电子测量复习提纲

《电子测量技术》复习提纲
试卷类型：一、填空题：30%；二、单项选择题：10%；三、判断题：10%；四、问答题：25%；五、计算题：25%。

复习要求：
第一章：
1、掌握电子测量的特点和一般方法（偏差、零位、微差）。

特点：（1）测量频率范围宽
（2）测量量程宽
（3）测量准确度高低相差悬殊
（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
（7）影响因素众多，误差处理复杂
一般方法：直接、间接、组合。

时域、频域、数据域、随机。

2、掌握测量仪表的主要性能指标和计量的基本概念。

性能指标：（1）精度：精密度、正确度、准确度
（2）稳定性：稳定度、影响量
（3）输入阻抗
（4）灵敏度
（5）线性度
（6）动态特性
计量的基本概念：计量是利用技术和法制手段实现单位统一和量值准确可靠的测量。

单位制：任何测量都要有一个统一的体现计量单位的量作为标准，这样的量称为计量标准。

计量基准：1、主基准2、副基准3、工作基准
例题：1.7 设某待测量的真值为土10．00，用不同的方法和仪器得到下列三组测量数据。

试用精密度、正确度和准确度说明三组测量结果的特点：①10.10，l0.07，10.l2，l0.06，l0.07，l0.12，10.11，10.08，l0.09，10.11；②9.59，9.7l，1 0.68，l0.42，10.33，9.60，9.80，l0.21，9.98，l0.38；③10.05，l0.04，9.98，9.99，l0.00，10.02，10.0l，999，9.97，9.99。

答：①精密欠正确；②准确度低；③准确度高。

1.15 解释名词：①计量基准；②主基准；③副基准；④工作基准。

答：
①用当代最先进的科学技术和工艺水平，以最高的准确度和稳定性建立起来的专门用以规定、保持和复现物理量计量单位的特殊量具或仪器装置等。

②主基准也称作原始基准，是用来复现和保存计量单位，具有现代科学技术所能达到的最高准确度的计量器具，经国家鉴定批准，作为统一全国计量单位量值的最高依据。

因此，主基准也叫国家基准。

③副基准：通过直接或间接与国家基准比对，确定其量值并经国家鉴定批准的计量器具。

其地位仅次于国家基准，平时用来代替国家基准使用或验证国家基准的变化。

④工作基准：经与主基准或副基准校准或比对，并经国家鉴定批准，实际用以检定下属计量标准的计量器具。

1.16 说明检定、比对、校准的含义。

各类测量仪器为什么要定期进行检定和比
对。

答：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。

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之间的量值进行比较，其目的是考核量值的一致性。

校准：校准是指被校的计量器具与高一等级的计量标准相比较，以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。

通过对各级基准、标准及计量器检定、比对和校准以保证日常工作中所使用的测量仪器、量具的量值统一。

第二章：
1、掌握误差的类型和来源。

类型：满刻度误差、系统误差、随机误差、粗大误差。

来源：仪器误差、使用误差、人身误差、影响误差、方法误差。

2、掌握系统误差产生的原因、系统误差的判断及消除系统误差的测量方法。

原因：（1）测量仪器设计原理及制作上的缺陷。

例如刻度偏差，刻度盘或指针安装偏心，使用过程中零点漂移，安放位置不当。

（2）测量时的环境条件（如湿度、温度及电源电压等）与仪器使用的要求不一致等。

（3）采用近似的测量方法或近似的测量公式等。

（4）测量人员估读数时习惯于偏向某一方向等原因所引起的误差。

3、掌握随机误差的特点及随机误差的处理方法。

随机误差的特点：有界性、对称性、抵偿性。

处理方法：P31
4、掌握测量数据的处理方法（有效、结果），会写测量报告。

P51
2.10 现校准一个量程为100 mV ，表盘为100等分刻度的毫伏表，测得数据如下：
仪表刻度值(mV) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 标准仪表示值(mV) 0.0 9.9 20.2 30.4 39.8 50.2 60.4 70.3 80.0 89.7 100.0 绝对误差 (mV) 0.0 0.1 -0.2 -0.4 0.2 -0.2 -0.4 -0.3 0.0 0.3 0.0 修正值c (mV)
0.0
-0.1
0.2
0.4
-0.2
0.2
0.4
0.3
0.0
-0.3
0.0
求：① 10 mV 刻度点上的示值相对误差rx 和实际相对误差rA ； ③ 确定仪表的准确度等级； ④ 确定仪表的灵敏度。

解：② rx ＝0.1/10×100%＝1% rA ＝0.1/9.9×100%＝1.01% ③ 因为：Δxm ＝－0.4 mV rm ＝－0.4/100＝－0.4% 所以：s ＝0.5 ④ 100/100＝1 mV ；
2.12 如题2.12图所示，用内阻为R v 的电压表测量A 、B 两点间电压，忽略电源E 、电阻R 1、 R 2的误差，求：
① 不接电压表时，A 、B 间实际电压U A ；
② 若R v ＝20KΩ，由它引入的示值相对误差和实际相对误差各为多少？ ③ 若R v ＝1MΩ，由它引入的示值相对误差和实际相对误差又各为多少？
解：① 20
129.6520A U V ⨯＝
＝＋ ② 210
1250
x U V ⨯＝
＝8＋1
289.6
100%%8x r ⨯－＝
＝－20 289.6
100%%9.6
A r ⨯－＝＝－16.7
③ R 外＝20//1000＝19.6KΩ 题2..12图 319.3
125x U ⨯＝
＝9.561V ＋19.3
39.6100%%9.56x r ⨯9.56－＝＝－0.418 39.6100%%9.6
A r ⨯9.56－＝＝－0.417
2.27 用数字电压表测得一组电压值如下表：
判断有无坏值，写出测量报告值。

解：（1）用公式∑=n
i
i x n x 1求算术平均值。

15
1
1(20.42)15i =∑x ＝＋20.43＋……＋20.40＝20.404
（2）列出v i 和v i 2如表2.27－1
（3）0.0327σ
3σ＝0.098
从表2.27中可以看出，剩余残差最大的第8个测量数据，其值为：
80.100.10v σ＝－＝＞3，n 8为坏值应剔除。

（4）剔除n 8后的算术平均值
x ＇＝20.414
（5）重新列出v i 和v i 2如表2.27－2
表2.27－2
n
v i
v i 2 n
v i
v i 2 n v i v i 2 1 2 3 4 5 0.006 0.016 -0.014 0.016 0.006
0.000036 0.000256 0.000196 0.000256 0.000036
6 7 8 9 0.016 -0.024 -0.014 0.016
0.000256 0.000576
0.000196 0.000256
10 11 12 13 14
0.006 -0.004 -0.024 -0.024 -0.014
0.000036 0.000016 0.000576 0.000576 0.000196
（6）剔除n 8后的标准差的估计值
σ＇≈0.0163 3σ＇≈0.0489
（7）剔除n 8后无坏值
//14x n σσ-＝ ＝0.0163 ＝0.00436 0.01308x σ-3＝
因此用数字电压表测得结果为：20.414±0.013
2.29 按照有效数字的运算法则，计算下列各结果： ① 1.0713×
3.2＝3.42 ② 1.0713×3.20＝3.43 ⑧ 40.313×
4.52＝182.2 ④ 51. 4×3.7＝190 ⑤ 56.09＋4.6532＝60.74 ⑥ 70.4－0.453＝70.0
例1 将下列数字保留到小数点后一位：12.34,12.36,12.35,12.45。

解：12.34→12.3 12.36→12.4 12.35→12.4 12.45→12.4
小于5舍，大于5入，等于5时采取偶数法则。

第三章：
1、掌握正弦信号发生器的主要性能指标。

指标：（1）频率特性 （2）输出特性 （3）调制特性
2、掌握低频信号RC 、积分电路构成的低频信号发生器的工作原理。

P68、P72
3、掌握射频信号（锁相、合成）发生器的工作原理。

P82、P84
3.11 题3.11图是简化了的频率合成器框图，f 1为基准频率， f 2为输出频率，试确定两者之间的关系。

若f 1 ＝1MHz ，分频器÷n 和÷m 中n 、m 可以从1变到10，步长为1，试确定f 2的频率范围。

题3.11图
解：相位锁定时：f1/n＝f2/m ∴f2＝f1·m/n
当m＝1 n＝10时f2min＝f1/10＝0.1MHz
当m＝10 n＝1时f2max＝10f1＝10MHz
3.18 用题3．18图(a所示方案观测网络瞬态响应，如果输入波形是矩形脉冲(b)，被观测网络分别为（c)、(d)，则示波器上显示的输出波形各为什么？
题3.18图
解：对网络(C)：∵τ＝RC 5RC＜T/2 即：τ＜T/10 则图(C)为微分电路，所以，输入方波脉冲时，输出为正负尖峰脉冲。

对网络(d)：∵τ＝RC 5RC＜T/2 即：τ＜T/10 则图(d)为耦合电路，所以，输入方波脉冲时，输出为近似的方波脉冲。

第四章：
1、掌握示波器的主要技术指标及基本组成和工作原理。

技术指标：
（1）频率响应
频率响应f h也叫带宽。

指垂直偏转通道(Y方向放大器)对正弦波的幅频响应下降到中心频率的0.707(-3dB)的频率范围。

（2）偏转灵敏度(S)
单位输入信号电压u y引起光点在荧光屏上偏转的距离H称为偏转灵敏度S：
S＝H / u y
（3）扫描频率
扫描频率表示水平扫描的锯齿波的频率。

一般示波器X方向扫描频率可由t/cm或t/div分档开关进行调节，此开关标注的是时基因数。

（4）输入阻抗
输入阻抗是指示波器输入端对地的电阻R i和分布电容C i的并联阻抗。

（5）示波器的瞬态响应
示波器的瞬态响应就是示波器的垂直系统电路在方波脉冲输入信号作用下的过渡特性。

上升时间t r越小越好。

（6）扫描方式
线性时基扫描可分成连续扫描和触发扫描两种方式。

基本组成：Y通道、X通道、Z通道、示波管、幅度校正器、扫描时间校正器、
电源几部分组成。

工作原理：P108
2、掌握示波器的使用及校正方法。

P119
4.6 电子示波器由哪几个部分组成？各部分的作用是什么？
答：电子示波器由Y通道、X通道、Z通道、示波管、幅度校正器、扫描时间校正器、电源几部分组成。

Y通道的作用是：检测被观察的信号，并将它无失真或失真很小地传输到示波管的垂直偏转极板上。

X通道的作用是：产生一个与时间呈线性关系的电压，并加到示波管的x偏转板上去，使电子射线沿水平方向线性地偏移，形成时间基线。

Z通道的作用是：在时基发生器输出的正程时间内产生加亮信号加到示波管控制栅极上，使得示波管在扫描正程加亮光迹，在扫描回程使光迹消隐。

示波管的作用是：将电信号转换成光信号，显示被测信号的波形。

幅度校正器的作用是：用于校正Y通道灵敏度。

扫描时间校正器的作用是：用于校正x轴时间标度，或用来检验扫描因数是否正确。

电源的作用是：为示波器的各单元电路提供合适的工作电压和电流。

4.8 现有下列三种示波器，测量上升时间‘，，为80ns的脉冲波形，选用哪一种好？为什么？
（1）SBT5同步示波器f h=10MHz，t r≤40ns。

（2）SBMl0通用示波器f h＝30MHz，t r ≤12ns。

（3）SR—8双踪示波器f h =15MHz，t r ≤2,1ns。

解：（1）t r1＝350/ f h＝350 /10＝35 ns （2）t r2＝350/ f h＝350 /30＝12 ns （3）t r3＝350/ f h＝350 /15＝23 ns t r2最小，选用SBMl0通用示波器好。

4.14 时基发生器由几部分组成？各部分电路起什么作用？为什么线性时基信号能展开波形？
答：时基发生器由闸门电路、扫描发生器和释抑电路组成。

时基闸门电路的作用是控制扫描电压发生器的工作，它是一个双稳态触发电路，当触发脉冲到来时，电路翻转，输出高电平，使扫描电压发生器开始工作。

扫描发生器扫的作用是产生高线性度的锯齿波电压。

释抑电路的作用是用来保证每次扫描都开始在同样的起始电平上。

在水平偏转板上加一线性锯齿波扫描电压u x，该扫描电压将Y方向所加信号电压u y作用的电子束在屏幕上按时间沿水平方向展开。

4.17 计算下列波形的幅度和频率(经探头接入)：
（1）V／div位于0.2档，t／div位于2μs档。

①H＝2div，D＝3div
②H＝5div，D＝2div ．
③H＝3div，D＝5div
解：①U＝2 div×0.2V／div×10＝4V T＝3 div×2μs／div＝6μs
f＝1/T＝167KHz
②U＝5 div×0.2V／div×10＝10V T＝2 div×2μs／div＝4μs
f＝1/T＝250KHz
③U＝3 div×0.2V／div×10＝6V T＝5 div×2μs／div＝10μs
f ＝1/T ＝100KHz
（2）V ／div 位于0.05档，t ／div 位于50μs 档。

① H ＝5div ， D ＝6div ② H ＝4div ， D ＝4div ③ H ＝2div ， D ＝5div
解：① U ＝5 div ×0.05V ／div ×10＝2.5V T ＝6 div ×50μs ／div ＝300μs
f ＝1/T ＝3.3KHz
② U ＝4 div ×0.05V ／div ×10＝2V T ＝4 div ×50μs ／div ＝200μs
f ＝1/T ＝5KHz
③ U ＝2 div ×0.05V ／div ×10＝1V T ＝5 div ×50μs ／div ＝250μs
f ＝1/T ＝4KHz
（3）V ／div 位于20档，t ／div 位于0.5s 档。

① H ＝2div ， D ＝0.5div ② H =1div ， D ＝1div ③ H =0.5div ， D ＝2div
解：① U ＝2 div ×20V ／div ×10＝400V T ＝0.5 div ×0.5s ／div ＝0.25s
f ＝1/T ＝4Hz
② U ＝1 div ×20V ／div ×10＝200V T ＝1div ×0.5s ／div ＝0.5s
f ＝1/T ＝2Hz
③ U ＝0.5div ×20V ／div ×10＝100V T ＝2 div ×0.5s ／div ＝1s
f ＝1/T ＝1Hz 4.18 有两个周期相同的正弦波，在屏幕上显示一个周期为6个div ，两波形间相位间隔为如下值时，求两波形间的相位差。

（1）0.5 div （2）2 div （3）1 div （4）1.5 div （5）1.2 div （6）1.8 div 解：（1）φ＝0.5×360°/6＝30° （2）φ＝2×360°/6＝120° （3）φ＝1×360°/6＝60° （4）φ＝1.5×360°/6＝90° （5）φ＝1.2×360°/6＝72° （6）φ＝1.8×360°/6＝108°
第五章：
1、了解频率测量的方法，掌握电子计数法测量频率、周期的工作原理及误差分析和减小测量误差的措施。

P142~P153 减小误差：（1）频率： ①提高晶振频率的准确度和稳定度以减小闸门时间误差
②扩大闸门时间T 或倍频信号频率fx 以减小±1误差以
减小闸门时间误差。

③被测信号频率较低时，采用侧周期的方法测量。

（2）周期：周期倍乘
2、掌握谐振法测频，频率电压转换法测频的工作原理。

P162~164
5.5 用一台七位计数式频率计测量f x ＝5MHz 的信号频率，试分别计算当闸门时间为1s 、0.1s 和10ms 时，由于“±1”误差引起的相对误差。

解：闸门时间为1s 时：
6110.2105101
x N N f T -∆±±±⨯⨯⨯－6＝＝＝
闸门时间为0.1s 时：
6110.2105100.1
x N N f T -∆±±±⨯⨯⨯－5＝＝＝ 闸门时间为10ms 时：
63110.2105101010
x N N f T -∆±±±⨯⨯⨯⨯－4－＝＝＝ 5.7 用某计数式频率计测频率，已知晶振频率的相对误差为Δf c / f c ＝±5×10－
8，门控时间
T ＝1s ，求：
（1）测量f x ＝10MHz 时的相对误差；
（2）测量f x ＝10kHz 时的相对误差；并提出减小测量误差的方法。

解：（1）
87611
()(510) 1.51010101x c x c x f f f f f T ∆∆±±±⨯±⨯⨯⨯－＝＋＝＋＝ （2）
8311()(510)1010101
x c x c x f f f f f T ∆∆±±±⨯±⨯⨯－4
＝＋＝＋＝ 从Δf x / f x 的表达式中可知，① 提高晶振频率的准确度可减少Δf c / f c 的闸门时间误
差，② 扩大闸门时间T 或倍频被测信号可减少±1误差。

5.8 用计数式频率计测信号的周期，晶振频率为10MHz ，其相对误差Δf c / f c ＝±5×10－
8，周期倍乘开关置×100，求测量被测信号周期T x ＝10μs 时的测量误差.。

解：
84
661151010010101010
x c x c x c T f T f mf T --∆∆±±±⨯±⨯⨯⨯⨯＝(＋)＝（＋）＝10 5.13 简述电桥法、谐振法、f -V 转换法测频的原理，它们各适用于什么频率范围？这三种测频方法的测频误差分别决定于什么？
答：电桥法测频的原理是利用电桥的平衡条件和被测信号频率有关这一特性来测频。

交流电桥能够达到平衡时有：
x f 电桥法测频适用于10kHz 以下的音频范围。

在高频时，由于寄生参数影响严重，会使测量精确度大大下降。

电桥测频的精确度约为±(0.5～1)％。

电桥法测频的精确度取决于电桥中各元件的精确度、判断电桥平衡的准确度(检流计的灵敏度及人眼观察误差)和被测信号的频谱纯度。

能达到的测频精确度大约为±(0.5～1)％。

谐振法测频的原理是利用电感、电容、电阻串联、并联谐振回路的谐振特性来实现测频。

电路谐振时有：
0x f f ＝
谐振法测频适用于高频信号的频率，频率较低时谐振回路电感的分布电容引起的测量误差较大，测量的准确度较低。

频范围为0.5~1500 MHz 。

谐振法测频的误差来源为：① 谐振频率计算公式是近似计算公式；② 回路Q 值不太高时，不容易准确找到真正的谐振点；③ 环境温度、湿度以及可调元件磨损等因数，使电
感、电容的实际的元件值发生变化；④ 读数误差。

f -V 转换法测频的原理是先把频率转换为电压或电流，然后用表盘刻度有频率的电压表或电流表指示来测频率。

以测量正弦波频率f x 为例，首先把正弦信号转换为频率与之相等的尖脉冲u A ，然后加于单稳多谐振荡器，产生频率为f x 、宽度为τ、幅度为U m 的矩形脉冲列u (t)，这一电压的平均值等于：
()00
1x
T m B m x x
x
U U u t dt U f T T τ
τ⎰
＝
＝
＝ 所以： f x ＝U 0/U m ·τ
f -V 转换法测频最高测量频率可达几兆赫。

f -V 转换法测频的误差主要决定与U m 、τ的稳定度以及电压表的误差，一般为百分之几。

第六章：
1、掌握用示波器、电子相位差计测量相位差的方法及消除系差的方法。

2、掌握把相位差转换为时间间隔、电压进行测量的工作原理和零示法测量相位差的工作原理。

P 187：6.3；6.5。

第七章：
1、掌握动圈式、电子式电压表的构成及特点。

2、掌握交流电压的测量方法及主要优缺点。

3、掌握低频（平均值、有效值检波）、高频（峰值检波）交流电压的测量技术和波形换算。

P 231：7.5；7.9；7.10；7.11；7.12； 第八章：
了解电阻器、电感器、电容器的电路模型，掌握电桥法、谐振法和变换法测量阻抗的方法。

P 261：8.1；8.4。