)合物，從而造成熒光強(qiáng)度反而降低的現(xiàn)象。比如，硫酸奎寧的熒光分析曲線如下： 四、石油熒光分析儀的基本工作原理及結(jié)構(gòu)由光源發(fā)出的光經(jīng)濾光片后成為單色光，樣品在此單色光的照射下，產(chǎn)生熒光，熒光由大孔徑非球

17、面鏡的聚光及光柵的分光后，照射于光電倍增管上，光電倍增管把光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)放大處理，最后由計(jì)算機(jī)輸出顯示或進(jìn)行圖譜打印。 儀器主機(jī)主要由以下幾部分組成： 五、儀器使用注意事項(xiàng)1） 儀器使用交流220V10%,頻率為50Hz電源2） 務(wù)必使用接地良好的三芯電源插座3） 儀器應(yīng)放置在平穩(wěn)牢固的工作臺(tái)面上4） 應(yīng)避開(kāi)陽(yáng)光直射5） 儀器周圍無(wú)強(qiáng)磁場(chǎng)、電場(chǎng)干擾6） 各連接線需連接可靠7） 打開(kāi)儀器罩蓋后，避免在負(fù)高壓工作狀態(tài)下有強(qiáng)光照射到接收器上8） 注意開(kāi)機(jī)順序，一定待汞燈點(diǎn)亮后，才可開(kāi)主機(jī)電源開(kāi)關(guān)以免擊壞電路板第22頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第23頁(yè)1.1.4

18、 測(cè)量誤差的表示方法 測(cè)量誤差有絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差兩種表示方法。 1.絕對(duì)誤差 （1）定義：由測(cè)量所得到的被測(cè)量值與其真值之差，稱為絕對(duì)誤差 實(shí)際應(yīng)用中常用實(shí)際值A(chǔ)（高一級(jí)以上的測(cè)量?jī)x器或計(jì)量器具測(cè)量所得之值）來(lái)代替真值。 絕對(duì)誤差： 有大小，又有符號(hào)和量綱（2）修正值 與絕對(duì)誤差的絕對(duì)值大小相等，但符號(hào)相反的量值，稱為修正值 測(cè)量?jī)x器的修正值可以通過(guò)上一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的檢定給出，修正值可以是數(shù)值表格、曲線或函數(shù)表達(dá)式等形式。 被測(cè)量的實(shí)際值 第23頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第24頁(yè)1.1.4 測(cè)量誤差的表示方法2.相對(duì)誤差（1）相對(duì)真誤差、實(shí)際相對(duì)誤差、示值相對(duì)誤差

19、 相對(duì)真誤差： 絕對(duì)誤差與被測(cè)量的真值之比實(shí)際相對(duì)誤差： 用實(shí)際值A(chǔ)代替真值A(chǔ)0 示值相對(duì)誤差： 用測(cè)量值X 代替實(shí)際值A(chǔ) 第24頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第25頁(yè)1.1.4 測(cè)量誤差的表示方法（2）滿度相對(duì)誤差（引用相對(duì)誤差） 用測(cè)量?jī)x器在一個(gè)量程范圍內(nèi)出現(xiàn)的最大絕對(duì)誤差與該量程值（上限值下限值）之比來(lái)表示的相對(duì)誤差，稱為滿度相對(duì)誤差（或稱引用相對(duì)誤差） 儀表各量程內(nèi)絕對(duì)誤差的 最大值 我國(guó)電工儀表共分七級(jí) ：0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5及5.0。如果儀表為S級(jí)，則說(shuō)明該儀表的最大引用誤差不超過(guò)S% 測(cè)量點(diǎn)的最大相對(duì)誤差 在使用這類儀表測(cè)量

20、時(shí)，應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)牧砍?，使示值盡可能接近于滿度值，指針最好能偏轉(zhuǎn)在不小于滿度值2/3以上的區(qū)域。 第25頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第26頁(yè)1.1.4 測(cè)量誤差的表示方法例某待測(cè)電流約為100mA，現(xiàn)有0.5級(jí)量程為0400mA和1.5級(jí)量程為0100mA的兩個(gè)電流表，問(wèn)用哪一個(gè)電流表測(cè)量較好？ 用1.5級(jí)量程為0100mA電流表測(cè)量100mA時(shí)的最大相對(duì)誤差為 解：用0.5級(jí)量程為0400mA電流表測(cè)100mA時(shí)，最大相對(duì)誤差為 第26頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第27頁(yè)1.1.4 測(cè)量誤差的表示方法（3）分貝誤差相對(duì)誤差的對(duì)數(shù)表

21、示 分貝誤差是用對(duì)數(shù)形式（分貝數(shù)）表示的一種相對(duì)誤差，單位為分貝（dB）。 電壓增益的測(cè)得值為 誤差為 用對(duì)數(shù)表示為增益測(cè)得值的分貝值 分貝誤差 第27頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第28頁(yè)1.1.5 減少誤差的若干方法 微差法進(jìn)行測(cè)量時(shí)，測(cè)量誤差公式： X = s + x = s + ,相對(duì)誤差為（作分母時(shí)， X 與s視為相等）： 前一項(xiàng)為標(biāo)準(zhǔn)量的相對(duì)誤差，一般很小，測(cè)量?jī)x器的誤差對(duì)測(cè)量的影響被大大地削弱， 為了提高測(cè)量準(zhǔn)確度，在比較中可采用各種減小測(cè)量誤差的方法，如微差法、替代法、交換法。 1. 微差法第28頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分

22、，星期五第29頁(yè)第29頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第30頁(yè)1.1.5 減少誤差的若干方法2.替代法 （1）替代偏轉(zhuǎn)法（2）替代零示法 在測(cè)量條件不變的情況下，用一已知的標(biāo)準(zhǔn)量去替代未知的被測(cè)量，通過(guò)調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)量而保持替代前后儀器的示值不變，于是標(biāo)準(zhǔn)量的值等于被測(cè)量值。 第30頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第31頁(yè)1.1.5 減少誤差的若干方法3.交換法 通過(guò)交換被測(cè)量和標(biāo)準(zhǔn)量的位置，從前后兩次換位測(cè)量結(jié)果的處理中，削弱或消除系統(tǒng)誤差。 特別適用于平衡對(duì)稱結(jié)構(gòu)的測(cè)量裝置中，并通過(guò)交換法可檢查其對(duì)稱性是否良好。 第一次平衡 第二次平衡 上

23、兩式相乘、開(kāi)方得： 第31頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第32頁(yè)1.2 電子測(cè)量方法與測(cè)量系統(tǒng)1.2.1 電子測(cè)量的基本概念1.電子測(cè)量及意義 電子測(cè)量是人們借助于電子技術(shù)的手段對(duì)電量和非電量的測(cè)量。即：以電子科學(xué)技術(shù)理論為依據(jù)，以電子測(cè)量?jī)x器和設(shè)備為工具，對(duì)電量和非電量進(jìn)行的測(cè)量。其意義： 具有極快的速度 具有極精細(xì)的分辨能力，很寬的作用范圍。 極有利于信息傳遞 極為靈活的變換技術(shù)。 巨大的信息處理能力 第32頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第33頁(yè)1.2.1 電子測(cè)量的基本概念 2. 電子測(cè)量的特點(diǎn)（1）測(cè)量頻率范圍寬。 被測(cè)信號(hào)的

24、頻率范圍除測(cè)量直流外，測(cè)量交流信號(hào)的頻率范圍低至10-6Hz以下，高至THz（1THz=1012Hz） （2）量程范圍寬。 如數(shù)字萬(wàn)用表對(duì)電壓測(cè)量由納伏（nV）級(jí)至千伏（kV）級(jí)電壓，量程達(dá)12個(gè)數(shù)量級(jí) （3）測(cè)量準(zhǔn)確度高。 如用電子測(cè)量方法對(duì)頻率和時(shí)間進(jìn)行測(cè)量時(shí)，由于采用原子頻標(biāo)和原子秒作為基準(zhǔn)，可以使測(cè)量準(zhǔn)確度達(dá)到10-1310-14的數(shù)量級(jí)。 （4）測(cè)量速度快。 因?yàn)殡娮訙y(cè)量是通過(guò)電子運(yùn)動(dòng)和電磁波傳播進(jìn)行工作 （5）易于實(shí)現(xiàn)遙測(cè) （6）易于實(shí)現(xiàn)測(cè)量過(guò)程的自動(dòng)化和測(cè)量?jī)x器智能化 第33頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第34頁(yè)1.2.1 電子測(cè)量的基本概念 3.

25、電子測(cè)量的內(nèi)容 （1）按具體的測(cè)量對(duì)象來(lái)分類電信號(hào)的測(cè)量 包括各種頻率及波形下的電壓、電流、功率、電場(chǎng)強(qiáng)度； 信號(hào)的頻率、周期、時(shí)間、相位、調(diào)幅度、調(diào)頻指數(shù)、失真度、噪音以及數(shù)字信號(hào)的邏輯狀態(tài)等的測(cè)量。 電路參數(shù)的測(cè)量 包括電阻、電感、電容、阻抗、品質(zhì)因數(shù)、電子器件參數(shù)等的測(cè)量。 電子設(shè)備性能的測(cè)量 包括放大倍數(shù)、衰減、靈敏度、頻率特性、通頻帶、噪聲系數(shù)的測(cè)量。 特性曲線的測(cè)量 包括幅頻特性曲線、晶體管特性曲線等的測(cè)量和顯示。 第34頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第35頁(yè)1.2.1 電子測(cè)量的基本概念 3. 電子測(cè)量的內(nèi)容（2）按基本的測(cè)量對(duì)象來(lái)看： 信號(hào)和系統(tǒng)

26、基本對(duì)象是未知的信號(hào)與系統(tǒng) 基本工具是已知的信號(hào)與系統(tǒng) 基本工作機(jī)理是信號(hào)與系統(tǒng)的相互作用 4. 電子測(cè)量系統(tǒng)的組成第35頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第36頁(yè)1.2.2 電子測(cè)量的基本方法1. 直接測(cè)量、間接測(cè)量與組合測(cè)量 （1）直接測(cè)量用已標(biāo)定的儀器，直接地測(cè)量出某一待測(cè)未知量的量值。 （2）間接測(cè)量對(duì)與未知待測(cè)量y有確切函數(shù)關(guān)系的其他變量x（或n個(gè)變量）進(jìn)行直接測(cè)量，然后再通過(guò)函數(shù) ，計(jì)算出待測(cè)量y。 （3）組合測(cè)量 第36頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第37頁(yè)1.2.2 電子測(cè)量的基本方法2. 被動(dòng)測(cè)量（有源參量）與主動(dòng)測(cè)量（

27、無(wú)源參量）被測(cè)對(duì)象可按有源量或無(wú)源量劃分為兩大類 有源量的測(cè)量 無(wú)源量的測(cè)量 第37頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五1.2.2 電子測(cè)量的基本方法3. 開(kāi)環(huán)式測(cè)量和閉環(huán)式測(cè)量 第38頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第39頁(yè)1.2.2 電子測(cè)量的基本方法4. 集中式與分布式的多路測(cè)量 （1）集中式多路測(cè)試系統(tǒng) 第39頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第40頁(yè)1.2.2 電子測(cè)量的基本方法4. 集中式與分布式的多路測(cè)量（2）分布式多路測(cè)量系統(tǒng)(以雨量網(wǎng)為例:簡(jiǎn)述無(wú)線GPRS通訊網(wǎng)絡(luò)) （a）網(wǎng)絡(luò)化測(cè)量系統(tǒng) （b）無(wú)線

28、電遙測(cè)系統(tǒng) 第40頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第41頁(yè)1.2.2 電子測(cè)量的基本方法5. 頻域、時(shí)域、數(shù)域測(cè)量（1）頻域測(cè)量技術(shù)：幅值和相位隨頻率的變化 正弦波點(diǎn)頻法 正弦波掃頻法 （2）時(shí)域測(cè)量技術(shù)： 幅值隨時(shí)間的變化 測(cè)試信號(hào)是脈沖、方波及階躍信號(hào) 注：頻域測(cè)量和時(shí)域測(cè)量比較 頻域測(cè)量和時(shí)域測(cè)量是測(cè)量線性系統(tǒng)性能的兩種方法，是從兩個(gè)不同的角度去觀測(cè)同一個(gè)被測(cè)對(duì)象，其結(jié)果應(yīng)該是一致的。 從理論上講，時(shí)域函數(shù)的付里葉變換就是頻域函數(shù)，而頻域函數(shù)的付里葉逆變換也就是時(shí)域函數(shù)。 第41頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第42頁(yè)1.2.2 電

29、子測(cè)量的基本方法5. 頻域、時(shí)域、數(shù)域測(cè)量（3）數(shù)字測(cè)量技術(shù)：測(cè)量數(shù)字系統(tǒng)的功能和故障診斷 對(duì)數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量的基本方法是： 在輸入端加激勵(lì)信號(hào)，觀察由此產(chǎn)生的輸出響應(yīng)，并與預(yù)期的正確結(jié)果進(jìn)行比較，一致則表示系統(tǒng)正常；不一致則表示系統(tǒng)有故障。 LSI測(cè)試系統(tǒng)的簡(jiǎn)化框圖 第42頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第43頁(yè)1.2.2 電子測(cè)量的基本方法6. 靜態(tài)、穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)測(cè)量（1）靜態(tài)（直流）測(cè)量： 對(duì)不隨時(shí)間變化的物理量進(jìn)行的測(cè)量 測(cè)量原理、方法、手段最簡(jiǎn)單，測(cè)量過(guò)程不受時(shí)間限制，測(cè)量系統(tǒng)的輸出與輸入二者之間有著簡(jiǎn)單的一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系和理想的特性，而測(cè)量精度也最高。（2）

30、穩(wěn)態(tài)（交流）測(cè)試技術(shù)： 正弦測(cè)試技術(shù) 用幅值隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化的電信號(hào)（最簡(jiǎn)單的周期性信號(hào)）作被測(cè)系統(tǒng)的激勵(lì)，然后觀測(cè)在此激勵(lì)下的輸出響應(yīng)，以頻率為變量對(duì)被測(cè)線性系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量。 （3）動(dòng)態(tài)（脈沖）測(cè)試技術(shù)， 自然界存在大量瞬變沖激的物理現(xiàn)象，如力學(xué)中的爆炸、沖擊、碰撞等，電學(xué)中的放電、閃電、雷擊等，對(duì)這類隨時(shí)間瞬變對(duì)象進(jìn)行測(cè)量，稱為動(dòng)態(tài)測(cè)量和瞬態(tài)測(cè)量。 第43頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第44頁(yè)1.2.2 電子測(cè)量的基本方法7. 測(cè)試系統(tǒng)的靜態(tài)特性（1）靜態(tài)特性的數(shù)學(xué)模型 不線性時(shí)：獲得靜態(tài)特性的方法： 對(duì)一個(gè)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定或定期進(jìn)行校準(zhǔn)。 即在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)工

31、作條件下（規(guī)定的溫度范圍、大氣壓力、濕度等），由高精度的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)生器給出一系列數(shù)值已知的、準(zhǔn)確的、不隨時(shí)間變化的輸入量xj，用高精度測(cè)量?jī)x器測(cè)定被校測(cè)量系統(tǒng)對(duì)應(yīng)輸出量yj,得到由(xj,yj)數(shù)值列出的數(shù)表、繪制曲線或求得數(shù)學(xué)表達(dá)式，即為被校準(zhǔn)的測(cè)量系統(tǒng)的輸出與輸入的關(guān)系，亦稱之為靜態(tài)特性。 非線性第44頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第45頁(yè)1.2.2 電子測(cè)量的基本方法7. 測(cè)試系統(tǒng)的靜態(tài)特性（2）靜態(tài)特性的基本參數(shù) 零位（零點(diǎn)） 當(dāng)輸入量為零x=0時(shí)，測(cè)量 系統(tǒng)的輸出量不為零的數(shù)值 零位值為 零位值應(yīng)設(shè)法從測(cè)量結(jié)果中消除。例如可以通過(guò)測(cè)量系統(tǒng)的調(diào)零機(jī)構(gòu)或者由軟件

32、扣除。 第45頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第46頁(yè)1.2.2 電子測(cè)量的基本方法7. 測(cè)試系統(tǒng)的靜態(tài)特性（2）靜態(tài)特性的基本參數(shù) 靈敏度 是描述測(cè)量系統(tǒng)對(duì)輸入量變化反應(yīng)的能力。 靈敏度： 當(dāng)靜態(tài)特性為一直線時(shí)，直線的斜率即為靈敏度，且為一常數(shù) 第46頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五1.2.2 電子測(cè)量的基本方法7. 測(cè)試系統(tǒng)的靜態(tài)特性 （2）靜態(tài)特性的基本參數(shù) 測(cè)量范圍、量程 測(cè)量范圍測(cè)量系統(tǒng)所能測(cè)量到的最小被測(cè)量（輸入量）與最大被測(cè)量（輸入量）之間的范圍。 量程測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量范圍的上限值與下限值之差的模即稱為量程。量程又稱滿度值，表征

33、測(cè)量系統(tǒng)能夠承受最大輸入量的能力。 例如一溫度測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量范圍是60+1200C，那么它的量程為1800C 第47頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第48頁(yè) 分辨力與分辨率 分辨力，又稱靈敏度閾，它表征測(cè)量系統(tǒng)有效辨別輸入量最小變化量的能力。標(biāo)定過(guò)程中當(dāng)?shù)趇個(gè)測(cè)點(diǎn)xi,當(dāng)有xi,min變化時(shí)才看到輸出變化，該點(diǎn)分辨力為xi,min，該點(diǎn)分辨率為: ri=xi,min/R, 測(cè)量系統(tǒng)的分辨率為:r=maxri 對(duì)模擬式測(cè)量系統(tǒng)，其分辨力一般為最小分度值的1/21/5。 對(duì)具有數(shù)字顯示器的測(cè)量系統(tǒng)，其分辨力是當(dāng)最小有效數(shù)字增加一個(gè)字時(shí)相應(yīng)示值的改變量，也即相當(dāng)于一個(gè)分度

34、值。 對(duì)于一般測(cè)量?jī)x表的要求是：靈敏度應(yīng)該大而分辨力應(yīng)該小(從數(shù)值上講). 1.2.2 電子測(cè)量的基本方法7. 測(cè)試系統(tǒng)的靜態(tài)特性 （2）靜態(tài)特性的基本參數(shù)第48頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第49頁(yè) 漂移 時(shí)漂:當(dāng)測(cè)量系統(tǒng)的輸入和環(huán)境溫度不變時(shí)輸出量隨時(shí)間的變化而變化的現(xiàn)象稱時(shí)漂溫漂:由于環(huán)境溫度變化而引起的輸出量的變化。它包括零點(diǎn)溫漂和靈敏度溫漂。 零點(diǎn)漂移 =y0(t2)-y0(t1)/yFS(t1)(t2-t1) *100% 靈敏度漂移 = yFS(t2)- yFS(t1)/ yFS(t1)(t2-t1) *100% 上述公式右邊y值為平均值，t1為室溫，

35、t2為規(guī)定高溫或低溫，穩(wěn)定1小時(shí)1.2.2 電子測(cè)量的基本方法7. 測(cè)試系統(tǒng)的靜態(tài)特性 （2）靜態(tài)特性的基本參數(shù)第49頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第50頁(yè)1.2.2 電子測(cè)量的基本方法7. 測(cè)試系統(tǒng)的靜態(tài)特性（3）靜態(tài)特性的質(zhì)量指標(biāo) 遲滯 亦稱“滯環(huán)”或“回差”，表征測(cè)量系統(tǒng)在全量程范圍內(nèi)，輸入量由小到大（正行程）或由大小到（反行程）兩者靜態(tài)特性不一致的程度。由機(jī)械摩擦間隙、敏感材料缺陷、磁性材料磁滯等因素引起 測(cè)量時(shí)，各點(diǎn)的值取平均值， 下式為遲滯的引用誤差，式中Hm 為最大回差第50頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第51頁(yè)1.2.

36、2 電子測(cè)量的基本方法7. 測(cè)試系統(tǒng)的靜態(tài)特性（3）靜態(tài)特性的質(zhì)量指標(biāo) 重復(fù)性 表征測(cè)量系統(tǒng)輸入量按同一方向作全量程連續(xù)多次變動(dòng)時(shí)，靜態(tài)特性不一致的程度 重復(fù)性指標(biāo)是一種隨機(jī)誤 差，可以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)偏差來(lái)計(jì)算 重復(fù)性引用誤差為： 按照Bessel算法，R=3s為最大重復(fù)誤差，s為最大標(biāo) 準(zhǔn)偏差第51頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第52頁(yè) 線性度 測(cè)量系統(tǒng)的輸出輸入關(guān)系應(yīng)當(dāng)具有直線特性， 線性度（又稱非線性誤差）說(shuō)明輸出量與輸入量的實(shí)際關(guān)系曲線偏離其擬合直線的程度 上式中ymax應(yīng)為：yFS 選定的擬合直線不同，計(jì)算 所得的線性度數(shù)值也就不同。有絕對(duì)線性度（與理想曲線比

37、較）、端基線性度（與由始末兩端定的直線比較）、最小二乘法線性度1.2.2 電子測(cè)量的基本方法7. 測(cè)試系統(tǒng)的靜態(tài)特性（3）靜態(tài)特性的質(zhì)量指標(biāo) 第52頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第53頁(yè) 準(zhǔn)確度 測(cè)量系統(tǒng)的準(zhǔn)確度，俗稱精度 用準(zhǔn)確度等級(jí)指數(shù)來(lái)表征： 準(zhǔn)確度等級(jí)指數(shù)a的百分?jǐn)?shù)a%所表示的相對(duì)值是代表允許誤差的大小 用不確定度來(lái)表征：在規(guī)定條件下系統(tǒng)或裝置用于測(cè)量時(shí)所得測(cè)量結(jié)果的不確定度。 簡(jiǎn)化表示： 一些國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)未規(guī)定準(zhǔn)確度等級(jí)指數(shù)的產(chǎn)品說(shuō)明書中，常用“精度”作為一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)來(lái)表征該產(chǎn)品的準(zhǔn)確程度。通常精度A由線性度、滯環(huán)和重復(fù)性之和得出1.2.2 電子測(cè)量的基本方

38、法7. 測(cè)試系統(tǒng)的靜態(tài)特性（3）靜態(tài)特性的質(zhì)量指標(biāo) 第53頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第54頁(yè)1.2.2 電子測(cè)量的基本方法8. 測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性（1）測(cè)試系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的描述數(shù)學(xué)模型測(cè)量系統(tǒng)的特性用數(shù)學(xué)模型來(lái)描述，主要有三種形式： 時(shí)域中的微分方程； 復(fù)頻域中的傳遞函數(shù)； 頻域中的頻率特性。 微分方程 第54頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第55頁(yè) 傳遞函數(shù) 為簡(jiǎn)化運(yùn)算，通常采用拉普拉斯變換來(lái)研究線性微分方程。 傳遞函數(shù)其表達(dá)式為在初始條件為零時(shí)，系統(tǒng)輸出量的拉氏變換與輸入量的拉氏變換之比。1.2.2 電子測(cè)量的基本方法8. 測(cè)量系

39、統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性（1）測(cè)試系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的描述數(shù)學(xué)模型第55頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第56頁(yè) 頻率響應(yīng)函數(shù) 對(duì)于穩(wěn)定的常系數(shù)線性系統(tǒng)，可用傅里葉變換代替拉氏變換 1.2.2 電子測(cè)量的基本方法8. 測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性（1）測(cè)試系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的描述數(shù)學(xué)模型幅頻特性相頻特性第56頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第57頁(yè)1.2.2 電子測(cè)量的基本方法8. 測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性（2）常見(jiàn)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、特性參數(shù)、階躍響應(yīng) 一階系統(tǒng) 一階RC電路 幅頻特性： 相頻特性： 時(shí)間常數(shù)第57頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第58

40、頁(yè) 當(dāng)系統(tǒng)輸入階躍信號(hào)x(t)時(shí),響應(yīng)為y(t) 一階系統(tǒng)頻域的主要指標(biāo):0, =0=1/時(shí)為轉(zhuǎn)折點(diǎn). 時(shí)域主要指標(biāo):,當(dāng)t=時(shí),上升到0.632 0.95A第58頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第59頁(yè)二階系統(tǒng) （例LCR串聯(lián)電路）微分方程 為系統(tǒng)固有角頻率， 為阻尼比 傳遞函數(shù) 頻率特性 1.2.2 電子測(cè)量的基本方法8. 測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性（2）常見(jiàn)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、特性參數(shù)、階躍響應(yīng)第59頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第60頁(yè)二階系統(tǒng)的頻率特性 幅頻特性相頻特性第60頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第6

41、1頁(yè)二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)頻域指標(biāo)： 、 n, 時(shí)域指標(biāo)：有阻尼自然振蕩角頻率、有阻尼自然振蕩周期、峰值時(shí)間、絕對(duì)及相對(duì)超調(diào)量。第61頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第62頁(yè)1.2.3 電子測(cè)量中的基本實(shí)現(xiàn)技術(shù)1. 電子測(cè)量中的變換技術(shù)1) 量值變換 量值是指電壓、電流、功率、阻抗、時(shí)間等電參量的幅值大小。 量值變換即指把它們的幅值按比例地增大或縮小。 把量值處于難以測(cè)量的邊緣狀態(tài)（太小或太大）的被測(cè)量，按某一已知比值變換為量值適中的同樣參量進(jìn)行測(cè)量。 通過(guò)量值變換，可增加測(cè)量范圍，提高測(cè)量分辨力和精度。 （1）信號(hào)放大與衰減 測(cè)量放大器是指在測(cè)量系統(tǒng)中用來(lái)放大微弱電壓

42、、電流或電荷信號(hào)的放大器。要求低漂移 衰減器用來(lái)降低測(cè)量系統(tǒng)中的信號(hào)電平 第62頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第63頁(yè)1.2.3 電子測(cè)量中的基本實(shí)現(xiàn)技術(shù)1. 電子測(cè)量中的變換技術(shù) 1) 量值變換 （2）阻抗變換 電子測(cè)量中，特別是在微波測(cè)量中，當(dāng)將不匹配的負(fù)載與傳輸線連接時(shí)，或?qū)⑻卣髯杩共煌膫鬏斁€進(jìn)行連接時(shí)，信號(hào)傳輸中將產(chǎn)生強(qiáng)烈反射。 為了保證良好的傳輸，必須在傳輸線與負(fù)載之間或不同特征阻抗的傳輸線之間接入一種阻抗變換的雙口網(wǎng)絡(luò)，改變阻抗的大小，實(shí)現(xiàn)阻抗的匹配。 在信號(hào)源的功率放大器輸出電路中，也要求負(fù)載阻抗匹配，常用變壓器等進(jìn)行阻抗變換，以保證最佳功率傳輸。

43、 電子測(cè)量?jī)x器輸入端具有很高輸入阻抗，輸入跟隨器則是實(shí)現(xiàn)了輸入通道從高阻到低阻的阻抗變換。 第63頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第64頁(yè)1.2.3 電子測(cè)量中的基本實(shí)現(xiàn)技術(shù)1. 電子測(cè)量中的變換技術(shù) 2) 頻率變換（1）檢波：交流電壓變成直流電壓 常用磁電式電表，它只能測(cè)量直流，交流信號(hào)必須檢波成直流信號(hào)來(lái)測(cè)量 （2）斬波：把一個(gè)直流電壓調(diào)制成交流電壓，經(jīng)過(guò)交流放大，然后再把交流電壓通過(guò)反調(diào)制（解調(diào)）還原為直流電壓的過(guò)程。 斬波的作用是對(duì)微弱的直流電壓進(jìn)行放大 （3）變頻（分頻、倍頻、混頻、頻率合成等） 進(jìn)行頻率的加減運(yùn)算；獲得很寬的頻率覆蓋范圍；實(shí)現(xiàn)中頻或低頻替

44、代，以提高測(cè)量精度，實(shí)現(xiàn)頻率的精密測(cè)量。 例：f=200.020kHz220kHz f0=200kHz 則 F=f-f0=20Hz20kHz第64頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第65頁(yè)1.2.3 電子測(cè)量中的基本實(shí)現(xiàn)技術(shù)1. 電子測(cè)量中的變換技術(shù) 3) 波形變換（1）整形 將任意形狀的波形變成規(guī)則的脈沖波形， 例如，用于電子計(jì)數(shù)器的輸入通道中。 （2）限幅 把信號(hào)波形幅度限制在一定范圍內(nèi) （3）微分 由矩形脈沖形成一個(gè)窄脈沖。 在電子計(jì)數(shù)器、取樣示波器、廣譜信號(hào)源中廣泛使用。 （4）合成 多種波形疊加成復(fù)雜波形。 例如合成CRT顯示的視頻信號(hào)波形。 （5）變換 方

45、波變成三角波或正弦波，三角波變成正弦波或方波，正弦波變成方波或三角波等。 波形變換技術(shù)廣泛用于多波形函數(shù)發(fā)生器中。 第65頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第66頁(yè)1.2.3 電子測(cè)量中的基本實(shí)現(xiàn)技術(shù)1. 電子測(cè)量中的變換技術(shù) 4) 參量變換（1）AV變換電流、電壓、電阻之間的變換 多用表中采用的AV變換，包括交流/直流（AC/DC）、電流/電壓（I/V）和電阻/電壓（/V）的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)了交、直流電壓、電流、電阻等多種測(cè)量功能。 （2）V/F變換模擬直流電壓轉(zhuǎn)換為頻率 講述該種轉(zhuǎn)換在信號(hào)采集中的抗干擾作用 （3）V/T變換模擬直流電壓轉(zhuǎn)換成時(shí)間 （4）網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的變換，

46、可通過(guò)易測(cè)量求出難測(cè)量 第66頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第67頁(yè)1.2.3 電子測(cè)量中的基本實(shí)現(xiàn)技術(shù)1. 電子測(cè)量中的變換技術(shù)例：一個(gè)工件傷痕檢測(cè)系統(tǒng)使用的變換技術(shù) 機(jī)械量信息到光信號(hào)；光信號(hào)變換成電信號(hào)；電信號(hào)被放大，進(jìn)行了幅度變換；對(duì)電信號(hào)比較、校正的處理后抽取出了有關(guān)傷痕的有用信息；電信號(hào)到光信號(hào)的變換進(jìn)行顯示。 第67頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第68頁(yè)1.2.3 電子測(cè)量中的基本實(shí)現(xiàn)技術(shù)2. 電子測(cè)量中的比較技術(shù)1）比較的基本概念 被測(cè)量為x、標(biāo)準(zhǔn)量為s、比較電路輸出為y。 當(dāng)xs時(shí)，y=YH 當(dāng)x=s 時(shí)，y出現(xiàn)一個(gè)

47、躍變信號(hào)第68頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第69頁(yè)1.2.3 電子測(cè)量中的基本實(shí)現(xiàn)技術(shù)2. 電子測(cè)量中的比較技術(shù)2）電壓比較 （1）電平比較 兩個(gè)模擬電壓的大小的比較是用電壓比較器來(lái)實(shí)現(xiàn)的 第69頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第70頁(yè)1.2.3 電子測(cè)量中的基本實(shí)現(xiàn)技術(shù)2. 電子測(cè)量中的比較技術(shù)2）電壓比較（2）差值型比較 采用能輸出模擬差值電壓的減法運(yùn)算放大器。實(shí)現(xiàn)減法運(yùn)算功能的方法也有差動(dòng)型比較和求和型比較兩種。 （3）比例型比較 具有除法或比例運(yùn)算功能的電路或部件，也可完成被測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)量的比較。例如，雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器中，被

48、測(cè)電壓與標(biāo)準(zhǔn)電壓之間具有如下關(guān)系（講雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器的原理）： 第70頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第71頁(yè)1.2.3 電子測(cè)量中的基本實(shí)現(xiàn)技術(shù)2. 電子測(cè)量中的比較技術(shù)3）阻抗比較 電橋電路具有對(duì)稱差動(dòng)的電路結(jié)構(gòu)，是一種電量天平，可以十分方便地實(shí)現(xiàn)差值檢測(cè)和比例比較的功能。 （a）比例臂電橋 （b）有源電橋 （c）電壓電橋 （d）電流電橋 1 1 2 2 s x Z U N U N Z = = 第71頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第72頁(yè)1.2.3 電子測(cè)量中的基本實(shí)現(xiàn)技術(shù)2. 電子測(cè)量中的比較技術(shù)3）阻抗比較例. 比例運(yùn)算比較

49、（半橋）電路 第72頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第73頁(yè)1.2.3 電子測(cè)量中的基本實(shí)現(xiàn)技術(shù)2. 電子測(cè)量中的比較技術(shù)4）頻率（時(shí)間）阻抗比較時(shí)間差值比較：用R-S觸發(fā)器可實(shí)現(xiàn)時(shí)差的比較 差頻比較： 混頻器可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)頻率的減法運(yùn)算， 還可利用差頻比較法測(cè)量頻率第73頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第74頁(yè)1.2.3 電子測(cè)量中的基本實(shí)現(xiàn)技術(shù)2. 電子測(cè)量中的比較技術(shù)5）相位比較 （1）用乘法器或相敏檢波器鑒相 （2）脈沖與數(shù)字式鑒相器 觸發(fā)器構(gòu)成的脈沖鑒相器:RS觸發(fā)器或D觸發(fā)器 數(shù)字式鑒相器:由相位比較器（9個(gè)與非門）和電荷泵組成

50、 第74頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第75頁(yè)1.2.3 電子測(cè)量中的基本實(shí)現(xiàn)技術(shù)2. 電子測(cè)量中的比較技術(shù)6）數(shù)字比較 二進(jìn)制的數(shù)N1和N2加于異或門的輸入端，即可進(jìn)行比較 第75頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第76頁(yè)1.2.3 電子測(cè)量中的基本實(shí)現(xiàn)技術(shù)3. 電子測(cè)量中的處理技術(shù)1)基本模擬運(yùn)算 運(yùn)算放大器輔之以不同的電路元件，可以組成諸如比例、加減、微分、積分、對(duì)數(shù)、指數(shù)和乘除等電路 （1）四則運(yùn)算電路 第76頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第77頁(yè)1.2.3 電子測(cè)量中的基本實(shí)現(xiàn)技術(shù)3. 電子測(cè)量中的

51、處理技術(shù)1)基本模擬運(yùn)算（2）積分和微分電路 第77頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第78頁(yè)1.2.3 電子測(cè)量中的基本實(shí)現(xiàn)技術(shù)3. 電子測(cè)量中的處理技術(shù)2)模擬濾波器 按照頻譜分析的觀點(diǎn)，任何信號(hào)都是一些不同幅度和不同頻率的正弦信號(hào)的組合。 在被測(cè)信號(hào)中，除了有用的頻率成分之外，往往不可避免地含有一些無(wú)用噪聲的頻率成分。 濾波器的功能就是利用其頻率特性來(lái)保留有用的頻率成分，削弱或消除無(wú)用的頻率成分，即具有信號(hào)分離的功能。 分為低通、高通、帶通和帶阻等不同濾波器。 模擬濾波器可以通過(guò)有源濾波或無(wú)源濾波來(lái)完成，如書本上的各種濾波器（參考書本）第78頁(yè)，共116頁(yè)，20

52、22年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第79頁(yè)1.2.3 電子測(cè)量中的基本實(shí)現(xiàn)技術(shù)3. 電子測(cè)量中的處理技術(shù)3)數(shù)字信號(hào)處理（DSP）（1）數(shù)字信號(hào)處理的實(shí)現(xiàn)方式 基于數(shù)字邏輯電路的硬件方式： 利用現(xiàn)有的各種數(shù)字邏輯門、譯碼器、觸發(fā)器、寄存器、計(jì)數(shù)器、全加器等，以及各種CPLD、FPGA等可編程邏輯，組成各種數(shù)字邏輯的運(yùn)算與控制單元。 基于微處理器和微型計(jì)算機(jī)的嵌入式系統(tǒng)的軟件方式： 通過(guò)軟件編程，可完成各種數(shù)字與邏輯的運(yùn)算。 基于DSP芯片的實(shí)現(xiàn)方式第79頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第80頁(yè)1.2.3 電子測(cè)量中的基本實(shí)現(xiàn)技術(shù)3. 電子測(cè)量中的處理技術(shù)3)數(shù)

53、字信號(hào)處理（DSP）（2）數(shù)字信號(hào)處理（DSP）的基本內(nèi)容 廣義來(lái)說(shuō)，數(shù)字信號(hào)處理是研究用數(shù)字方法對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析、變換、運(yùn)算、濾波、檢測(cè)、估計(jì)、增強(qiáng)、壓縮、調(diào)制、解調(diào)以及快速算法的一門技術(shù)學(xué)科。 狹義來(lái)說(shuō)也有人認(rèn)為：數(shù)字信號(hào)處理主要是研究有關(guān) 數(shù)字濾波技術(shù)：把信號(hào)的有效信號(hào)提取出來(lái)，抑制（削弱或?yàn)V除）干擾或噪聲的一種處理。 離散變換快速算法：FFT 頻譜分析方法: 主要使用頻譜分析儀和信號(hào)分析儀 信號(hào)處理包括時(shí)域和頻域處理。時(shí)域處理中最典型的是波形分析，示波器就是最常用的儀器。信號(hào)頻域處理主要指濾波，主要使用頻譜分析儀和信號(hào)分析儀第80頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期

54、五第81頁(yè)1.2.3 電子測(cè)量中的基本實(shí)現(xiàn)技術(shù)3. 電子測(cè)量中的處理技術(shù)3)數(shù)字信號(hào)處理（DSP）（3）數(shù)字信號(hào)處理的應(yīng)用 測(cè)試信號(hào)處理 語(yǔ)音信號(hào)處理 語(yǔ)音的識(shí)別、理解、合成、增強(qiáng)、數(shù)據(jù)壓縮 圖像信號(hào)處理 圖像壓縮、解壓、增強(qiáng)、恢復(fù)、分割、識(shí)別、編碼和重建 振動(dòng)信號(hào)處理 地球物理信號(hào)處理 為了探測(cè)地下深處所儲(chǔ)藏的石油和天然氣以及其他礦藏，通常采用地震勘探方法來(lái)探測(cè)地層結(jié)構(gòu)和巖性。即在一選定的地點(diǎn)施加人為的激震，如用爆炸方法產(chǎn)生一振動(dòng)波向地下傳播，遇到地層分界面即產(chǎn)生反射波，在距離振源一定遠(yuǎn)的地方放置一列傳感器，接收到達(dá)地面的反射波。從反射波的延遲時(shí)間和強(qiáng)度來(lái)判斷地層的深度和結(jié)構(gòu)。 生物醫(yī)學(xué)信號(hào)

55、處理 第81頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第82頁(yè)1.2.3 電子測(cè)量中的基本實(shí)現(xiàn)技術(shù)4. 電子測(cè)量中的顯示技術(shù) 1）指示式儀表 被測(cè)電流I在可動(dòng)線圈中流過(guò)時(shí)產(chǎn)生電磁力F，使可動(dòng)線圈以軸為中心轉(zhuǎn)動(dòng)，由此產(chǎn)生與電流I成比例的驅(qū)動(dòng)力矩Td，帶動(dòng)指針偏轉(zhuǎn)，從儀表的標(biāo)尺分度讀數(shù)測(cè)得電流。 測(cè)量結(jié)果必須通過(guò)顯示器件把各種電信號(hào)轉(zhuǎn)換成人們五官可直接感知的機(jī)械運(yùn)動(dòng)、數(shù)字、文字、圖形、圖像等形式的信號(hào)顯示出來(lái) 第82頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第83頁(yè)1.2.3 電子測(cè)量中的基本實(shí)現(xiàn)技術(shù)4. 電子測(cè)量中的顯示技術(shù)2）發(fā)光二極管（LED） LED的發(fā)

56、光顏色多、輝度高，LED的單元體積小，電壓低、驅(qū)動(dòng)電流小，壽命長(zhǎng)。 第83頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第84頁(yè)1.2.3 電子測(cè)量中的基本實(shí)現(xiàn)技術(shù)4. 電子測(cè)量中的顯示技術(shù)3）液晶顯示器（LCD） 液晶是一種具有光學(xué)雙射性的液體狀的晶體 ，液晶顯示器件在電信號(hào)驅(qū)動(dòng)下，控制其對(duì)入射偏光的反射或透射，實(shí)現(xiàn)LCD的顯示 LCD具有薄型、輕量、低功耗、低工作電壓等特點(diǎn) 第84頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第85頁(yè)1.2.3 電子測(cè)量中的基本實(shí)現(xiàn)技術(shù)4. 電子測(cè)量中的顯示技術(shù)4）陰極射線管（CRT） CRT可分為電視用、顯示終端用及儀器儀表用

57、幾種類型5）其它顯示：等離子體顯示、場(chǎng)致發(fā)光（薄膜、平面） 第85頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第86頁(yè)1.3 測(cè)量誤差及數(shù)據(jù)處理1.3.1 測(cè)量誤差的分類、估計(jì)和處理 本節(jié)主要討論采用不同的方法去發(fā)現(xiàn)誤差、判斷誤差的種類和研究選擇削弱或減小測(cè)量誤差 1. 測(cè)量誤差的分類 根據(jù)測(cè)量誤差的性質(zhì)，測(cè)量誤差可分為隨機(jī)誤差、系統(tǒng)誤差、粗大誤差三類。 第86頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五 1. 測(cè)量誤差的分類1）隨機(jī)誤差 定義: 在同一測(cè)量條件下（指在測(cè)量環(huán)境、測(cè)量人員、測(cè)量技術(shù)和測(cè)量?jī)x器都相同的條件下），多次重復(fù)測(cè)量同一量值時(shí)（等精度測(cè)量），

58、每次測(cè)量誤差的絕對(duì)值和符號(hào)都以不可預(yù)知的方式變化的誤差，稱為隨機(jī)誤差或偶然誤差，簡(jiǎn)稱隨差。 來(lái)源：隨機(jī)誤差主要由對(duì)測(cè)量值影響微小但卻互不相關(guān)的大量因素共同造成。這些因素主要是噪聲干擾、電磁場(chǎng)微變、零件的摩擦和配合間隙、熱起伏、空氣擾動(dòng)、大地微震、測(cè)量人員感官的無(wú)規(guī)律變化等。 隨機(jī)誤差的特點(diǎn)： 有界性：隨機(jī)誤差的絕對(duì)值雖然是變化的，但不會(huì)超過(guò)一定的界限。 對(duì)稱性：隨機(jī)誤差的絕對(duì)值相等且正負(fù)誤差出現(xiàn)的機(jī)會(huì)相同。 抵償性：在多次測(cè)量中，隨機(jī)誤差的正負(fù)誤差相互抵償。 抵償性是隨機(jī)誤差的重要性質(zhì)，正是應(yīng)用這一性質(zhì)，才可以采用多次測(cè)量并取平均值的方法來(lái)減小隨機(jī)誤差。第87頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月2

59、0日，23點(diǎn)53分，星期五第88頁(yè) （2）產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的原因 ：主要有以下幾個(gè)方面：a）測(cè)量?jī)x器方面的因素：儀器設(shè)計(jì)原理、設(shè)計(jì)、制造安裝等原因。b）測(cè)量方法方面的因素：采用的測(cè)量方法不夠理想c）測(cè)量環(huán)境方面的因素：在測(cè)量過(guò)程中，實(shí)際的測(cè)量環(huán)境條件（溫度、濕度、壓力等）與理想的環(huán)境不一致，造成元器件參數(shù)的漂移，進(jìn)而造成誤差。d）測(cè)量人員方面的因素： 由于測(cè)量人員本身的因素，如觀測(cè)時(shí)所處的位置等因素，造成讀數(shù)的不準(zhǔn)確而產(chǎn)生的誤差。 1. 測(cè)量誤差的分類2）系統(tǒng)誤差 （1）定義：在同一測(cè)量條件下，多次測(cè)量重復(fù)同一量時(shí)，測(cè)量誤差的絕對(duì)值和符號(hào)都保持不變，或在測(cè)量條件改變時(shí)按一定規(guī)律變化的誤差，稱為系統(tǒng)

60、誤差。 例如儀器的刻度誤差和零位誤差，或值隨溫度變化的誤差。第88頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分，星期五第89頁(yè) 3）粗大誤差： 粗大誤差是一種顯然與實(shí)際值不符的誤差。產(chǎn)生粗差的原因有： 測(cè)量操作疏忽和失誤 如測(cè)錯(cuò)、讀錯(cuò)、記錯(cuò)以及實(shí)驗(yàn)條件未達(dá)到預(yù)定的要求而匆忙實(shí)驗(yàn)等。 測(cè)量方法不當(dāng)或錯(cuò)誤 如用普通萬(wàn)用表電壓檔直接測(cè)高內(nèi)阻電源的開(kāi)路電壓 測(cè)量環(huán)境條件的突然變化 如電源電壓突然增高或降低，雷電干擾、機(jī)械沖擊等引起測(cè)量?jī)x器示值的劇烈變化等。 1. 測(cè)量誤差的分類 含有粗差的測(cè)量值稱為壞值或異常值，在數(shù)據(jù)處理時(shí)，應(yīng)剔除掉。第89頁(yè)，共116頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)53分