电子测量技术基础培训.ppt
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1、电子测量技术基础培训,一、电子测量概述二、计量的基本概念三、测量误差的概念与表示方法四、电子测量仪器概述五、电子测量仪器的正确使用,一、电子测量概述,1.1 电子测量的意义1.2 电子测量的内容1.3 电子测量的特点1.4 电子测量的分类,1.1 电子测量的意义,测量是通过实验方法对客观事物取得定量数据的过程。在这个过程中,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。测量结果的量值由两部分组成:测量数值(大小及符号)和相应的单位名称,即 测量结果X测量数值测量单位(1-1)没有单位的量值是没有意义的,如将交流电的电压表示为220,没有加
2、单位“伏(V)”,就毫无意义。电子测量是泛指一切以电子技术为基本手段的一种测量。具体来说,是以电子技术理论为依据、电子测量仪器和设备为手段,对各种电量、非电量、电信号以及电子元器件的特性和参数进行的测量。,1.2 电子测量的内容,从广义上说,凡是利用电子技术进行的测量皆为电子测量。从狭义上讲,电子测量是指在电子学中测量有关电参量的值。它所涉及的内容通常包括以下几方面:(1)电能量的测量。(2)电路元器件参数的测量。(3)电信号特性的测量。(4)电子设备性能的测量。(5)特性曲线的显示。除了对电参量的测量外,在科学研究和生产实践中,常常需要对许多非电量进行测量。对非电量的测量通常是利用传感元件将
3、被测物理量转换成与之相关的电压、电流等,而后再通过对电压、电流的测量,得到被测物理量的大小。,1.3 电子测量的特点,具有以下几个显著的特点:(1)测量频率范围宽。被测信号的频率范围除测量直流外,测量交流信号的频率范围可低至10-6Hz,高至1012Hz左右。(2)测量量程宽。量程是仪器所能测量各种参数的范围,通常指测量范围的上下限之差或上下限之比。(3)测量准确度高。电子测量的准确度可以达到相当高的水平,特别是对频率和时间的测量,可以达到10-1310-14量级,是目前在测量准确度方面所能达到的最高指标。(4)测量速度快。(5)易于实现遥测。(6)易于实现测量自动化和测量智能化。,1.4 电
4、子测量的分类,1按测量手段分类(1)直接测量 指用已标定的仪器对某一待测未知量直接进行测量,或者是将未知量与其同类的标准量在仪器中进行比较,从而直接获得未知量的数值的方法。(2)间接测量 对与未知待测量有确切函数关系的其他变量进行直接测量,然后再通过该函数关系(可以是公式、曲线或表格等)计算出待测量的方法,称为间接测量。(3)组合测量 是一种兼用直接测量与间接测量的方法。,2按被测信号的性质分类(1)时域测量 时域测量是测量被测对象随时间变化的规律。(2)频域测量 频域测量是测量被测对象与频率之间的关系。(3)数据域测量 数据域测量也称逻辑量测量,是指对数字系统逻辑状态进行的测量。(4)随机测
5、量 随机测量是指对各类噪声信号进行动态测量和统计分析。,3按对测量精度的要求不同分类(1)精密测量 精密测量是指基础性、探索性、先行性的测量科学研究,通常用最新的科技成果来精确地实施测量,并为最新的科技发展提供可靠的测量基础。精密测量多在计量室或实验室中进行,对测量准确度要求很高。(2)工程测量 工程测量是指各种工程、工业、企业中的实用测量,例如有关能源或材料的消耗、工艺流程的监控以及产品质量与性能的测试等。工程测量涉及面甚广,已成为生产过程控制不可缺少的环节。工程测量对测量准确度要求不很严格,但所选用的仪器的准确度等级必须满足实际使用的需要。,二、计量的基本概念,2.1 计量2.2 单位制2
6、.3 基准和标准2.4 量值的传递与跟踪,2.1 计量,一个被测量是否可以测量,须满足两个基本前提条件:被测量必须有明确的定义;测量标准必须建立,并被大家公认。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施的一种特殊形式的测量,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,以确定合格与否,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:(1)科学计量。科学计量是指基础性、探索性及先
7、进性的计量科学研究。科学计量通常是计量科学研究单位,特别是国家计量科学研究单位的主要任务。(2)工程计量。在国内外的计量文献中,通常将工程计量称为工业计量,是指各种工程、工业企业中的应用计量。(3)法制计量。法制计量是为了保证公众安全,国民经济以及社会发展,根据法制、技术和行政管理的需要,由政府或官方授权进行的、强制性管理的计量。主要包括对计量器具(特别是计量基准、标准)、计量方法和计量精确度、计量人员的专业技能等的明确规定和具体要求。,2.2 单位制,单位是有明确定义和名称并令其数值为1的固定量。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。我国法定计量单位以国际单位制(S
8、I)为基础,并包括10个我国选定的非国际单位制单位,如时间(分、时、天),长度(海里),质量(吨)和体积(升)等。在国际单位制中,单位制分为基本单位、导出单位和辅助单位。基本单位是指彼此无关、分别加以确定的物理量单位,共7个,如表1-1所示。,导出单位是指由基本单位通过定义、定律或其他函数关系推导、派生出来的各种导出量值。国际上把既可作为基本单位又可作为导出单位的单位,单独列为一类,并称为辅助单位,分别是平面角的单位弧度(rad)和立体角的单位球面角(sr)。由基本单位、导出单位和辅助单位构成的完整体系称为单位制。,2.3 基准和标准,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
9、,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。(1)国家计量基准(主基准)。国家计量基准是用来复现和保存的计量单位,具有现代科学技术所能够达到的最高精确度的计量器具,经国家鉴定并批准,作为统一全国计量单位量值的最高依据。国家计量基准只用于对副基准、工作基准的定度或校准,不直接参与日常计量。(2)国家副计量基准(副基准)。国家副计量基准是通过直接或间接与国家计量基准比对来确定其量值,并经国家鉴定批准的计量器具。副基准主要是为了维护主基准而设的,一般也不用于日常计量。,(3)工作计量基准(工作基准)。工作计量基准是经与主基准或副基准校准或比对,并经国家鉴定
10、,实际用于检定计量标准的计量器具。设立工作基准的目的是不使国家基准由于频繁使用而丧失其应有的精确度或遭到破坏。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,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,简称量具。,2.4 量值的传递与跟踪,几个相关术语:(1)比对。在规定条件下,对相同准确度等级的同类基准、标准或工作计量器具之间的量值进行比较,其目的是考核量值
11、的一致性。(2)检定。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1/31/10。(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。一般而言,检定要比校准包括更广泛的内容。,(4)量值的传递与跟踪。量值的传递与跟踪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
12、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,同级计量器具的精确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。,三、测量误差的概念与表示方法,3.1 测量误差及其产生的原因3.2 测量误差的分类3.3 测量结果的评定3.4 测量误差的表示方法3.5 测量结果的数据处理,3.1 测量误差及其产生的原因,1测量误差,一个量在被观测时,
13、该量本身所具有的真实大小称为真值(通常用A0来表示)。但是在测量中,人们通过实验的方法来求被测量的真值时,由于对客观规律认识的局限性,测量器具不准确,测量手段不完善,测量条件发生变化及测量工作中的疏忽或错误等原因,都会使测量结果与真值不同,这个差别就是测量误差。误差就是测量值与真值之差,可用下式表示 误差测量值真值(1-2)例如,在对某电压的测量中,真实电压为5V,测得的电压值为4.9V,则误差4.950.1(V),2产生测量误差的原因,(1)仪器误差。由于测量仪器及其附件的设计、制造、检定等不完善,以及仪器在使用过程中老化、磨损、疲劳等因素而使仪器带有的误差称为仪器误差,它是测量误差的主要来
14、源之一。(2)方法误差。由于测量方法不合理造成的误差称为方法误差。例如,用普通指针式万用表测量高内阻回路的电压。(3)理论误差。测量方法建立在近似公式或不完整的理论基础上,以及用近似值计算测量结果时所引起的误差称为理论误差。,(4)影响误差。由于各种环境因素(温度、湿度、气压、声音、光照、机械振动、电磁场、放射性、电源电压等)与测量所要求的条件不一致而引起的误差,称为影响误差。通常电子测量仪器必须在额定使用环境下工作,才能保证各项技术指标的准确度。(5)人身误差。由于测量人员感官的分辨能力、反应速度、视觉疲劳、固有习惯、缺乏责任心、经验等原因,而在测量中仪器操作不当、现象判断出错或数据读取疏失
15、等而引起的误差称为人身误差。如指针式万用表测量电阻前未校零引起的误差,谐振法测量L、C、Q时谐振点判断不准造成的误差等。(6)测量对象变化误差。主要是在测量过程中,由于测量对象变化而使得测量值不准确所造成的误差。如由于振荡器的振荡频率不稳定,则测量其频率必然要引起误差。,3.2 测量误差的分类,按照误差的性质和特点,可将测量误差分为随机误差、系统误差和粗大误差三大类。1随机误差 随机误差又称偶然误差,是指在相同条件下,多次测量同一量值时,误差的绝对值和符号均以不可预定的方式变化的误差。就一次测量而言,随机误差没有规律,是不可预知的。但是,当测量次数足够多时,其总体服从统计规律,多数情况下接近于
16、正态分布。,这一类误差的特点是,在多次测量中误差绝对值的波动有一定的界限,即具有有界性;正负误差出现的机会相同,即具有对称性,如图1-1所示。图中,A0是假设没有任何误差情况下的真值,小黑点是各次测量的测量值。当测量次数n足够多时,随机误差的算术平均值趋于零,即具有抵偿性。,图1-1 随机误差的有界性和对称性,根据上述特点,可以通过对被测对象进行多次测量取平均值的方法来削弱随机误差对测量结果的影响。亦因如此,对于随机误差可以用数理统计的方法来处理。,2系统误差 在相同条件下,多次测量同一量值时,误差的绝对值和符号保持不变,或在条件改变时,按一定规律变化的误差称为系统误差。有时,被测量所处的环境
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