电子测量与仪器

计量工作是国民经济中一项极为重要的技术基础工作， 它在工农业生产、科学技术、国防建设以及人民生活等 各个方面起着技术保证和技术监督的作用。
单位和单位制
根据定义而令系数为1的量称为单位。 单位是表征测量结果的重要组成部分， 又是对两个同类量值进行比较的基础。 英呎——feet
• 1960年第十一届国际计量大会上正式通 过国际单位制SI。 • 1984年2月国务院颁布了《中华人民共和 国法定计量单位》，决定我国法定计量 单位以国际单位制为基础。

应采取适当的控制措施，尽量减少由 于环境影响而产生的误差。
恒温、恒湿、稳压和防震。 抗干扰、防噪声的措施，如接地、屏 蔽、隔离、滤波等。 仪器应能尽量适应恶劣环境和大范围 变化环境。


• 仪器以工作环境条件的不同要求分为三组：
– I组：良好的环境条件，温度+10～+35oC，相 对湿度80%（在35oC上），只允许有轻微的振 动。 – II组：一般的环境条件，温度－10～+40oC， 相对湿度80%（在40oC上），允许一般的振动 和冲击。 – III组：恶劣的环境条件，温度－40～+55oC， 相对湿度90%（在35oC上），允许频繁的搬动 和运输中受到较大的冲击和振动。
被测 对象
测量的基本要素
• 2.测量过程——基本要素之间的互动关系
• 论证阶段: 测量的主体（测量人员）根据测试任务的要求、 被测对象的特点、属性，及现有仪器设备状况， 拟定合理的测试方案。 设计阶段 * 选择测试仪器，组建测试系统。 * 制定出测试策略（测量算法）和操作步骤（测 试程序） • 实施阶段 * 对仪器和系统实施测试操作（发控制命令）， 按照逻辑和时序完成测量过程，取得测量数据; * 分析测量误差并显示测量出结果。
• 7.测量环境
• 测量环境是指测量过程中人员、对象和仪器系统 所处空间的一切物理和化学条件的总和。 测量环境包括温度、湿度、力场、电磁场、辐射、 化学气雾和粉尘，霉菌以及有关电磁量（工作电 压、源阻抗、负载阻抗、地磁场、雷电等）的数 值、范围及其变化。
•
• • • •
环境对测量的影响 A. 环境对被测对象的影响 B. 环境对仪器系统的影响 C. 环境对测量人员的影响
国际单位制的组成 国际单位制是由国际单位制单位、国际单 位制词头和国际单位制的十进制数单位三 部分组成。 单位包括：基本单位（7个）、导出单位和 辅助单位（2个：平面角的单位弧度（rad) 和立体角的单位球面度（sr））三类。
测量的基本要素

1.测量的基本要素
信 息 测试仪器系统 感知和识别 显 示 测量人员
被测对象
被测对象、测量仪器、测量技术、测量人 员和测量环境
测量的基本要素（续）
原理 方法 对象 属性 选择 仪器 被测信息 激励信号 影 响 影响 测量 环境 影响 仪器 系统 决定 方法 参数命令 数据状态 测量 人员 测量策 略、算法
(a) 天平直接比较 测量的比较原理
（b）弹簧称间接比较
被测物体的重量等于标 准砝码的重量
测量的定义
• 2.广义测量的定义
– 广义地讲，测量不仅对被测的物理量进行定量的测 量，而且还包括对更广泛的被测对象进行定性、定 位的测量。 – 例如故障诊断、无损探伤、遥感遥测、矿藏勘探、 地震源测定、卫星定位等。 – 而测量结果也不仅仅是由量值和单位来表征的一维 信息，还可以用二维或多维的图形、图像来显示被 测对象的属性特征、空间分布、拓朴结构等。 – 广义测量原理可以从信息获取过程来说明，包括信 息的感知和信息识别两个环节。
1.3
计量的基本概念
1 术语： 测量（Measurement）---确定量值（数据/单位）的实验过程 测试（Test）—“测评”性测量,界定较模糊。 定性—体能、智商 含 定量—0/1、≥A 统一性---单位，方法 计量---权威性的基准测量 准确性---建立基准、比对 法制性---政府、计量局 检测---监控性的测量（只要不超出允许的误差范围则认为合格）
在当今信息时代
测量技术——获取信息 通信技术——传递信息 计算机技术——处理信息 测量是信息的源头技术 （测控技术，先要测，才能控）
测量水平的高低可以反映出一个国家科学技术发展的状况。 提高测量水平，实现测量手段的现代化，是实现科学技术和生产 现代化的重要条件和明显标志。
被称为信息社会三大支柱
第1章 绪论
•
3.被测对象——信息 – 广义的测量是信息的获取，信息反映了事物的运 动的状态及其变化方式。信息又可分为自然信息 和社会信息两大类。 • 4.测量仪器系统——量具和仪器 – 测量仪器系统包括量具、测试仪器、测试系统及 附件等 • 5.测量的主体——测量人员 – 手动：由测量主体（测量人员）直接参与完成 – 自动：测量主体交给智能设备（计算机等）完成， 但测量策略、软件算法、程序编写需由测量人员 事先设计好。 • 6.测试技术 – 测量中所采用的原理、方法和技术措施，总称为 测试技术。

测量目的：从被测对象取得一个定量的认识；

②测量过程: 通过实验去认识对象的过程 ③测量方法：比较；

A.直接比较 B.间接比较；C.需要测量仪器；

④测量标准：同类已知单位。 ⑤测量结果：最终能表示给测量主体（人）
测量的定义 被测物体的重量从度盘上读数，因为，弹簧秤度盘
上的刻度是事先与标准量进行比较的结果。
– 在高新技术和国防现代化建设中则更是离不 开测量
例如，每种新设计的飞机，需要测试飞机高速飞行 中受气流冲击作用下的性能，通过风洞试验测 定机身、机翼的受力和振动分布情况，以验证 和改进设计。
没有测量就没有科学——门捷列夫
诺贝尔物理奖，化学奖中1/4属于测试方法和测试仪器 的创新。 “两弹一星”的成功，没有测试仪器是不可能的。

1.狭义测量的定义 测量是为了确定被测对象的量值而进行的实验过 程。 在测量过程中，人们借助专门的设备，把被测对 象直接或间接地与同类已知单位进行比较，取得 用数值和单位共同表示的测量结果。
测量结果＝测量数值.测量单位，即： x { x} x0
测量的基本概念

测量的内涵

①测量对象：被测客体中的相应的量值信 息；
第一章 绪 论
1.1 电子测量概述 测量 是人类认识和改造世界的一种重要手段。
对客观事物的认识过程中，需要进行 定性分析 定量研究，定量就需要进行测量。
测量 是通过实验方法对客观事物取得定量数据
的过程。
生活中的例子
重量，长度，温度，湿度，三表（电，水，气）…… 汽车监测点：50——100 飞机监测点：3000
测量的基本要素（续）
开 始 测量任务要求 被测对象 论 证 阶 段 现有仪器设备
需 求 分 析
拟定测量方案 实 施 阶 段
设置仪器工作参 数 执行测量操 作 测试数据处 理 测量结果显 示 结 束
选用测量仪器 （测试硬件平台） 设 计 阶 段
决定测量技术 （测试软件平台）
完成仪器互连
拟定测量步骤
组建测量系统




本章阐述了测量学科的丰富内涵。 介绍测量、计量的基本概念，即它们的意义、 内容、特点及应用。 讨论测量原理、测量方法和测量系统中的共 性问题。 分别从信息获取的广义概念和量值比较的狭 义概念上，阐述测量的基本原理； 从实现测量原理的变换、比较、处理和显示 等环节中，阐述电子测量的基本技术。
1. 电子测量方法的分类 按测量方法分类：直接测量、间接测量、
组合测量

直读测量法与比较测量法 按测量性质分类：时域测量、频域测量、
数据域测量、随机量测量
电子测量方法分类
直接测量
间接测量 测 量 方 法 如电压测量
如电阻测量
组合测量
如放大倍数测量
如温度计测温
直读测量
比较测量
如电桥测电阻
电子测量发展
生产中“没有测试，就没有新产品”。
大规模集成电路的生产成本中，测量成本已超过50%
电 子 测 量
电子测量是泛指以电子技术为基本手段的一种测量技术。 电子测量是测量领域的主要组成部分。包括在宽广
频率范围内对所有电量、磁量及其它非电量的测量。
电 量 非电量 传感器
(一次表)
电子测量仪器
(二次表)
测量的定义
电子测量与仪器
主讲：章洁
课程简介




1、绪论：电子测量的意义，内容，特点和方法。 2、误差与不确定度：误差的概念，合成和分配，测量 不确定度的概念和评定方法，数据处理的方法。 3、信号发生器：重点介绍信号源的功能。 4、时频测量：重点介绍计数器。 5、电压测量：数字电压表 6、时域测量：以示波器为背景介绍时域信号波形的采 集、显示及应用技术。 7、频域测量：重点讨论频域中的信号频谱和网络性能. 8、数据域测量：介绍数字系统的基本测量原理和方法， 包括数字信号的产生、逻辑分析、可测性设计及数字 系统测试的典型实例。 9、现代电子测量技术
电子测量仪器的发展
模拟仪器
数字仪器
智能仪器
虚拟仪器
选择测量方法的原则
恒流式差动放大电路
1.2
电子测量仪器
1.转换功能：电量(功率、电流、电阻)→电压；非电量→电量 （电压） 2.信号处理与传输功能：信号调理、模/数、抗干扰、压缩、有 线或无线传输 3.显示功能：指针在仪表度盘；数码管、液晶或阴极射线管显示 测量结果。 此外，一些先进的仪器，如智能仪器等，还具有数据记录、 处理 及自检、自校、报警提示等功能。
利用电子技术实现测量的仪表设备，统称为电子测量 仪器。 电子测量仪器的功能：
1.2.2
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”：
u u f f0 t f0 频域（频谱仪）
f
时域（示波器）
频率 频域 调制域
t 调制域（调制域分析仪） 频率
频域 电压 时间 时域
调制域
电压
时域
时间
1.2.2
电子测量仪器的分类
2 数据域----二进制数据流 逻辑定时分析仪 逻辑分析仪 逻辑状态分析仪 3 随机域-----噪声、干扰
1 0 11 00 1 0
4 元器件、网络
元件（无源）---R、L、C、Y、Q 器件（有源）---半导体器件 网络（有/无源）---传输特性、频率特性等
电子测量的特点


频率范围宽 量程范围广 测量准确度高 测量速度快 易于实现遥测和测量过 程的自动化 易于实现仪器小型化
电子测量仪器的分类



信号发生器 信号分析仪 频率、时间及相位测量仪器 网络特性测量仪 电子元器件测试仪 电波特性测试仪 辅助仪器
Hale Waihona Puke Baidu
电子测量方法
• SI （ International System of Units ) 有7个基本单位
• 1.国际单位制（SI）的组成
国际单位制基本单位

•
•
国际单位制是由国际单位制单位、国际单位制词 头和国际单位制的十进倍数单位三部分组成。 国际单位制词头表示使单位增大或缩小的十进倍 数。
例：5.4X10-9s=5.4ns
航天飞行器监测点：5000
• 1.1.1 测量的重要意义
– 日常生活中处处离不开 测量 – 科学的进步和发展离不开测量， 离开测量就不会有真正的科学。
•
没有望远镜就没有 天文学，没有显微 镜就没有细胞学， 没有指南针就没有 航海事业
– 生产发展离不开测量
农业社会中，需要丈量土地、衡量谷物，就产生了 长度、面积、容积和重量的测量；掌握季节和 节候，出现了原始的时间测量器具，并有了天 文测量。 现代化的工业生产中，处处离不开测量 例如，一个大型钢铁厂需要约2万个测量点
• I组——高精度计量用仪器 • II组——通用仪器 • III组——野外、机载等仪器
电子测量的内容
· 电能量的测量（各种频率和波形的电压、电流、电功率等）； · 电信号特性的测量（信号波形、频率、相位、噪声及逻辑状态等）； · 电路参数的测量（阻抗、品质因数、电子器件的参数等）； · 导出量的测量（增益、失真度、调幅度等）； · 特性曲线的显示（幅频特性、相频特性及器件特性等）。
• 计量与测量的关系
测量发展的客观需要才出现 了计量。 计量的任务是确定测量结果的 可靠性。 计量是测量的基础和依据。 没有计量，也谈不上测量。 计量和测量相互配合，才能在 国民经济各个领域发挥重要作用。 测量是计量应用的重要途径。 没有测量，计量将失去价值 为了保证测量结果的准确性， 必须定期对仪器进行检定和 校准，这个过程就是计量。