電子測量技術陳勐勐上課教材：

電子工業出版社，陳尚松等，《電子測量與儀器》

第三版

具體課時安排：30學時理論+12學時實驗考核辦法:平時實驗20%、作業與出勤等20%、理論考試60%理論考試內容：作業60%、課堂重點強調的內容20%、課堂未強調內容10%、實驗知識10%注：以上內容稍加改動即為試題考試形式：閉卷本課程的任務掌握通用電子測量技術的基本測量原理和測量方法具備一定的誤差理論知識和數據處理能力了解通用電子測量儀器的技術性能理解基本電信號參數、電路元器件參數的概念和基本測量方法熟悉現代電子測量技術中的智能儀器、虛擬儀器、合成儀器第1章緒論

1.1測量概述1.2電子測量儀器概述

1.3計量的基本概念1.4電子測量儀器的發展概況

1.5本課程任務

測量是人類認識和改造世界的一種重要手段。對客觀事物的認識過程中，需要進行定性分析定量研究，定量就需要進行測量。1.1測量概述－測量測量的定義

測量是為了確定被測對象的量值而進行的實驗過程。測量技術——獲取信息通信技術——傳遞信息計算機技術——處理信息被稱為信息社會三大支柱測量是信息的源頭技術

（測控技術，先要測，才能控）測量水平的高低可以反映出一個國家科學技術發展的狀況。提高測量水平，實現測量手段的現代化，是實現科學技術和生產現代化的重要條件和明顯標志。1.1測量概述－測量的意義測量的意義日常生活中處處離不開測量科學的進步和發展離不開測量，離開測量就不會有真正的科學。沒有望遠鏡就沒有天文學，沒有顯微鏡就沒有細胞學，沒有指南針就沒有航海事業測量的意義1.1測量概述－測量的意義著名科學家錢學森院士明確指出：信息技術包括測量技術、計算機技術和通信技術。測量技術對信息進行采集和處理，是信息技術的源頭，是關鍵中的關鍵。”

王大珩院士說：“

計量測試和儀器儀表技術就是信息技術的組成部分，而且是不可或缺的重要組成部分”。作為對信息進行采集、測量、處理和控制的重要基礎手段和設備，廣泛應用于國民經濟各行各業。”兩彈一星元勛王大珩中國科學院院士，中國工程院院士。我國現代光學技術及光學工程的開拓者和奠基人之一。

1999年榮獲“兩彈一星功勛獎章”。根據測量結果的方法分類1）．直接測量在儀器上直接獲得測量結果并進行讀數，稱為直接測量。如用頻率計測量頻率。2）．間接測量在這種測量中，是測量一個與被測量有著某種函數關系的量，再利用函數關系計算出被測量。如測量放大電路的集電極電流，我們可以測量發射極上電阻的電壓，再通過部分電路的歐姆定律計算出集電極電流。1.1測量概述－測量方法3）.組合測量法在測量中被測量值不能一次得出結果，需要通過測量幾個未知量，然后通過被測量與這幾個未知量之間的方程組求解，得到被測量的結果。例如，在電阻與溫度的關系式：Rt=R20[1+α（t-20）+β(t-20)2]中的α和β測定。可以方程求解Rt1=R20[1+α（t1-20）+β(t1-20)2]Rt2=R20[1+α（t2-20）+β(t2-20)2]

解出α和β的這些測量結果。1.1測量概述－測量方法按獲得讀數的方法分類1）.直讀法用能夠直接指示或顯示被測參數的電子儀器進行測量稱為直讀法。例如，用電壓表測量電壓，指針的偏轉位置反映了被測電壓的大小，我們可以直讀電壓值。1.1測量概述－測量方法

2）.比較法用被測量和已知量進行比較而得到測量參數的方法。它有下面幾種：替代法在儀器上用已知量的標準元件代替未知的被測元件，如果兩次測量儀器的讀數相同，則未知量等于已知量。如利用Q表測量電感量。差值法儀器測量的讀數是未知量和標準已知量的差值。1.1測量概述－測量方法電子測量是泛指以電子技術為基本手段的一種測量技術。電子測量是測量領域的主要組成部分。(二次表)

電子測量儀器傳感器電量非電量(一次表)1.2電子測量概述電子測量的內容廣義講：凡是利用了電子技術進行的測量電子測量的基礎：頻率、時間、電壓、相位、阻抗狹義講：在電子學中有關電量的量值

1.2電子測量概述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）特性曲線的測量

特性曲線的測量指的是對幅頻特性、相頻特性、器件特性等特性曲線的測量。

1.2電子測量概述上述各種參量中頻率、時間、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、最重要的測量內容1.2電子測量概述電子測量的特點（1）測量頻率范圍寬。被測信號的頻率范圍除測量直流外，測量交流信號的頻率范圍低至10-6Hz以下，高至THz（1THz=1012Hz）（2）量程范圍寬。如數字萬用表對電壓測量由納伏（nV）級至千伏（kV）級電壓，量程達12個數量級（3）測量準確度高。例如，用電子測量方法對頻率和時間進行測量時，由于采用原子頻標和原子秒作為基準，可以使測量準確度達到10-13～10-14的數量級。（4）測量速度快。因為電子測量是通過電子運動和電磁波傳播進行工作（5）易于實現遙測：遙測，遙控（6）易于實現測量過程的自動化和測量儀器智能化1.2電子測量概述利用電子技術實現測量的儀表設備，統稱為電子測量儀器。

電子測量儀器的功能：2.信號處理與傳輸功能：信號調理、模/數、抗干擾、壓縮、有線或無線傳輸3.顯示功能：指針在儀表度盤；數碼管、液晶或陰極射線管顯示測量結果。1.轉換功能：電量(功率、電流、電阻)→電壓；非電量→電量（電壓）此外，一些先進的儀器，如智能儀器等，還具有數據記錄、處理及自檢、自校、報警提示等功能。1.2電子測量儀器概述電子測量儀器的分類

按照被測量的特性，電子測量儀器可分為以下幾類：1.時域測量也叫瞬態測量，主要測量被測量的對象隨時間變化的規律。例如：電壓、電流等電參量的瞬時值tu時域（示波器）1.2電子測量儀器概述2、頻域測量又稱穩態測量，主要測量測量對象與頻率之間的關系。（頻譜、功率譜、相位噪聲等）例如：放大器的增益、相移等

f頻域（頻譜儀）f0u1.2電子測量儀器概述3數據域----二進制數據流邏輯分析儀邏輯定時分析儀邏輯狀態分析儀

10110010

4隨機域-----噪聲、干擾5元器件、網絡元件（無源）---R、L、C、Y、Q器件（有源）---半導體器件網絡（有/無源）---傳輸特性、頻率特性等1.2電子測量儀器概述電子測量儀器的主要性能指標1.精度

測量準確度又稱測量精度，它是指測量儀器的讀數或測量結果與被測量真值相一致的程度。對精度目前還沒有一個公認的、定量的數學表達式，因此常作為一個籠統的概念來使用。包括三個方面：不精密、不正確正確欠精密精密不正確精密正確1.2電子測量儀器概述2.穩定性：穩定性是指在規定的時間區間，其他外界條件恒定不變的情況下，保證儀器示值不變的能力。例，某數字電壓表的穩定度為:

（0.008%Um+0.003%Ux)/8h其含義為：

外界條件不變情況下，在8小時內，測量同一電壓，電壓表示值在（0.008%Um+0.003%Ux)范圍波動。其中：Um為電壓表相應量程的滿度值，Ux為示值

1.2電子測量儀器概述3，輸入阻抗：測量儀表的輸入阻抗對測量結果會產生一定的影響。例，某示波器輸入阻抗Ri=10M,Ci<35pf

1.2電子測量儀器概述4，靈敏度:

靈敏度表示測量儀表對被測量變化的敏感程度，一般定義為測量儀表指示值(指針的偏轉角度、數碼的變化、位移的大小等)增量Δy與被測量增量Δx之比。

靈敏度的另一種表述方式叫作分辨力或分辨率，是指測量儀表所能區分的被測量變化的最小值，在數字式儀表中經常使用，同一儀器不同量程的分辨率不同。

①靈敏度=指示量增值/被測量增值②偏轉因數（示波器）=偏轉靈敏度的倒數，單位：mv/div。請思考3mv/div的含義。③分辨率：測量儀表所能區分的被測量的最小變化量。請思考數字電壓表分辨率為1μV的含義。

1.2電子測量儀器概述5，線性度:

線性度是測量儀表輸入/輸出特性之一，表示儀表的輸出量(示值)隨輸入量(被測量)變化的規律。1.2電子測量儀器概述6，頻率范圍:

頻率范圍是指保證測量儀器其他指標正常工作的有效頻率范圍1.2電子測量儀器概述1.3計量的基本概念術語：測量（Measurement）---確定量值（數據/單位）的實驗過程測試（Test）—“測評”性測量,界定較模糊。定性—體能、智商定量—0/1、≥A含計量---權威性的基準測量統一性---單位，方法準確性---建立基準、比對法制性---政府、計量局檢測---監控性的測量（只要不超出允許的誤差范圍則認為合格）

沒有測量，就談不上計量；沒有計量，測量則失去價值。單位和單位制根據定義而令系數為1的量稱為單位。單位是表征測量結果的重要組成部分，又是對兩個同類量值進行比較的基礎。1960年第十一屆國際計量大會上正式通過國際單位制SI。1984年2月國務院頒布了《中華人民共和國法定計量單位》，決定我國法定計量單位以國際單位制為基礎。SI有7個基本單位1.3計量的基本概念基準與傳遞一級：主基準（國家級：中國計量研究院）二級：副基準（省、市級計量局）三級：