电子测量技术 李希文

1. 电子测量的定义 狭义测量：测量是为了确定被测量的量值而进行的实验过程。 广义测量：测量是为了获取被测量对象的信息而进行的实验过程 2. 测量的五大要素 观察者；测量对象；测量仪器；测量方法，测量条件 3. 计量的定义 计量是利用技术和法制手段实施的一种特殊形式的测量，即吧被测量与国家计量部门作为基准或的同类单位量进行比较 4. 计量的三个特征 统一性；准确性；法制性 5. 基准能不能参加测量？ 基准本身并并不一定刚好等于计量单位，一个时期的基准代表着此时人类的认知，随着发展，各种基准不断的发生变化 6. 电子测量的特点 电子测量是泛指以电子技术为基本手段的一种测量技术，它是测量学与电子学互相结合的产物。 其特点：1）测量频率范围宽。2）测量量程宽。3）测量准确度高。4）测量速度快。5）可以进行遥测。6）易于实现测试智能化和测试自动化。8）易于小型化 7. 真值的定义 一个量在被观测时，该量本身所具有的真实大小称为真值；真值不能通过测量得到。 8. 误差的表示方法，相对误差，绝对误差（会计算，意义） 绝对误差：由测量所得到的被测量x与其真值A0之差； ⊿x=x-A0。⊿x为绝对误差 绝对误差表明了被测量的测量值与被测值的实际值之间的偏离程度与方向 相对误差：绝对误差与被测量的真值之比 Y=（⊿x/A0）*100% 为了说明测量的准去程度 9. 分贝误差 分贝误差是用对数形式表示的一种相对误差，单位为分贝（db） Ydb=20lg(1+Y)J 10. 鉴定仪表是否合格 如果仪表准确度为s级，则说明该仪表的最大满度误差不超过s%，即|Ym|<=s% 指导选择不超过2/3 11. 误差的来源与分类(各自特点，如何处理) 来源：仪器误差，使用误差，影响误差，理论误差和方法误差，人身误差。 分类：1）系统误差：只要测量条件不变，误差即是确切的数值，用多次测量取平均值的方法不能改变和消除误差，当条件改变时，误差也随着遵循某种确定的规律改变，具有重复性，较易之修改和消除。2）随机误差：某一次测量的结果的大小和方向不可预知。可以采取多次测量取平均值的方法来减小误差对测量结果的影响。3）粗大误差：含有粗差的测量值称为坏值或异常值，不能反应真实性，所以在处理数据时应该剔除 12. 误差的分析和处理 用概率论与数理统计的方法来研究随机误差对于测量数据的影响，并用数理统计的方法对测量数据进行统计处理，从而克服或减少随机误差的影响 13. 有限次测量的估计值的公式？ 1） 有限次测量的数学期望的估计值——算术平均值： E(X)=X=(1/N) ,,X为算术平均值，N为有限次 2） 贝塞尔公式： θ^2(x)=1/（n-1） ,n为测量次数，xi为测量某次的值，x为算术平均值 14. 置信区间 由于均方差表示测量值的分散程度，常用标准偏差θ（x）的若干倍表示这个确定的区间α，α=cθ（x）,c称为置信系数，α为置信区间，置信区间和置信概率是紧密相连的，置信区间刻画了测量结果的精确性，置信概率刻画了这个结果的可靠性 15. 误差的判据消除方法 系统误差的判断：1）不变的系统误差常用校准的方法来检查系统误差是否存在，还可以用实验对比来判断是否存在不变的系统误差。2）变化的系统误差：残差法，将所测得的数据以及残差按照一定的先后次序列表或者作图u，观察各数据的残差值的大小和符号变化情况。马利克夫判据，判别有无累进性误差的常用方法，把n个等精度测量值所对应的残差按照测量的先后顺序排列，吧残差分成两个部分求和，再求其差值D 消除方法：1）处理在测量原理和测量方法上尽力做到正确，还必须定时对仪器定期检定和校准，注意仪器正确使用方法，注意周围环境的影响。2）预先通过检定，校准或计算得出测量仪器的系统误差的估计值，做出误差表或者误差曲线，然后取得与误差数值大小相同，方向相反的数值作为修正值，将实际测量结果加上相应修正值，即可得到已经修正的结果。3）通过测量方法削弱或消除系统误差：替代法，交换法，对称测量法，减小周期系统的班周期发 粗大误差的判别：1）莱特检查法：假设在一列等精度测量结果误差xi中，vi为各测量值对于残差，s为标准偏差的估计值，若|vi|>3s，则为粗大误差。2）格拉布斯检验法 消除方法：对测量过程进行分析，是否有外界干扰，其次在精度条件下增加测量次数，或采用不等精度测量和互相之间进行校核方法 16. 测量误差的合成（合成仅公式） Y=⊿y/y=1/y* .列题见P52，2-11 17. 测量不确定度定义，表示A类，B类是否有本质区分 不确定度是说明测量结果可能的分散程度的参数 A类不确定度：用统计的方法得到的不确定度，用符号Ua表示 B类不确定度：用非统计的方法得到的不确定度，即根据或者假设的概率分布估计的标准偏差表示的不确定度，用Ub表示 两者仅仅是评定方法不同，并不是不确定度性质上的分类，即li两者的不确定度不能表示为随机或者系统的不确定度。 18. 误差的分配，等确定度和等作用 误差分配为将总误差分配给各分项。P59 1） 等准确度分配：指分配给各项的误差彼此相同，等准确度分配通常用于各项性质相同(量纲相同)，大小相近的情况； 2） 等作用分配：指分配各项的误差在数值上不一定相等，但他们对于测量误差总和的作用或者说对于总和的影响是相同的 = =…….= 19. 测量数据的处理p61 通常取到数据后还要对数据进行计算分析，整理，有时还要把数据归纳成一定的表达式或画成表格，曲线等，也就是进行数据处理 1） 有效数字的概念：在进行数据计算时，遇到一些无理数，实际计算时只能取近似值，当用这个数据表示一个量时常误差不能超过末尾数字的一半 2） 数字的舍入规则：在处理数据和所用常数进行舍入处理，规则如下：小与五舍去，大于五进位，当等于五时，取偶数，即舍去部分的数值恰好等于保留末尾的0.5个单位，当末尾为偶数时，末位不变，当为奇数时，末尾加一 3） 近似运算规则：当对于几个测量数据进行运算时，要考虑有效数字保留多少位的问题，以便不使运算过于麻烦而又能进行反应测量的准确度，保留的位数取决于各数中准确度最差的那一项 20. 不等精度测量，权的概念和等作用P65 在测量条件不同的情况下进行测量，则测量结果的精密度将不相同，则这样的测量称为不等精度测量 权的概念：各测量结果的可靠程度用一数值来表示，此数值就称为该测量结果的权，记作W，测量结果的权可以理解为，当他与另一些测量结果比较时，对该测量结果的依赖程度。 ， 为标准偏差， 为任意常数，当W等于1时，也可以看成单位权的方差。 加权平均值计算： 21. 频率和时间测量的基准P78 人们在进行成千上万的侧测量物理量时，频率（时间）测量所能达到的分辨率和准确度最为准确。 22. 测频原理P82 电子计数器测频原理实际是以比较法为基础，将被测信号频率 和已知的时基信号想必，将相比结果以数字形式显示出来。 三部分组成1）时间基准T产生电路：用于提供准确的计数时间T，一般由高稳定度的石英晶体振荡器，分频整形电路和门控信号组成。2）计数脉冲形成电路：将被测信号转换成为可计数的窄脉冲。3）计数显示电路：计数被测信号在闸门宽度T时间内重复的次数，显示被测频率 23. N的计算函数 =N/T 24. 计算正负一误差P84 由于在相同主门开启时间T计数器最多多计或少计一个数，所以称为量化误差或 1误差。 ，fx为被测信号频率，T为闸门时间。增大闸门时间可以减少脉冲误差. 25. 固有误差的组成，如何减小 组成：1）计数器计数误差（正负一误差），2）闸门时间误差（时急误差）。3）计数器测频的总误差； 减小方法：1）增大闸门时间或者倍频被测信号频率，减小正负一误差 3） 提高晶振频率的准确度和稳定度以减小闸门时间误差 4） 在闸门时间误差大时，可以采用测周方法进行测量。 26. 触发误差 所谓触发误差就是指在门控脉冲在干扰信号的作用下使触发提前或滞后所带来的误差。 27. 测周原理P87 由于周期和频率互为倒数，因此在测频的原理中对换一下待测信号和时基信号的输入通道就能完成周期的测量。 28. 中界频率计算P91 定义：对某信号使用测频法和测周法测量频率，两者引起的误差相等，则该频率定义为中界频率，记作 。 计算： = ， 29. 减小正负1误差的方法P5 1） 平均法：在多次测量取平均值。 趋近于0 2） 多周期同步法：一次测量中对多个周期进行测量 3） 模拟内插法：在计数器频率或时间测量电路中内插一部分模拟时序电路 30. 波形因素和波峰因素P114 波峰因数：交流电压表的波峰因素定义为峰值与有效值的比值，用Kp表示，即 Kp=峰值/有效值。对于理想交流电压，其波峰因数为Kp=Up/(Up/ )= . 波形因素：交流电压的波形因数定义为有效值与其平均值的比值，用 表示 即Kf=有效值/平均值，对于理想交流电压K=(1/ )/(2/π)Up=1.11. 31. 三种表的结果和特点P116 1) 峰值电压表：交流电压经过检波后，再进行放大，然后驱动直流电压表。在峰值电压表中，通常采用二极管峰值检波器，即检波器的输出是被测电压峰值的响应，峰值检波器决定了电压表的频率范围，输入阻抗和灵敏度 2) 均值电压表：被测交流信号经过放大后，再检波，然后驱动直流电流表。在均值电压表中，检波器对于被测电压的平均值产生相应，一般都采用二极管全波或桥式整流作为检波器，这类电压表的频率范围主要受到宽带放大器带宽的限制 3) 有效值电压表：在电压测量技术中，经常需要测量非正玄波，尤其是失真正弦波的有效值 32. 分贝测量 一般不直接计算或测量电路某测试点的电压或者功率，而是计算他们某一电压或功率基准之比的对数——分贝 功率:两个功率P1和P2之比取对数，就可以得到lg(P1/P2) 电压：10lgP1/P2=20lgU1/U2 具有分贝读数的电压表常称为宽频电平表：在均值电压表基础上设计的，在宽带放大器前加入衰减器，用Db表示输入电平选择，，并可用标准电平振荡器校准。 33. 电压数字化的测量方法 数字电压表分为两个部分，模拟与数字，其核心部件是A/D转化器。其分为两类:非积分式和积分式。 非积分： 1） 逐渐逼近比较式DVM:将被测信号Ux和一可变的已知电压（基准电压）进行逐次比较，最终逼近被测电压。 2） 单斜式DVM:其A/D变化部分实际是一个典型的非积分式变换器，斜坡电压发生器是这种DVM的核心部分。工作原理：斜坡发生器产生一个斜坡电压分别与输入信号Ux的比较器和接地比较器比较，两个比较器的输出触发双稳态触发器，得到时间间隔为T的门控信号，由计数器通过对门控时间间隔内的时钟信号进行脉冲计数，即可测得时间T即T=NT0，其中T0为时钟信号周期，N为计数值，Ux=Kt0N,。k为斜坡电压的斜率，k=-Ur/RC