第1章電子儀器及測量技術基礎1.1電子測量的意義及特點1.1.1電子測量的意義(1)測量測量是人類對自然界的客觀事物取得數量概念的一種認識過程。在這一過程中，人們通常借助于專門的設備，依據一定的理論，通過實驗的方法來確定被測量的量第1章電子儀器及測量技術基礎1.1電子測量的意義及特1值。量值由數值和計量單位兩部分組成，沒有計量單位的量值是沒有物理意義的。(2)電子測量電子測量是測量學的一個分支，它泛指一切以電子技術為基本手段的一種測量。(3)電子測量的意義電子測量涉及從直流到極寬頻率范圍內所有電量、磁量以及各種非電量的測量。值。量值由數值和計量單位兩部分組成，沒有計量單位的量21.1.2電子測量的內容通常所說的電子測量是指對電子學領域內電參量的測量，其基本內容如下：①電能量的測量②電信號特性的測量③電路元器件參數的測量④電子設備及儀器性能的測量⑤特性曲線的顯示測量1.1.2電子測量的內容31.1.3電子測量的特點(1)測量頻率范圍極寬電子測量的頻率范圍極寬，它除測量直流電量外，還可以測量交流量。其頻率可低至10-4Hz以下直到直流，高至1012Hz以上。(2)測量量值范圍廣電子測量的另一個特點是被測對象的量值大小相差懸殊。1.1.3電子測量的特點4(3)測量準確度高電子測量的準確度比其他測量方法高得多。(4)測量速度快由于電子測量是基于電子運動和電磁波傳播的原理進行的，因此，它具有與其他測量不能比擬的測量高速度，這也是它在現代科學技術中得到廣泛應用的另一個原因。(3)測量準確度高5(5)易于實現遙測通過各種類型的傳感器，采用有線或無線的方式，可以實現對環境惡劣和人體不便于接觸或無法達到的領域（如深海、地下、人造衛星、導彈飛行、高溫爐、核反應堆內等）通過傳感器或光、電磁波等方式進行遠距離測量，即實現遙測。(5)易于實現遙測6(6)易于實現測量的自動化由于電子測量的被測量和它所需要的控制信號都是電信號，通過超大規模集成電路實現模數變換和與計算機的連接，可實現自動記錄、數據運算和分析處理，組成各種自動測試系統。(6)易于實現測量的自動化71.1.4電子測量的方法(1)測量方法的分類為了實現測量的目的，正確選擇測量方法是及其重要的，它直接關系到測量工作能否正確進行和測量結果的有效性。電子測量常見的分類方法有以下幾種：1.1.4電子測量的方法81)根據測量手段的不同分為：直接測量、間接測量和組合測量①直接得到被測量值的測量方法稱為直接測量。②利用直接測量值與被測量之間的函數關系，才能得到被測量值的測量方法稱為間接測量。1)根據測量手段的不同分為：直接測量、間接測量和組合測量9③組合測量是兼用直接測量和間接測量的方法，將被測量和另外幾個量組成聯立方程，從而得到被測量的大小。2)根據測量性質的不同分為：時域測量、頻域測量和數據域測量①時域測量：指測量值是時間變化的函數。③組合測量是兼用直接測量和間接測量的方法，將被測量和另外幾個10②頻域測量：指被測量是頻率變化的函數，即研究被測信號在各頻率分量上的幅度大小。③數據域測量：指對數字系統邏輯狀態進行的測量，即測量數字信號是“1”還是“0”。3)根據對測量精度的要求不同分為：精密測量和工程測量②頻域測量：指被測量是頻率變化的函數，即研究被測信號在各頻率11①精密測量：指在實驗室或計量室進行，是深入研究測量誤差問題的測量。②工程測量：指對測量誤差的研究不很嚴格的測量，往往一次測量獲得結果，但工程測量所選用的儀器儀表的準確度等級必須滿足實際使用的需要。①精密測量：指在實驗室或計量室進行，是深入研究測量誤差問題的122)選擇測量方法的原則在選擇測量方法時應該時應該注意以下幾點：1)被測量本身的特點2)測量所需要的精確度3)注意測量環境及所具有的測量設備的技術情況2)選擇測量方法的原則13①得出的測量數據是錯誤的。②損壞元器件或測量設備。③損壞測量儀器儀表。1.2測量誤差的基本概念1.2.1測量誤差的定義一個被測量本身所具有的真實大小，稱為被測量的真值。①得出的測量數據是錯誤的。141.2.2測量誤差的來源(1)儀器誤差儀器或儀表或本身所具有的誤差稱為儀器誤差。(2)環境誤差由于實際環境條件與規定條件不一致所引起的誤差稱為環境誤差，這也是產生測量誤差的主要原因之一。1.2.2測量誤差的來源15(3)方法誤差由于測量方法不完善或不合理引起的測量誤差稱為方法誤差。(4)人員誤差測量人員主觀因素和操作技術所引起的誤差稱為人員誤差。(3)方法誤差16(5)被測量不穩定誤差由測量對象的不穩定變化引起的誤差稱為被測量不穩定誤差。1.2.3測量誤差的表示方法測量誤差的表示方法有兩種：即絕對誤差和相對誤差。(1)絕對誤差ΔX(5)被測量不穩定誤差17①定義：測量值X與被測量真值A0之差稱為絕對誤差ΔX，即②修正值C：修正值C與絕對誤差ΔX的大小相等，符號相反，即①定義：測量值X與被測量真值A0之差稱為絕對誤差ΔX，即18利用修正值和計量器具示值，可得到被測量的實際值，即(2)相對誤差γ測量的絕對誤差與被測量的約定值之比稱為相對誤差，常用百分數來表示。利用修正值和計量器具示值，可得到被測量的實際值，即19①實際相對誤差γA：指絕對誤差ΔX與被測量的實際值A的百分比，即②示值相對誤差γm：指絕對誤差ΔX與被測量的示值X的百分比，即①實際相對誤差γA：指絕對誤差ΔX與被測量的實際值A的百分比20③滿度相對誤差γm(引用相對誤差)：計量器具的絕對誤差ΔX與滿量程值Xm之比稱為滿度相對誤差或引用相對誤差，即③滿度相對誤差γm(引用相對誤差)：計量器具的絕對誤差ΔX與21滿度相對誤差一般用于連續刻度的儀表(特別是電工儀表)，它實際上給出了儀表各量程內，絕對誤差不應超過的最大值滿度相對誤差一般用于連續刻度的儀表(特別是電工儀表)，它實際221.2.4測量誤差的分類(1)系統誤差系統誤差(系差)是指在相同條件下多次重復測量被測量時，其誤差的數值保持恒定或以確切的函數規律方式變化的測量誤差。1.2.4測量誤差的分類23(2)隨機誤差隨機誤差是指在相同條件下多次測量同一量值時，絕對誤差值和符號以不可預知的方式變化的測量誤差稱為隨機誤差，也稱偶然誤差。(2)隨機誤差24(3)粗大誤差粗大誤差是指那些在一定條件下測量結果明顯偏離其實際值所對應的誤差。1.2.5測量結果的處理測量結果的處理是電子測量的重要組成部分，其處理方式通常有數據處理和圖解分析兩種方式。(3)粗大誤差251.3電子測量儀器概述測量儀器是用于檢出或測量一個量或為測量目的供給一個量的器具。采用電子技術測量電量或非電量的測量儀器稱為電子測量儀器。1.3電子測量儀器概述261.3.1電子測量儀器的分類通用儀器的靈活性好，應用面廣，按功能主要可以分為以下幾類：(1)信號發生器信號發生器用于提供測量所需的各種信號。1.3.1電子測量儀器的分類27(2)信號分析儀器信號分析儀器用于觀測、分析和記錄各種電量的變化，包括時域、頻域和數字域分析儀，如時域的示波器、頻域的頻譜分析儀和數據域的邏輯分析儀等。(3)網絡特性測量儀器(2)信號分析儀器28網絡特性測量儀器用于測量電氣網絡的頻率特性、阻抗特性、噪聲特性等，如頻率特性測試儀、阻抗測試儀和網絡分析儀等。(4)電子元器件測試儀器電子元器件測試儀器用于測量各種電子元器件的各種電參數或顯示元器件的特性曲網絡特性測量儀器用于測量電氣網絡的頻率特性、阻抗特性、噪聲特29線等，如電路元件(R、L、C)測試儀、晶體管特性圖示儀、集成電路(模擬、數字)測試儀等。(5)電波特性測試儀器電波特性測試儀器用于對電波、電磁場強度、干擾強度等參量進行測量，如測試接收機、場強測量儀、干擾測試儀等。線等，如電路元件(R、L、C)測試儀、晶體管特性圖示30(6)輔助儀器輔助儀器用于配合上述各種儀器對信號進行放大、檢波、衰減、隔離等，以便上述儀器更充分發揮作用，如各種放大器、檢波器、衰減器、濾波器、記錄儀以及交直流穩壓電源等。(6)輔助儀器311.3.2電子測量儀器的誤差(1)固有誤差電子測量儀器在標準條件下所具有的誤差稱為固有誤差。(2)允許誤差技術、檢定規程等對電子測量儀器所規定的允許的誤差極限值稱為允許誤差。1.3.2電子測量儀器的誤差32(3)附加誤差電子測量儀器在非標準條件下所增加的誤差稱為附加誤差。1.3.3測量系統的組成測量系統是由一些功能不同的環節所組成，這些環節保證了由獲取信號到獲得被測量值所必需的信號量程功能。(3)附加誤差33圖1.1測量系統的組成方框圖圖1.1測量系統的組成方框圖34第1章電子儀器及測量技術基礎1.1電子測量的意義及特點1.1.1電子測量的意義(1)測量測量是人類對自然界的客觀事物取得數量概念的一種認識過程。在這一過程中，人們通常借助于專門的設備，依據一定的理論，通過實驗的方法來確定被測量的量第1章電子儀器及測量技術基礎1.1電子測量的意義及特35值。量值由數值和計量單位兩部分組成，沒有計量單位的量值是沒有物理意義的。(2)電子測量電子測量是測量學的一個分支，它泛指一切以電子技術為基本手段的一種測量。(3)電子測量的意義電子測量涉及從直流到極寬頻率范圍內所有電量、磁量以及各種非電量的測量。值。量值由數值和計量單位兩部分組成，沒有計量單位的量361.1.2電子測量的內容通常所說的電子測量是指對電子學領域內電參量的測量，其基本內容如下：①電能量的測量②電信號特性的測量③電路元器件參數的測量④電子設備及儀器性能的測量⑤特性曲線的顯示測量1.1.2電子測量的內容371.1.3電子測量的特點(1)測量頻率范圍極寬電子測量的頻率范圍極寬，它除測量直流電量外，還可以測量交流量。其頻率可低至10-4Hz以下直到直流，高至1012Hz以上。(2)測量量值范圍廣電子測量的另一個特點是被測對象的量值大小相差懸殊。1.1.3電子測量的特點38(3)測量準確度高電子測量的準確度比其他測量方法高得多。(4)測量速度快由于電子測量是基于電子運動和電磁波傳播的原理進行的，因此，它具有與其他測量不能比擬的測量高速度，這也是它在現代科學技術中得到廣泛應用的另一個原因。(3)測量準確度高39(5)易于實現遙測通過各種類型的傳感器，采用有線或無線的方式，可以實現對環境惡劣和人體不便于接觸或無法達到的領域（如深海、地下、人造衛星、導彈飛行、高溫爐、核反應堆內等）通過傳感器或光、電磁波等方式進行遠距離測量，即實現遙測。(5)易于實現遙測40(6)易于實現測量的自動化由于電子測量的被測量和它所需要的控制信號都是電信號，通過超大規模集成電路實現模數變換和與計算機的連接，可實現自動記錄、數據運算和分析處理，組成各種自動測試系統。(6)易于實現測量的自動化411.1.4電子測量的方法(1)測量方法的分類為了實現測量的目的，正確選擇測量方法是及其重要的，它直接關系到測量工作能否正確進行和測量結果的有效性。電子測量常見的分類方法有以下幾種：1.1.4電子測量的方法421)根據測量手段的不同分為：直接測量、間接測量和組合測量①直接得到被測量值的測量方法稱為直接測量。②利用直接測量值與被測量之間的函數關系，才能得到被測量值的測量方法稱為間接測量。1)根據測量手段的不同分為：直接測量、間接測量和組合測量43③組合測量是兼用直接測量和間接測量的方法，將被測量和另外幾個量組成聯立方程，從而得到被測量的大小。2)根據測量性質的不同分為：時域測量、頻域測量和數據域測量①時域測量：指測量值是時間變化的函數。③組合測量是兼用直接測量和間接測量的方法，將被測量和另外幾個44②頻域測量：指被測量是頻率變化的函數，即研究被測信號在各頻率分量上的幅度大小。③數據域測量：指對數字系統邏輯狀態進行的測量，即測量數字信號是“1”還是“0”。3)根據對測量精度的要求不同分為：精密測量和工程測量②頻域測量：指被測量是頻率變化的函數，即研究被測信號在各頻率45①精密測量：指在實驗室或計量室進行，是深入研究測量誤差問題的測量。②工程測量：指對測量誤差的研究不很嚴格的測量，往往一次測量獲得結果，但工程測量所選用的儀器儀表的準確度等級必須滿足實際使用的需要。①精密測量：指在實驗室或計量室進行，是深入研究測量誤差問題的462)選擇測量方法的原則在選擇測量方法時應該時應該注意以下幾點：1)被測量本身的特點2)測量所需要的精確度3)注意測量環境及所具有的測量設備的技術情況2)選擇測量方法的原則47①得出的測量數據是錯誤的。②損壞元器件或測量設備。③損壞測量儀器儀表。1.2測量誤差的基本概念1.2.1測量誤差的定義一個被測量本身所具有的真實大小，稱為被測量的真值。①得出的測量數據是錯誤的。481.2.2測量誤差的來源(1)儀器誤差儀器或儀表或本身所具有的誤差稱為儀器誤差。(2)環境誤差由于實際環境條件與規定條件不一致所引起的誤差稱為環境誤差，這也是產生測量誤差的主要原因之一。1.2.2測量誤差的來源49(3)方法誤差由于測量方法不完善或不合理引起的測量誤差稱為方法誤差。(4)人員誤差測量人員主觀因素和操作技術所引起的誤差稱為人員誤差。(3)方法誤差50(5)被測量不穩定誤差由測量對象的不穩定變化引起的誤差稱為被測量不穩定誤差。1.2.3測量誤差的表示方法測量誤差的表示方法有兩種：即絕對誤差和相對誤差。(1)絕對誤差ΔX(5)被測量不穩定誤差51①定義：測量值X與被測量真值A0之差稱為絕對誤差ΔX，即②修正值C：修正值C與絕對誤差ΔX的大小相等，符號相反，即①定義：測量值X與被測量真值A0之差稱為絕對誤差ΔX，即52利用修正值和計量器具示值，可得到被測量的實際值，即(2)相對誤差γ測量的絕對誤差與被測量的約定值之比稱為相對誤差，常用百分數來表示。利用修正值和計量器具示值，可得到被測量的實際值，即53①實際相對誤差γA：指絕對誤差ΔX與被測量的實際值A的百分比，即②示值相對誤差γm：指絕對誤差ΔX與被測量的示值X的百分比，即①實際相對誤差γA：指絕對誤差ΔX與被測量的實際值A的百分比54③滿度相對誤差γm(引用相對誤差)：計量器具的絕對誤差ΔX與滿量程值Xm之比稱為滿度相對誤差或引用相對誤差，即③滿度相對誤差γm(引用相對誤差)：計量器具的絕對誤差ΔX與55滿度相對誤差一般用于連續刻度的儀表(特別是電工儀表)，它實際上給出了儀表各量程內，絕對誤差不應超過的最大值滿度相對誤差一般用于連續刻度的儀表(特別是電工儀表)，它實際561.2.4測量誤差的分類(1)系統誤差系統誤差(系差)是指在相同條件下多次重復測量被測量時，其誤差的數值保持恒定或以確切的函數規律方式變化的測量誤差。1.2.4測量誤差的分類57(2)隨機誤差隨機誤差是指在相同條件下多次測量同一量值時，絕對誤差值和符號以不可預知的方式變化的測量誤差稱為隨機誤差，也稱偶然誤差。(2)隨機誤差58(3)粗大誤差粗大誤差是指那些在一定條件下測量結果明顯偏離其實際值所對應的誤差。1.2.5測量結果的處理測量結果的處理是電子測量的重要組成部分，其處理方式通常有數據處理和圖解分析兩種方式。(3)粗大誤差591.3電子測量儀器概述測量儀器是用于檢出或測量一個量或為測量目的供給一個量的器具。采用電子技術測量電量或非電量的測量儀器稱為電子測量儀器。1.3電子測量儀器概述601.3.1電子測量儀器的分類通用儀器的靈活性好，應用面廣，按功能主要可以分為以下幾類：(1)信號發生器信號發生器用于提供測量所需的各種信號。1.3.1電子