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電子測量技術(shù)基礎內容教學(xué)
在實(shí)際測量工作中，由于外界條件、儀器本身和觀(guān)測者技術(shù)水平等的不同，必然導致對同一測量對象進(jìn)行的若干次測量所得到的結果彼此不同，或在各觀(guān)測值與其理論值之間仍存在差異。
電子測量與儀器的基礎知識
教學(xué)目的要求：
1.明確電子測量的意義、內容、特點(diǎn)和分類(lèi)。
2.了解電子測量?jì)x器的分類(lèi)和技術(shù)指標。
3.掌握測量誤差的表示方法有:絕對誤差、相對誤差和容許誤差。
4.明確測量誤差按照性質(zhì)分為系統誤差、隨機誤差和粗大誤差。
5.明確測量誤差的來(lái)源是多方面的。
6.明確測量結果常用有效數字來(lái)表示，應根據實(shí)際情況，遵循有效數字位數取舍和有效數字舍入規則進(jìn)行。
7.了解為了測得準確的結果，一般要進(jìn)行多次測量，多次測量的算術(shù)平均值即測量值。數據處理過(guò)程中得到的不確定度具有測量誤差的含義，是測量誤差的極限值。不確定度越大，置信度越高，丟失真實(shí)數據的可能性越小。
教學(xué)重點(diǎn)：
1.電子測量的意義、內容、特點(diǎn)和分類(lèi)。
2.電子測量?jì)x器的分類(lèi)和技術(shù)指標。
3.測量誤差的表示方法
4.測量誤差的來(lái)源分析
5.有效數字及有效數字位數取舍和有效數字舍入規則。
6.測量數據的處理
教學(xué)難點(diǎn)：
1.測量誤差的表示方法與分類(lèi)
2.測量誤差的來(lái)源分析
3.有效數字的處理
教學(xué)方法：
演講法、問(wèn)題教學(xué)法、設計教學(xué)法、小組研討法、辯論法、座談研討等
教學(xué)過(guò)程
導入新課：
測量是應用電子技術(shù)常常遇到的問(wèn)題，本課程以生產(chǎn)實(shí)踐中普遍使用的通用儀器為典型儀器，介紹測量方法和技術(shù)。
新課內容：
1.1電子測量概述
1.1.1電子測量的意義及內容
1. 電子測量的意義
測量的目的就是取得用數值和單位共同表示的被測量的結果，是人們借助于專(zhuān)門(mén)的設備，依據一定的理論，通過(guò)實(shí)驗的方法將被測量與已知同類(lèi)標準量進(jìn)行比較而取得測量結果。被測量的結果必須是帶有單位的有理數，例如，某測量結果為9.3V是正確的，而測得的結
19V果為9.3或3是錯誤的。
廣義的電子測量是指利用電子技術(shù)進(jìn)行的測量。狹義的電子測量是指對電子技術(shù)中各種電參量所進(jìn)行的測量。
2.電子測量的內容
狹義電子測量的內容主要包括：
�。�1）能量的測量
能量的測量指的是對電流、電壓、功率、電場(chǎng)強度等參量的測量。
�。�2）電路參數的測量
電路參數的測量指的是對電阻、電感、電容、阻抗、品質(zhì)因數、損耗率等參量的測量。
�。�3）信號特性的測量
信號特性的測量指的是對頻率、周期、時(shí)間、相位、調制系數、失真度等參量的測量。
�。�4）電子設備性能的測量
電子設備性能的測量指的是對通頻帶、選擇性、放大倍數、衰減量、靈敏度、信噪比等參量的測量。
�。�5）特性曲線(xiàn)的測量
特性曲線(xiàn)的測量指的是對幅頻特性、相頻特性、器件特性等特性曲線(xiàn)的測量。
上述各種參量中，頻率、時(shí)間、電壓、相位、阻抗等是基本參量，其他的為派生參量，基本參量的測量是派生參量測量的基礎。電壓測量是最基本、最重要的測量?jì)热荨?/p>
非電量的測量屬于廣義電子測量的內容，可以通過(guò)傳感器將非電量變換為電量后進(jìn)行測量。本書(shū)主要討論狹義電子測量?jì)热荨?/p>
1.1.2電子測量的特點(diǎn)
電子測量技術(shù)及電子測量?jì)x器的應用十分廣泛、發(fā)展十分迅速，對科學(xué)技術(shù)的發(fā)展起著(zhù)巨大的推動(dòng)作用，從某個(gè)意義來(lái)說(shuō)，電子測量水平代表著(zhù)一個(gè)國家的科技水平的高低。這是因為電子測量有著(zhù)其他測量無(wú)法相比的眾多優(yōu)點(diǎn)。其特點(diǎn)如下：
�。�1）頻率范圍寬
電子測量的頻率范圍幾乎可以覆蓋整個(gè)電磁頻譜。從直流一直可達100GHz以上。隨著(zhù)電子技術(shù)的發(fā)展，目前還在向著(zhù)更寬頻段乃至全頻段發(fā)展。
�。�2）量程廣
量程是指測量范圍的上限值和下限值之差。電子測量?jì)x器具有相當寬的量程。如一臺高靈敏度的數字電壓表，可測出10nV至1kV以上的電壓，量程達11個(gè)數量級；而數字式頻率計的量程甚至可達17個(gè)數量級以上。
�。�3）精確度高
電子測量的精確度比其他測量方法要精確的多，特別是對頻率和時(shí)間的測量，精確度可達到10～10量級，是目前物理量測量中最精確的測量方法。
�。�4）測量速度快
電子測量是通過(guò)電磁波的傳播和電子的運動(dòng)來(lái)進(jìn)行工作的，因而可實(shí)現高速度測量。
�。�5）便于實(shí)現遙測遙控
電子測量可以通過(guò)有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)系統把測量?jì)x器或儀器的傳感器深入到人體不便于或無(wú)法進(jìn)入的區域內進(jìn)行遙測遙控，這是電子測量的一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)。
�。�6）易于實(shí)現測量過(guò)程自動(dòng)化
大規模集成電路和微型計算機的應用為電子測量技術(shù)與計算機技術(shù)的結合提供了有利條件，從而實(shí)現測量過(guò)程的自動(dòng)化與智能化。
1.1.3電子測量方法
測量結果可以通過(guò)不同的測量方法來(lái)取得。電子測量的方法有很多種，如直接測量、間接測量與組合測量等。
�。�1）直接測量
直接測量是指借助于測量?jì)x器等設備可以直接獲得測量結果的測量方法，例如用電壓表測電壓等。
�。�2）間接測量
間接測量是指對幾個(gè)與被測量有確定函數關(guān)系的物理量進(jìn)行直接測量，然后通過(guò)公式計算或查表等求出被測量的測量。伏安法測量電阻R的方法即屬于間接測量法，它是先測出流過(guò)電阻的電流I及電阻兩端的電壓V后，再利用公式來(lái)測量電阻值R。
�。�3）組合測量
組合測量是建立在直接測量和間接測量基礎上的測量方法，無(wú)法通過(guò)直接測量或間接測量得出被測量的結果，需要改變測量條件進(jìn)行多次測量，然后按被測量與有關(guān)未知量間的函數關(guān)系組成聯(lián)立方程組，求解方程組得出有關(guān)未知量，最后將未知量代入函數式而得出測量結果。例如測量在任意環(huán)境溫度t°C時(shí)某電阻的阻值，已知任意溫度下電阻阻值的計算式為： -13-14
Rt=R20+α(t-20)+β(t-20)2
式中，Rt、R20分別為環(huán)境溫度為t°C、20°C時(shí)的電阻值；α、β為電阻溫度系數，α、β與R20均為不受溫度影響的未知量。
顯然，可以利用直接測量或間接測量的方法測出某溫度下電阻阻值，而以直接測量或間
接測量法測出任意溫度下電阻阻值是不現實(shí)的。如果改變測試溫度，分別測出三種不同測試溫度下的電阻值，帶入上述公式，求解由此得到的聯(lián)立方程組得出未知量α、β、R20后，帶入上式即可得出任意溫度下電阻阻值。
電子測量的方法還有很多，如人工測量和自動(dòng)測量；動(dòng)態(tài)測量和靜態(tài)測量；精密測量和工程測量；低頻測量、高頻測量和超高頻測量；模擬測量（分為時(shí)域測量和頻域測量）和數據域測量等等。
測量時(shí)應對被測量的物理特性、測量允許時(shí)間、測量精度要求以及經(jīng)費情況等方面進(jìn)行綜合考慮，結合現有的儀器、設備條件，擇優(yōu)選取合適的測量方法。
1.2電子測量?jì)x器的基本知識
1.2.1電子測量?jì)x器的分類(lèi)
測量中用到的各種電子儀表、電子儀器及輔助設備統稱(chēng)為電子測量?jì)x器。電子測量?jì)x器種類(lèi)繁多，主要包括通用儀器和專(zhuān)用儀器兩大類(lèi)。專(zhuān)用儀器是為特定目的專(zhuān)門(mén)設計制作的，適于特定對象的測量。通用儀器是指應用面廣、靈活性好的測量?jì)x器。
按照儀器功能，通用電子測量?jì)x器分為以下幾類(lèi)：
�。�1）信號發(fā)生器（信號源）
信號發(fā)生器是在電子測量中提供符合一定技術(shù)要求的電信號產(chǎn)生儀器，如正弦信號發(fā)生器、脈沖信號發(fā)生器、函數信號發(fā)生器、隨機信號發(fā)生器等。
�。�2）電壓測量?jì)x器
電壓測量?jì)x器是用于測量信號電壓的儀器，如低頻毫伏表、高頻毫伏表、數字電壓表等。
�。�3）示波器
示波器是用于顯示信號波形的儀器，如通用示波器、取樣示波器、記憶存儲示波器等。
�。�4）頻率測量?jì)x器
頻率測量?jì)x器是用于測量信號頻率、周期等的儀器，如指針式、數字式頻率計等。
�。�5）電路參數測量?jì)x器
電路參數測量?jì)x器是用于測量電阻、電感、晶體管放大倍數等電路參數的儀器，如電橋、Q表、晶體管特性圖示儀等。
�。�6）信號分析儀器
信號分析儀器是用于測量信號非線(xiàn)性失真度、信號頻譜特性等的儀器，如失真度測試儀、頻譜儀等。
�。�7）模擬電路特性測試儀
模擬電路特性測試儀是用于分析模擬電路幅頻特性、噪聲特性等的儀器，如掃頻儀、噪聲系數測試儀等。
�。�8）數字電路特性測試儀
數字電路特性測試儀是用于分析數字電路邏輯特性等的儀器，如邏輯分析儀、特征分析儀等，是數據域測量不可缺少的儀器。
測量時(shí)應根據測量要求，參考被測量與測量?jì)x器的有關(guān)指標，結合現有測量條件及經(jīng)濟狀況，盡量選用功能相符、使用方便的儀器。
1.2.2電子測量?jì)x器的主要技術(shù)指標
電子測量?jì)x器的技術(shù)指標主要包括頻率范圍、準確度、量程與分辨力、穩定性和可靠性、環(huán)境條件、響應特性以及輸入輸出特性等。
�。�1）頻率范圍
頻率范圍是指能保證儀器其他指標正常工作的有效頻率范圍。
�。�2）準確度
測量準確度又稱(chēng)為測量精度，它描述的是由于測量結果在測量過(guò)程中受各種因素的影響而產(chǎn)生的與被測量真實(shí)值間的差異程度，即測量誤差。
測量準確度通常以容許誤差或不確定度的形式給出。不確定度是指在對測量數據進(jìn)行處理的過(guò)程中，為了避免丟失真實(shí)數據而人為擴大的測量誤差，由于它在一定程度上能反映出測量數據的可信程度而得名，不確定度的數值越大，丟失真實(shí)數據的可能性越小，即可信度越高。容許誤差是為了描述測量?jì)x器的測量準確度而規定的，利用儀器進(jìn)行測量時(shí)，允許儀器產(chǎn)生的最大誤差。
�。�3）量程與分辨力
量程是指測量?jì)x器的測量范圍。分辨力是指通過(guò)儀器所能直接反映出的被測量變化的最小值，即指針式儀表刻度盤(pán)標尺上最小刻度代表的被測量大小或數字儀表最低位的“1”所表示的被測量大小。同一儀器不同量程的分辨力不同，通常以?xún)x器最小量程的分辨力（最高分辨力）作為儀器的分辨力。
�。�4）穩定性與可靠性
穩定性是指在一定的工作條件下，在規定時(shí)間內，儀器保持指示值或供給值不變的能力�？煽啃允侵竷x器在規定的條件下，完成規定功能的可能性，是反映儀器是否耐用的一種綜合性和統計性質(zhì)量指標。
�。�5）環(huán)境條件
環(huán)境條件即保證測量?jì)x器正常工作的工作環(huán)境，例如基準工作條件，正常工作條件，額定工作條件等。
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