《电子测量复习》PPT课件.ppt

电子测量复习1、电子测量的特点有：测量频率范围宽、量程范围宽、测量准确度高、测量速度快、易于实现遥测、易于实现测量过程的自动化和测量仪器智能化。2、电子测量的主要内容有：电能量测量、电信号特性测量、电路元件参数测量、电子设备的性能测量。某待测电路如题(1)计算负载RL上电压U。的值(理论值)o、(2)如分别用输入电阻只v为120k和10M的晶体管万用表和数字电压表测量端电压U。，忽略其他误差，示值U。各为多少解：（1）Uo=Us=(2)当Rv=120K时，Uo=Us=当Rv=10M时Uo=Us=3、相对误差定义为误差与真值的比值，通常用百分数表示。4、随机误差的大小，可以用测量值的标准偏差来衡量，其值越小，测量值越集中，测量的精密度越高精密度精密度 精密度说明仪表指示值的分散性，表示在同一测量条精密度说明仪表指示值的分散性，表示在同一测量条件下对同一被测量进行多次测量时，得到的测量结果的分散程件下对同一被测量进行多次测量时，得到的测量结果的分散程度。它反映了随机误差的影响。精密度高意味着随机误差小，度。它反映了随机误差的影响。精密度高意味着随机误差小，测量结果的重复性好。比如某电压表的精密度为，即表示用它测量结果的重复性好。比如某电压表的精密度为，即表示用它对同一电压进行测量时，得到的各次测量值的分散程度不大于。对同一电压进行测量时，得到的各次测量值的分散程度不大于。下列各项中不属于测量基本要素的是下列各项中不属于测量基本要素的是 C 。A、被测对象、被测对象 B、测量仪器系统、测量仪器系统 C、测量误差、测量误差 D、测量人员、测量人员下列不属于测量误差来源的是下列不属于测量误差来源的是 B 。A、仪器误差和（环境）影响误差、仪器误差和（环境）影响误差 B、满度误差和分贝误差、满度误差和分贝误差 C、人身误差和测量对象变化误差、人身误差和测量对象变化误差 D、理论误差和方法误差、理论误差和方法误差2相对误差相对误差用来说明测量精度的高低，又可分为：(1)实际相对误差实际相对误差定义为(2)示值相对误差示值相对误差也叫标称相对误差，定义为例：被测电压真值为100v，用电压表测试时，指示值为80v，则示值相对误差为D。A+25%B-25%C+20%D-20%二、随机误差随机误差又称偶然误差，是指对同一量值进行多次等精度测量时，其绝对值和符号均以不可预定的方式无规则变化的误差。在相同条件下多次测量同一量时，随机误差的-A绝对值和符号均发生变化B绝对值发生变化，符号保持恒定C符号发生变化，绝对值保持恒定D绝对值和符号均保持恒定下列不属于测量误差来源的是B。A、仪器误差和（环境）影响误差B、满度误差和分贝误差C、人身误差和测量对象变化误差D、理论误差和方法误差分贝误差是用对数形式表示的相对误差测量值的数学期望M()，就是当测量次数n趋近无穷大时，它的各次测量值的算术平均值一、有效数字的处理一、有效数字的处理 1有效数字有效数字 由于含有误差，所以测量数据及由测量数据计算出来的算术由于含有误差，所以测量数据及由测量数据计算出来的算术平均值等都是近似值。通常就从误差的观点来定义近似值的有效数平均值等都是近似值。通常就从误差的观点来定义近似值的有效数字。字。若末位数字是个位，则包含的绝对误差值不大于，若末位是十位，若末位数字是个位，则包含的绝对误差值不大于，若末位是十位，则包含的绝对误差值不大于则包含的绝对误差值不大于5，对于其绝对误差不大于末，对于其绝对误差不大于末位数字一位数字一半的数，从它左边第一个不为零的数字起，到右面最后一个数字半的数，从它左边第一个不为零的数字起，到右面最后一个数字(包包括零括零)止，都叫做有效数字。止，都叫做有效数字。例如：例如：3.1416 五位有效数字，五位有效数字，极限极限(绝对绝对)误差误差0000 05 3.142 四位有效数字，四位有效数字，极限误差极限误差0.000 5 8 700 四位有效数字，四位有效数字，极限误差极限误差 87102 二位有效数字，二位有效数字，极限误差极限误差0.5102 0.087 二位有效数字，二位有效数字，极限误差极限误差0.000 5 0.807 三位有效数字，三位有效数字，极限误差极限误差0.000 5 2.多余数字的舍入规则多余数字的舍入规则 对测量结果中的多余有效数字，应按下面的舍入规对测量结果中的多余有效数字，应按下面的舍入规则进行：则进行：以保留数字的末位为单位，它后面的数字若大于单以保留数字的末位为单位，它后面的数字若大于单位，末位进位，末位进l；小于个单位，末位不变；恰为个单位，则末；小于个单位，末位不变；恰为个单位，则末位为奇数时加工，末位为偶数时不变，即使末位凑成偶位为奇数时加工，末位为偶数时不变，即使末位凑成偶数。简单概括为数。简单概括为“小于小于5舍，大于舍，大于5入，等于入，等于5时采取偶数时采取偶数法则法则”。例1将下列数字保留到小数点后一位：l234，l236，l235，l245。解：1234l23(45，进一)l235l24(3是奇数，5入)1245124(4是偶数，5舍)2函数信号发生器函数信号发生器 在低频在低频(或超低频或超低频)信号发生器的家族中，还有一种被称为信号发生器的家族中，还有一种被称为函数信号发生器，简称函数函数信号发生器，简称函数 发生器，它在输出正弦波的同时，还发生器，它在输出正弦波的同时，还能输出同频率的三角波、方波、锯齿波等波形，以满足不同的测试能输出同频率的三角波、方波、锯齿波等波形，以满足不同的测试需求。函数发生器的基本工作原理是先由积分电路和触发电路产生需求。函数发生器的基本工作原理是先由积分电路和触发电路产生三角波和方波，然后通过函数转换器三角波和方波，然后通过函数转换器(例如二极管整形网络例如二极管整形网络)将三角将三角波整形成正弦波。波整形成正弦波。能够输出多种信号波形的信号发生器是能够输出多种信号波形的信号发生器是函数信号发生器函数信号发生器 。图是锁相环路的基本方框图，说明框图中各部分的作用和工作原理。图是锁相环路的基本方框图，说明框图中各部分的作用和工作原理。主要由电压控制振荡器主要由电压控制振荡器(简称简称VCO，其振荡频率可由偏置电压改变。比其振荡频率可由偏置电压改变。比如改变变容二极管两端直流电压，就可改变如改变变容二极管两端直流电压，就可改变 其等效电容，从而改变由它构成的其等效电容，从而改变由它构成的振荡器的频率振荡器的频率)、鉴相器、鉴相器(简称简称PD，其输出端直流电压随其两个输入信号的相，其输出端直流电压随其两个输入信号的相位差改位差改 变变)、低通滤波器、低通滤波器(简称简称PLF，在这里的，在这里的 作用是滤除高频成分，留下随作用是滤除高频成分，留下随相位差变相位差变 化的直流电压化的直流电压)及晶体振荡器等部分构及晶体振荡器等部分构 成。该锁相环的基本工作原理成。该锁相环的基本工作原理如下：当压控振荡器输出：频率如下：当压控振荡器输出：频率f2由于某种原因变化时，相应相位也产生变化，由于某种原因变化时，相应相位也产生变化，相应相位也产生变化，该相位变化在鉴相器中与基准晶振频率相应相位也产生变化，该相位变化在鉴相器中与基准晶振频率f1的稳定相位相的稳定相位相比较，使鉴相器输出一个与相位差成比例的电压比较，使鉴相器输出一个与相位差成比例的电压ud(t)，经过低通滤波器，检出，经过低通滤波器，检出其直流分量其直流分量uc(t)，用，用uc(t)控制压控振荡器中压控元件数值控制压控振荡器中压控元件数值(如变容二极管电容如变容二极管电容)，从而调整，从而调整VCO的输出频率的输出频率f2，使其不但频率和基准晶振一致，相位也同步，使其不但频率和基准晶振一致，相位也同步，这时称为相位锁定，因此最终这时称为相位锁定，因此最终VCO的频率输出稳定度就由晶振频率的频率输出稳定度就由晶振频率f1所决定。所决定。间接合成法即锁相环路法，图349是它的原理框图。图中压控振荡器输出频率经分频后得到频率的信号送往鉴相器，与采自晶振输出经n2次分频的频率f0/n2的信号进行相位比较，由前面的锁相环路的介绍可知，当即(3.4-1)下图是简化了的频率合成器框图，下图是简化了的频率合成器框图，f1为基准频率，为基准频率，f2为输出频率，试确定为输出频率，试确定两者之间的关系。若两者之间的关系。若f1 1MHz，分频器，分频器n和和m中中n、m可以从可以从1变到变到10，步长为步长为1，试确定，试确定f2的频率范围。的频率范围。解：由f2=f1 可得：f2min=10HZ=10HZ f2max=10=10 所以当n、m可以从1变到10，步长为1时 f2的频率范围为105Hz107HzHz10Hz 解：由f2=f1 可得：f2min=10 HZ=10HZ f2max=10=10HZHz6、用峰值电压表测量某一电压，若读数为1V，则该电压的峰值为1.41伏。7、示波器荧光屏上，光点在锯齿波电压作用下扫动的过程称为扫描。8、当示波器两个偏转板上都加信号时，显示的图形叫李沙育图形，这种图形在相位和频率测量中常会用到。9、示波管由电子枪、偏转系统和荧光荧三部分组成。下图是电子示波器组成框图，说明各部分的作用是什么?电子示波器由Y通道、X通道、Z通道、示波管、幅度校正器、扫描时间校正器、电源几部分组成。被观察的波形通过Y通道探头，经过衰减加到垂直前置放大器的输入端，垂直前置放大器的推挽输出信号和经过延迟线、垂直末级放大器，输出足够大的推挽信号加到示波管的垂直偏转板Y1Y2上。由时基发生器产生线性扫描电压，经水平末级放大器放大后，输出推挽的锯齿波信号加到水平偏转板X1、X2上。为了在示波管上得到稳定的显示波形，要求每次扫描的锯齿波信号起点，应对应于周期性被显示信号的同一相应点，因此，将被显示信号的一部分送到触发同步电路，当该电路得到的信号相应于输入信号的某个电平和极性，触发同步 电路即产生触发信号电路即产生触发信号去启动时基发生器，产生一个由触去启动时基发生器，产生一个由触发信号控制的扫描电压发信号控制的扫描电压。Z轴电路应在时基发生器输出的正程轴电路应在时基发生器输出的正程时间内产生加亮时间内产生加亮(增辉增辉)信号信号加到示波管控制栅极上，使得示波加到示波管控制栅极上，使得示波管在扫描正程加亮光迹，在扫描回程使光迹消隐。管在扫描正程加亮光迹，在扫描回程使光迹消隐。同步信号采自于同步信号采自于Y通道的通道的(即被观察信号即被观察信号)被称为被称为“内内”内步；内步；来自于仪器外部的同步信号的方式被称为来自于仪器外部的同步信号的方式被称为“外外”同步。示波器除同步。示波器除了用于观察信号波形外，当用于其他测量时，了用于观察信号波形外，当用于其他测量时，X偏转板上也可不偏转板上也可不加时基信号，而是加上待测的或参考的信号，这个信号可从加时基信号，而是加上待测的或参考的信号，这个信号可从x输入输入端直接接入示波器，经过输入电路和放大器后加于端直接接入示波器，经过输入电路和放大器后加于X偏转板。输偏转板。输入电路一般由衰减器、射极跟随器和放大器组成。入电路一般由衰减器、射极跟随器和放大器组成。校正器用来校准示波器的主要特征。常用的有幅度校正器和扫校正器用来校准示波器的主要特征。常用的有幅度校正器和扫描时间校正器。描时间校正器。电源一般由两个整流器组成。高压整流器供给示波管高压电极电源一般由两个整流器组成。高压整流器供给示波管高压电极电压，低压整流器供给示波器所有其它电路的电压和示波管低压电压，低压整流器供给示波器所有其它电路的电压和示波管低压电极电压。通常低压电源采用稳压器，较精密的示波器高压电源电极电压。通常低压电源采用稳压器，较精密的示波器高压电源也采取稳压措施。也采取稳压措施。在示波器垂直通道中设置电子开关的目的是在示波器垂直通道中设置电子开关的目的是 A 。A:实现双踪显示实现双踪显示；B:实现双时基扫描实现双时基扫描 C:实现触发扫描实现触发扫描；D:实现同步实现同步 9、为了在示波器荧光屏上得到清晰而稳、为了在示波器荧光屏上得到清晰而稳定的波形，应保证信号的扫描电压同步，即扫定的波形，应保证信号的扫描电压同步，即扫描电压的周期应等于被测信号周期的描电压的周期应等于被测信号周期的C倍。倍。A:奇数奇数；B:偶数偶数；C:整数整数；D:2/3示波器荧光屏上，光点在锯齿波电压作用下扫动的过程称为扫描。当示波器两个偏转板上都加信号时，显示的图形叫李沙育图形，这种图形在相位和频率测量中常会用到。示波管由电子枪、偏转系统和荧光荧三部分组成。计算题（10分）计算下列波形的幅度和频率(经探头10:1接入)：(1)Vdiv位于档，tdiv位于2s档。H2div，D3divH5div，D2divH3div，D5div解:(1)UyV2div10=4V f=167KHzUy=0.2V5diy10=10Vf=250KHzUy=0.2V3diy10=6V f=100KHz在示波器垂直通道中设置电子开关的目的是A。A:实现双踪显示；B:实现双时基扫描C:实现触发扫描；D:实现同步为了在示波器荧光屏上得到清晰而稳定的波形，应保证信号的扫描电压同步，即扫描电压的周期应等于被测信号周期的C倍。A:奇数；B:偶数；C:整数；D:2/3电子计数法测量频率(5.2-1)一、电子计数法测频原理若某一信号在T秒时间内重复变化了N次，则根据频率的定义，可知该信号的频率fx为电子计数器测量时间间隔的误差与测周期时类似，它主要由量化误差、触发误差和标准频率误差三部分构成。由测时间间隔的原理框图5.4l可以看出，测若考虑噪声引起的触发误差，那么，用电子计数器测量信号周期的误差共有三项，即量化误差(1误差)，标准频率误差和触发误差7、用计数器测频的误差主要包括：B。A.量化误差、触发误差B.量化误差、标准频率误差C.触发误差、标准频率误差D.量化误差、转换误差4波形因数、波峰因数交流电压的有效值、平均值和峰值间有一定的关系，可分别用波形因数(或称波形系数)及波峰因数(或称波峰系数)表示。波形因数人KF，定义为该电压的有效值与平均值之比波峰因数，定义为该电压的峰值与有效值之比二、交流电压的测量方法1交流电压测量的基本原理测量交流电压的方法很多，依据的原理也不同。其中最主要的是利用交流直流(ACDC)转换电路将交流电压转换成直流电压，然后再接到直流电压表上进行测量。根据ACDC转换器的类型，可分成检波法和热电转换法。根据检波特性的不同，检波法又可分成平均值检波、峰值检波、有效值检波等。均值电压表由于均值检波器检波灵敏度的非线性特性及输入阻抗过低，所以以均值检波器为ACDC变换器的均值电压表一般都设计成放大检波式，如图734所示。放大器的主要作用是放大被测电压，提高测量灵敏度，使检波器工作在线性区域，同时它的高输入阻抗可以大大减小负载效应。二、波形换算前已叙述，电压表度盘是以正弦波的有效值定度的，而均值检波器的输出，(即流过电流表的电流)与被测信号电压的平均值成线性关系，为此有例1用全波整流均值电压表分别测量正弦波，三角波和方波，若电压表示值均为10V，问被测电压的有效值各为多少?解：对于正弦波，由于电压表本来就是按其有效值定度，即电压表的示值就是正弦波的有效值，所以正弦波的有效值对于三角波，查表7.31，其波形系数，所以有效值 对于方波，查表73正，其波形系数KF1，所以有效值一、峰值检波器2波形换算当被测电压为非正弦波时，应进行波形换算才能得到被测电压的有效值。波形换算的原理是：示值Ua相等则峰值Up也相等，由式(75-9)和(75-10)得峰值(7.5-11)再由表73-1给出的波峰因数 得到有效值(7.5-12)上式仅适用于单峰值电压表。例2用峰值电压表分别测量正弦波、三角波和方波，电压表均指在l0V位置，问三种波形被测信号的峰值和有效值各为多少?解：按着示值相等峰值也相等的原理和式(7511)，可知三种波形的电压峰值Up都是 因为电压表就是以正弦波有效值定度的，因此正弦波的有效值就是电压表表针指示值，即正弦波的f效值U10V。对于三角波，根据式(7512)，有效值对于方波，波峰系数Kp=1，因此有效值7.9利用单峰值电压表测量题79图中正弦、方波和三角波的电压，电压表读数均为5V，问：(1)对每种波形来说，读数各代表什么意义?(2)三种波形的峰值、平均值、有效值各为多少?答：（1）对于单峰值电压表按示值相等峰值也相等的原理,对每种波形来说，读数各代表三种波形的峰值为（2）1、因为电压表就是以正弦波有效值定度的，因此正弦波的有效值就是电压表表针指示值即正弦波的有效值U5V 2、对于方波，波峰系数Kp=1，因此有效值3、对于三角波波峰系数Kp，有效值用峰值电压表分别测量正弦波、三角波和方波，电压表均指在l0V位置，问三种波形被测信号的峰值和有效值各为多少?（三角波 KP=1.73 方波Kp=1）解：按着示值相等峰值也相等的原理，可知三种波形的电压峰值Up都是 因为电压表就是以正弦波有效值定度的，因此正弦波的有效值就是电压表表针指示值，即正弦波的有效值U10V。对于三角波 Kp=1.73 有效值对于方波，波峰系数Kp=1，因此有效值