1、电子测量,河北石油职业技术学院,第一章 绪论,教学目标及要求 了解： （1）测量的概念、计量与测量的关系； （2）基准与标准的概念、量值传递与跟踪； （3）电子测量的特点、意义和发展趋势。 掌握： （1）测量的分类； （2）电子测量的内容。,1.1 测量与计量的基本概念,1.1.1 测量的定义概念：测量是为确定被测对象的量值而进行的实验过程。在这个过程中，人们借助专门的设备（如电子电压表、信号发生器、电子示波器等），把被测量与标准的同类单位量进行比较，从而确定被测量与单位量之间的数值关系，最后用数值和单位共同表示测量结果。测量的实质就是将被测量与标准量在测量设备上进行比较，得出被测量量值的过程
2、。,1按测量性质分类 根据被测量的性质将它们大致分为时域测量、频域测量、数据域测量和随机测量四大类。（1）时域测量：测量与时间有函数关系的量（如正弦信号、脉冲信号）。这些量的稳态值、有效值等参数可用电压表等仪器测量；这些量的瞬态值可用示波器等仪器直接观测并测量。 （2）频域测量：测量与频率有函数关系的量（如电路增益、相移等）。可通过频谱分析仪等仪器分析电路的幅频、相频或频谱特性。,1.1.2 测量的分类,（3）数据域测量：对数字逻辑量进行测量。例如，用具有多个输入通道的逻辑分析仪，可以同时观测并行数据的时序波形，也可用“1”、“0”显示其逻辑状态。 （4）随机测量：主要是指对各类随机的噪声信号
3、、干扰信号大小或特征的测量。,电子测量仪器的分类,按照被测量的特性，电子测量仪器可分为以下几类：,1.电信号的“三域”：,常用的有直接测量、间接测量和组合测量三种。 （1）直接测量：指可以直接得到被测量的量值的测量。例如用均值电压表测量电压，可直接读出被测电压的平均值。 （2）间接测量：指必须采用其他直接测量的量的结果，然后按一定的函数关系进行计算，最后才求得被测量的量值的测量。 （3）组合测量：在某些测量中，被测量与多个未知量有关，测量一次无法得出确切的结果，需改变测量条件进行多次测量，然后根据被测量与未知量的函数关系列方程组求解才能得出被测量的测量方法。,2按测量手段分类,如图1.1所示为
4、测量有源二端网络的内阻R0的电路图，其中UAB为网络端口电压，E为等效电动势，式中R0和E均为未知量，采用直接或间接测量都不能直接得出结果，可采用组合测量法。,图1.1 用组合测量法测量有源二端网络的内阻,改变二端网络的负载RL，得到不同的电压表读数UAB1、 UAB2和不同的电流表读数I1、 I2 ，代入回路电压定律E=I R0+ UAB得E= I1R0+ UAB1 E= I2R0+ UAB2两式联立求解得R0 = （UAB2 -UAB1）/（ I1 - I2 ）,1.1.3 测量与计量计量就是具有法制效力的基准量的测量。计量是为了保证量值的统一和准确一致的一种测量，它是利用技术手段实现的一
5、种特殊形式的测量，即把被测量与国家计量部门作为基准或标准的同类单位量进行比较，以合格与否，并给出具有法律效力的检定证书。,计量有三个主要特征：统一性、准确性和法制性。它包含了为达到统一和准确一致所进行的全部活动，如单位的统一、基准和标准的建立、进行量值传递、计量监督管理、测量方法及其手段的研究等。 计量按具体内容可分为科学计量、法制计量、工程计量三个部分。,计量与测量的区别与联系,计量与测量两者之间既有联系，又有区别。测量是用被测未知量和同类已知的标准单位量比较，这时认为被测量的真实数值是存在的，测量误差是由测量仪器和测量方法等引起的。计量是用法定标准的已知量与同类的未知量（如受检仪器）比较，
6、这时标准量是准确的、法定的，而认为测量误差是由受检仪器引起的。 由于测量发展的客观需要才出现了计量，测量数据的准确可靠，需要计量予以保证，计量是测量的基础和依据，没有计量，也谈不上测量。测量又是计量联系实际应用的重要途径，可以说没有测量，计量也将失去价值。计量和测量相互配合，才能在国民经济中发挥重要作用。,计量基准,计量基准器具简称计量基准，是指用以复现和保存计量单位的量值，只用于鉴定各种量具的精度，不直接参加测量。计量基准器具的地位，国家以法律形式予以确定。通常计量基准分为国家计量基准（主基准）、国家副计量基准（副基准）和工作计量基准（工作基准）三类，也分别称作一级、二级、三级基准。主基准是
7、具有最高水平的基准，是一个国家内量值溯源的终点，也是量值传递的起点。副基准的量值精度由主基准确定，用以代替主基准日常使用和验证主基准的变化。工作基准主要是用以代替副基准日常使用，以避免由于主基准、副基准频繁使用而丧失其原有的准确度。 根据工作基准复现出不同等级的便于经常使用的计量标准量具或仪器。称为计量标准器具，简称标准。计量标准的准确度等级在工作基准之下，工作计量器具之上。按精度高低又分为一级标准、二级标准和三级标准。通过这些标准经常性地对日常工作仪器进行检定，确定其量值的精确度大小。 在工作岗位上使用，不用于量值传递而是直接用来测量被测对象量值的计量器具，称为工作计量器具。,计量有关术语,
8、比对：在规定条件下，对相同准确度等级的同类基准、标准或工作计量器具的量值进行比较，其目的是考核量值的一致性。 校准：是指被校的计量器具与高一等级的计量标准相比较，已确定被校计量器具的示值误差的全部工作。一般而言，检定要比校准包括更广泛的内容。 检定：是用高一等级准确度的计量器具对低一等级的计量器具进行比较，以达到全面评定被检计量器具的计量性能是否合格的目的。一般要求计量标准的准确度为被检者的三分之一到十分之一。（一般是法定计量部门评定）,量值的传递与跟踪,量值的传递是指一个物理量单位通过各级基准、标准及相应的辅助手段准确地传递到日常工作中所使用的测量仪器、量具，以保证量值统一的全过程。 量值的
9、传递是按照主基准、副基准、工作基准、各级标准逐级向下传递，一直传递到不同精度的量具和仪器。检定就是量值的传递的具体形式，量值的传递的准则是：高一级计量器具检定低一级计量器具的精确度，同级计量器具的精度只能通过比对来鉴别。如此一级一级地对计量器具进行检定，就能保证全国范围内计量器具都统一在国家基准的监理之下。 量值的传递是根据法定的传递和检定规程进行，国家设有计量部门专门从事基准和标准的研究、建立、保存和传递工作，所以计量具有法制的性质。,基准与传递,比对-同级仪表比较一致性。,校准-高级仪表校准低级仪表。,检定-法定计量部门评定低一等级仪表是否合格。,1.2 电子测量技术的特点和意义,1.2.
10、1 电子测量的定义 从广义上说，凡是利用电子技术进行的测量都可以说是电子测量；从狭义上说，电子测量是指在电子学中对有关电的量值的测量。1.2.2 电子测量技术的特点 1测量速度快 2测量频率范围宽和测试动态范围广 3测量准确度高 4易于实现遥控 5易于实现测量过程自动化和测量仪器的智能化,1.3 电子测量的内容 （1）电能量的测量。 （2）元件和电路参数的测量。 （3）电信号特性的测量。 （4）电子电路性能的测量。 （5）特性曲线的显示与测量。,表1.1 常用电子测量仪器与应用,1.4 电子测量技术发展概述,模拟式 仪表,数字式 仪表,智能化 仪表,虚拟 仪器,图1 测量仪器的发展进程示意图,
11、电子测量仪器的发展,1 传统仪器,模拟仪器,数字化仪器,指针式三用表,示波器,数码显示仪表,现代仪器,智能仪器 (计算机嵌入仪器),通常人们把内含微处理器和GPIB接口的仪器称为智能仪器,测试模块或信号源,智能仪器,自动测试系统,虚拟仪器（仪器融入计算机）,VI，Virtual Instruments是检测技术与计算机技术和通信技术有机结合的产物。它是 美国国家仪器（NI，National Instruments）公司于1981 年提出的个人仪器（Personal Computer Instrument）的 基础上发展起来的。虚拟仪器 是指在通用计算机上添加一层 软件和一些硬件模块，使用户 操
12、作这台通用计算机就像操作 一台真实的仪器一样。虚拟仪 器技术强调软件的作用，提出 了“软件就是仪器”的概念。,D/A-由软件产生测试信号,A/D-采集测量数据,1 数字电压表峰值-搜索正负最大值均值有效值-2 存储示波器 3 频谱仪,虚拟仪器 举例,虚拟仪器的构成方式,未来自动测试系统结构,图10.22 LXI与现有仪器组成混合系统,本章小结,测量是为确定被测对象的量值而进行的实验过程，测量标准必须定时计量，以确保测量结果的准确性和一致性，同时确保量值的顺利传递。电子测量技术，由于其测量速度快、测量频率范围宽、测试动态范围广、测量准确度高及易于实现测试自动化等优点而广泛运用于自然科学的一切领域。电子测量技术的速度发展，促使电子测量仪器从模拟仪器、数字仪器、智能仪器到虚拟仪器的变化。可以预见，随着科学技术的发展，现代化的电子测量技术一定会发挥越来越重要的作用。,
