1.电子测量仪器的基础知识

任务13：电子测量的特点
与其他测量相比，电子测量具有以下特点。
• 1．测量频率范围宽 电子测量的频率范围极宽，低至10-4Hz以下 直到直流，高至1012Hz以上。 在不同的频率范围内，电子测量所依据的原 理、使用的测量仪器、采用的测量方法也各 不相同。
任务13：电子测量的特点
• 2．测量量值范围广 • 电子测量的另一个特点是被测对象的量值大
英呎——feet
任务10：计量单位
• 计量单位必须以严格的科学理论为依据进行 定义。
• 我国和世界上很多国家都使用1960年第11 届国际计量大会通过的国际单位制(SI)。
• SI基本单位有七个：长度单位m、质量单位 Kg、时间单位s、电流单位A、热力学温度 单位K、发光强度单位cd、物质的量单位 mol。
任务13：电子测量的特点
• 4.测量速度快
• 由于电子测量是基于电子运动和电磁波传播 的原理进行的，因此，它具有与其他测量不 能比拟的高速度，这也是它在现代科学技术 中得到广泛应用的另一个原因。
• 例如，原子核的裂变过程、航空器和航天器 的运行参数等的测量，都需要高速度的电子 测量。
任务13：电子测量的特点
• （2）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1/3到1/10。
任务11：计量的几个术语
• (3）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（有时也包括确定被校 器具的其他计量性能）的全部工作。
任务7：计量的四个特点
• ④可溯源性： 所有被计量的对象都应该由相同的基准传 递而来。 即任何一个计量结果，都能通过连续的比 较链与最原始的标准器具联系起来。 就国家而言，所有量值溯源国家标准； 就国际而言，所有量值溯源国际标准。
任务7：计量的四个特点
• 所以可以这样来定义计量： 出现了大家所公认的统一单位，体现这些单 位的基准、标准和用这些基准和标准来校准 的计量器具，并用法律的形式将上述内容固 定下来，这就是所谓的计量。
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）
任务1：测量及其重要意义
• 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。
任务2：什么是电子测量
• 电子测量是泛指以电子技术为基本手段的 一种测量。
• 5．易于实现遥测 • 通过各种类型的传感器，采用有线或无线的
方式，可以实现对人体不便于接触或无法达 到的领域（如深海、地下、卫星、高温炉、 核反应堆内等）进行远距离测量，即遥测。
任务13：电子测量的特点
6．易于实现测量的自动化 由于电子测量的被测量和它所需要的控
制信号都是电信号，非常有利于直接或通过 模数变换与计算机相连接，实现自动记录、 数据运算和分析处理，组成各种自动测试系 统。
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。
③工作用计量器具的量值由计量标准来传递， 用于日常工作和生活。 需要进行定期检定以保证其计量性能。
任务9：计量器具
任务10：计量单位
• 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。
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。
任务1：测量及其重要意义
• 关于测量 测量是以确定被测对象量值为目的的全部操 作。 测量的基本方法是比较。 从本质上来讲，测量就是将未知量与一个假 定已知量比较的过程。后者称为“标准”。
• （4）量值的传递： 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。
任务11：计量的几个术语
自上而下逐级传递
国家
中国计 中国测
国家标
授权基准
标准
量院
试院
物中心
实验室
Ⅰ 级
Ⅱ 级
Ⅲ 级
工作 标准
大区国家计量中心 省级计量所
任务10：计量单位
• SI还有导出单位，它们是根据定义、定律 和函数关系派生出来的其他单位，如频率Hz， Hz=1/s。
• SI还有两个辅助单位：平面角单位rad(弧度) 和立体角单位sr(球面度)。
任务11：计量的几个术语
• （1）比对： 在规定条件下，对相同准确
度等级的同类基准、标准或工作计量器之间 的量值进行比较，其目的是考核量值的一致 性。
• 电子测量的水平，是衡量 一个国家科学技术水平 的重要标志之一。
任务6：计量的概念
为使在不同的地方，用不同的手段测量同一 量时，所得的结果一致，就要求统一的单位、 基准、标准和测量器具。
– 计量是一种特殊形式的测量，它把被测量 与国家计量部门作为基准或标准的同类单 位量进行比较，以确定合格与否，并给出 具有法律效力的《检定证书》。
市（地）计量所 县（区）计量所
国行国 家业防 专计计 业量量 计中中 量心心 站
分 站
工矿企业、商店、研究院 所、医院、学校等
任务12：电子测量的内容
通常所说的电子测量是指对电子学领域内电 参量的测量，其基本内容如下：
• （1）电能量的测量：包括电流、电压、功率、 电场强度等的测量。
• （2）电路元器件参数的测量：包括电阻、电 容、电感、阻抗、品质因数、电子器件参数 等的测量。
(a) 天平直接比较
（b）弹簧称间接比较
被测物体的重量等于标 图1－1 测量的比较原理 准砝码的重量
任务1：测量及其重要意义
• 测量五要素：被测量、测量仪器、测量原 理(方法)、测量人员、测量环境。
被测对象
信息 测试仪器系统
显示
测量人员
感知和识别
任务1：测量及其重要意义
被测 对象
对象 属性
被测信息
激励信号
影响
原理 方法
选择 仪器
决定 方法
仪器 系统
测量策 略、算法
参数命令 数据状态
测量 人员
影 响
测量 环境
影响
图1-3 测量的基本要素
任务1：测量及其重要意义
• 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。
– 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。
任务7：计量的四个特点
• 计量具有准确性、统一性、法制性和可溯源性 • ①准确性：
是计量的基本特性，表征计量结果与被计量的 真值的接近程度； • ②统一性： 计量单位的统一，是量值统一的重要前提；
任务7：计量的四个特点
• ③法制性： 量值的准确统一要靠国家颁布强制法律、 行政管理，即有法律保障。 我国于1986年7月1日实行《中华人民共和 国计量法》。
要作用。
准，这个过程就是计量。
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。
任务9：计量器具
• 计量器具按其准确度和用途分为计量基准、 计量标准和工作用计量器具。其中，
• ①计量基准又分为主基准(国家基准)、副基 准和工作基准。 (1)一级基准：又称主基准和国家基准 – 具有最高水平的基准。 – 一个国家只有一个。
任务4：什么是电子测量仪器
测量仪器是将被测量转换成可以直接观测 的指示值的器具。
采用电子技术测量电量或非电量的测量仪 表、仪器、设备，统称为电子测量仪器。
任务5：电子测量的意义
• 电子测量涉及从直流到极宽频率范围内所有 电量、磁量以及各种非电量的测量。
• 如今，电子测量已成为一门发展迅速、应用 广泛、精确度越来越高、对现代科学技术的 发展起着巨大推动作用的独立学科。
任务14：电子测量的主要分类方法
• 在不便使用直接测量、缺乏直接测量的仪器 或间接测量的结果更准确的情况下，常采用 间接测量。
• 例如，要测量电路中已知电阻Ｒ上的消耗的 功率Ｐ，先测量加在Ｒ两端的电压降Ｕ，再 根据公式Ｐ＝U2/ R求出Ｐ。
任务9：计量器具
• (2)二级基准，又称副基准
– 副基准的量值精度由主基准确定，用以 代替主基准向下传递或代替主基准参加 国际比对
• (3)三级基准，又称工作基准
– 工作基准用来直接向下属标准量具进行 量值传递，用以检定下属计量标准量具 的精确度。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 任务9：计量器具
②计量标准是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，简称 标准。
第一章 电子测量与仪器 的基础知识
目的与要求：电子测量是信息产业的 基础技术，应用广泛。 本章要求掌握电子测量和电子测量仪 器的基本概念，为后续章节的学习打 下基础。
任务1：测量及其重要意义
– 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
测量结果＝测量数值.测量单位，即： x {x} x0
任务1：测量及其重要意义
• 在测量过程中，人们借助于专门的设备， 依据一定的理论，通过实验的方法来确定 被测量的量值。图示了我们熟悉的两个测 量仪器的例子:天平和安培表。
任务1：测量及其重要意义
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。
航海事业
任务1：测量及其重要意义
– 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
– 在高新技术和国防现代化建设中则更是离不开 测量
小相差悬殊。
• 例如，从宇宙飞船上发射到地球的信号功率 通常低于10-13W，而远程雷达发射的脉冲功 率可高达108W以上，两者之比为1:1021。
任务13：电子测量的特点
3．测量准确度高
电子测量的准确度比其他测量方法高得 多。
例如，长度测量的准确度最高为10-8量级。 而电子测量中对频率和时间的测量，由于采 用原子频标作基准，可使测量准确度优于10-13 量级，这是目前人类在测量准确度方面达到 的最高指标。
• （1）直接测量 不必测量与被测量有函数关系的其他量，而 能直接得到被测量值的测量方法称为直接测 量。它是直接从测量仪器上得到的被测量值， 因此，直接测量简单、方便。
任务14：电子测量的主要分类方法
• 例如，用电压表测量电压，用电子计数器测量 频率等。 （2）间接测量
• 通过测量与被测量有函数关系的其他量，才能 得到被测量值的测量方法称为间接测量。
任务12：电子测量的内容
• （3）电信号特性的测量：包括波形、频率、 周期、时间、相位、失真度、调制度、逻辑 状态等的测量。
• （4）电路性能的测量：包括增益、衰减、 灵敏度、通频带、噪声系数等的测量。
任务12：电子测量的内容
• （5）特性曲线的显示测量：包括幅频特性曲 线、器件特性曲线等的显示测量等。 另外，通过传感器，可将温度、压力、 流量、位移等非电量转换成电信号后进行测 量。
任务8：计量与测量的关系
• 计量的任务是确定测量结果 • 测量发展的客观需要才出现了
的可靠性。
计量。
• 计量是测量的基础和依据。 • 测量是计量应用的重要途径。
• 没有计量，也谈不上测量。 • 没有测量，计量将失去价值
• 计量和测量相互配合，才能 • 为了保证测量结果的准确性，
在国民经济各个领域发挥重 必须定期对仪器进行检定和校
• 在电子测量过程中，是以电子技术理论为 依据，以电子测量仪器和设备为手段，对 各种电量、电信号及电路元器件的特性和 参数进行测量；
• 通过各种传感器对非电量进行测量。
任务3：什么是电子测量技术
• 电子测量技术是指电子测量的一般原理和 方法，它需要解决两个方面的问题：
• ①测量所采用的方案； • ②对测量结果的分析。
任务14：电子测量的主要分类方法
• 为了实现测量目的，正确选择测量方法是极 其重要的，它直接关系到测量工作能否正确 进行和测量结果的有效性。
• 由于电子测量对象的广泛性，测量原理和测 量方法的多样性，一个测量方案可以纳入不 同的分类方法，因而可以赋予不同的名称。
任务14：电子测量的主要分类方法
• 两类主要的测量分类方法和测量方法的选择 原则。