第1章 电子测量与仪器基本知识

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1、第1章电子测量与仪器的基础知识1.1电子测量概述1.2电子测量仪器基本知识1.3测量误差的基本概念1.4测量结果的表示及测量数据的处理本章小结11.1电子测量概述1.1.1电子测量的意义及内容1.电子测量的意义测量的目的就是取得用数值和单位共同表示的被测量的结果，是人们借助于专门的设备，依据一定的理论，通过实验的方法将被测量与已知同类标准量进行比较而取得测量结果。被测量的结果必须是带有单位的有理数，例如，某测量结果为9.3V是正确的，而测得的结果为9.3或V是错误的。广义的电子测量是指利用电子技术进行的测量。狭义的电子测量是指对电子技术中各种电参量所进行的

2、测量。22.电子测量的内容狭义电子测量的内容主要包括：（1）能量的测量能量的测量指的是对电流、电压、功率、电场强度等参量的测量。（2）电路参数的测量电路参数的测量指的是对电阻、电感、电容、阻抗、品质因数、损耗率等参量的测量。（3）信号特性的测量信号特性的测量指的是对频率、周期、时间、相位、调制系数、失真度等参量的测量。3（4）电子设备性能的测量电子设备性能的测量指的是对通频带、选择性、放大倍数、衰减量、灵敏度、信噪比等参量的测量。（5）特性曲线的测量特性曲线的测量指的是对幅频特性、相频特性、器件特性等特性曲线的测量。上述各种参量中，频率、时间、电压、相位、

3、阻抗等是基本参量，其他的为派生参量，基本参量的测量是派生参量测量的基础。电压测量是最基本、最重要的测量内容。非电量的测量属于广义电子测量的内容，可以通过传感器将非电量变换为电量后进行测量。本书主要讨论狭义电子测量内容。41.1.2电子测量的特点电子测量技术及电子测量仪器的应用十分广泛、发展十分迅速，对科学技术的发展起着巨大的推动作用，从某个意义来说，电子测量水平代表着一个国家的科技水平的高低。这是因为电子测量有着其他测量无法相比的众多优点。其特点如下：（1）频率范围宽电子测量的频率范围几乎可以覆盖整个电磁频谱。从直流一直可达100GHz以上。随着电子技术的

4、发展，目前还在向着更宽频段乃至全频段发展。5（2）量程广量程是指测量范围的上限值和下限值之差。电子测量仪器具有相当宽的量程。如一台高灵敏度的数字电压表，可测出10nV至1kV以上的电压，量程达11个数量级；而数字式频率计的量程甚至可达17个数量级以上。（3）精确度高电子测量的精确度比其他测量方法要精确的多，特别是对频率和时间的测量，精确度可达到10-13～10-14量级，是目前物理量测量中最精确的测量方法。（4）测量速度快电子测量是通过电磁波的传播和电子的运动来进行工作的，因而可实现高速度测量。6（5）便于实现遥测遥控电子测量可以通过有线或无线系统把测量仪

5、器或仪器的传感器深入到人体不便于或无法进入的区域内进行遥测遥控，这是电子测量的一个突出优点。（6）易于实现测量过程自动化大规模集成电路和微型计算机的应用为电子测量技术与计算机技术的结合提供了有利条件，从而实现测量过程的自动化与智能化。1.1.3电子测量方法测量结果可以通过不同的测量方法来取得。电子测量的方法有很多种，如直接测量、间接测量与组合测量等。7（1）直接测量直接测量是指借助于测量仪器等设备可以直接获得测量结果的测量方法，例如用电压表测电压等。（2）间接测量间接测量是指对几个与被测量有确定函数关系的物理量进行直接测量，然后通过公式计算或查表等求出被测

6、量的测量。伏安法测量电阻R的方法即属于间接测量法，它是先测出流过电阻的电流I及电阻两端的电压V后，再利用公式来测量电阻值R。（3）组合测量组合测量是建立在直接测量和间接测量基础上的测量方法，无法通过直接测量或间接测量得出被测量的结果，需要改8变测量条件进行多次测量，然后按被测量与有关未知量间的函数关系组成联立方程组，求解方程组得出有关未知量，最后将未知量代入函数式而得出测量结果。例如测量在任意环境温度t°C时某电阻的阻值，已知任意温度下电阻阻值的计算式为：Rt=R20+α(t-20)+β(t-20)2式中，Rt、R20分别为环境温度为t°C、20°C时的电

7、阻值；α、β为电阻温度系数，α、β与R20均为不受温度影响的未知量。显然，可以利用直接测量或间接测量的方法测出某温度下电阻阻值，而以直接测量或间接测量法测出任意温度下电阻阻值是不现实的。如果改变测试温度，分别测出三种不同测试温度下的电阻值，带入上述公式，求解由此得到的联立方程组9得出未知量α、β、R20后，带入上式即可得出任意温度下电阻阻值。电子测量的方法还有很多，如人工测量和自动测量；动态测量和静态测量；精密测量和工程测量；低频测量、高频测量和超高频测量；模拟测量（分为时域测量和频域测量）和数据域测量等等。测量时应对被测量的物理特性、测量允许时间、测量精

8、度要求以及经费情况等方面进行综合考虑，结合现有的仪器、设备条件，择