緒論電子測量的基本知識0.1測量的基本概念

0.2電子測量的內容和特點

0.3電子測量方法的分類

0.4測量誤差的基本概念

0.5測量結果的處理

0.1測量的基本概念

0.1.1測量的概念

測量是為了確定被測對象的量值而進行的實驗過程，是人們認識自然和改造自然的一種不可缺少的手段。在自然界中，對于任何被研究的對象，若要定量地進行評價，則必須通過測量去實現(xiàn)。

通常測量結果的量值由兩部分組成：數值(大小及符號)和相應的單位名稱。當然測量的結果也可以用一組數據、曲線或圖形等方式表示出來，但它們同樣包含著具體的數值與單位。沒有單位的量值是沒有意義的。測量科學主要包含如下三個方面的內容：

(1)建立測量的單位制。

(2)測量儀器和測量方法的研究、設計與應用。

(3)測量數據的解釋和分析，具有重要意義的信息的導出。

0.1.2計量的基本內容

計量學是研究測量、保證測量統(tǒng)一和準確的科學。計量工作主要是把未知量與經過準確確定并經過國家計量部門認可的基準或標準相比較來加以測定，也就是通過建立基準和標準，進行量值的傳遞。但是，計量學也包含了達到測量統(tǒng)一和準確一致所進行的全部活動，例如統(tǒng)一的單位、基準和標準的建立，計量監(jiān)督管理、測量方法及其手段的研究等。計量是國民經濟的一項重要的技術基礎。計量工作在國民經濟建設中占有十分重要的地位，對于改善企業(yè)管理、提高產品質量、節(jié)約能源以及實現(xiàn)標準化、自動化提供科學數據等方面都起著重要的作用。同樣道理，計量科學技術的水平標志著一個國家科學技術發(fā)展的水平。

計量工作對電子產品的質量管理尤為重要，產品出廠前要經過嚴格的計量檢定。為保證檢定質量，各種測量儀器儀表在使用過程中要定期進行檢驗和校準，以確保測量的準確性。計量與測量不同，但二者又有密切的聯(lián)系。測量是用已知的標準單位量與同類物質進行比較，以獲得該物質數量的過程，這時認為被測量的真實數值是客觀存在的，其誤差是由測量儀器和測量方法等引起的。而計量則認為使用的儀器是標準的，誤差是由受檢儀器引起的，它的任務是確定測量結果的可靠性。計量學把測量技術和測量理論加以完善和發(fā)展，對測量起著推動作用。例如，原子頻率基準具有極高的精確度，因而使頻率測量的精確度隨之大為提高。反之，隨著測量技術的發(fā)展，各種新的計量儀器也在不斷出現(xiàn)，它們都推動了計量學的發(fā)展。

凡是以直接或間接方式測出被測對象量值的量具、計量儀器和計量裝置都統(tǒng)稱為計量器具。計量器具按用途可分為計量基準、計量標準和工作用計量器具三類。

1．計量基準

計量基準是計量基準器具的簡稱，是在特定計量領域內復現(xiàn)和保存計量單位(也可是其倍數或分數)，并且有最高計量特性的計量器具，是統(tǒng)一量值的最高依據。

經國家正式確認，具有當代或本國科學技術所能達到的最高計量特性的計量基準，稱為國家計量基準(簡稱國家基準)，是給定量的所有其他計量器具在國內定度的最高依據。

經國際協(xié)議公認，具有當代科學技術所能達到的最高計量特性的計量基準，稱為國際計量基準(簡稱國際基準)，是給定量的所有其他計量器具在國際上定度的最高依據。

計量基準通?？煞譃橹骰鶞?、副基準和工作基準。主基準(國家基準)：這是用來復現(xiàn)和保存的計量單位，具有現(xiàn)代科學技術所能達到的最高精確度的計量器具，經國家鑒定并批準，作為統(tǒng)一全國計量單位量值的最高依據。主基準一般不輕易使用，只用于對副基準、工作基準的定度或校準，不直接用于日常計量。主基準通常簡稱為基準。

副基準：通過直接或間接與主基準比對來確定其量值并經國家鑒定批準的計量器具，它在全國作為復現(xiàn)計量單位的地位僅次于主基準。副基準主要是為了維護主基準而設的，一般亦不用于日常計量。

工作基準：經與主基準或副基準校準或比對，并經國家鑒定，實際用以檢定的計量器具。它在全國作為復現(xiàn)計量單位的地位僅在主基準及副基準之下。設立工作基準的目的是不使主基準由于使用頻繁而喪失其應有的精確度或遭到破壞。

2．計量標準

計量標準是按國家規(guī)定的精確度等級，作為檢定依據用的計量器具或物質，它的量值是由工作基準傳遞來的，并將基準所復現(xiàn)的單位量值通過檢定逐級傳遞到工作用計量器具，以保證后者量值的準確和一致。計量標準有兩類：一類是標準器具，另一類是標準物質。

3．工作用計量器具

只用于日常測量的計量器具稱為工作用計量器具。工作用計量器具要定期用計量標準來檢定，即由計量標準來評定它的計量性能(準確度、穩(wěn)定度、靈敏度等)是否合格。

除了計量器具外，單位的統(tǒng)一也是非常重要的。必須采用公認的而且是固定不變的單位，只有這樣，測量才有意義。計量單位是有明確定義和名稱并命其數值為1的固定的量。

單位制是經過國際或國家計量部門以法律形式規(guī)定的。國際單位制(代號SI)中包括了整個自然科學的各種物理量的單位，經1960年第11屆國際計量大會(CGPM)通過，并經1971年第14屆CGPM修訂。

目前，世界上越來越多的國家采用國際單位制，以促進和保證世界范圍內測量的統(tǒng)一。國際單位制(SI)中，SI單位分為基本單位和導出單位兩類。基本單位是七個具有嚴格定義的并在量綱上彼此獨立的單位：米(m)、千克(kg)、秒(s)、安培(A)、開爾文(K)、摩爾(mol)、坎德拉(cd)。導出單位是可以按照選定的代數式由基本單位組成的單位。 0.2電子測量的內容和特點

0.2.1電子測量的內容

從廣義來講，凡是利用電子技術進行的測量都叫電子測量。電子測量涉及在寬廣頻率范圍內的所有電量、磁量以及各種非電量的測量，廣泛應用于科學研究、實驗測試、通信、醫(yī)療及軍事等領域。如今，電子測量已經成為一門發(fā)展迅速、應用廣泛、精確度愈來愈高的獨立學科，對現(xiàn)代科學技術的發(fā)展起著巨大的推動作用。

從狹義來講，電子測量是在電子學中測量有關電的量值。即使在這個范圍內，電子測量所包含的內容也相當廣泛，通常包括以下幾個方面：

(1)電能量的測量，即測量電流、電壓及電功率等。

(2)元件和電路參數的測量，例如電阻、電感、電容、電子器件(電子管、晶體管、場效應管等)、集成電路的測量和電路頻率響應、通頻帶、衰減、增益及品質因數的測量等。

(3)信號的特性及所受干擾的測量，例如信號的波形、頻率、失真度、相位、調制度、信號頻譜及信噪比的測量等。0.2.2電子測量的特點

與其他一些測量相比較，電子測量具有如下明顯的特點：

(1)測量頻率范圍寬。除測量直流電量外，電子測量可測頻率低至10－4Hz，高至1012Hz左右。電子測量的工作頻率如此之寬，使它的適用范圍很廣，但是在不同的頻率范圍內，即使測量同一個電學物理量，所使用的測量方法和測量儀器也不同，甚至相差很遠。例如電壓的測量，在低頻和高頻范圍內，需要使用不同形式的電壓表?，F(xiàn)在，由于新技術、新器件和新工藝的采用，電子測量技術正在向寬頻段以至全頻段的方向發(fā)展，使得測量儀器可在很寬的頻率范圍內工作。

(2)測量量程寬。在電子測量技術中，待測量值的大小往往相差很大，因而對測量儀器的量程要求也極高。電子測量儀器的量程寬度達到很高的數量級。例如，一臺高靈敏度的數字電壓表可以測出納伏(nV)級至千伏(kV)級的電壓，量程寬度達到12個數量級；電子計數器的量程寬度則更突出，可達到17個數量級。測量量程寬正是電子測量儀器的顯著

優(yōu)點。

(3)測量準確度高。電子測量的準確度通常比其他測量方法高很多，特別是對頻率和時間的測量，誤差可減小到10－13的數量級，這是目前人類在測量準確度方面達到的最高標準。因此在一些測量過程中，往往先把其他參數轉換成頻率再進行測量，以提高測量的準確程度。電子測量準確度高，正是它在現(xiàn)代科技領域可以得到廣泛應用的重要原因。在一些需要準確測量的地方，基本上都要應用電子測量或采用電子技術與其他技術相配合的方法來進行測量。

(4)測量速度快。由于電子測量是通過電子運動和電磁波的傳播來進行工作的，因而可實現(xiàn)測量過程的高速度，這是其他測量方法都無法比擬的。對于快速變化的物理量(例如導彈發(fā)射過程的運動參數)，只有測量速度高才可能測出，這對于現(xiàn)代科學技術的發(fā)展具有特別重要的意義。此外，為在相同條件下進行多次測量，只有提高測量速度才能使多次測量的測量條件基本上保持不變。因此，不斷提高測量速度也是電子測量發(fā)展的一個重要方向。

(5)可實現(xiàn)遙測。電子測量的一個突出優(yōu)點是可以通過各種類型的傳感器實現(xiàn)遙測。對于距離遙遠、人類難以到達或不便長期停留的地方，可通過傳感器把待測的物理量轉變成電信號，再利用電子技術進行測量。這也是電子測量在各個領域得到廣泛應用的一個重要原因。

(6)易于實現(xiàn)測量過程的自動化和測量儀器的智能化。電子測量的測量結果和它所需要的控制信號都是電信號，易于直接通過A/D和D/A轉換與計算機連接。電子測量技術和計算機的緊密結合，使電子測量儀器向數字化的方向發(fā)展，為實現(xiàn)測量過程自動化創(chuàng)造了非常有利的條件，并且使功能單一的傳統(tǒng)儀器轉變成先進的智能儀器和由計算機控制的模塊式測試系統(tǒng)，例如數字頻率計、數字存儲示波器及自動網絡分析儀等。從20世紀70年代以來，計算機技術和微電子技術的高速發(fā)展給電子測量儀器及自動測試領域帶來了巨大的影響。智能儀器、GPIB接口總線、個人儀器及VXI總線等技術的采用，使電子測量儀器及自動測試領域朝著智能化、自動化、模塊化和開放式系統(tǒng)的方向發(fā)展。

電子測量的一系列優(yōu)點，使其應用的領域極其廣泛。現(xiàn)在，幾乎找不到哪一個科學技術領域沒有應用電子測量技術。大到天文觀測和宇宙航天，小到物質結構和基本粒子，從復雜且充滿奧秘的生命、細胞和遺傳問題到日常的工農業(yè)生產、醫(yī)學及商業(yè)等各個部門，都越來越多地采用了電子測量技術和設備。從某種意義上說，現(xiàn)代科學技術的水平是由電子測量的水平來保證和體現(xiàn)的。電子測量的水平是衡量一個國家科學技術發(fā)展水平的重要標志之一。

0.3電子測量方法的分類

0.3.1按測量方法分類

1．直接測量

直接測量是無需通過被測量與其他實際測得的量之間的函數關系進行計算，而直接得出被測量值的一種方法。

2．間接測量

利用直接測量的量與被測的量之間已知的函數關系，得到該被測量值的測量方法叫間接測量。例如，測量電阻的消耗功率P=UI=I2R=U2/R，可以通過直接測量電壓、電流或測量電流、電阻等方法求出。

當被測量不便于直接測量，或者間接測量的結果比直接測量更為準確時，多采用間接測量方法。例如，測量晶體管的集電極電流Ic，較多采用直接測量集電極電阻(R)上的電壓UR，再通過公式Ic=UR/R算出，而不用斷開電路串入電流表的方法。測量放大器的電壓放大倍數Au，一般是分別測量輸出電壓Uo與輸入電壓Ui后，再算出Au=Uo/Ui。

3．組合測量

組合測量是兼用直接測量與間接測量的方法，將被測量和另外幾個量組成聯(lián)立方程，通過測量這幾個量來最后求解聯(lián)立方程，從而得出被測量的大小。組合測量用計算機來求解被測量是比較方便的。

0.3.2按測量結果的輸出方式分類

1．直讀測量法

直接從儀器儀表的刻度線上讀出測量結果的方法叫直讀測量法。例如，一般用電壓表測量電壓，利用溫度計測量溫度等都是直讀測量法。這種方法是根據儀器儀表的讀數來判斷被測量的大小的，作為計量標準的實物并不直接參與測量。

2．比較測量法

在測量過程中，被測量與標準量直接進行比較而獲得測量結果的方法叫做比較測量法。電橋就是典型的例子，其利用標準電阻(電容、電感)對被測量進行測量。

由上述可見，直讀法與直接測量、比較法與間接測量并不相同，二者互有交叉。例如，用電橋測量電阻是比較法，屬于直接測量；用電壓、電流測量功率是直讀法，但屬于間接測量。

測量方法還可以根據測量的方式分為自動測量和非自動測量、原位測量和遠距離測量等。根據測量精確度來分，有精密測量與工程測量兩類。前者多在計量室或實驗室進行，要深入研究測量誤差問題；后者也要研究測量誤差，但不是很嚴格，所選用的儀器儀表的準確度等級必須滿足實際使用的需要。

0.3.3按測量性質分類

1．時域測量

時域測量是指測量與時間有函數關系的量。例如，測量電壓、電流等，它們具有穩(wěn)態(tài)量和瞬時量，前者多用儀表直接指示，后者多以示波器顯示其波形，從而觀察其變化規(guī)律。

2．頻域測量

頻域測量是指測量與頻率有函數關系的量。例如，測量增益、相移等，可通過分析電路和幅頻特性或頻譜特性等進行測量。

3．數據域測量

數據域測量是一種用邏輯分析儀對數字量進行測量的方法。邏輯分析儀具有多個通道，可以同時觀測許多單次并行的數據，如微處理器地址線、數據線上的信號，也可以顯示其時序波形，還可以用“1”、“0”顯示其邏輯狀態(tài)。

4．隨機量測量

隨機量測量是一種比較新的測量技術，例如，對各類噪聲、干擾噪聲信號源等進行動態(tài)測量。

表0-1為常用電子測量儀器及其應用。表0-1常用電子測量儀器及其應用 0.4測量誤差的基本概念

0.4.1研究誤差的目的

測量的目的是為確定被測對象的量值，以準確地獲取被測參數的值。一個量在被觀測時，該量本身所具有的真實大小稱為真值。在不同的時間和空間，被測量的真值往往是不同的。在一定的時間和空間條件下，被測量的真值是一個客觀存在的確定數值。實際上，真值是一個理想的概念，在一般情況下是無法準確得到的，因此在實際應用中通常用實際值來代替真值。所謂實際值就是滿足規(guī)定的準確度要求，用來代替真值使用的量值。在實際測量中，常用高一個等級或數量級的計量標準所測得的量值作為實際值。測量誤差是測量結果與被量測量真值的差別。在測量工作中，由于測量方法、測量儀器、測量條件及人為的疏忽或錯誤等原因，都會使測量結果與真值不同，帶來測量誤差。實際上，測量的價值完全取決于測量結果的準確程度。當測量誤差超過一定限度時，測量結果不但變得毫無意義，甚至會給工作帶來嚴重的影響。研究誤差的目的，歸納起來有如下幾個方面：

(1)正確認識誤差的性質與來源，以減小測量誤差。

(2)正確處理測量數據，以得到接近真值的結果。

(3)合理制定測量方案，正確選擇測量方法和測量儀器。0.4.2測量誤差的表示

測量誤差按其表示方法可分為絕對誤差和相對誤差。

1．絕對誤差

被測量值x與其真值Ao之差稱為絕對誤差，用Δx表示，即

(0-1)

說明：

(1)這里的被測量值通常是指儀器的示值。

(2)絕對誤差是有大小、正負和量綱的量，分別表示測得值偏離真值的程度和方向。

(3)在實際應用中，通常用實際值A代替真值，即絕對誤差表示為

(0-2)

(4)與絕對誤差的絕對值大小相等且符號相反的量值，稱為修正值，用C表示：

(0-3)

通常在校準儀器時，常常用表格、曲線或公式的形式給出修正值。當得到測量值x及修正值C以后，就可以求出被測量的實際值，即

(0-4)

例1

一個被側電壓，其真值Uo為100V，用一只電壓表測量，其指示值U為101V，則絕對誤差為這是正誤差，表示以真值為參考基準，測得值大了1V。

例2

一臺晶體管毫伏表的量程為10mV，用其進行測量時，示值為8mV，在檢定時8mV刻度處的修正值是－0.03mV，則被測電壓的實際值為

U?=?8+(－0.03)=7.97mV

2．相對誤差

絕對誤差雖然可以表示測量結果偏離實際值的程度和方向，但不能確切地反映測量的準確程度，不便于看出對整個測量結果的影響。例如測量兩個頻率，其中一個頻率f1=

1000Hz，其絕對誤差Δf1=1Hz；另一個頻率f2=1000000Hz，其絕對誤差Δf2=10Hz。盡管Δf2大于Δf1，但我們并不能因此得出f1的測量較f2準確的結論。因此，為了彌補絕對誤差存在的不足，又提出了相對誤差的概念。

1)相對誤差

相對誤差又稱相對真誤差，它是絕對誤差與真值的比值，通常用百分數表示。若用表示，則

(0-5)

相對誤差是一個沒有量綱、只有大小和符號的量。由于真值難以確切得到，故通常用實際值A代替真值Ao來表示相對誤差，即實際相對誤差。在誤差較小、要求不太嚴格的場合，作為一種近似計算，也可以用測量值x來代替實際值A,即示值相對誤差，即

(0-6)

2)分貝誤差

用對數形式表示的誤差稱為分貝誤差，單位為分貝(dB)。分貝誤差常用于增益或聲強等傳輸函數。設輸出量與輸入量(例如電壓)測得值之比為Uo/Ui，則增益的分貝值為

(0-7)

又因為

則

式中， 。所以Gx=G+20lg(1+gA)

式中，G=20lgA是增益的實際值，20lg(1+gA)是Gx的誤差項。

分貝誤差為

gdB≈20lg(1+gA)≈20lg(1+gx)(0-8)

式中， ，取gx≈gA。

當表示功率增益時，有

gdB=10lg(1+gp)dB (0-9)

式中，gp是功率放大倍數的相對誤差。

3)引用誤差

前面介紹的相對誤差可以較好地反映某次測量的準確程度，但它不能評價儀器的準確程度，也不便于劃分儀器的準確度等級。因為儀器儀表的可測量范圍不是一個點，而是一個量程。在此量程內，被測量可能處于不同的位置，用式(0-6)計算時，式中的分母需取不同的數值，使儀器的誤差數值難以標注。因此提出滿度相對誤差，亦稱引用誤差。

引用誤差是絕對誤差與量程滿度值xm的百分比，即

(0-10)

式中，Δxm是儀器儀表整個刻度線上出現(xiàn)的最大絕對誤差。

儀器儀表刻度線上各點示值的絕對誤差并不相等，為了評價儀表的準確度，應取最大的絕對誤差。

gm是儀器在正常條件下不應超過的最大相對誤差。儀表刻度線上各處都可能出現(xiàn)最大絕對誤差Δxm的值，所以，從最大誤差出發(fā)，對測量者來說，在沒有修正值的情況下，應當認為指針在不同偏轉角時的示值誤差處處相等，即在一個量程內各處示值的最大絕對誤差Δxm是個常數。

這種誤差的表示方法較多地用在電工儀表中，其準確度等級分為±0.1、±0.2、±0.5、±1.0、±1.5、±2.5、±5.0,共7級，分別表示它們的引用相對誤差不超過的百分比數值，通常用符號S表示。如S=1，說明儀器的滿刻度相對誤差不超過±1%。例如，某儀表的等級是S級，它的滿度值為xm，被測量的真值為Ao，那么測量的絕對誤差為

(0-11)測量的相對誤差為

(0-12)

從上式可看出，當儀表等級S選定后，被測量的真值則越接近滿度值，測量中相對誤差的最大值越小，測量越準確。因此，在使用這類儀表測量時，在一般情況下應使被測量的數值盡可能在儀表滿刻度的2/3以上。0.4.3誤差的來源

1．儀器誤差

儀器儀表本身及其附件所引入的誤差稱為儀器誤差。

2．影響誤差

由于各種環(huán)境因素與要求的條件不一致所造成的誤差稱為影響誤差。例如，溫度、電源電壓、電磁場等影響所引起的誤差。

3．方法誤差和理論誤差

由于測量方法不合理所造成的誤差稱為方法誤差。例如，用普通萬用表測量高內阻回路的電壓，由于萬用表的輸入電阻較低而引起的誤差。另外，用近似公式或近似值計算測量結果所引起的誤差稱為理論誤差。

4．人身誤差

由于測量者的分辨能力、視覺疲勞、固有習慣或缺乏責任心等因素引起的誤差稱為人身誤差。例如，讀錯刻度、念錯讀數及操作不當等。

在測量工作中，對于誤差的來源必須認真分析，采取相應措施，以減小誤差對測量結果的影響。0.4.4誤差的分類

1．系統(tǒng)誤差

在相同條件下多次測量同一個量時，誤差的絕對值和符號保持恒定，或者在條件改變時，按某種確定規(guī)律而變化的誤差稱為系統(tǒng)誤差。

造成系統(tǒng)誤差的常見原因有：測量設備存有缺陷，測量儀器的測量不準確，測量儀表的安裝、放置和使用方法不當，測量方法不完善，以及所依據的理論不嚴謹或采用了某些近似公式等。系統(tǒng)誤差的特點如下：

(1)測量條件一經確定，誤差就為一確定的數值。

(2)用多次測量取平均值的方法，并不能改變誤差的大小。

(3)系統(tǒng)誤差具有一定的規(guī)律性，因此可以根據系統(tǒng)誤差產生的原因，采取一定的措施，設法避免或減弱它。

2．隨機誤差

在實際條件相同的情況下多次測量同一個量時，誤差的絕對值和符號以不可預定的方式變化著的誤差稱為隨機誤差。

產生這種誤差的原因有：測量儀器中零部件配合不穩(wěn)定或有摩擦，以及內部產生噪聲等；溫度及電源電壓的頻繁波動，電磁場干擾，地基振動等；測量人員感覺器官的無規(guī)則變化,讀數不穩(wěn)定等原因所引起的誤差，使測量值發(fā)生上下起伏的變化。

雖然某一次測量的隨機誤差沒有規(guī)律、不可預定、不能控制，也不能用實驗的方法加以消除，但是隨機誤差在足夠多次測量的情況下，總體上服從統(tǒng)計的規(guī)律，表現(xiàn)出一定的規(guī)律性，多數情況下接近于正態(tài)分布。

隨機誤差的特點(如圖0-1所示)如下：圖0-1隨機誤差的有界性和對稱性

(1)具有有界性，即在多次測量中，隨機誤差的絕對值實際上不會超過某個一定的界限。

(2)具有對稱性，即絕對值相等的正、負誤差出現(xiàn)的機會相同。

(3)具有抵償性，即隨機誤差的算術平均值隨著測量次數的無限增加而趨近于零。因此，可以通過多次測量取平均值的辦法來減小隨機誤差對測量結果的影響。

3．粗大誤差

在一定的測量條件下，其測量結果明顯地偏離了真值，這樣產生的誤差稱為粗大誤差。這種誤差主要是測量過程中的疏忽造成的。例如，測量者身體過于疲勞，缺乏經驗，操作不當或責任心不強等原因造成讀錯刻度、記錯讀數或計算錯誤。另外，測量條件的突然變化，例如電源電壓、機械沖擊等引起儀器示值的變化等。

粗大誤差明顯地歪曲了測量結果，因此對應的測量結果(稱為壞值)應剔除不予采用。

上述三種誤差同時存在的情況下，可用圖0-2表示。圖中Ao表示真值，小黑點表示各次測量值xi，Ex表示xi的平均值，δi示隨機誤差，ε表示系統(tǒng)誤差，xk表示壞值，它遠離真值Ao。圖0-2三種誤差同時存在的情況由圖可知：

(1)由于xk的存在，將嚴重影響平均值Ex，使其失去意義，因此在整理測量數據時，必須首先將壞值剔除。

(2)隨機誤差di=xi－Ex，當剔除xk以后，可以采用對多次測量數據求算術平均值的方法，以消除隨機誤差di的影響。

(3)在消除di后，系統(tǒng)誤差e愈小，表示測量愈準確。

e=Ex－Ao

當e?=?0時，平均值Ex等于真值Ao。0.4.5測量結果的評價

比較圖0-2(a)、(b)可知，不能純粹用系統(tǒng)誤差ε來評定測量結果，兩個圖的系統(tǒng)誤差ε相等，但是圖0-2(b)中測量數據xi比圖0-2(a)的分散程度嚴重，即圖0-2(a)的數據比較集中，說明隨機誤差小。因此，測量結果的評價通常如下：

(1)正確度。正確度表示測量結果與真值的符合程度，是衡量測量結果是否正確的尺度。系統(tǒng)誤差小則正確度高。

(2)精密度。精密度表示測量過程中，在相同的條件下用同一方法對某一量進行重復測量時，所得的數值相互之間的接近程度。數值越接近，精密度越高，它反映隨機誤差的影響。

(3)準確度。準確度表示測量結果與真值的一致程度。在一定的測量條件下，總是力求測量結果盡量接近真值。如果測量的正確度和精密度都高，則測量的準確度高。準確度表示測量結果中系統(tǒng)誤差與隨機誤差綜合的大小程度。

上述誤差來源、誤差分類及測量結果的關系如圖0-3所示。圖0-3誤差來源、誤差分類及測量結果的關系

0.5測量結果的處理

0.5.1有效數字

由于在測量過程中不可避免地存在誤差，并且儀器的分辨能力有一定的限制，所以測量數據就不可能完全準確。同時，在對測量數據進行計算時，遇到例如π等無理數，實際計算時也只能計算近似值，因此得到的數據通常只是一個近似數。當用這個數表示一個量時，為了確切地表示，通常規(guī)定絕對誤差不得超過末位單位數字的一半。對于這種誤差不大于末位數字一半的數，從它左邊第一個不為零的數字起，直到右邊最后一個數字止，都叫做有效數字。在測量過程中，正確得出測量結果的有效數字，合理地測量數據位數是非常重要的。對于有效數字位數的說明如下：

(1)在有效數字中，除末位外，前面各位數字都應該是準確的，只有末位不一定準確，其包含的誤差不應大于末位單位數字的一半。例如3.18V，則測量的誤差不超過±0.005V。

(2)在數字左邊的零不是有效數字。例如0.031V，左邊的兩個零就不是有效數字。而數字中間和右邊的零都是有效數字，不能在數據的右邊隨意加減零，否則會改變測量的準確程度。例如2.10V，表明測量誤差不超過±0.005V，若改為2.1V或2.100V，表明測量誤差不超過±0.05V或±0.0005V。

(3)有效數字不能因選用的單位發(fā)生變化而改變。例如測量結果是2.0V，它的有效數字為兩位，如果改用mV作為單位，應為2000mV，則有效數字變?yōu)樗奈?，這顯然是錯誤的，此時應將其改寫為2.0×1000mV，此時它的有效數字仍是兩位。

0.5.2數字的舍入規(guī)則

當需要n位有效數字時，對超過n位的數字就要根據舍入規(guī)則進行處理。目前，廣泛采用的是“四舍五入”規(guī)則，內容如下：

(1)當保留n位有效數字時，若后面的數字小于第n位數字的一半，則舍掉。

(2)當保留n位有效數字時，若后面的數字大于第n位數字的一半，則第n位數字加1。

(3)當保留n位有效數字時，若后面的數字恰為第n位數字的一半，則當第n位數字為偶數或零時就舍掉后面的數字；當第n位數字為奇數時則第n位數字加1。若第n位為5，后面為零，則看第n位的奇偶性，奇則入，偶則舍。

以上的舍入規(guī)則可簡單地概括為：小于5舍，大于5入，等于5時去偶數。0.5.3有效數字的運算原則

1．加減運算

根據準確度最差的一項，即以小數位數最少的為準，其余數據多取一位，最后結果的小數位數的保留仍以小數位數最少的為準。不過，當兩數相減時，若兩數相差不多，有效數字的位數對結果的影響可能比較大，就應該盡量多取幾位有效數字。

2．乘、除、乘方、開方運算

有效數字的取舍取決于其中有效數字最少的一項，而與小數點無關。最后結果的有效數字應不超過參與運算的數據中最少的有效數字。需要注意的是乘方運算中，當底數遠大于1或遠小于1時，指數發(fā)生很小的變化都會使結果相差很多，對于這種情況，指數應盡可能多保留幾位有效數字。

3．對數運算

在進行對數運算時，原數為幾位有效數字，取對數后仍取幾位有效數字。第1章直流穩(wěn)壓電源的使用1.1概述

1.2HG6333型直流穩(wěn)壓電源的使用

1.1概述

在電子電路及其設備中，一般都需要穩(wěn)定的直流電源供電。比如，精密的電子測試儀器、自動控制裝置和電子計算機等，都要求直流電源的電壓穩(wěn)定不變，否則將造成測量和計算誤差，或引起自動控制裝置工作不穩(wěn)定，甚至無法正常工作。穩(wěn)壓電源能夠基本消除或減弱輸入電壓、負載電流等因素的變化對輸出電壓的影響。直流穩(wěn)壓電源通常由電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路組成，如圖1-1所示。圖1-1直流穩(wěn)壓電源組成框圖整流電路將工頻交流電轉化為具有一定直流電成分的脈動直流電。

濾波電路將脈動直流中的交流成分濾除，減少交流成分，增加直流成分。

穩(wěn)壓電路對整流后的直流電壓采用負反饋技術，從而進一步穩(wěn)定直流電壓。

目前穩(wěn)壓電源的類型很多，根據所使用的調整元件不同，穩(wěn)壓電源可分為電子管穩(wěn)壓電源、晶體管穩(wěn)壓電源等；根據調整元件與負載的連接方法不同，可分為并聯(lián)穩(wěn)壓電源與串聯(lián)穩(wěn)壓電源；根據調整元件工作狀態(tài)的不同，可分為線性穩(wěn)壓電源和開關型穩(wěn)壓電源。比較常見的是線性穩(wěn)壓電源和開關型穩(wěn)壓電源。

1．線性穩(wěn)壓電源

線性穩(wěn)壓電源有一個共同的特點，即它的功率器件—調整管工作在線性區(qū)，靠調整管之間的電壓降來穩(wěn)定輸出。

線性穩(wěn)壓電源的優(yōu)點是穩(wěn)定性高、紋波小、可靠性高，易做成連續(xù)可調的多路輸出；缺點是體積大、較笨重、效率相對較低。這類穩(wěn)壓電源種類較多，根據輸出性質的不同可分為穩(wěn)壓電源和穩(wěn)流電源及集穩(wěn)壓、穩(wěn)流于一身的穩(wěn)壓穩(wěn)流(雙穩(wěn))電源；根據輸出值的不同可分定點輸出電源、波段開關調整式電源和電位器連續(xù)可調式電源；根據輸出指示的不同可分指針指示型電源和數字顯示型電源。

2．開關型穩(wěn)壓電源

開關型穩(wěn)壓電源的電路形式主要有單端反激式、單端正激式、推挽式、半橋式和全橋式。它與線性穩(wěn)壓電源的根本區(qū)別在于其功率調整管交替地工作于導通-截止的開關狀態(tài)，且其轉換速度非?？臁ｉ_關電源也因此而得名。

本章主要學習HG6333型直流穩(wěn)壓電源的使用。 1.2HG6333型直流穩(wěn)壓電源的使用

1.2.1HG6333型直流穩(wěn)壓電源的功能

HG6333型直流穩(wěn)壓電源是高精度、高可靠、易操作的實驗室通用電源，它具有兩組相同的輸出，每一組均是一個獨立可調的0V～30V的恒壓源及0A～3A的恒流源。

在輸出最大額定電流時，該電源提供了連續(xù)可調的0V～30V任何定點電壓。

當工作在恒壓狀態(tài)時，該電源前面板的電流調節(jié)旋鈕可限制輸出電流超載或短路；當工作在恒流狀態(tài)時，該電源前面板的電壓調節(jié)旋鈕可限制最大(上限)電壓輸出，也就是當輸出電流達到預定值時，可自動將電壓穩(wěn)定性轉變?yōu)殡娏鞣€(wěn)定性；反之，當輸出電壓達到預定值時，可自動將電流穩(wěn)定性轉變?yōu)殡妷悍€(wěn)定性。該電源的兩組輸出都具有預置、輸出功能，并且可獨立使用，也可以串聯(lián)或并聯(lián)使用。在串聯(lián)或并聯(lián)使用時，電源可分別獲得最大電壓為兩組之和或最大電流為兩組之和的單組輸出。第二組輸出具有跟蹤功能，在跟蹤模式下，第二組輸出隨第一組輸出變化而變化，可獲得兩組相同的電源輸出。顯示部分為四組3位LED數字顯示，可同時顯示二組輸出電壓和電流。另外，該電源還設有一組固定的5V輸出端口。

1.2.2HG6333型直流穩(wěn)壓電源面板介紹

HG6333型直流穩(wěn)壓電源面板如圖1-2所示。圖1-2HG6333型直流穩(wěn)壓電源面板由于該穩(wěn)壓電源的面板左右兩邊基本對稱，將左路輸出稱為第一組輸出，右路輸出則稱為第二組輸出和第三組輸出。下面以右路輸出為例來介紹面板上各按鍵及旋鈕的功能。這部分面板如圖1-3所示。圖1-3HG6333型直流穩(wěn)壓電源右面板下面對各部分進行說明。

顯示屏：顯示輸出電壓和電流大小。

“預置/輸出”開關：該電源具有兩種輸出狀態(tài)，即“預置”和“輸出”。在“預置”狀態(tài)下，輸出端開路，此時輸出端無電壓輸出；在“輸出”狀態(tài)下，一旦輸出端與負載連接，可輸出穩(wěn)定的電壓值。

“獨立/跟蹤”開關：控制第二組電源的輸出為“獨立”模式，或是“跟蹤”第一組輸出。

“電壓調節(jié)”旋鈕：輸出電壓調節(jié)，用來設定輸出電壓的最大值；在“跟蹤”模式時，第二組的該旋鈕不起作用，第二組的輸出跟隨左邊第一組的輸出。

“電流調節(jié)”旋鈕：用于設定輸出電流的最大值。穩(wěn)壓、穩(wěn)流指示：當負載電流小于設定值時，輸出為穩(wěn)壓狀態(tài)，“CV”指示燈亮；當負載電流大于設定值時，輸出電流將被恒定在設定值，“CC”指示燈亮。

第一、二組輸出端口：用于輸出電壓給負載，最大可輸出30V電壓，并連續(xù)可調。該端口為懸浮式端口，中間為接地端“GND”，正確理解“Ground”的含義。

第三組輸出端口：輸出固定5V電壓給負載，該組端口的“－”端已在機內接地。注意：機內接地與“GND”的含義不同。1.2.3HG6333型直流穩(wěn)壓電源的使用

1．面板功能檢查

在使用穩(wěn)壓電源前，可按照以下步驟檢查儀器的工作狀態(tài)是否正常：

(1)將“預置/輸出”和“獨立/跟蹤”開關彈出，儀器處于“預置”和“獨立”狀態(tài)；將“電壓調節(jié)”旋鈕和“電流調節(jié)”旋鈕調節(jié)到最大位置。

(2)打開電源開關，觀察顯示屏，兩邊窗口顯示電壓應大于30V，電流應為0A。調節(jié)“電壓調節(jié)”旋鈕，顯示電壓應在0V～30V之間變化。

(3)按壓“獨立/跟蹤”開關，第二組電源跟隨第一組電源輸出，顯示與第一組相同，調節(jié)第一組“電壓調節(jié)”旋鈕，兩組電壓顯示同時變化。

2．操作指導

1)輸出端口的連接

第一組和第二組的輸出端口為懸浮式端口，中間為接地端。使用時，可根據需要將接地端的接觸片和其中的一個端口連接，以獲得所需要的電源極性。

例如：當需要的電源極性為“+”時，應用接觸片將該組輸出端的“－”端和接地端連接。連接方法如圖1-4所示。

圖1-4獲得正極性電源時的連接方法圖1-5獲得負極性電源時的連接方法當需要的電源極性為“－”時，應用接觸片將該組輸出端的“+”端和接地端連接。連接方法如圖1-5所示。

第三組輸出端口為固定+5V輸出，該組端口的“－”端已在機內接地。

2)獲得一組0V～30V范圍內的電壓輸出

將“預置/輸出”開關置彈出，儀器處于“預置”狀態(tài)，調節(jié)“電壓調節(jié)”旋鈕，使電壓指示為所需要的電壓。將“預置/輸出”開關壓入，負載即獲得了所需要的電壓，此時顯示屏將顯示負載的實際電流。

3)獲得兩組電壓之和輸出

將兩組電源的輸出端串聯(lián)連接，可獲得最大60V的電壓輸出。

方法：將兩個接觸片懸空，將第一組的“－”端和第二組的“+”端連接，將“獨立/跟蹤”開關壓入，調節(jié)第一組“電壓調節(jié)”旋鈕，使電壓顯示值為所需電壓的一半，將第一組的“+”端和第二組“－”端連接負載，負載上將獲得兩組電壓的累加。連接方法如圖1-6所示。圖1-6獲得兩組電壓之和的連接方法

4)獲得兩組電流之和的輸出

將兩組電源的輸出端并聯(lián)連接，可獲得最大電流為兩組電流之和的輸出。

方法：調節(jié)第一組“電壓調節(jié)”旋鈕至所需電壓，調節(jié)第二組“電壓調節(jié)”使兩組的電壓一致，一般直接采用“跟蹤”模式，保證兩組電源的輸出電壓相等，將兩組同極性的端子并聯(lián)后連接負載，負載上即可獲得兩組電流的累加。連接方法如圖1-7所示。圖1-7獲得兩組電流之和的連接方法

5)獲得兩組電壓極性相反的輸出

將第一組“－”端和第二組“+”端的接觸片分別和接地端連接，即可從第一組和第二組分別獲得不同極性的電壓輸出。當需要兩組的電壓值相同時，可將第二組的“獨立/跟蹤”開關壓入，第二組的“電壓調節(jié)”旋鈕將不起作用，該組電壓將跟蹤第一組的電壓變化而同時變化。

6)電流設定

“電流調節(jié)”旋鈕用于設定該組的最大輸出電流，當負載電流達到或超過設定值時，輸出電流將被恒定在設定值，同時輸出電壓將隨負載電流的增加而下降，從而對負載和本機起到了有效的保護作用。當輸出電流達到設定值時，“CV”指示燈滅，“CC”指示燈亮。

電流設定方法：將“預置/輸出”開關彈出，調節(jié)“電流調節(jié)”旋鈕至最小位置，用導線將輸出端短路，壓入“預置/輸出”開關，緩慢調節(jié)“電流調節(jié)”旋鈕，觀察顯示屏，直至電流指示達到需要的值，最后拆除輸出端短路導線，完成電流設定。

例直流照明電路的制作。

儀器：直流穩(wěn)壓電源，小燈泡(12V，0.1A)，開關，導線若干。

操作步驟：

(1)打開穩(wěn)壓電源開關。

(2)連接電路如圖1-8所示。

(3)使“預置/輸出”開關彈出，儀器處于預置狀態(tài)。

(4)調節(jié)“電壓調節(jié)”旋鈕，使顯示屏顯示12.0V。

(5)調節(jié)“電流調節(jié)”旋鈕，使顯示屏顯示0.10A。

(6)按下“預置/輸出”開關，儀器處于輸出狀態(tài)，此時輸出端口電壓為12V。

(7)合上開關，燈泡即正常發(fā)光。

1.2.4HG6333型直流穩(wěn)壓電源的主要技術指標

表1-1所示為HG6333型直流穩(wěn)壓電源的主要技術指標。圖1-8燈泡供電連接圖表1-1HG6333型直流穩(wěn)壓電源主要技術指標第2章萬用表的使用2.1概述

2.2指針式萬用表

2.3數字萬用表2.4萬用表的工作原理

2.1概述

萬用表是一種多功能、多量程的便攜式電子電工儀表。一般的萬用表可以測量直流電流、直流電壓、交流電流、交流電壓和電阻等，有些萬用表還可測量電容、電感、功率、晶體管共射極直流放大系數等。萬用表是電子電工專業(yè)必備的儀表之一。

萬用表一般可分為指針式萬用表(模擬萬用表)和數字萬用表兩種。

2.2指針式萬用表

圖2-1所示為MF-47型指針式萬用表的面板結構與實物圖。

指針式萬用表的形式很多，但基本結構是類似的。指針式萬用表的結構主要由表頭、功能轉換開關(又稱選擇開關)、測量線路等三部分組成。圖2-1MF-47型指針式萬用表

2.2.1指針式萬用表面板簡介

1．基本組成

(1)表頭。指針式萬用表的表頭通常采用高靈敏度的磁電式機構，是測量的顯示裝置；它實際上是一個靈敏電流計。表頭上的表盤印有多種符號、刻度線和數值。符號A-V-Ω表示這只電表是可以測量電流、電壓和電阻的多用表，如圖2-2所示。圖2-2指針式萬用表表盤

MF-47型指針式萬用表的表盤上印有六條刻度線，第一條專供測電阻用，其右端標有“Ω”，右端為零，左端為∞，刻度值分布是不均勻的；第二條供測量交/直流電壓、電流之用，符號“—”或“DC”表示直流，“～”或“AC”表示交流，“～”表示交流和直流共用的刻度線；第三條供測量晶體管放大倍數用；第四條供測量電容用；第五條供測量電感用；第六條供測量音頻電平用。

刻度盤上裝有反光鏡，以消除視差。

另外表盤上還有一些表示表頭參數的符號，如DC20kΩ/V、AC9kΩ/V等。表頭上還設有機械零位調整旋鈕(螺釘)，用以校正指針在左端指向零位。

(2)功能轉換開關。指針式萬用表的功能轉換開關是一個多擋位的旋轉開關，用來選擇被測電量的種類和量程(或倍率)。一般的指針式萬用表測量項目包括：“mA”(直流電流)、“V-”(直流電壓)、“V～”(交流電壓)、“Ω”(電阻)。每個測量項目又劃分為幾個不同的量程(或倍率)以供選擇。

(3)測量線路。測量線路將不同性質和大小的被測電量轉換為表頭所能接受的直流電流。MF-47型指針式萬用表可以測量直流電流、直流電壓、交流電壓和電阻等多種電量。當轉換開關撥到直流電流擋時，可分別與5個接觸點接通，用于500mA、50mA、5mA、0.5mA和50μA量程的直流電流測量。同樣，當轉換開關撥到歐姆擋時，可用×1、×10、×100、×1kΩ、×10kΩ倍率分別測量電阻；當轉換開關撥到直流電壓擋時，可用于0.25V、1V、2.5V、10V、50V、250V、500V和1000V量程的直流電壓測量；當轉換開關撥到交流電壓擋時，可用于10V、50V、250V、500V、1000V量程的交流電壓測量；當轉換開關撥到C、L、dB時，可進行電容量、電感量、電平的測量，等等。

2．表筆和表筆插孔

指針式萬用表的表筆分為紅、黑兩只，如圖2-3所示。使用時應將紅色表筆插入標有“+”號的插孔中，黑色表筆插入標有“-”號的插孔中。另外MF-47型指針式萬用表還提供2500V交/直流電壓擴大插孔以及5A的直流電流擴大插孔，使用時分別將紅表筆移至對應插孔中即可。

另外，面板上還具備晶體管測量插孔。圖2-3萬用表表筆2.2.2指針式萬用表的使用

1.電壓擋的使用

1)測量直流電壓

測量直流電壓時，先將面板上的功能轉換開關置“V”擋，再按以下步驟進行：

(1)選擇合適的量程：電壓擋合適量程的標準是指針盡量指在刻度盤滿偏刻度的2/3以上位置。若不清楚電壓大小，應先用最高電壓擋試觸測量，后逐漸換用低電壓擋直到找到合適的量程為止。

(2)測量方法：將萬用表并接到被測電路的兩端，紅表筆接高電位，黑表筆接低電位，如圖2-4所示。=圖2-4直流電壓的測量

(3)正確讀數：選擇合適的刻度線以讀取實測數值，刻度線的選擇應據所測電壓值的大小進行選擇。從刻度線讀取的數與實測數是兩個概念，兩者有時相同，有時不相同。當讀數不相同時其實測的數值為

實測數值?=?讀取的刻度數?×?分度值

讀數時，視線應正對指針，即只能看見指針實物而不能看見指針在弧形反光鏡中的像所讀出的值。

(4)高電壓測量：當測量高電壓時，應將表筆插入標有高電壓數值的插孔內，量程開關應置于相應的位置。即如果被測的直流電壓大于1000V時，則可將1000V擋擴展為2500V擋。方法很簡單，轉換開關置1000V量程，紅表筆從原來的“+”插孔中取出，插入標有2500V的插孔中即可測量2500V以下的高電壓了。

(5)若要測量電視機回掃變壓器輸出端25kV左右的高壓，則應采用與萬用表相匹配的高壓探頭進行測量。

2)測量交流電壓

測量交流電壓時，先將面板上的功能轉換開關置“～”擋，如圖2-5所示。

測量交流電壓與測量直流電壓的方法基本相同，但應考慮被測交流電壓的頻率不得超過指針式萬用表所允許的頻率范圍，表筆無極性選擇，頻率測量范圍為40Hz～400Hz。V圖2-5交流電壓的測量

3)使用注意事項

(1)在使用指針式萬用表之前，應先進行“機械調零”，即在沒有被測電量時，使萬用表指針指在零電壓或零電流的位置上。

(2)在使用指針式萬用表的過程中，不能用手去接觸表筆的金屬部分，這樣一方面可以保證測量準確，另一方面也可以保證人身安全。

(3)在測量某一電量時，不能在測量時換擋，尤其是在測量高電壓或大電流時，更應注意，否則會使萬用表毀壞。如需換擋，應先斷開表筆，換擋后再去測量。

(4)指針式萬用表在使用時，注意放置，以免造成誤差。同時，還要注意到避免外界磁場對萬用表的影響。

(5)指針式萬用表使用完畢，應將轉換開關置于交流電壓的最大擋；如果長期不使用，還應將萬用表內部的電池取出來，以免電池腐蝕表內其他器件。

2.電流擋的使用

1)直流電流的測量

測量直流電流時，先將面板上的功能轉換開關置“mA”擋，如圖2-6所示。

(1)測量方法：測量電流時應將指針式萬用表串聯(lián)到被測電路中。串聯(lián)時應使被測電流從紅表筆流入，從黑表筆流出。也就是說紅表筆接被測電路的正極，黑表筆接被測電路的負極。圖2-6直流電流的測量

(2)量程選擇：測量直流電流時要根據被測電流的大小選擇合適的量程。如不知被測電流的大小，應選用最大的電流量程擋進行試測，待測到大概范圍之后，再選擇合適的量程。

(3)正確讀數：使用指針式萬用表測量直流電流時，選擇表盤刻度線同測量電壓一樣，都是第二道(第二道刻度線的右邊有mA符號)。

(4)大電流的測量：當測量的電流大于500mA時，可選用5A擋。

(5)操作方法：轉換開關置500mA擋量程，紅表筆從原來的“+”插孔中取出，插入萬用表右下角標有“5A”的插孔中即可測5A以下的大電流了。

2)交流電流的測量

交流電流的測量方法與測量直流電流的方法基本相同，只是不考慮指針式萬用表表筆的極性，仍是將萬用表串入被測電路。

3)指針式萬用表測量電流時的注意事項

(1)測量電流時功能轉換開關的位置一定要置電流擋處。

(2)萬用表與被測電路之間的連接必須是串聯(lián)關系。

(3)測量中人手不能碰到表筆的金屬部分，以免觸電。

3.電阻擋的使用

1)電阻擋的刻度線

電阻擋的刻度線是非線性的，如圖2-7所示，即刻度線是不均勻的，并與其他刻度線反向。而電壓、電流等的刻度線是均勻的。圖2-7萬用表電阻擋刻度線

2)電阻擋的倍率

電阻擋一般都設有五個倍率：×1、×10、×100、×1k、×10k，使用時據被測電阻的大小進行選擇。

3)電阻擋的使用

(1)機械調零：將指針式萬用表按放置方式(MF-47型是水平放置)放置好(一放)；看萬用表指針是否指在左端的零刻度上(二看)；若指針不指在左端的零刻度上，則用一字起子調整機械調零螺釘，使之指零(三調節(jié))。

(2)初測(試測)：把指針式萬用表的轉換開關撥到歐姆×100擋，將紅、黑表筆分別接被測電阻的兩引腳進行測量，觀察指針的指示位置。

(3)選擇合適的倍率：根據指針所指的位置選擇合適的倍率。

①合適倍率的選擇標準：使指針指示在中值附近。最好不使用刻度左邊1/3的部分，這部分刻度跨度大，讀數偏差較大。

②快速選擇合適倍率的方法：示數偏大，倍率增大；示數偏小，倍率減小。注意：示數偏大或偏小是指相對刻度線上數字5～50的區(qū)間而言。當指針指在5的右邊時稱為示數偏小，指針指在50的左邊時稱為示數偏大。

(4)歐姆調零：倍率選好后要進行歐姆調零，將兩表筆短接，轉動零歐姆調節(jié)旋鈕，使指針指在電阻刻度線右邊的“0”Ω處即可。

(5)測量及讀數：將紅、黑表筆分別接觸電阻的兩端，讀出電阻值大小。

讀數方法：表頭指針所指示的示數乘以所選的倍率值即為所測電阻的阻值。例如，選用R×100擋測量，指針指示40，則被測電阻值為40×100=4000Ω=4kΩ。

4)電阻擋測量的注意事項

(1)當電阻連接在電路中時，首先應將電路的電源斷開，決不允許帶電測量，否則容易燒壞萬用表，也會使測量結果不準確。

(2)萬用表內干電池的正極與面板上“-”號插孔相連，干電池的負極與面板上的“+”號插孔相連。在測量電解電容和晶體管等器件的電阻時要注意極性。

(3)每換一次倍率擋，都要重新進行歐姆調零。

(4)不允許用萬用表電阻擋直接測量高靈敏度表頭內阻。因為這樣做可能使流過表頭的電流超過其承受能力(微安級)而燒壞表頭。

(5)兩只手不能同時捏住表筆的金屬部分測量電阻，否則會將人體電阻并接于被測電阻而引起測量誤差，因為這樣測得的阻值是人體電阻與待測電阻并聯(lián)后的等效電阻的阻值，而不是待測電阻的阻值。

(6)電阻在通路測量時可能會引起較大偏差，因為這樣測得的阻值是部分電路電阻與待測電阻并聯(lián)后的等效電阻的阻值，而不是待測電阻的阻值。最好將電阻的一只引腳焊開后進行測量。

(7)用萬用表不同倍率的歐姆擋測量非線性元件的等效電阻時，測出的電阻值是不相同的。這是由于各擋位的中值電阻和滿偏電流各不相同所造成的，機械萬用表中，一般倍率越小，測出的阻值越小。

(8)測量晶體管、電解電容等有極性元件的等效電阻時，必須注意兩支筆的極性。

(9)測量完畢，將功能轉換開關置于交流電壓最高擋或空擋。

5)電阻擋測量原理

如圖2-8所示，功能轉換開關置“Ω”擋時構成歐姆表，它由表頭(內阻Rg，滿偏電流Ig)、電池ε(已裝在表殼內)、調零電阻Ro組成，它的測量原理是閉合電路歐姆定律：

被測電阻Rx與通過表頭的電流I相對應，由上式可見Rx與I并非線性關系，所以它的刻度是不均勻的，它的零點恰在電流滿偏處。圖2-8萬用表電阻測量原理

MF-47型指針式萬用表裝有電池R14型2#1.5V及6F22型9V各一只?！?Ω、×10Ω、×100Ω、×1kΩ倍率共用1.5V電池，而×10kΩ使用9V電池。轉動開關至所需測量的電阻擋，將表筆二端短接，調整零歐姆調整旋鈕，使指針對準歐姆“0”位上(若不能指示歐姆零位，則說明電池電壓不足，應更換電池)，然后將表筆跨接于被測電路的兩端進行測量。

6)歐姆擋測量二極管

測量二極管時，先將面板上的功能轉換開關置“Ω”擋。

(1)二極管好壞判別：將萬用表撥到Ω擋的R×100Ω或R×1kΩ，用萬用表的兩個表筆分別接到二極管的兩個管腳，如圖2-9(a)所示，測其阻值，然后將表筆對換，如圖2-9(b)所示，再進行測試。圖2-9二極管的測量若前后兩次所測阻值差別較大，則說明二極管是好的。

若前后兩次所測阻值為無窮大，則說明二極管內部已開路。

若兩次所測阻值都很小或為零，則說明二極管內部已短路或被擊穿。

(2)二極管極性的判別：從圖2-8可以看出，在指針式萬用表內，和“+”輸入端相連的紅表筆與表內電源的負極相通；而與“-”輸入端相連的黑表筆卻與表內電源的正極相通。

將指針式萬用表撥到Ω擋的R?×?100Ω或R?×?1kΩ擋，用萬用表的兩個表筆分別接到二極管的兩個管腳上，測其電阻值，阻值較小時(見圖2-9(b))，黑表筆所接端是二極管正極，紅表筆所接端是二極管的負極；反之，如果測得阻值較大，則黑表筆所接端是二極管負極，紅表筆所接端是二極管的正極(見圖2-9(a))。圖2-9二極管的測量

2.3數?字?萬?用?表

2.3.1數字萬用表面板簡介

UT-53型數字萬用表的面板如圖2-10所示，主要包括顯示部分、功能轉換開關及相關測量插孔等。圖2-10UT-53型數字萬用表2.3.2數字萬用表的使用

在使用數字萬用表前，應注意以下幾點：

(1)將POWER開關按下，檢查9V電池，如果電池電壓不足，顯示器上就會顯示“”，這時需更換電池。

(2)表筆插孔旁邊的符號，表示輸入電壓或電流不應超過顯示值，這是為了保護內部線路免受損壞。

(3)測試之前，功能轉換開關應置于所需要的量程。

(4)測量完畢，應及時斷開電源，長期不用表時應取出電池。

1.電阻擋的使用

如圖2-11所示，電阻擋的操作方法如下：

(1)測量電阻時，應將紅表筆插入V/Ω插孔，黑表筆插入COM插孔。

(2)將功能轉換開關置于“OHM”或“Ω”的范圍內并選擇所需的量程位置。

(3)檢測時將兩表筆分別接被測元器件或電路的兩端。圖2-11萬用表測電阻使用電阻擋進行測量時應注意以下問題：

(1)打開數字式萬用表的電源，對表進行使用前的檢查：將兩表筆短接，顯示屏應顯示“0.00Ω”；將兩表筆開路，顯示屏應顯示溢出符號“1”。以上兩個顯示都正常時，表明該表可以正常使用，否則將不能使用。

(2)檢測時，若顯示屏顯示溢出符號“1”，則表明量程選擇不合適，應改換更大的量程進行測量。在測試中若顯示屏顯示“000”，則表明被測電阻已經短路；若顯示“1”(量程選擇合適的情況下)，則表明被測電阻器的阻值為∞。

2.電壓擋的使用

如圖2-12所示，直流電壓的操作方法如下：

(1)將紅表筆插入V/Ω插孔，黑表筆插入COM插孔。

(2)將功能轉換開關置于“DCV”或“”擋的合適量程。

(3)測量時，將數字式萬用表與被測電路并聯(lián)，紅表筆所接端子的極性將顯示在顯示屏上。圖2-12萬用表測直流電壓如圖2-13所示，使用數字萬用表電壓擋測量交流電壓的方法如下：

(1)將紅表筆插入V/Ω插孔中，黑表筆插入COM插孔中。

(2)將功能轉換開關置于“ACV”或“V～”的合適量程。

(3)檢測時將兩表筆分別接被測元器件或電路的兩端。

使用電壓擋進行測量時應注意以下幾點：

(1)選擇合適的量程，當無法估計被測電壓的大小時，應先選最高量程進行測試。

(2)測量較高的電壓時，不論是直流還是交流，都要禁止撥動功能轉換開關。

(3)測量電壓時不要超過所標示的最高值。

(4)在測量交流電壓時，最好把黑表筆接到被測電壓的低電位端。

(5)數字式萬用表雖有自動轉換極性的功能，但是為避免測量誤差的出現(xiàn)，進行直流測量時，應使表筆的極性與被測電壓的極性相對應。

(6)被測信號的電壓頻率最好在規(guī)定的范圍內，以保證測試的準確度。

(7)當測量較高的電壓時，不要用手直接去碰觸表筆的金屬部分。

(8)測量電壓時，若數字萬用表的顯示屏顯示溢出符號“1”，則說明已發(fā)生超載。

(9)當數字萬用表的顯示屏顯示“000”或數字有跳躍現(xiàn)象時，應及時更換擋位。圖2-13交流電壓的測試

3.電流擋的使用

如圖2-14所示，數字萬用表直流電流擋的操作方法如下：

(1)將紅表筆置于A或mA插孔，黑表筆置于COM插孔。

(2)將功能轉換開關置于“DCA”或“”擋的合適量程。

(3)將數字萬用表串聯(lián)到被測電路中，表筆的極性可以不考慮。

數字萬用表交流電流擋的操作方法如下：

(1)將紅表筆置于mA或A插孔，黑表筆置于COM插孔。

(2)將功能轉換開關置于“ACA”或“A～”擋的合適量程。

(3)將數字萬用表串聯(lián)到被測電路中，表筆的極性可以不考慮。使用電流擋進行測量時應注意以下幾個問題：

(1)如果被測電流大于200mA，則應將紅表筆插入A插孔。

(2)如顯示屏顯示溢出符號“1”，則表示被測電流已大于所選量程，這時應改換更高的量程。

(3)在測量電流的過程中，不能撥動功能轉換開關。圖2-14萬用表測直流電流

4．二極管擋的使用

如圖2-15所示，數字萬用表二極管擋的操作方法如下。

1)檢測普通二極管好壞的方法

(1)將紅表筆插入V/Ω插孔，黑表筆插入COM插孔，功能轉換開關置于“、”擋。

(2)將紅表筆接被測二極管的正極，黑表筆接被測二極管的負極。

(3)將數字式萬用表的開關置于ON，此時顯示屏所顯示的就是被測二極管的正向壓降。

(4)如果被測二極管是好的，正偏時，硅二極管應有0.5V～0.7V的正向壓降，鍺二極管應有0.1V～0.3V的正向壓降；如果反偏時，硅二極管與鍺二極管均顯示溢出符號“1”。

(5)測量時，若正反向均顯示“000”，則表明被測二極管已被擊穿而短路。

(6)測量時，若正反向均顯示溢出符號“1”，則表明被測二極管內部已經開路。

2)注意事項

(1)使用二極管擋進行測量時，顯示屏所顯示的值是二極管的正向壓降，其單位為mV。

(2)正常情況下，硅二極管的正向壓降為0.5V～0.7V，鍺二極管的正向壓降為0.1V～0.3V。根據這一特點可以判斷被測二極管是硅管還是鍺管。

(3)將表筆連接到待測線路的兩端，如果兩端之間的電阻值低于70Ω，內置蜂鳴器就會發(fā)聲，顯示屏顯示其電阻近似值，單位為Ω。圖2-15二極管擋的使用

5.電容擋的使用(電容容量的測量)

測量方法：將電容插入電容測試座中，功能轉換開關置電容區(qū)。

6.晶體管hFE(直流放大系數)測量

測量方法：將功能轉換開關置于“hFE”擋，先決定晶體管是NPN還是PNP型的，再將E、B、C三腳分別插入面板上晶體管插座正確的插孔內，此時顯示器將顯示出hFE近似值。

7．溫度測量

測量溫度時，將熱電偶傳感器的冷端(自由端)插入數字萬用表的測試座中，并注意極性。熱電偶的工作端(測試端)置于待測物的上面或內部，可直接從顯示器上讀數，其單位為攝氏℃。 2.4萬用表的工作原理

2.4.1模擬萬用表的工作原理

模擬萬用表主要由表頭、功能轉換開關及測試線路組成。其表頭通常是磁電系直流電流表。

磁電系直流電流表的表頭結構如圖2-16所示，它由固定部分和可動部分組成。固定部分包括永久磁鐵、磁極和圓柱形鐵芯；可動部分包括矩形線圈、轉軸、游絲和指針等部件。矩形線圈由漆包線在矩形鋁框上繞制而成。轉軸的頭尾兩端由鉆石軸承支撐。游絲有前后兩個，它們的螺旋方向相反。當轉軸轉動時，一個游絲卷緊，另一個放松，以使指針轉動平穩(wěn)。游絲的另一個作用是向線圈引導電流。圖2-16磁電系直流電流表的結構磁電系直流電流表的工作原理：通電線圈在磁場的作用下產生旋轉力矩，力矩大小與流經線圈的電流成正比。線圈的轉動通過轉軸帶動指針偏轉。當轉動力矩與游絲產生的反作用力矩相等時，線圈停止轉動，指針所指位置即為被測直流電流的量值。同時，線圈偏轉的角度為

α=SI·I

式中，α為指針的偏轉角，SI為電流靈敏度，I為線圈中流過的電流。

電流靈敏度SI由儀表結構參數決定，對于一個確定的儀表來說，它是一個參數。因此，表頭本身可直接作為電流表使用。但由于被測電流要通過游絲和可動線圈，所以被測電流的最大值只能限制在幾十微安到幾十毫安之間。同時，直接采用表頭測量，只能測量直流電流。

1．直流電流的測量

從上述工作原理可看出，不增加測量線路，磁電系儀表可直接測量直流電流，但要測量大電流，就需要另加接分流器。

圖2-17(a)為單量程的電流表。A、B為電流表的接線端,R為一個并聯(lián)在磁電系測量機構上的分流電阻，Rg為表頭的內阻，Ig是表頭的滿偏電流。由于測量機構內阻Rg是已知的，允許通過的電流Ig由可動線圈的線徑及游絲決定。當電流表的量程為I時，R的大小為多量程的電流表則是在單量程電流表的基礎上加上不同的分流電阻構成的，如圖2-17(b)所示。當開關S斷開時，分流電阻最大，為R1+R2+R3；當開關S接通1點與2點時，分流電阻為R2+R3；當開關S接通1點與3點時，分流電阻最小，為R3。可見，量程的擴展是通過并聯(lián)不同的分流電阻實現(xiàn)的。因此，這種電流表的內阻隨量程的大小而不同。量程越大，測量機構流過的電流越大，分流電阻越小，電流表對外顯示的總內阻也越小。圖2-17電流表的量程擴展

2．直流電壓的測量

用單獨的一個磁電系表頭就可測量小于Ug(Ug=Ig·Rg)的直流電壓，若要測量較大的電壓U，則可利用串聯(lián)電阻分壓原理，即在表頭上串聯(lián)一個適當阻值的電阻，如圖2-18所示。圖中Rv為分壓電阻，其阻值大小為圖2-18直流電壓的測量若采用多個分壓電阻與表頭串聯(lián)，就可構成多量程的直流電壓表。圖2-19所示為四量程的直流電壓表。分壓電阻可用下式計算：圖2-19多量程直流電壓表

3．直流電阻的測量

如圖2-8所示，電阻的測量線路由表頭(內阻Rg，滿偏電流Ig)、電池ε(已裝在表殼內)、調零電阻Ro組成，它的測量原理是閉合電路歐姆定律。

被測電阻Rx與通過表頭的電流I相對應。這樣，表頭上并聯(lián)和串聯(lián)適當的電阻，同時串接一節(jié)電池，使電流通過被測電阻，根據電流的大小，就可測量出電阻值，而改變分流電阻的阻值，就能改變電阻的量程，如圖2-20所示。圖2-20萬用表電阻測量

4．交流電壓的測量

交流電壓的測量原理與直流電壓類似，只不過在表頭中增加了整流電路。

磁電系表頭不能直接測量交流電參數，因為其可動部分的慣性較大，跟不上交流電流流過表頭線圈所產生的轉動力矩的變化，因此不能指示交流電的大小。若將交流電轉換成單方向的直流電，讓直流電通過表頭，則表針