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测量的基本原理测量的基本原理本讲稿第一页，共五十五页对同学的要求对同学的要求u课堂认真听讲。课堂认真听讲。u课下认真复习，并及时做课后习题。课下认真复习，并及时做课后习题。本讲稿第二页，共五十五页课程简介课程简介uu第第第第一一一一部部部部分分分分测测测测量量量量总总总总论论论论及及及及误误误误差差差差理理理理论论论论，介介介介绍绍绍绍测测测测量量量量的的的的基基基基本本本本概概概概念念念念、技技技技术术术术方方方方法法法法、系统组成等，误差理论和数据处理等。系统组成等，误差理论和数据处理等。系统组成等，误差理论和数据处理等。系统组成等，误差理论和数据处理等。uu第二部分第二部分第二部分第二部分基本电参量测量基本电参量测量基本电参量测量基本电参量测量，包括频率、电压、阻抗等，包括频率、电压、阻抗等，包括频率、电压、阻抗等，包括频率、电压、阻抗等uu第第第第三三三三部部部部分分分分时时时时域域域域测测测测量量量量，以以以以示示示示波波波波器器器器为为为为背背背背景景景景介介介介绍绍绍绍时时时时域域域域信信信信号号号号波波波波形形形形的的的的采采采采集集集集、显显显显示及应用技术。示及应用技术。示及应用技术。示及应用技术。uu第第第第四四四四部部部部分分分分频频频频域域域域测测测测量量量量，重重重重点点点点讨讨讨讨论论论论频频频频域域域域中中中中的的的的信信信信号号号号频频频频谱谱谱谱和和和和网网网网络络络络性性性性能能能能的的的的测测测测量量量量，介绍测量激励信号源的基本工作原理。介绍测量激励信号源的基本工作原理。介绍测量激励信号源的基本工作原理。介绍测量激励信号源的基本工作原理。uu第第第第五五五五部部部部分分分分数数数数域域域域测测测测量量量量，介介介介绍绍绍绍数数数数字字字字系系系系统统统统的的的的基基基基本本本本测测测测量量量量原原原原理理理理和和和和方方方方法法法法，包包包包括括括括数数数数字字字字信信信信号号号号的的的的产产产产生生生生、逻逻逻逻辑辑辑辑分分分分析析析析、可可可可测测测测性性性性设设设设计计计计及及及及数数数数字字字字系系系系统统统统测测测测试试试试的的的的典典典典型型型型实实实实例。例。例。例。uu第第第第六六六六部部部部分分分分测测测测量量量量系系系系统统统统集集集集成成成成，阐阐阐阐述述述述组组组组建建建建测测测测量量量量系系系系统统统统的的的的硬硬硬硬件件件件平平平平台台台台、软软软软件件件件平平平平台、总线标准、通信技术等。台、总线标准、通信技术等。台、总线标准、通信技术等。台、总线标准、通信技术等。本讲稿第三页，共五十五页1.1 1.1 测量的基本概念测量的基本概念u1.1.1 1.1.1 测量的意义测量的意义 日常生活中处处离不开测量日常生活中处处离不开测量日常生活中处处离不开测量日常生活中处处离不开测量科学的进步和发展离不开测量，科学的进步和发展离不开测量，科学的进步和发展离不开测量，科学的进步和发展离不开测量，离开测量就不会有真正的科学。离开测量就不会有真正的科学。离开测量就不会有真正的科学。离开测量就不会有真正的科学。没有显微镜就没有细胞没有显微镜就没有细胞学，没有指南针就没有学，没有指南针就没有航海事业航海事业 本讲稿第四页，共五十五页 1.1.1 1.1.1 测量的意义测量的意义（续）（续）（续）（续）生产发展离不开测量生产发展离不开测量生产发展离不开测量生产发展离不开测量 农业社会中，需要丈量土地、衡量谷物，就产生了长度、农业社会中，需要丈量土地、衡量谷物，就产生了长度、农业社会中，需要丈量土地、衡量谷物，就产生了长度、农业社会中，需要丈量土地、衡量谷物，就产生了长度、面积、容积和重量的测量；掌握季节和节候，出现了原面积、容积和重量的测量；掌握季节和节候，出现了原面积、容积和重量的测量；掌握季节和节候，出现了原面积、容积和重量的测量；掌握季节和节候，出现了原始的时间测量器具，并有了天文测量。始的时间测量器具，并有了天文测量。始的时间测量器具，并有了天文测量。始的时间测量器具，并有了天文测量。现代化的工业生产中，处处离不开测量现代化的工业生产中，处处离不开测量现代化的工业生产中，处处离不开测量现代化的工业生产中，处处离不开测量 例如，一个大型钢铁厂需要约例如，一个大型钢铁厂需要约例如，一个大型钢铁厂需要约例如，一个大型钢铁厂需要约2 2 2 2万个测量点万个测量点万个测量点万个测量点在高新技术和国防现代化建设中则更是离不开测量在高新技术和国防现代化建设中则更是离不开测量在高新技术和国防现代化建设中则更是离不开测量在高新技术和国防现代化建设中则更是离不开测量例如，每种新设计的飞机，需要测试飞机高速飞行中受例如，每种新设计的飞机，需要测试飞机高速飞行中受例如，每种新设计的飞机，需要测试飞机高速飞行中受例如，每种新设计的飞机，需要测试飞机高速飞行中受气流冲击作用下的性能，通过风洞试验测定机身、机气流冲击作用下的性能，通过风洞试验测定机身、机气流冲击作用下的性能，通过风洞试验测定机身、机气流冲击作用下的性能，通过风洞试验测定机身、机翼的受力和振动分布情况，以验证和改进设计。翼的受力和振动分布情况，以验证和改进设计。翼的受力和振动分布情况，以验证和改进设计。翼的受力和振动分布情况，以验证和改进设计。本讲稿第五页，共五十五页1.1.2 1.1.2 测量的定义测量的定义 uu1.1.1.1.狭义测量的定义狭义测量的定义狭义测量的定义狭义测量的定义测量是为了测量是为了测量是为了测量是为了确定被测对象的量值确定被测对象的量值确定被测对象的量值确定被测对象的量值而进行的实验过程。而进行的实验过程。而进行的实验过程。而进行的实验过程。在在在在测测测测量量量量过过过过程程程程中中中中，人人人人们们们们借借借借助助助助专专专专门门门门的的的的设设设设备备备备，把把把把被被被被测测测测对对对对象象象象直直直直接接接接或或或或间间间间接接接接地地地地与与与与同同同同类类类类已已已已知知知知单单单单位位位位进进进进行行行行比比比比较较较较，取取取取得得得得用用用用数数数数值值值值和和和和单位共同表示的测量结果。单位共同表示的测量结果。单位共同表示的测量结果。单位共同表示的测量结果。测量结果测量数值测量结果测量数值.测量单位，测量单位，即：即：本讲稿第六页，共五十五页1.1.2 1.1.2 测量的定义测量的定义（续）（续）（续）（续）u2.2.广义测量的定义广义测量的定义广义地讲，测量不仅对被测的物理量进行定量的测量，广义地讲，测量不仅对被测的物理量进行定量的测量，广义地讲，测量不仅对被测的物理量进行定量的测量，广义地讲，测量不仅对被测的物理量进行定量的测量，而且还包括对更广泛的被测对象进行定性、定位的测而且还包括对更广泛的被测对象进行定性、定位的测而且还包括对更广泛的被测对象进行定性、定位的测而且还包括对更广泛的被测对象进行定性、定位的测量。量。量。量。例如故障诊断、无损探伤、遥感遥测、矿藏勘探、地震源例如故障诊断、无损探伤、遥感遥测、矿藏勘探、地震源例如故障诊断、无损探伤、遥感遥测、矿藏勘探、地震源例如故障诊断、无损探伤、遥感遥测、矿藏勘探、地震源测定、卫星定位等。测定、卫星定位等。测定、卫星定位等。测定、卫星定位等。而测量结果也不仅仅是由量值和单位来表征的一维信息，而测量结果也不仅仅是由量值和单位来表征的一维信息，而测量结果也不仅仅是由量值和单位来表征的一维信息，而测量结果也不仅仅是由量值和单位来表征的一维信息，还可以用二维或多维的图形、图像来显示被测对象的属性还可以用二维或多维的图形、图像来显示被测对象的属性还可以用二维或多维的图形、图像来显示被测对象的属性还可以用二维或多维的图形、图像来显示被测对象的属性特征、空间分布、拓朴结构等。特征、空间分布、拓朴结构等。特征、空间分布、拓朴结构等。特征、空间分布、拓朴结构等。本讲稿第七页，共五十五页1.1.3 1.1.3 测量的基本要素测量的基本要素u1.1.测量的基本要素测量的基本要素 被测对象、测量仪器、测量技术、测量人员被测对象、测量仪器、测量技术、测量人员和测量环境和测量环境 本讲稿第八页，共五十五页1.1.3 1.1.3 测量的基本要素测量的基本要素（续）（续）（续）（续）本讲稿第九页，共五十五页1.1.3 1.1.3 测量的基本要素测量的基本要素（续）（续）（续）（续）u环境对测量的影响环境对测量的影响uA.A.环境对被测对象的影响环境对被测对象的影响uB.B.环境对仪器系统的影响环境对仪器系统的影响uC.C.环境对测量人员的影响环境对测量人员的影响本讲稿第十页，共五十五页1.1.3 1.1.3 测量的基本要素测量的基本要素（续）（续）（续）（续）u应应采采取取适适当当的的控控制制措措施施，尽尽量量减减少少由由于于环环境境影影响响而产生的误差。而产生的误差。u恒温、恒湿、稳压和防震。恒温、恒湿、稳压和防震。u抗抗干干扰扰、防防噪噪声声的的措措施施，如如接接地地、屏屏蔽蔽、隔隔离离、滤波等。滤波等。u仪器应能仪器应能尽量适应恶劣环境和大范围变化环境尽量适应恶劣环境和大范围变化环境。本讲稿第十一页，共五十五页1.1.3 1.1.3 测量的基本要素测量的基本要素（续）（续）（续）（续）u仪器以工作环境条件的不同要求分为三组：仪器以工作环境条件的不同要求分为三组：I I I I组组组组：良良良良好好好好的的的的环环环环境境境境条条条条件件件件，温温温温度度度度+10+10+10+10+35+35+35+35o o o oC C C C，相相相相对对对对湿湿湿湿度度度度80%80%80%80%（在（在（在（在35353535o o o oC C C C上），只允许有轻微的振动。上），只允许有轻微的振动。上），只允许有轻微的振动。上），只允许有轻微的振动。IIIIIIII组组组组：一一一一般般般般的的的的环环环环境境境境条条条条件件件件，温温温温度度度度10101010+40+40+40+40o o o oC C C C，相相相相对对对对湿湿湿湿度度度度80%80%80%80%（在（在（在（在40404040o o o oC C C C上），允许一般的振动和冲击。上），允许一般的振动和冲击。上），允许一般的振动和冲击。上），允许一般的振动和冲击。IIIIIIIIIIII组组组组：恶恶恶恶劣劣劣劣的的的的环环环环境境境境条条条条件件件件，温温温温度度度度40404040+55+55+55+55o o o oC C C C，相相相相对对对对湿湿湿湿度度度度90%90%90%90%（在在在在35353535o o o oC C C C上上上上），允允允允许许许许频频频频繁繁繁繁的的的的搬搬搬搬动动动动和和和和运运运运输输输输中中中中受受受受到到到到较较较较大大大大的冲击和振动。的冲击和振动。的冲击和振动。的冲击和振动。uI I组组高精度计量用仪器高精度计量用仪器uIIII组组通用仪器通用仪器uIIIIII组组野外、机载等仪器野外、机载等仪器本讲稿第十二页，共五十五页1.2电子测量系统中的干扰及其抑制电子测量系统中的干扰及其抑制u干扰干扰：在电子测量技术中，可把一切来自设备：在电子测量技术中，可把一切来自设备或系统外部的无关信号称作干扰。或系统外部的无关信号称作干扰。u噪声噪声：由系统内部产生的无关信号称作噪声，：由系统内部产生的无关信号称作噪声，对技术指标合格并在规定条件下使用的电子测对技术指标合格并在规定条件下使用的电子测量仪器可以不考虑其噪声影响。量仪器可以不考虑其噪声影响。本讲稿第十三页，共五十五页1.2.1干扰的主要来源干扰的主要来源u电子测量系统干扰主要来源有三个：电子测量系统干扰主要来源有三个：u1、空间干扰、空间干扰u空间干扰主要是指电磁场在线路、导线、壳体上空间干扰主要是指电磁场在线路、导线、壳体上的辐射、吸收和调制。干扰来自测量系统的内部的辐射、吸收和调制。干扰来自测量系统的内部或外部，任一线路、导线、壳体等在空间均同时或外部，任一线路、导线、壳体等在空间均同时存在辐射、吸收与调制存在辐射、吸收与调制u（1）天电干扰）天电干扰u（2）工频干扰）工频干扰u（3）气体电离干扰）气体电离干扰本讲稿第十四页，共五十五页u2、测量过程通道干扰、测量过程通道干扰u长线传输是这种干扰的主要因素长线传输是这种干扰的主要因素u3、供电系统的干扰、供电系统的干扰本讲稿第十五页，共五十五页1.2.2干扰的一般传输途径干扰的一般传输途径u两大类：两大类：寄生耦合寄生耦合、电磁辐射电磁辐射u1、寄生耦合、寄生耦合u（1）公共阻抗耦合）公共阻抗耦合u（2）分布电容耦合）分布电容耦合u（3）分布电感耦合）分布电感耦合u2、电磁辐射、电磁辐射u当测量系统的频率较高时，较长的信号传输线、当测量系统的频率较高时，较长的信号传输线、控制线、输入及输出线等，均会呈现出一定的天控制线、输入及输出线等，均会呈现出一定的天线效应。它们不仅会将测试信号辐射出去，构成线效应。它们不仅会将测试信号辐射出去，构成非正常通道，而且也会吸收其他非正常通道辐射非正常通道，而且也会吸收其他非正常通道辐射来的测试信号及干扰信号来的测试信号及干扰信号本讲稿第十六页，共五十五页1.2.3干扰的抑制方法干扰的抑制方法u由于干扰的来源和传输途径都很复杂，在测试过由于干扰的来源和传输途径都很复杂，在测试过程中，应根据具体情况采取相应措施加以抑制，程中，应根据具体情况采取相应措施加以抑制，下面介绍几种常见的方法：下面介绍几种常见的方法：u1、避免或减小干扰源的影响、避免或减小干扰源的影响u2、合理设计地线、合理设计地线u3、减少公共耦合电源内阻的影响、减少公共耦合电源内阻的影响u4、减少传输通道长线的影响、减少传输通道长线的影响u5、减少分布参数的影响、减少分布参数的影响本讲稿第十七页，共五十五页计量的基本概念计量的基本概念u自学自学本讲稿第十八页，共五十五页1 13 3 测量误差的基本概念测量误差的基本概念1.3.1 1.3.1 1.3.1 1.3.1 测量误差的定义测量误差的定义测量误差的定义测量误差的定义uu测量的目的测量的目的测量的目的测量的目的:获得被测量的真值。获得被测量的真值。获得被测量的真值。获得被测量的真值。uu真值真值真值真值:在一定的时间和空间环境条件下，被测在一定的时间和空间环境条件下，被测在一定的时间和空间环境条件下，被测在一定的时间和空间环境条件下，被测量本身所具有的真实数值。量本身所具有的真实数值。量本身所具有的真实数值。量本身所具有的真实数值。uu测量误差测量误差测量误差测量误差:uu所有测量结果都带有误差所有测量结果都带有误差所有测量结果都带有误差所有测量结果都带有误差 。本讲稿第十九页，共五十五页1.3.2 1.3.2 测量误差的来源测量误差的来源 uu（1 1 1 1）仪仪仪仪器器器器误误误误差差差差：由由由由于于于于测测测测量量量量仪仪仪仪器器器器及及及及其其其其附附附附件件件件的的的的设设设设计计计计、制制制制造造造造、检检检检定定定定等等等等不不不不完完完完善善善善，以以以以及及及及仪仪仪仪器器器器使使使使用用用用过过过过程程程程中中中中老老老老化化化化、磨磨磨磨损损损损、疲疲疲疲劳劳劳劳等等等等因因因因素素素素而而而而使使使使仪仪仪仪器器器器带带带带有有有有的的的的误差。误差。误差。误差。uu（2 2 2 2）影影影影响响响响误误误误差差差差：由由由由于于于于各各各各种种种种环环环环境境境境因因因因素素素素（温温温温度度度度、湿湿湿湿度度度度、振振振振动动动动、电电电电源电压、电磁场等）与测量要求的条件不一致而引起的误差。源电压、电磁场等）与测量要求的条件不一致而引起的误差。源电压、电磁场等）与测量要求的条件不一致而引起的误差。源电压、电磁场等）与测量要求的条件不一致而引起的误差。uu（3 3 3 3）理理理理论论论论误误误误差差差差和和和和方方方方法法法法误误误误差差差差：由由由由于于于于测测测测量量量量原原原原理理理理、近近近近似似似似公公公公式式式式、测测测测量量量量方方方方法不合理而造成的误差。法不合理而造成的误差。法不合理而造成的误差。法不合理而造成的误差。uu（4 4 4 4）人人人人身身身身误误误误差差差差：由由由由于于于于测测测测量量量量人人人人员员员员感感感感官官官官的的的的分分分分辨辨辨辨能能能能力力力力、反反反反应应应应速速速速度度度度、视视视视觉觉觉觉疲疲疲疲劳劳劳劳、固固固固有有有有习习习习惯惯惯惯、缺缺缺缺乏乏乏乏责责责责任任任任心心心心等等等等原原原原因因因因，而而而而在在在在测测测测量量量量中中中中使使使使用用用用操操操操作不当、现象判断出错或数据读取疏失等而引起的误差。作不当、现象判断出错或数据读取疏失等而引起的误差。作不当、现象判断出错或数据读取疏失等而引起的误差。作不当、现象判断出错或数据读取疏失等而引起的误差。uu（5 5 5 5）测测测测量量量量对对对对象象象象变变变变化化化化误误误误差差差差：测测测测量量量量过过过过程程程程中中中中由由由由于于于于测测测测量量量量对对对对象象象象变变变变化化化化而而而而使得测量值不准确，如引起动态误差等。使得测量值不准确，如引起动态误差等。使得测量值不准确，如引起动态误差等。使得测量值不准确，如引起动态误差等。本讲稿第二十页，共五十五页1.3.3 1.3.3 测量误差的表示方法测量误差的表示方法 测量误差有绝对误差和相对误差两种表示方法。测量误差有绝对误差和相对误差两种表示方法。u1.1.绝对误差绝对误差u（1 1）定定义义：由由由由测测测测量量量量所所所所得得得得到到到到的的的的被被被被测测测测量量量量值值值值与与与与其其其其真值之差，称为绝对误差真值之差，称为绝对误差真值之差，称为绝对误差真值之差，称为绝对误差 uu实际应用中常用实际值实际应用中常用实际值实际应用中常用实际值实际应用中常用实际值A A A A（高一级以上的测量仪器或计量器具（高一级以上的测量仪器或计量器具（高一级以上的测量仪器或计量器具（高一级以上的测量仪器或计量器具测量所得之值）来代替真值。测量所得之值）来代替真值。测量所得之值）来代替真值。测量所得之值）来代替真值。uu绝对误差：绝对误差：绝对误差：绝对误差：有大小，又有符号和量纲有大小，又有符号和量纲有大小，又有符号和量纲有大小，又有符号和量纲本讲稿第二十一页，共五十五页1.3.3 1.3.3 测量误差的表示方法测量误差的表示方法（续）（续）（续）（续）uu（2 2 2 2）修正值）修正值）修正值）修正值uu与与与与绝绝绝绝对对对对误误误误差差差差的的的的绝绝绝绝对对对对值值值值大大大大小小小小相相相相等等等等，但但但但符符符符号号号号相相相相反反反反的的的的量量量量值值值值，称称称称为为为为修修修修正值正值正值正值uu测测测测量量量量仪仪仪仪器器器器的的的的修修修修正正正正值值值值可可可可以以以以通通通通过过过过上上上上一一一一级级级级标标标标准准准准的的的的检检检检定定定定给给给给出出出出，修修修修正正正正值值值值可可可可以是数值表格、曲线或函数表达式等形式。以是数值表格、曲线或函数表达式等形式。以是数值表格、曲线或函数表达式等形式。以是数值表格、曲线或函数表达式等形式。uu被测量的实际值被测量的实际值被测量的实际值被测量的实际值本讲稿第二十二页，共五十五页1.3.3 1.3.3 测量误差的表示方法测量误差的表示方法（续）（续）（续）（续）u2.2.相对误差相对误差测量一个量的准确程度，不仅与它的绝对误差的大小，测量一个量的准确程度，不仅与它的绝对误差的大小，测量一个量的准确程度，不仅与它的绝对误差的大小，测量一个量的准确程度，不仅与它的绝对误差的大小，而且与这个量本身的大小有关。而且与这个量本身的大小有关。而且与这个量本身的大小有关。而且与这个量本身的大小有关。uu（1 1 1 1）相对真误差、实际相对误差、示值相对误差）相对真误差、实际相对误差、示值相对误差）相对真误差、实际相对误差、示值相对误差）相对真误差、实际相对误差、示值相对误差相对误差：绝对误差与被测量的真值之比相对误差：绝对误差与被测量的真值之比相对误差：绝对误差与被测量的真值之比相对误差：绝对误差与被测量的真值之比相相相相对对对对误误误误差差差差是是是是两两两两个个个个有有有有相相相相同同同同量量量量纲纲纲纲的的的的量量量量的的的的比比比比值值值值，只只只只有有有有大大大大小小小小和和和和符符符符号号号号，没有单位。没有单位。没有单位。没有单位。本讲稿第二十三页，共五十五页1.3.3 1.3.3 测量误差的表示方法测量误差的表示方法（续）（续）（续）（续）实际相对误差：实际相对误差：实际相对误差：实际相对误差：用实际值用实际值用实际值用实际值A A A A代替真值代替真值代替真值代替真值A A A A0 0 0 0 示值相对误差：示值相对误差：示值相对误差：示值相对误差：用测量值用测量值用测量值用测量值X X X X 代替实际值代替实际值代替实际值代替实际值A A A A本讲稿第二十四页，共五十五页1.3.3 1.3.3 测量误差的表示方法测量误差的表示方法（续）（续）（续）（续）u（2 2）满度相对误差（引用相对误差）满度相对误差（引用相对误差）用用用用测测测测量量量量仪仪仪仪器器器器在在在在一一一一个个个个量量量量程程程程范范范范围围围围内内内内出出出出现现现现的的的的最最最最大大大大绝绝绝绝对对对对误误误误差差差差与与与与该该该该量量量量程程程程值值值值（上上上上限限限限值值值值下下下下限限限限值值值值）之之之之比比比比来来来来表表表表示示示示的的的的相相相相对对对对误误误误差差差差，称为满度相对误差（或称引用相对误差）称为满度相对误差（或称引用相对误差）称为满度相对误差（或称引用相对误差）称为满度相对误差（或称引用相对误差）u仪表各量程内绝对误差的仪表各量程内绝对误差的 最大值最大值 本讲稿第二十五页，共五十五页1.3.3 1.3.3 测量误差的表示方法测量误差的表示方法（续）（续）（续）（续）uu电工仪表就是按引用误差电工仪表就是按引用误差电工仪表就是按引用误差电工仪表就是按引用误差 之值进行分级的。是仪表在工作条件之值进行分级的。是仪表在工作条件之值进行分级的。是仪表在工作条件之值进行分级的。是仪表在工作条件下不应超过的最大引用相对误差下不应超过的最大引用相对误差下不应超过的最大引用相对误差下不应超过的最大引用相对误差uu我国电工仪表共分七级：我国电工仪表共分七级：我国电工仪表共分七级：我国电工仪表共分七级：0.10.10.10.1，0.20.20.20.2，0.50.50.50.5，1.01.01.01.0，1.51.51.51.5，2.52.52.52.5及及及及5.05.05.05.0。如。如。如。如果仪表为果仪表为果仪表为果仪表为S S S S级，则说明该仪表的最大引用误差不超过级，则说明该仪表的最大引用误差不超过级，则说明该仪表的最大引用误差不超过级，则说明该仪表的最大引用误差不超过S%S%S%S%uu测量点的最大相对误差测量点的最大相对误差测量点的最大相对误差测量点的最大相对误差uu在在在在使使使使用用用用这这这这类类类类仪仪仪仪表表表表测测测测量量量量时时时时，应应应应选选选选择择择择适适适适当当当当的的的的量量量量程程程程，使使使使示示示示值值值值尽尽尽尽可可可可能能能能接接接接近近近近于于于于满满满满度度度度值值值值，指指指指针针针针最最最最好好好好能能能能偏偏偏偏转转转转在在在在不不不不小小小小于于于于满满满满度度度度值值值值2/32/32/32/3以以以以上上上上的的的的区区区区域。域。域。域。本讲稿第二十六页，共五十五页1.3.3 1.3.3 测量误差的表示方法测量误差的表示方法（续）（续）（续）（续）u 例例1-3 1-3 某某待待测测电电流流约约为为100mA100mA，现现有有0.50.5级级量量程程为为0 0400mA400mA和和1.51.5级级量量程程为为0 0100mA100mA的的两两个个电电流流表表，问用哪一个电流表测量较好？问用哪一个电流表测量较好？用用用用1.51.51.51.5级量程为级量程为级量程为级量程为0 0 0 0100mA100mA100mA100mA电流表测量电流表测量电流表测量电流表测量100mA100mA100mA100mA时的最大相时的最大相时的最大相时的最大相对误差为对误差为对误差为对误差为解：用解：用解：用解：用0.50.50.50.5级量程为级量程为级量程为级量程为0 0 0 0400mA400mA400mA400mA电流表测电流表测电流表测电流表测100mA100mA100mA100mA时，最大相时，最大相时，最大相时，最大相对误差为对误差为对误差为对误差为本讲稿第二十七页，共五十五页1.3.3 1.3.3 测量误差的表示方法测量误差的表示方法（续）（续）（续）（续）uu（3 3 3 3）分贝误差）分贝误差）分贝误差）分贝误差相对误差的对数表示相对误差的对数表示相对误差的对数表示相对误差的对数表示uu分贝误差是用对数形式（分贝数）表示的一种相对误差，分贝误差是用对数形式（分贝数）表示的一种相对误差，分贝误差是用对数形式（分贝数）表示的一种相对误差，分贝误差是用对数形式（分贝数）表示的一种相对误差，单位为分贝（单位为分贝（单位为分贝（单位为分贝（dBdBdBdB）。）。）。）。电压增益的测得值为电压增益的测得值为电压增益的测得值为电压增益的测得值为 误差为误差为误差为误差为用对数表示为增益测得值的分贝值用对数表示为增益测得值的分贝值用对数表示为增益测得值的分贝值用对数表示为增益测得值的分贝值分贝误差分贝误差分贝误差分贝误差 本讲稿第二十八页，共五十五页1.4 1.4 电子测量中的基本实现技术电子测量中的基本实现技术1.4.1 1.4.1 1.4.1 1.4.1 电子测量中的变换技术电子测量中的变换技术电子测量中的变换技术电子测量中的变换技术1.1.量值变换量值变换u量量值值是是指指电电压压、电电流流、功功率率、阻阻抗抗、时时间间等等电电参参量的幅值大小。量的幅值大小。u量值变换即把它们的幅值按比例地增大或缩小。量值变换即把它们的幅值按比例地增大或缩小。原因：原因：原因：原因：某些被测量不便于直接比较，或者无法直接测量某些被测量不便于直接比较，或者无法直接测量某些被测量不便于直接比较，或者无法直接测量某些被测量不便于直接比较，或者无法直接测量为了获取更高分辨力和精度，或更宽的量程为了获取更高分辨力和精度，或更宽的量程为了获取更高分辨力和精度，或更宽的量程为了获取更高分辨力和精度，或更宽的量程种类：种类：种类：种类：信号衰减或放大：使信号变换到测量系统的范围内信号衰减或放大：使信号变换到测量系统的范围内信号衰减或放大：使信号变换到测量系统的范围内信号衰减或放大：使信号变换到测量系统的范围内阻抗变换：在负载和传输线路中加入双口网络阻抗变换：在负载和传输线路中加入双口网络阻抗变换：在负载和传输线路中加入双口网络阻抗变换：在负载和传输线路中加入双口网络本讲稿第二十九页，共五十五页1.4.11.4.1电子测量中的变换技术电子测量中的变换技术(续）续）续）续）u2.2.频率变换频率变换（1 1 1 1）检波）检波）检波）检波：交流电压变成直流电压：交流电压变成直流电压：交流电压变成直流电压：交流电压变成直流电压 常常用用磁磁电电式式电电表表，它它只只能能测测量量直直流流，交交流流信信号号必必须检波成直流信号来测量须检波成直流信号来测量 （2 2 2 2）斩斩斩斩波波波波：把把把把一一一一个个个个直直直直流流流流电电电电压压压压调调调调制制制制成成成成交交交交流流流流电电电电压压压压，经经经经过过过过交交交交流流流流放放放放大大大大，然然然然后后后后再再再再把把把把交交交交流流流流电电电电压压压压通通通通过过过过反反反反调调调调制制制制（解解解解调调调调）还原为直流电压的过程。还原为直流电压的过程。还原为直流电压的过程。还原为直流电压的过程。斩波的作用是对微弱的直流电压进行放大斩波的作用是对微弱的直流电压进行放大斩波的作用是对微弱的直流电压进行放大斩波的作用是对微弱的直流电压进行放大 本讲稿第三十页，共五十五页1.4.11.4.1电子测量中的变换技术电子测量中的变换技术(续）续）续）续）（3 3）变频（混频）变频（混频）（4 4）倍频）倍频（5 5）分频）分频（6 6）频率合成）频率合成（7 7）取取样样技技术术：取取样样门门电电路路将将高高频频信信号号进进行行取取样样变变换，使之以低频形式复现出来换，使之以低频形式复现出来本讲稿第三十一页，共五十五页1.4.11.4.1电子测量中的变换技术电子测量中的变换技术(续）续）续）续）u3.3.波形变换波形变换uu（1 1 1 1）整形）整形）整形）整形 将任意形状的波形变成规则的脉冲波形，将任意形状的波形变成规则的脉冲波形，将任意形状的波形变成规则的脉冲波形，将任意形状的波形变成规则的脉冲波形，例如，用于电子计数器的输入通道中。例如，用于电子计数器的输入通道中。例如，用于电子计数器的输入通道中。例如，用于电子计数器的输入通道中。uu（2 2 2 2）限幅）限幅）限幅）限幅 把信号波形幅度限制在一定范围内把信号波形幅度限制在一定范围内把信号波形幅度限制在一定范围内把信号波形幅度限制在一定范围内uu（3 3 3 3）微分）微分）微分）微分 由矩形脉冲形成一个窄脉冲。由矩形脉冲形成一个窄脉冲。由矩形脉冲形成一个窄脉冲。由矩形脉冲形成一个窄脉冲。在电子计数器、取样示波器、广谱信号源中广泛使用。在电子计数器、取样示波器、广谱信号源中广泛使用。在电子计数器、取样示波器、广谱信号源中广泛使用。在电子计数器、取样示波器、广谱信号源中广泛使用。uu（4 4 4 4）合成）合成）合成）合成 多种波形叠加成复杂波形。多种波形叠加成复杂波形。多种波形叠加成复杂波形。多种波形叠加成复杂波形。例如合成例如合成例如合成例如合成CRTCRTCRTCRT显示的视频信号波形。显示的视频信号波形。显示的视频信号波形。显示的视频信号波形。uu（5 5 5 5）变变变变换换换换 方方方方波波波波变变变变成成成成三三三三角角角角波波波波或或或或正正正正弦弦弦弦波波波波，三三三三角角角角波波波波变变变变成成成成正正正正弦弦弦弦波波波波或或或或方方方方波波波波，正弦波变成方波或三角波等。正弦波变成方波或三角波等。正弦波变成方波或三角波等。正弦波变成方波或三角波等。波形变换技术广泛用于多波形函数发生器中。波形变换技术广泛用于多波形函数发生器中。波形变换技术广泛用于多波形函数发生器中。波形变换技术广泛用于多波形函数发生器中。本讲稿第三十二页，共五十五页1.4.11.4.1电子测量中的变换技术电子测量中的变换技术(续）续）续）续）4 4）参量变换）参量变换u（1 1）AVAV变换变换电流、电压、电阻之间的变换电流、电压、电阻之间的变换多多多多 用用用用 表表表表 中中中中 采采采采 用用用用 的的的的AVAV变变换换，包包括括交交流流/直直流流（AC/DCAC/DC）、电电流流/电电压压（I/VI/V）和和电电阻阻/电电压压（/V/V）的的的的转转转转换换换换，实实实实现现现现了了了了交交交交、直直直直流流流流电电电电压压压压、电电电电流流流流、电电电电阻阻阻阻等等等等多多多多种种种种测量功能。测量功能。测量功能。测量功能。u（2 2）V/FV/F变换变换模拟直流电压转换为频率模拟直流电压转换为频率u（3 3）V/TV/T变换变换模拟直流电压转换成时间模拟直流电压转换成时间 u（4 4）网络参数的变换）网络参数的变换本讲稿第三十三页，共五十五页1.4.11.4.1电子测量中的变换技术电子测量中的变换技术(续）续）续）续）uu5.5.5.5.能量变换能量变换能量变换能量变换 能能能能量量量量变变变变换换换换是是是是泛泛泛泛指指指指多多多多种种种种形形形形式式式式的的的的物物物物理理理理量量量量与与与与电电电电学学学学量量量量之之之之间间间间的的的的变变变变换换换换。传传传传感感感感器就是能量变换器，即从非电量变换成电量器就是能量变换器，即从非电量变换成电量器就是能量变换器，即从非电量变换成电量器就是能量变换器，即从非电量变换成电量uu一般分为参量变换器及电势变换器两大类：一般分为参量变换器及电势变换器两大类：一般分为参量变换器及电势变换器两大类：一般分为参量变换器及电势变换器两大类：参参参参量量量量变变变变换换换换器器器器是是是是将将将将各各各各种种种种物物物物理理理理量量量量变变变变换换换换成成成成电电电电阻阻阻阻、电电电电感感感感、电电电电容容容容或或或或磁导率等。磁导率等。磁导率等。磁导率等。电电电电势势势势变变变变换换换换器器器器是是是是将将将将各各各各种种种种物物物物理理理理量量量量变变变变换换换换成成成成电电电电势势势势、电电电电流流流流等等等等电电电电量量量量的的的的变变变变换器换器换器换器uu在在在在显显显显示示示示器器器器中中中中，把把把把电电电电量量量量变变变变换换换换成成成成非非非非电电电电量量量量机机机机械械械械量量量量、光光光光学学学学量量量量等等等等。如如如如指针的偏转、发光的数码、字符和图像等。指针的偏转、发光的数码、字符和图像等。指针的偏转、发光的数码、字符和图像等。指针的偏转、发光的数码、字符和图像等。uu6.6.6.6.模模模模/数和数数和数数和数数和数/模变换模变换模变换模变换本讲稿第三十四页，共五十五页1.4.2电子测量中的比较技术电子测量中的比较技术1.1.比较的基本概念比较的基本概念被测量为被测量为被测量为被测量为x x x x、标准量为、标准量为、标准量为、标准量为s s s s、比较电路输出为、比较电路输出为、比较电路输出为、比较电路输出为y y y y。当当当当xs xs xs xsxsxsxs时，时，时，时，y=YHy=YHy=YHy=YH当当当当x=s x=s x=s x=s 时，时，时，时，y y y y出现一个跃变信号出现一个跃变信号出现一个跃变信号出现一个跃变信号本讲稿第三十五页，共五十五页1.4.2电子测量中的比较技术电子测量中的比较技术(续续续续)（1 1）比较的基本类型（按功能分）比较的基本类型（按功能分）：u标量比较标量比较u矢量比较矢量比较u差值比较差值比较u比值比较比值比较u量化比较量化比较本讲稿第三十六页，共五十五页1.4.2电子测量中的比较技术电子测量中的比较技术(续续续续)2.2.电压比较电压比较电平比较、差值型比较、比例型比较电平比较、差值型比较、比例型比较举例：电平比较举例：电平比较两个模拟电压的大小的比较可以用电压比较器来实现两个模拟电压的大小的比较可以用电压比较器来实现两个模拟电压的大小的比较可以用电压比较器来实现两个模拟电压的大小的比较可以用电压比较器来实现的的的的 本讲稿第三十七页，共五十五页1.4.2电子测量中的比较技术电子测量中的比较技术(续续续续)3.3.阻抗比较阻抗比较检测微小量，或对阻抗类电参量进行直接比较检测微小量，或对阻抗类电参量进行直接比较检测微小量，或对阻抗类电参量进行直接比较检测微小量，或对阻抗类电参量进行直接比较电电电电桥桥桥桥电电电电路路路路具具具具有有有有灵灵灵灵敏敏敏敏度度度度高高高高、测测测测量量量量范范范范围围围围宽宽宽宽，温温温温度度度度补补补补偿偿偿偿容容容容易易易易实现，测量电路的零点调节方便。实现，测量电路的零点调节方便。实现，测量电路的零点调节方便。实现，测量电路的零点调节方便。（a a）比例臂电桥）比例臂电桥 （b b）有源电桥）有源电桥 （c c）电压电桥）电压电桥 （d d）电流电桥）电流电桥本讲稿第三十八页，共五十五页1.4.2电子测量中的比较技术电子测量中的比较技术(续续续续)u4.4.频率（时间）比较频率（时间）比较典型举例：典型举例：典型举例：典型举例：时间差值比较用时间差值比较用时间差值比较用时