电子测量与仪器(第五版)课件汇总全书电子教案完整版课件最全幻灯片(最新)课件电子教案幻灯片

电子测量与仪器（第五版）模块一　电子测量基础§１—１　电子测量概述一、电子测量　　１．电能量的测量电能量的测量包括对各种电压、电流、电功率的测量。　　２．电子元件参数的测量电子元件参数的测量包括对电阻、电感、电容、品质因数、晶体管各种参数的测量。　　３．电信号的波形及特性的测量电信号的波形测量可以直观地观察到各种电信号的波形，电信号的特性测量包括各种电信号的幅度、频率、周期和失真度等参数的测量。　　４．电子设备性能的测量电子设备性能的测量包括对电路的放大倍数、灵敏度、通频带、噪声系数等技术指标的测量。　　５．特性曲线的测量特性曲线的测量包括对电路的频率特性曲线、器件的伏安特性曲线等的测量。二、电子测量仪器　　用于检测或测量一个量或为测量目的供给一个量的器具称为测量仪器。利用电子技术测量电或非电量的测量仪器称为电子测量仪器。　　１．直接测量法　　凡能用直接指示的仪器仪直接读取被测量值，而无须度量器直接参与的测量方法，叫作直接测量法。　　２．间接测量法　　间接测量法是指测量时必须首先测出与被测量有关的电量，然后通过计算才能求得被测量数值的方法。　　3．比较测量法　　凡在测量过程中需要度量器的直接参与，并通过比较仪表来确定被测量数值的方法叫作比较测量法。　　（1）零值法　　在测量过程中，通过改变标准量，使其与被测量相等(即两者差值为零)，从而确定被测量数值的方法叫作零值法。　　（2）差值法　　利用被测量与标准量的微小差值作用于测量仪表，从而确定被测量数值的方法，称为差值法。　　（3）代替法　　在测量过程中，用已知标准量代替被测量，若维持仪表原来的读数不变，则被测量必等于已知标准量，这种测量方法叫作代替法。§１—２　测量误差及表示方法一、系统误差　　系统误差是指在相同条件下多次测量同一量时，误差的大小和符号均保持不变，而在条件改变时遵从一定规律变化的误差。　　１．测量仪表的误差　　包括测量仪表本身不完善而造成的基本误差，以及由于仪表工作条件改变而造成的附加误差。　　２．测量方法的误差　　即由于测量方法不完善而引起的误差。　　３．仪表受外磁场的影响而产生的误差　　由于外磁场而影响仪表内部的工作磁场，从而造成的系统误差。　　４．仪表本身不完善和外界因素影响造成的误差二、偶然误差　　偶然误差是一种由偶发原因造成的大小和符号都不固定的误差，又称为“随机误差”。　　偶然误差主要由外界环境的偶发性变化引起。例如，外电场、磁场的突变，温度、湿度的突变，电源电压、频率的突变等，使得在重复测量同一量时，其结果不完全相同，从而产生偶然误差。三、疏失误差　　疏失误差是一种严重歪曲测量结果的误差，又称为“粗大误差”。　　疏失误差主要由于操作者的粗心和疏忽造成，如测量中读数错误、记录错误、算错数据等。另外也包括由于操作者素质太差，不懂如何正确读数而造成的误差。§１—３　测量结果的处理一、测量数据的表示方法　　１．表格法　　在自然科学的实验和工程技术中，经常需要把一系列测量数据列成表格，再进行其他的处理。　　２．图示法　　图示法就是把测量结果中有关量的关系用图形的方式表示出来。　　３．经验公式法　　在科学实验和工程技术中经常用与图形对应的公式来表示所有的测量数据，并把与曲线对应的公式称为经验公式。二、测量数据的分析和处理　　等精密度测量数据的处理步骤：　　（1）按照实际情况需要，将测量的数据正确地表示出来，如用列表法将测量数据按测量先后顺序列于表中。　　（2）求出算术平均值。（3）计算每次测量的绝对误差。（4）计算均方根误差。（5）判断是否存在疏失误差。（6）给出测量结果的值。模块二　电流与电压的测量§２—１　直流电流表与电压表一、磁电系测量机构１．磁电系测量机构的结构２．磁电系测量机构的工作原理３．磁电系仪表的特点二、直流电流表１．直流电流表的组成２．分流电阻的计算（1）先求电流量程扩大倍数（2）再求应并联的分流电阻　　３．多量程直流电流表　　多量程直流电流表一般采用并联不同阻值分流电阻的方法来扩大电流量程。按照分流电阻与测量机构连接方式划分，分流电路分为开路式和闭路式两种形式。４．直流电流表的使用直流电流表有安装式和便携式两种。三、直流电压表１．直流电压表的组成２．分压电阻的计算（1）先求磁电系测量机构的额定电压（2）再求电压量程扩大倍数（3）最后求分压电阻　　３．多量程直流电压表　　多量程直流电压表由磁电系测量机构与不同阻值的分压电阻串联组成，通常采用如图2-1-11所示的共用式分压电路。　　４．直流电压表的使用　　测量直流电压一般使用直流电压表。直流电压表有安装式和便携式两种。　　测量电路的电压时，应将电压表并联在被测电路的两端。§２—２　交流电流表与电压表　　交流电流表和电压表多采用电磁系测量机构和整流系测量机构两种。由于电磁系仪表具有结构简单，抗过载能力强，价格便宜等优点，在安装式交流电流表和电压表中应用较广。一、电磁系测量机构１．电磁系测量机构的结构及工作原理（1）吸引型测量机构1）吸引型测量机构的结构如图2-2-2所示。2）吸引型测量机构的工作原理如图2-2-3所示。（2）排斥型测量机构1）排斥型测量机构的结构如图2-2-4所示。2）排斥型测量机构的工作原理如图2-2-5所示。　　２．电磁系仪表的技术特性　　（1）既可测量直流，又可测量交流，但大多数情况下电磁系仪表都做成交流仪表使用。　　（2）可直接测量较大电流，过载能力强，并且结构简单，价格便宜，这是由于被测电流不经过游丝而直接进入线圈，而绕制固定线圈的导线也可以粗些的缘故。　　（3）标度尺刻度不均匀。　　（4）易受外磁场影响。二、整流系测量机构　　通常把由磁电系测量机构和整流器组成的仪表称为整流系仪表，整流系交流电压表(图2-2-7)就是在整流系仪表的基础上串联分压电阻构成的。对于半波整流对于全波整流三、电磁系交流电流表与电压表　　１．电磁系交流电流表　　（1）安装式电磁系电流表　　安装式电磁系电流表都制成单量程的。目前安装式电磁系电流表一般做成量程为５Ａ的交流电流表，以便与电流互感器配合测量较大的交流电流。　　（2）便携式电磁系电流表　　电磁系电流表扩大量程一般都采用将固定线圈分成两段，然后利用分段线圈的串、并联来实现。　　２．电磁系交流电压表　　（1）安装式电磁系电压表　　安装式电磁系电压表通常都做成单量程的，一般最大量程不超过600Ｖ，要测量更高的交流电压时，仪表要与电压互感器配合使用。　　（2）便携式电磁系电压表　　便携式电磁系电压表一般都做成多量程的，如图2-2-9所示为三量程电磁系电压表的内部电路图。四、整流系交流电流表与电压表１．整流系交流电流表（1）电阻分流式电流表（2）互感器式电流表　　２．整流系交流电压表　　整流系交流电压表中所用的整流电路有半波和全波两种形式。五、交流电流表与电压表的使用１．交流电流的测量２．交流电压的测量§２—３　钳形电流表一、钳形电流表的构造及原理１．磁电式钳形电流表２．电磁式钳形电流表二、钳形电流表的使用　　１．使用方法　　（1）测量前要进行机械调零。　　（2）测量前先估计被测电流的大小，选择合适的量程，使其指针正确指示，即不能使指针偏转过头或指示过小，若无法估计被测电流的大小时，则应从最大量程开始，逐步换成合适的量程。§２—４　晶体管毫伏表一、晶体管毫伏表的特点　　（1）输入阻抗高（输入阻抗高达数兆欧），输入电容小（一般为几到几十皮法），所以对被测电路影响很小。　　（2）频率范围宽。　　（3）测量范围广。　　（4）具有不同类型的波形响应，可以测量电压的峰值、有效值和平均值。二、晶体管毫伏表的分类三、DA—16型晶体管毫伏表１．DA—16型晶体管毫伏表的组成２．DA—16型晶体管毫伏表的技术指标(１)测量电压范围(２)测量电平范围(３)被测电压频率范围(４)输入阻抗(５)测量误差(６)频率附加误差(７)使用电源３．DA—16型晶体管毫伏表的使用与维护（1）DA—16型晶体管毫伏表面板　　（2）DA—16型晶体管毫伏表的使用　　①首先将毫伏表垂直放置(电压表面板与地面垂直)，接通毫伏表电源开关，待仪表指针来回摆动数次后，将输入端短路，调整表头的调零电位器，将指针指在零位。　　②将表接入被测电路。　　③根据被测信号的大约数值，选择适当的量程，以使指针偏转的角度尽量大。　　④正确读数。　　⑤测试时连线应尽可能短，最好使用屏蔽线，以减少外界感应引起的测量误差。　　（3）晶体管毫伏表的维护　　1）应放置于干燥、通风的环境中，并注意保持仪表清洁。另外，搬运过程中应当小心轻放，以免磕碰造成仪表精度下降，甚至损坏表头。若长期不用时应定期通电，使仪表靠自身发出的热量驱赶机内潮气，并能使电容器处于良好状态。　　2）若接通电源后发现指示灯不亮，可用交流电压表检查电源是否良好，再检查指示灯是否损坏或接触不良。　　3）若电源接通，指示灯亮，但信号输入后表针不动，可检查被测电压与仪表挡级是否相符，输入线接触是否良好，毫伏表内部电源部分的＋12Ｖ直流电压是否正常，还应查看放大电路是否正常。模块三　万用表§３—１　模拟式万用表一、模拟式万用表的组成　　模拟式万用表一般由测量机构、测量线路和转换开关三部分组成。二、模拟式万用表的工作原理　　MF47型万用表和其他型号的模拟式万用表的工作原理基本相同，都是建立在欧姆定律及电阻串并联规律的基础之上。１．直流电流测量电路２．直流电压测量电路　　３．交流电压测量电路　　(1)用万用表测量交流电压的原理　　如果要测量交流量，只有加上整流器将交流转换成直流后，再送入测量机构，然后找出整流后的电流与输入交流电流之间的关系，才能在仪表标度尺上直接标出输入交流电的大小。(2)MF47型万用表交流电压测量电路４．电阻测量电路(1)欧姆表基本原理　　(2)欧姆表量程的扩大　　在扩大欧姆表量程的同时，还必须设法增加测量机构的电流，通常可采取以下两种措施：　　1)保持电池电压不变，改变分流电阻值。　　2)提高电池电压。(3)MF47型万用表电阻测量电路５．万用表常用保护措施(１)过压保护(２)过流自熔断保护(３)表头过载限幅保护(４)压敏电阻保护三、模拟式万用表的使用与维修１．模拟式万用表的使用(１)使用之前要调零(２)要正确接线(３)要正确选择测量挡位(４)要正确读数(５)要注意操作安全　　２．模拟式万用表电路图识读及故障排除　　(1)模拟式万用表电路图阅读方法　　1)熟悉各元件的符号、作用及在实物中的位置，明确转换开关触点的位置。　　2)阅读万用表电路图时一般先阅读直流电流测量电路，然后依次阅读直流电压测量电路、交流电压测量电路、电阻测量电路等。　　3)阅读电流、电压测量电路图时，应从正表笔出发，经测量电路到达负表笔，阅读电阻测量电路图时，应从表内电池的正极出发，经测量电路、被测电阻ＲＸ，最后回到电池的负极。　　4)检查线路故障时，可按上述顺序依次检查，遇有分支电路时，应先排除不通的支路，再继续查下去，直至将线路查完。　　(2)模拟式万用表故障检查及排除　　1)直流电流挡的故障及排除。找一只准确度较高的毫安表或无故障的万用表作为标准表，与故障表串联后去测量一直流电流。若故障表读数比标准表大得多，则多为分流电阻开路所致。若无读数，可将故障表转换开关置于直流电压最低挡，直接去测量一节新干电池的电压，若仍无读数，则为表头线路开路;若有读数且指示值大于1.6Ｖ，则为分流电阻开路。　　排除方法:若为表头线路开路，应找出其开路的原因。若为分流电阻开路，则需打开仪表后盖，逐一检查各个分流电阻(一般为绕线式电阻)，并将损坏的分流电阻换掉。2)电压挡的故障及排除3)电阻挡的故障及排除§３—２　数字式万用表一、数字式万用表的组成及工作原理１．直流电压测量电路２．直流电流测量电路３．交流电压测量电路４．电阻测量电路(1)数字式欧姆表的原理(2)DT—830型数字式万用表电阻测量电路５．晶体三极管ｈFE测量电路二、数字式万用表的使用　　１．DT—830B型数字式万用表的面板结构前面板包括液晶显示器、电源开关、量程转换开关、输入插孔、hFE插座等，后面板装有电池盒。２．数字式万用表的使用方法(1)直流电压的测量(2)交流电压的测量(3)直流电流的测量(4)电阻的测量(5)二极管的测量(6)晶体管hFE的测量模块四　电阻的测量§４—１　电阻的测量和方法一、按获取测量结果的方式分类二、按所使用的仪表分类§４—２　直流电桥一、直流单臂电桥１．直流单臂电桥的结构及工作原理２．QJ23型直流单臂电桥简介　　３．直流单臂电桥的使用方法　　(１)使用前先将检流计的锁扣打开，调节调零器使指针指在零位。　　(２)用万用表欧姆挡估计被测电阻的大致数值。　　(３)根据被测电阻估计值选择适当的比例臂，使比较臂的四挡电阻都能被充分利用，从而提高测量准确度。　　(４)测量中在接入被测电阻时，应采用较粗、较短的导线，并将接头拧紧，以减小接线电阻和接触电阻。　　(５)当测量电感线圈的直流电阻时，应先按下电源按钮，再按下检流计按钮；测量完毕，应先松开检流计按钮，后松开电源按钮，以免被测线圈产生自感电动势损坏检流计。　　(６)调节比较臂电阻。　　(７)电桥使用完毕，应先切断电源，然后拆除被测电阻，最后将检流计锁扣锁上。二、直流双臂电桥§４—３　兆欧表常用的兆欧表外形如图4-3-1和图4-3-2所示。一、兆欧表的结构及工作原理１．兆欧表的结构２．兆欧表的工作原理二、ZC25型兆欧表简介三、兆欧表的选择、使用与维护　　１．选择兆欧表　　２．兆欧表的接线　　兆欧表有三个接线端钮，分别标有L(线路)、E(接地)和G(屏蔽)，使用时应按测量对象的不同来选用。当测量电力设备对地的绝缘电阻时，应将L接到被测设备上，并将E可靠接地。３．检查兆欧表模块五　时间与频率的测量§５—１　数字式频率计一、数字式频率计的组成二、数字式频率计的工作原理三、数字式频率计的使用　　１．HC－F1000L数字式频率计电源要求及面板特性　　(１)电源要求　　(２)前面板特性　　(３)后面板特性　　２．HC－F1000L数字式频率计的使用　　(１)测试前的准备　　１)把仪器电源插头和供电插座进行连接。　　２)打开电源开关，测试前预热20min，使石英晶体振荡器的频率保持稳定。　　(２)频率测量　　１)估计被测信号的幅度。　　２)将输入信号接至Ａ通道输入端。３)设定功能开关在FA的位置。４)接入信号源。５)显示器显示频率值。(３)周期测量１)估计被测信号的幅度。２)将输入信号接至A通道输入端。３)设定功能开关在PA位置。４)显示器显示周期值。§５—２　扫频仪一、BT3型频率特性测试仪的原理１．扫频部分２．频标部分３．显示部分包括水平扫描信号发生器、垂直放大器和示波管等。二、BT3型频率特性测试仪面板说明１．显示部分(１)电源、辉度。(２)聚焦。(３)标尺亮度。(４)影像极性。(５)Ｙ轴位置。(６)Ｙ轴衰减。(７)Ｙ轴增益。(８)Ｙ轴输入。２．扫描部分(１)波段开关。(２)中心频率度盘。(３)输出衰减。(４)扫频电压输出。(５)频率偏移。３．频标部分(１)频标选择。(２)频标幅度。(３)外接频标输入。三、BT3型频率特性测试仪的使用１．测试前的准备２．测试仪的使用　　３．使用注意事项　　(１)扫频仪与被测电路相连时，必须考虑阻抗匹配问题。　　(２)若被测电路内部带有检波器，不应再用检波探头电缆，而直接用开路电缆与仪器相连。　　(３)在显示幅频特性时，如发现图形有异常曲折，则表示被测电路中有寄生振荡，在测试前应予以排除。　　(４)测试时，输出电缆和检波探头的接地线应尽量短些，切忌在检波探头上加接导线。模块六　测量用信号发生器§６—１　低频信号发生器一、低频信号发生器的组成及工作原理　　XD2型低频信号发生器主要由振荡器、射极输出器、衰减器、电压表和直流稳压电源五部分组成。　　１．振荡器　　作为低频信号发生器的核心，振荡器决定了仪器输出信号的波形和频率。　　２．射极输出器　　射极输出器接在RC文氏电桥振荡器的输出端。　　３．衰减器　　其作用是将输出信号幅度调节到所需要的数值。　　４．电压表　　它可以指示出信号电压的大小。　　５．直流稳压电源　　直流稳压电源是供给振荡器和放大器的电源。二、XD2型低频信号发生器的面板布置三、XD2型低频信号发生器的使用方法　　（1）仪器通电之前，应先检查电源的接入线是否正常，再将电源线接入220V交流电源。　　（2）开机前，应将输出细调旋钮旋至最小，输出衰减旋钮置于“0”位置，输出信号用电缆从输出端钮插口引出。　　（3）接通电源开关，将频率范围旋钮置于所需挡位，调节频率旋钮至所需输出频率。　　（4）按所需信号电压的大小，调节输出细调旋钮，电压表即可指示出输出电压值。§６—２　函数信号发生器一、函数信号发生器的组成及原理１．脉冲式函数信号发生器２．正弦式函数信号发生器３．三角式函数信号发生器二、函数信号发生器的外观及性能指标１．面板介绍２．技术指标(1)频率范围(2)输出幅度(3)输出阻抗(4)输出衰减(5)占空比(6)显示(7)正弦波(8)三角波:线性度>９９％(9)方波(10)时基(11)信号频率稳定度(12)测量误差(13)电源三、VC2002型函数信号发生器的使用方法　　(1)开机并接好输出测试线。　　(2)设置输出信号的频段。　　(3)设置输出信号的波形类型。　　(4)按下确定按钮，仪器开始运行，在频率显示屏显示信号的频率，在幅度显示屏显示信号的幅度。　　(5)调节频率调节旋钮，同时观察频率显示屏，使信号频率满足要求；调节幅度调节旋钮并观察幅度显示屏，使信号幅度满足要求。　　(6)调节占空比调节旋钮，使输出信号占空比满足要求。　　(7)将仪器的信号输出测试线与其他待测电路连接，若连接后仪器的输出信号频率或幅度等发生变化，可重新调节仪器，直至输出信号满足要求。模块七　示波器与晶体管特性图示仪§７—１　通用示波器一、通用示波器的组成二、通用示波器的工作原理１．示波管的基本知识示波管主要由电子枪、荧光屏和偏转系统三大部分组成。２．示波原理§７—２　双踪示波器一、双踪示波器的基本原理二、双踪示波器的组成部分　　１．探头　　２．校准信号发生器　　校准信号发生器用来产生频率为1kHz、幅度为0.5ＶP-P的标准方波电压。其电路构成主要是一个射极耦合多谐振荡器，其输出经限幅、放大，然后由射极跟随器的射极经分压后产生标准方波。三、双踪示波器的使用１.XC4320型双踪示波器的面板说明(１)电源部分(２)垂直系统部分(３)水平系统部分(４)触发部分(５)0.5ＶP-P　　２．双踪示波器的使用方法　　(１)测量前的准备工作　　１)显示扫描线　　２)打开电源　　３)一般情况下，应将垂直微调和扫描微调旋钮处于“校准”位置。　　４)调节CH1垂直移位。　　５)校准探头。　　(２)测量信号的步骤　　１)将被测信号输入到示波器通道输入端。　　２)按照被测信号参数的测量方法不同，选择各旋钮的位置，使信号正常显示在荧光屏上，记录测量的读数或波形。　　３)根据记下的读数进行分析、运算、处理，得到测量结果。　　３．双踪示波器的使用注意事项　　(１)使用前必须检查电网电压是否与示波器要求的电源电压相一致。　　(２)通电后需要预热15min再调整各旋钮。　　(３)通常信号引入线都需使用屏蔽电缆。四、双踪示波器在电气测量中的应用１．电压的测量(１)交流电压的测量(２)直流电压的测量２．时间和周期的测量(１)脉冲参数的测量(２)周期的测量(３)相位的测量§７—３　晶体管特性图示仪一、晶体管特性图示仪基本知识１．晶体管特性图示仪的组成及原理２．XJ4810型晶体管特性图示仪简介二、晶体管特性图示仪的使用　　１．使用前的调整　　(１)开启电源开关。　　(２)调节辉度、聚焦、辅助聚焦旋钮，使屏幕上显示清晰的光点或线条。　　(３)根据被测晶体管的特性和测试条件的要求，把Ｘ轴作用、Ｙ轴作用、阶梯信号各部分开关及旋钮都调到相应的位置上。　　(４)进行阶梯信号调零。２.晶体管特性图示仪的使用注意事项三、晶体管特性图示仪测试实例１．晶体二极管的测试(１)整流二极管的测试１)正向特性的测试。２)反向特性的测试。(２)稳压二极管的测试２．晶体三极管的测试(１)输出特性曲线的测试(２)hFE的测试(３)输入特性曲线的测试(４)两只同极性三极管特性曲线的比较模块八　智能仪器一、智能仪器的结构和特点１．智能仪器的基本结构(１)硬件结构　　(２)软件结构　　智能仪器的软件分为监控程序和接口管理程序两部分。监控程序是面向仪器键盘和显示器的管理程序；接口管理程序是面向通信接口的管理程序，接收并分析来自通信接口总线的远控命令。２．智能仪器的主要特点(１)操作自动化。(２)具有自测功能。(３)具有数据处理功能。(４)具有友好的人机对话能力。(５)具有可编程控操作能力。二、独立式智能仪器　　独立式智能仪器简称智能仪器，即前述的自身带有微处理器和通信接口的能独立进行测试工作的电子仪器。如图8-1-2所示为典型的智能仪器——数字多用表。三、自动测试系统通常，自动测试系统包括以下五部分:(１)控制器(２)程控仪器设备(３)总线与接口(４)测试软件(５)被测对象四、智能仪器的发展　　1．智能仪器的发展概况　　20世纪80年代，微处理器被用到仪器中。　　20世纪90年代，仪器仪表的智能化突出表现。　　近年来，智能化测量控制仪表的发展尤为迅速。国际上智能测量仪表更是品种繁多。　　2．智能仪器的应用前景　　(1)微型化　　(2)多功能　　(3)人工智能化　　(4)网络化　　(5)虚拟化模块九　电路综合实训综合实训1晶体管直流稳压电源的调试综合实训2单级交流放大器测试综合实训3负反馈放大电路测试