第1章电子测量基础.ppt

第1章 电子测量基础,1.1 电子测量概述,一、测量 测量是通过实验方法对客观事物取得定量信息即数量概念的过程。人们通过对客观事物大量的观察和测量，形成定性和定量的认识，归纳、建立起各种定理和定律，而后又要通过测量来验证这些认识、定理和定律是否符合实际情况，经过如此反复实践，逐步认识 事物的客观规律，并用以解释和改造世界。,因此可以说，测量是人类认识和改造世界的一种不可缺少和替代的手段。俄国科学家门捷列夫 在论述测量的意义时曾说过： “没有测量，就没有科学”， “测量是认识自然界的主要工具”。·英国科学家库克 (AHcook)也认为：“测量是技术生命的神经系统”o这些话都极为精辟地阐明了测量的重 要意义。,历史事实也已证明：科学的进步，生产的发展，与测量理论、技术、手段的发展和进步是相互依赖、相互促进的。测量技术水平是一个历史时期、一个国家的科学技术水平的一面“镜子”o正如特尔曼(F，ETelmen)教授所说：“科学和技术的发展是与测量技艺并行进步相互匹配的。事实上，可以说，评价一个国家的科技状态，最快捷的办法就是去审视那里所进行的测量以及由测量所累积的数据是如何被利用的.”,二、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。它是测量学和电子学相互结合的产物。电子测量除具体运用电子科学的原理、方法和设备对各种电量、电信号及电路元器件的特性和参数进行测量外，还可通过各种敏感器件和传感装置对非电量进行测量，而且往往更加方便、快捷、准确，有时是用其他测量方法所不能替代的。因此，电子测量不 仅用于电学各专业，也广泛用于物理学、化学、光学、机械学、材料学、生物学、医学等科学领域及生产、国防交通、通讯、商业贸易、生态环境保护乃至日常生活的各个方面。,1.2 测量误差,一、误差 1真值A0 一个物理量在一定条件下所呈现的客观大小或真实数值称作它的真值。要想得到真值，必须利用理想的量具或测量仪器进行无误差的测量。由此可推断，物理量的真值实际上是无法测得的。这首先因为，“理想”量具或测量仪器即测量过程的参考比较标准(或叫计量标准)只是一个纯理论值，,例如电流的计量标准安培，按国际计量委员会和第九届国际计量大会的决议，定义为“安培是一恒定电流，若保持在处于真空中相距l米的两根无限长而圆截面可忽略的平行直导线内，则此两导线之间产生的力为每米长度上等于2×l0-7牛顿”，显然这样的电流计量标准是一个理想的而实际上无法实现的理论值，因而，某电流的真值我们无法实际测得，因为没有符合定义的可供实际使用的测量参考标准，尽管随着科技水平的提高，可供实际使用的测量参考标准可以愈来愈逼近理想的理论定义值。其次，在测量过程中由于各种土观、客观因素的影响，做到无误差的测量也是不可能的。,1.指定值As 由于绝对真值是不可知的，所以一般由国家设立各种尽可能维持不变的实物标准(或基准)，以法令的形式指定其所体现的量值作为计量单位的指定值，这在第一章中已有叙述。例如指定国家计量局保存的铂铱合金圆柱体质量原器的质量为1kg，指定国家天文台保存的铯钟组所产生的特定条件下铯l33原子基态的两个超精细能级之间跃迁所对应的辐射的9192 63l 770个周期的持续时间为1s(秒)等。国际间通过互相比对保持一定程度的一致。指定值也叫约定真值，一般就用来代替真值。,3实际值A 实际测量中，不可能都直接与国家基准相比对，所以国家通过一系列的各级实物计量 标准构成量值传递网，把国家基准所体现的计量单位逐级比较传递到日常工作仪器或量具 上去。在每一级的比较中，都以上一级标准所体现的值当作准确无误的值，通常称为实际 值，也叫作相对真值，比如如果更高一级测量器具的误差为本级测量器具误差的13到 ll0，就可以认为更高一级测量器具的测得值(示值)为真值。在本书后面的叙述中，不再 对实际值和真值加以区别。,4.标称值 测量器具上标定的数值称为标称值。如标准砝码上标出的l k8，标准电阻上标出的 1 ，标准电池上标出来的电动势1 .018 6V，标准信号发生器度盘上标出的输出正弦波的 频率土00kHz等。由于制造和测量精度不够以及环境等因素的影响，标称值并不一定等于 它的真值或实际值。为此，在标出测量器具的标称值时，通常还要标出它的误差范围或准确度等级.,5示值 由测量器具指示的被测量量值称为测量器具的示值，也称测量器具的测得值或测量值，它包括数值和单位。一般地说，示值与测量仪表的读数有区别，读数是仪器刻度盘上直接读到的数字。例如以l00分度表示50mA的电流表，当指针指在刻度盘上的50处时，读数是50，而值是25mA.为便于核查测量结果，在记录测量数据时，一般应记录仪表量程、读数和示值(当然还要记载测量方法，连接图，测量环境，测量用仪器及编号及测量者姓名、测量日期等)，对于数字显示仪表，通常示值和读数是统一的。,6测量误差 在实际测量中，由于测量器具不准确，测量手段不完善，环境影响，测量操作刁二熟练及工作疏忽等因素，都会导致测量结果与破测量真值不同。测量仪器仪表的测下导值与破测量真值之间的差异，称为测量误差。测量误差的存在具有必然性和普遍性，人们只能根据需要和可能，将其限制在一定范围内而不可能完全加以消除。人们进行测量的目的，通常是为了获得尽可能接近真值的测量结果，如果测量误差超出一定限度，测量工作及由测量结果所得出的结论就失去了意义。在科学研究及现代生产中，,错误的测量结果有时还会使研究工作误入歧途甚至带来灾难性后果。因此，人们不得不认真对待测量误差，研究误差产生的原因，误差的性质，减小误差的方法以及对测量结果的处理等.,7单次测量和多次测量 单次(一次)测量是用测量仪器对待测量进行一次测量的过程。显然，为了得知某一量的大小，必须至少进行一次测量。在测量精度要求不高的场合，可以只进行单次测量。单次测量不能反映测量结果的精密度，一般只能给出一个量的大致概念和规律。 多次测量是用测量仪器对同一被测量进行多次重复测量的过程。依靠多次测量可以观察测量结果一致性的好坏即精密度。通常要求较高的精密测量都须进行多次测量，如仪表的比对校准等。,8等精度测量和非等精度测量 在保持测量条件不变的情况下对同一被测量进行的多次测量过程称作等精度测量。这里所说的测量条件包括所有对测量结果产生影响的客观和主观因素如测量中使用的仪器、方法、测量环境，操作者的操作步骤和细心程度等。等精度测量的测量结果具有同样的可靠性。,如果在同一被测量的多次重复测量中，不是所有测量条件都维持不变(比如，改变了测量方法，或更换了测量仪器，或改变了联接方式，或测量环境发生了变化，或前后不是一个操作者，或同一操作者按不同的过程进行操作，或操作过程中由于疲劳等原因而影响了细心专致程度等)，这样的测量称为非等精度测量或不等精度测量。等精度测量和非等精度测量在测量实践中部存在，相比较而言，等精度测量意义更为普遍，有时为了验证某些结果或结论，研究新的测量方法、检定不同的测量仪器时也要进行非等精度测量。,二、误差的表示方法 1绝对误差 绝对误差定义为,(1.1-1),式中x为绝对误差，x为测得值， A0为被测量真值。前面已提到，真值A0一般无法得到，所以用实际值A代替A0 ，因而绝对误差更有实际意义的定义是,(1.1-2),对于绝对误差，应注意下面几个特点： 绝对误差是有单位的量，其单位与测得值和实际值相同. 绝对误差是有符号的量，其符号表示出测量值与实际值的大小关系，若测得值较实际值大，则绝对误差为正值，反之为负值. 测得值与被测量实际值间的偏离程度和方向通过绝对误差来体现。,对于信号源、稳压电源等供给量仪器，绝对误差定义为,(1.1-3),式中A为实际值，x为供给量的指示值(标称值).如果没有特殊说明，本书涉及的绝对误差，按式(1.12)定义计算。 与绝对误差绝对值相等但符号相反的值称为修正值，一般用符号c表示,(1.1-4),测量仪器的修正值，可通过检定，由上一级标准给出，它可以是表格、曲线或函数表达式等形式。利用修正值和仪器示值，可得到被测量的实际值,(1.1-5),例如由某电流表测得的电流示值为0.83 mA，查该电流表检定证书，得知该乜流表在0.8mA及其附近的修正值部为一0.02mA，那么被测电流的实际值为,智能仪器的优点之一就是可利用内部的微处理器， 存贮和处理修正值，直接给出经过修正的实际值。,1.相对误差 相对误差用来说明测量精度的高低，又可分为： (1)实际相对误差 实际相对误差定义为,(1.1-6),(2)示值相对误差 示值相对误差也叫标称相对误差，定义为,(1.1-7),如果测量误差不大，可用示值相对误差 代替实际误差 ，但若 和 相差较大，两者 应加以区别。 (3)满度相对误差 满度相对误差定义为仪器量程内最大绝对误差 与测量仪器满度值(量程上限值 ) 的百分比值,(1.1-8),满度相对误差也叫作满度误差和引用误差。由式(2，l8)可以看出，通过满度误差实际上给出了仪表各量程内绝对误差的最大值,(1.1-9),例 某电压表s1.5，试算出它在0V100V量程中的最大绝对误差。 解：在0Vl00V量程内上限值xm100V，由式(2，l9)，得到,一般讲，测量仪器在同量程不同示值处的绝对误差实际上未必处处相等，但对使用者来讲，在没有修正值可资利用的情况下，只能按最坏情况处理，即认为仪器在同一量程各处的绝对误差是个常数且等于xm，人们把这种处理叫作误差的整量化。由式(1.l7)和(2，19)可以看出，为了减小测量中的示值误差，在进行量程选择时应尽可能使示值能接近满度值，一般以示值不小于满度值的23为宜。,例2 某10级电流表，满度值xml00uA，求测量值分别为x1100 uA，x280uA， x3 20uA 时的绝对误差和示值相对误差。 解：由式(1.l9)得绝对误差,前已叙述，绝对误差是不随测量值改变的。 而测得值分别为100 A、80 A、20 A时的示值相对误差各不相同，分别为,可见在同一量程内，测得值越小，示值相对误差越大。由此我们应当注意到，测量中所用仪表的准确度并不是测量结果的准确度，只有在示值与满度值相同时，二者才相等(不考虑其他因素造成的误差，仅考虑仪器误差)o.否则测得值的准确度数值：降低于仪表的准确度等级。,例3 要测量100的温度，现有05级、测量范围为0300和l，0级、测量范围为0l00的两种温度计，试分析各自产生的示值误差。 解：对05级温度计，可能产生的最大绝对误差,按照误差整量化原则，认为该量程内绝对误 差 ，因此示值相对误差,同样可算出用l.0级温度计可能产生的绝对误差和示值相对误差,可见用1.0级低量程温度计测量所产生的示值相对误差反而小一些，因此选l.0级温度计较为合适。 在实际测量操作时，一般应先在大量程下，测得被测量的大致数值，而后选择合适的量程再行测量，以尽可能减小相对误差。,(4)分贝误差 在电子测量中还常用到分贝误差。分贝误差是用对数形式表示的一种误差，单位为分贝(dB).分贝误差广泛用于增益(衰减)量的测量中。下面以电压增益测量为例，引出分贝误差的表示形式。 设双口网络(比如放大器，或衰减器)输入、输出电压的测得值分别为Ui和Uo，则电压增益Au，的测得值为,(1.1-10),用对数表示为,(1.1-11),Gx称为增益测得值的分贝值。 设A为电压增益实际值，其分贝值G=20lgA，由式(1.1-2)及(1.1-11)，有,(1.1-12),(1.1-13),由此得到,(1.1-15),(1.1-14),式中 显然与增益的相对误差有关，可看成相对误差的对数表现形式，称之为分贝误差。若 令 ，则式(1.1-15)可写成,(1.1-16),1. 3 电子测量仪器概述,测量仪器是将被测量转换成可供直接观察的指示值或等效信息的器具，包括各类指示仪器、比较仪器、记录仪器、传感器和变送器等。利用电子技术对各种待测量进行测量的设备，统称为电子测量仪器。为了正确地选择测量方法，使用测量仪器和估价测量结果，本节将对电子测量仪器的一般情况，包括它的主要功能、主要性能指标和分类做一些概括介绍。,一、测量仪器的功能 各类测量仪表一般具有物理量的变换、信号的传输和测量结果的显示等三种最基本的功能。,1变换功能 对于电压、电流等电学量的测量，是通过测量各种电效应来达到目的的。比如作为模拟式仪表最基本构成单元的动圈式检流计(电流表)，就是将流过线圈的电流强度，转化成与之成正比的扭矩而使仪表指针偏转初始位置一个角度，根据角度偏转大小(这可通过刻度盘上的刻度获得)得到被测电流的大小，这就是一种很基本的变换功能。对非电量测量，更须将各种非电物理量如压力、位移、温度、湿度、亮度、颜色、物质成份等，通过各种对之敏感的敏感元件(通常称为传感器)，,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。随着测量技术的发展和需要，现在往往将传感器、放大电路及其他有关部分构成独立的单元电路，将被测量转换成模拟的或数字的标准电信号，送往测量和处理装置，这样的单元电路常称为变送器，它是现代测量系统中极为重要的组成部分。,1.传输功能 在遥测遥控等系统中，现场测量结果经变送器处理后，需经较长距离的传输才能送到测试终端和控制台。不管采用有线的还是无线的方式，传输过程中造成的信号失真和外界干扰等问题都会存在。因此，现代测量技术和测量仪器都必须认真对待测量信息的丫专输问题。,3显示功能 测量结果必须以某种方式显示出采才有意义。因此，任何测量仪器都必须具备显示功能。比如模拟式仪表通过指针在仪表度盘上的位置显示测量结果，数字式仪表通过数码管、液晶或阴极射线管显示测量结果。除此而外，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。,二、测量仪表的主要性能指标 从获得的测量结果角度评价测量仪表的性能，主要包括以下几个方面。 1.精度 精 度是指测量仪器的读数或测量结果与被测量真值相一致的程度。对精度目前还没有一个公认的定量的数学表达式，因此常作为一个笼统的概念来使用，其含义是：精 度高，表明误差小；精 度低，表明误差大。因此，精度不仅用来评价测量仪器的性能，也是评定测量结果最主要最基本的指标。精度又可用精密度、正确度和准确度三个指标加以表征。,(1)精密度 精密度说明仪表指示值的分散性，表示在同一测量条件下对同一被测量进行多次测量时，得到的测量结果的分散程度。它反映了随机误差的影响。精密度高意味着随机误差小，测量结果的重复性好。比如某电压表的精密度为0.1V，即表示用它对同一电压进行测量时，得到的各次测量值的分散程度不大于0.1v。,(2)正确度 正确度说明仪表指示值与真值的接近程度。所谓真值是指待测量在特定状态下所具有的真实值的大小。正确度反映了系统误差(例如仪器中放大器的零点漂移、接触电位差等等)的影响。正确度高则说明系统误差小，比如某电压表的正确度是01v，则表明用该电 ，压表测量电压时的指示值与真值之差不大于01V。我国电工仪表的分级，就是按正确度来确定的。,(3)准确度( ) 准确度是精密度和正确度的综合反映。准确度高，说明精密度和正确度都高，也就意味着系统误差和随机误差都小，因而最终测量结果的可信赖度也高。,在具体的测量实践中，可能会有这样的情况：正确度较高而精密度较低，或者情况相反，相当精密但欠正确。当然理想的情况是既正确，又精密，即测量结果准确度高。要获 得理想的结果，应满足三个方面的条件：即性能优良的测量仪器、正确的测量方法和正确细心的测量操作。为了加深对精密度、正确度和准确度三个概念的理解，可以以射击打靶为例加以比喻。,图141中，以靶心比作被测量真值，以靶上的弹着点表示测量结果。其中图(o)弹着点分散而偏斜，对应测量中既不精密，也不正确，即准确度很低。图(a)弹着 点仍较分散，但总体而言大致都围绕靶心，属于正确而欠精密。图(c)弹着点密集但明显偏 ，向一方，属于精密度高而正确度差。图(d)弹着点相互很接近且都围绕靶心，属于既精密 又正确因而准确度很高的情况。,图14 1 用射击比喻测量,1.稳定性 稳定性通常用稳定度和影响量两个参数来表征。 稳定度也称稳定误差，是指在规定的时间区间，其他外界条件恒定不变的情况下，仪器示值变化的大小。造成这种示值变化的原因主要是仪器内部各元器件的特性、参数不稳定和老化等因素。稳定度可用。示值绝对变化量与时间一起表示。,3输入阻抗 前面(见§13例2)曾提到测量仪表的输入阻抗对测量结果的影响。像电压表、示波器等类仪表，测量时并接于待测电路两端，如图l，42所示。不难看出，测量仪表的接入改变了被测电路的阻抗特性，这种现象称为负载效应。为了减小测量仪表对待测电路的影响，提高测量精度，通常对这类测量仪表的输入阻抗都有一定要求。,仪表的输入阻抗一般用输入电阻只i和输入电容Cf表示。例如SX2172交流毫伏表在lV300V的测量范围内的输入阻抗为只Rt10M ，Ci35pF；SR37A型示波器不经探头的输入阻抗为只Ri1 MQ， Ci 16pF。顺便指出，对信号源等供给量仪器，还要考虑输出阻抗，在高频尤其是微波测量等场合，还必须注意阻抗的匹配。,图1.42 测量仪表的负载效应,4灵敏度 灵敏度表示测量仪表对被测量变化的敏感程度，一般定义为测量仪表指示值(指针的偏转角度、数码的变化、位移的大小等)增量 y与被测量增量x之比。例如示波器在单位输入电压的作用下，示波管荧光屏上光点偏移的距离就定义为它的偏转灵敏度，单位为cmV，cmmV等。对示波器而言，偏转灵敏度的倒数称为偏转因数，单位为Vcm，mVcm或mVdiV(每格)等。由于习惯用法和测量电 压读数的方便，也常把偏转因素当作灵敏度。比如说SR37A型双踪示波器的最高偏转灵敏度是2mVcm，,表示输入电压变化2mV时，示波器荧光屏上光点产生1cm的位移，显然， 这里的偏转灵敏度实际上是偏转因数，不过，这样一般不会引起人们的误解。灵敏度的另 一种表述方式叫作分辨力或分辨率，定义为测量仪表所能区分的被测量的最小变化量，在数字式仪表中经常使用。,图1.43 欧姆表和数字电压表的刻度特性曲线,5线性度 线性度是测量仪表输入输出特性之一，表示仪表的输出量(示值)随输入量(被测量)变化的规律。若仪表的输出为y，输入为2，两者关系用函数zf(x)表示，如果yf(x)为y一x平面上过原点的直线，则称之为线性刻度特性，否则称为非线性刻度特性。由于各类测量仪器的原理各异，不向的测量仪器可能呈现不同的刻度特性。如常用的万用表的电阻档，具有上凸的非线性刻度特性，而数字电压表，具有线性刻度特性，分别如图143中(a)、(b)所示。,仪器的线性度可用线性误差来表示，如SR46双线示波器垂直系统的幅度线性误差5.,6动态特性 测量仪表的动态特性表示仪表的输出响应随输入变化的能力。例如模拟电压表由于动圈式表头指针惯性、轴承摩擦、空气阻尼等因素的作用，使得仪表的指针不能瞬间稳定在固定值上。又如示波器的垂直偏转系统，由于输入电容等因素的影响，造成输出波形对输入信号的滞后与畸变，示波器的瞬态响应就表示了这种仪器的动态特性。 最后指出，上述测量仪器的几个特性，是就一般而论，并非所有仪器都用上述特性加以考核。有些测量仪器除了上述指标特性外，还有其他技术要求，这些具体问题都将在后边有关章节中一一加以说明。,三、电子测量仪器的分类 电子测量仪器的分类方法不一，如果按其功能，大致可分为下面几类。 1.电平测量仪器 它包括各种模拟式电压表，毫伏表，数字式电压表，电压标准等。 1.电路参数测量仪器 它包括各类电桥，Q表，R、L、C测试仪，晶体管或集成电路参数测试仪，图示仪等。,3频率、时间、相位测量仪器 这主要有电子计数式频率计，石英钟，数字式相位计，波长计等。 4.波形测量仪器 它主要指各类示波器。如通用示波器，多踪示波器，多扫描示波器，取样示波器，以及记忆和数字存储示波器等。 5信号分析仪器 它包括失真度仪，谐波分析仪，频谱分析仪等。,6模拟电路特性测试仪器 它包括扫频仪，噪声系数测试仪，网络特性分析仪等。 7数字电路特性测试仪器 它主要指逻辑分析仪。这类仪器内部多带有微处理器或通过接口总线与外部计算机相联，是数据域测量中不可缺少的设备。,8测试用信号源 它包括各类低频和高频信号发生器，脉冲信号发生器，函数发生器，扫频和噪声信号发生器等。由于它们的主要功能是作为测试用信号源，因此也叫供给量仪器.,1.5 计量的基本概念,在这一章的最后，介绍一些有关计量的基本概念。这些基础知识是从事电子测量的人员应该了解的。,一、计量 计量和测量是互有联系又有区别的两个概念。测量是通过实验手段对客观事物取得定量信息的过程，也就是利用实验手段把待测量直接或间接地与另一个同类已知量进行比较，从而得到待测量值的过程。测量过程中所使用的器具和仪器就直接或间接地体现了已知量。 测量结果的准确与否，与所采用的测量方法、实际操作和作为比较标准的已知量的准确程度都有着密切的关系。因此，体现已知量在测量过程中作为比较标准的各类量具、仪器仪 表，必须定期进行检验和校准，以保证测量结果的准确性、可靠性和统一性，这个过程，称为计量。,计量的定义不完全统一，目前较为一致的意见是：“计量是利用技术·阳法制手段实现单位统一和量值准确可靠的测量。”计量可看作测量的特殊形式，在计量：过程中，认为所使用的量具和仪器是标准的，用它们来校准、检定受检量具和仪器设备，以衡量和保证使用受检量具仪器进行测量时所获得测量结果的可靠性。因此，计量又，是测量的基础和依据。计量工作是国民经济中一项极为重要的技术基础工作，在工农业生产、科学技术、国防建设、国内外贸易以及人民生活等各个方面起着技术保证和技术监督作用。,我国国防科技战线的卓越领导人聂荣臻元帅生前指出：“科技要发展，计量要先行”.中华人民共和国计量法第一条就指出，做好计量工作“有利于生产、贸易和科学技术的发展，适应社会主义现代化建设的需要，维护国家、人民的利益”，这些都非常深刻地说明了计量工作的重要意义。,计量学是研究测量、保证测量统一和准确的科学，它研究的主要内容包括：计量和测量的方法、技术、量具及仪器设备等一般理论；计量单位的定义和转换；量值的传递和保证量值统一所必须采取的措施、规程和法制等。,二、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，这样的量称作计量标准。计量单位是有明确定义和名称并令其数值为l的固定的量，例如长度单位l米(m)，时间单位土秒(s)等。计量单位必须以严格的科学理论为依据进行定义。法定计量单位是国家以法令形式规定使用的计量单位，是统一计量单位制和单位量值的依据和基础，因而具有统一性、权威性和法制性o 1984年2月27日国务院在发布关于在我国统一实行法定计量单位的命令时指出：我国的计量单位一律采用中华人民共和国法定计量单位。,三、计量基准 基准是指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。根据基准的地位、性 质和用途，基准通常又分为主基准、副基准和工作基准，也分别称作一级、二级和三级基准.,1主基准 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。,1. 副基准 通过直接或间接与国家基准比对(意义见后)，确定其量值并经国家鉴定批准的计量器具。它在全国作为复现计量单位的副基准，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.,3工作基准 经与主基准或副基准校准(意义见后)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。它在全国作为复现计量单位的地位仅在主基准和副基准之下。设置工作基准的目的是不使主基准和副基准因频繁使用而丧失原有的准确度。 应当了解，基准本身并不一定刚好等于一个计量单位。例如铯-133原子频率基准所复现的时间值不是ls，而是(919 261 770)-l s，氪86长度基准复现的长度值不是1 m。而是(1 650 76373)-1 m，标准电池复现的电压值是1018 6V，不是l V等。,四、量值的传递与跟踪，检定与比对 首先介绍几个有关的概念。 计量器具 复现量值或将被测量转换成可直接观测的指示值或等效信息的量具、仪器、装置.,计量标准器具 准确度低于计量基准，用于检定计量标准或工作计量器具的计量器具。它可按其准确度等级分类，如1级、2级、3级、4级、5级标准砝码。标准器具按其法律地位可分为三类：社会公用计量标准指县以上地方政府计量部门建立的，作为统一本地区量值的依据，并对社会实施计量监督具有公证作用的各项计量标准。部门使用的计量标准是省级以上政府有关主管部门组织建立的统一本部门量值依据的各项计量标准。企事业单位使用的计量标准是企业、事业单位组织建立的作为本单位量值依据的各项计量标准.,工作计量器具 工作岗位上使用，不用于进行量值传递而是直接用来测量被测对象量值的计量器具。 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。 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l3 到l10。,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。 量值的传递与跟踪 指的是把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。,如前所述，测量就是利用实验手段，借助各种测量仪器量具(它们作为和未知量比较的标准)，获得未知量量值的过程。显然，为了保证测量结果的统一、准确、可靠，必须要求作为比较标准的准确、统一、可靠。因此，测量仪器量具在制造完毕时，必须按着规定等级的标准(工作标准)进行校准，该标准又要定期地用更高等级的标准进行检定，一直到国家级工作基准，如此逐级进行。同样，测量仪器量具在使用过程中也要按着法定规程(包括检定方法，检定设备，检定步骤，以及对受检仪器量具给出误差的方式等)，定期由上级计量部门进行检定，并发给检定合格证书。,没有合格证书或证书失效(比如超过有效期)者，该仪器的精度指标及测量结果只能作为参考。检定、比对和校准是各级计量部门的重要业务活动，正是通过这些业务活动和国家有关法令、法规的执行，将全国各地区、各部门、各行业、各单位都纳入法律规定的完整计量体系中，从而保证现代社会中的生产、科研、贸易、日常生活等各个环节的顺利运行和健康发展。,小 结,1电子测量的内容 电能量测量；电信号特性测量；电路元器件参数测量；电子设备性能测量；非电量测量。 1.电子测量的特点 测量频率范围宽；测量量程广；测量准确度高低相差悬殊；测量速度快；可实现遥测；易于实现测量智能化和自动化；测量结果影响因素众多，误差分析困难。,3测量方法分类 按测量手续分类直接测量；间接测量；组合测量。 按测量方式分类偏差式测量；零位式测量；微差式测量。 按被测量性质分类时域测量；频域测量；数据域测量；随机测量。 4测量仪器的主要性能指标 精度；稳定性；输入阻抗；灵敏度；线性度；动态特性。,5计量的基本概念 计量是用规定的标准已知量作单位和同类型未知量相 比较而加以检定的过程。国家以法律形式规定全国统一执行的计量单位制及其他有关计量法规。计量工作是国民经济中一项重要的基础工作。量值的传递和跟踪，检定和比对，是国家计量工作统一性和权威性的重要保证。,习 题 一,1.1 解释名词：测量；电子测量. 1.2 叙述直接测量、间接测量、组合测量的特点，并各举一两个测量实例. 1. 3 解释偏差式、零位式和微差式测量法的含义，并列举测量实例。 1.4 叙述电子测量的主要内容o 1.5 列举电子测量的主要特点.,1.6 选择测量方法时主要考虑的因素有哪些? 1. 7 设某待测量的真值为土000，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： 1010，l007，10l2，l0，06，l007，l012，1011，1008，l009，1011； 959，97l，1 068，l042，1-033，960，980，l021，998，l038； 1005，l004，998，999，l000， 1002，100l，999，997，999。,1.8 SXl842数字电压表数码显示最大数为19 999，最小一档量程为20mV，问该电压表的最高分辨率是多少? l.9 SR46示波器垂直系统最高灵敏度为50uVdiv，若输入电压为120uV，则示波器荧光屏上光点偏移原位多少格?,1.10 某待测电路如题1.10图所示。 (1)计算负载只l上电压U。的值(理论值)o、 (2)如分别用输入电阻只v为120kO和10MQ的晶体管万用表和数字电压表测量端电压U。，忽略其他误差，示值U。各为多少?,1.10 某待测电路如题11.0图所示。 (1)计算负载RL上电压U。的值(理论值)o、 (2)如分别用输入电阻RV为120k 和10M 的晶体管万用表和数字电压表测量端电压U。，忽略其他误差，示值Ux。各为多少? (3) 比较两个电压表测量结果的示值相对误差),111 已知某热敏电阻随温度变化的规律为 ，其中 分别为热力学温度为T0300K和T时的阻值，B为材料系数。已测得 T1 290 K，R114.12k ，T2320K， R2 5.35kg。求R0和B。 1.12 试设计一个测量方案，测量某放大器的直流输出电阻(阻值估计在30k左右).,1.13 选择测量仪器时，通常要根据被测量的大致大小选择合适的测量量程。例如仍采用题1l0所示的测量电路，现分别用MF-20晶体管电压表的6 V档和30V档测量负载RL上电阻Uo已知电压表的电压灵敏度为20kQV(由此司算出各档量程电压表输入电阻Rv电压灵敏度X量程)，准确度等级为1.5级(准确度等级s表示仪表的满度相对误差不超过s，即最大绝对误差为 )。试分别计算两个量程下的绝对误差和相对误差。,题1.10 图,1.14 比较测量和计量的类同和区别. 1.15 解释名词：计量基准；主基准；副基准；工作基准. 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。,