电子测量技术课程报告专业班级：学号：姓名：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。

电子测量是指以电子技术为基本手段的一种测量技术，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，这种测量方法往往更加方便、快捷、准确，有时是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、光学等科学领域。

目前，电子测量技术已成为电子科学领域重要且发展迅速的分支学科。

本课程包括理论和实践两部分，理论部分包括：电子测量基本概念、测量误差与测量结果处理、信号发生器、电子示波器、频率时间测量、相位差测量、电压测量、阻抗测量；实践部分包括：指针式万用表（MF-47）的制作、调试、测量。

理论部分：1、电子测量基本概念：电子测量是指以电子技术理论为依据，以电子测量仪器和设备为手段，对电量和非电量进行的测量。

对电量的测量分为电能量测量、电信号特性测量、电路元件参数测量、电子设备性能测量。

非电量的测量则是利用各种敏感元件和传感装置将非电量转换成电信号，再利用电子测量设备进行测量。

电子测量具有测量频率范围广、量程宽、速度快、易于实现自动化和自能化、影响因素多，误差处理复杂的特点。

测量方法选择正确与否直接关系着测量结果的可靠性，按测量过程可分为：直接测量、间接测量和组合测量。

选择测量方法时要综合考虑被测本身特性、测量准确度、测量环境、测量设备等因素。

根据获得的测量结果评价测量仪器的性能，主要包括：精度、稳定度、灵敏度、线性度、动态特性。

精度是指测量结果与被测量真值相一致程度，其含义是：精度高，表明误差小；精度低，表明误差大。

精度可用紧密度、正确度和准确度三个指标加以表征。

稳定度指外界条件恒定条件下，仪器示值变化大小，通常用稳定度和影响量两个参数来表征。

灵敏度表示测量仪器对被测量变化的敏感程度。

线性度是测量仪器输入和输出特性之一，表示输出量随输入量的变化规律。

动态特性表征仪器输出响应随输入变化的能力。

2、测量误差和测量结果处理：测量仪器仪表的测得值与被测量真值之间的差异成为测量误差。

误差有两种表示方法：绝对误差和相对误差。

绝对误差定义为： ，Δx 为绝对误差，x 为测量值，A0为被测量真值与绝对误差绝对值相等但符号相反的值称为修正值，用符号c 表示。

相对误差分为实际相对误差、示值相对误差、满度相对误差。

实际相对误差定义为 ，示值相对误差定义为： ，满度相对误差定以为: 仪器量程内最大绝对误差ΔXm 与测量仪器满度值(量程上限值)Xm 的百分比值即 我国电工仪表的准确度等级s 就是按满刻度误差分级的，依次划分为0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0 七个等级。

测量误差主要来源于：仪器误差、方法误差、使用误差、影响误差。

仪器误差是仪器使用过程中元器件老化、磨损等而使仪器设备带有的误差。

方法误差是指所使用测量方法不当，或测量理论依据不严密等原因造成的误差。

使用误差是由于测量设备操作不当而造成的误差。

影响误差主要是指各种环境因素与要求条件不一致而造成的误差。

虽然产生误差的原因多种多样，但按其基本性质和特点分为：系统误差、随机误差和粗大误差。

测量结果的处理就是从测量所得到的原始数据中求出被测量的最佳估计值，并计算其精确程度。

有效数字处理是处理测量数据的一种常用方法，对于等精度测量结果可按以下步骤处理：利用修正值等方法对测得值进行修正，求出算术平均值，列出残差，按贝塞尔公式计算标准偏差，检查和剔除粗差，判断有无系统误差，算出算术平均值的标准偏差，写出最终结果。

3、信号发生器：提供测试用电信号的装置统称为信号发生器。

信号发生器是电子测量领域最基本、应用最广泛的电子仪器。

信号发生器由振荡器、变换器、输出级、指示器、电源五部分组成。

振荡器是信号发生器的核心，用于产生不同频率和波形的信号。

变换器可以是电压放大器、功率放大器、调制器或整形器。

输出级基本功能是调节输出信号的电平和输出阻抗。

指示器用来监视输出信号。

电源提供信号发生器各部分的工作电源电压。

信号发生器按输出信号频率范围可划分为低频、超低频信号发生器、射频信号发生器、扫频信号发生器。

在各类信号发生器中，正弦信号发生器是最普通、应用最广泛的一类，其性能指标有：频率范围、频率准确度、频率稳定度、由温度、电源、负载变化引起的频率变动量、失真度、输出电平、调制特性。

低频信号发生器中产生振荡信号的方法有多种，最常用的是文氏振荡器。

0x x A ∆=-0100%A x A γ∆=⨯100%x x x γ∆=⨯%100%m m mxs x γ∆=±=±⨯图1图1所示的文氏振荡桥电路中负温度系数热敏电阻R t 和电阻R f 构成了电压负反馈电路。

热敏电阻R t 阻值随环境温度升高或流过的电流增加而减小，当由于各种原因引起输出电压增大时，由于该电压也直接接在R t、R f 串联电路，流过R t 的电流也随之增加而导致R t 阻值降低，负反馈加大，放大器总增益降低，是输出电压减小，达到稳定输出信号振幅的目的，在振荡器起振阶段，由于R t 温度低，阻值大，负反馈小，放大器实际总增益大于3，振荡器容易起振。

扫频信号发生器是一种输出信号频率随时间在一定范围内反复变化的正弦信号发生器，主要用于直接测量各种网络频率响应特性。

点频法测量幅频特性就是用测量仪器在各个频率点上测出输出信号与输入信号的振幅比和相位差。

点频法原理简单，需要设备并不复杂，但操作繁琐，容易遗漏特性突变点。

扫频法在测量过程中信号源输出信号的频率按特定规律自动连续且周期性重复，利用检波器将输出包络检出送到示波器上显示，就得到了被测电路幅频特性曲线。

扫频法可实现网络频率特性的自动或半自动测量，得到的频率特性曲线是连续变化的。

4、电子示波器：电子示波器是一种用荧光屏显示电量随时间变化过程中的电子测量仪器。

电子示波器由垂直偏转Y通道、水平偏转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。

示波管是示波器的核心部分，由电子枪、偏转系统、荧光屏三部分组成。

电子枪用于发射电子并形成很细的高速电子束；偏转系统决定电子束如何偏转；荧光屏的作用是显示偏转电信号的波形。

垂直偏转通道由输入电路、阻抗变换器、延迟线和放大器组成；水平偏转通道包括三部分：触发电路，其中包括触发方式选择和脉冲整形电路；时基发生器，由闸门电路、扫描发生器、电压比较器和释抑电路组成；水平放大器。

校正器是示波器内设的标准，用来校准或检验示波器X轴和Y轴标尺的刻度，一般Y轴校正单位为电压、X轴校正单位为时间。

示波器有几项重要性能指标分别是：频带宽度、扫描频率、扫描方式、偏转灵敏度。

双线和双踪示波器可以在一个示波管荧光屏上同时显示出两个信号波形，用来比较被测系统的输出和输入信号。

5、频率时间测量：频率是单位时间内周期性过程重复、循环、振动的次数。

频率测量的方法主要有模拟法和电子计数法。

电子计数法测频原理实质上是将被测信号频率f x和已知时基信号频率f c相比，将相比结果以数字形式显示。

数字式频率计主要有三部分组成。

时间基准T产生电路，用于提供准确的计数时间T；计数脉冲形成电路，作用是将被测的周期信号转换为可计数的窄脉冲；计数显示电路，计数被测周期信号重复次数，显示被测信号频率。

电子计数测频方法引起的相对误差由量化误差和标准时间误差两部分组成。

量化误差是在相同主门开启时间T内，计数器计得数值不一定相同产生的。

标准时间误差在数值上等于晶振频率的相对误差。

要提高频率测量的准确度，可采取提高晶振频率的准确度和稳定度、扩大闸门时间、倍频被测信号频率等措施。

模拟法测频主要包括：电桥法测频、谐振法测频、拍频法测频、差频法测频、李沙育图形测频法。

计数式频率计测量频率优点是：测量方便、快速、直观、测量精度高；缺点是要求较高的信噪比，不能测量调制波信号频率，造价较高。

因此，在要求测量精确度很高或要求简单、经济的场合，有时采用模拟法测量频率。

6、相位差测量：两个频率相同的正弦量间的相位差是常数，等于两正弦量的初相之差。

测量相位差的方法主要有：示波器测量、将相位差转换成时间间隔进行测量、将相位差转换成电压进行测量、零示法测量。

用示波器测量相位差有两种方法：直接比较法和椭圆法。

直接比较法是将两路信号分别接到双踪示波器Y1通道和Y2通道，适当调节扫描旋钮和Y增益旋钮，使荧光屏显示出图2所示上下对称波形图2（1）其误差主要来源于：①示波器水平扫描的非线性，即扫描用的锯齿电压呈非线性。

②双踪示波器两垂直通道一致性差而引入了附加的相位差。

③人眼读数误差。

频率相同的两个正弦量信号分别接入示波器的X 通道和Y 通达，一般情况下示波器荧光屏上显示的李沙育图形为椭圆，而椭圆的形状和两个信号的相位差有关，基于此点用来测量相位差的方法称为椭圆法。

u1加于Y 通道，u2加于X 通道。

如图3所示，可以得出可以计算出相位差：图3相位差转换为时间间隔测相位差有两种方式：模拟式和数字式。

模拟式直读相位计原理框图如图4所示AC AB T T t t t t o o A C A B o ⨯≈∆⨯=--⨯=360360360ϕ⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=ϕϕsin cos 22x X x X Y y m m m )arcsin()arctan(00mm X x Y y ±=±=ϕ图4 其中： 式中I 0为平均电流，I m 为导通电流。

数字式相位计应用电子计数器来测量周期T 和两同频正弦波过零点时间差 ΔT ，由（1）式换算成相位差。

为测量方便, 取 则 模拟式直读相位计电路简单，操作方便，但测量的是长时间内相位差平均值，不能测出瞬时相位值，误差较大。

数字式相位计只能测量低频信号相位差，且要求的精确度越高，能测量的频率越低。

相位差转化成电压进行测量是利用非线性器件把被测信号的相位差转换为电压增量，在电压表的表盘刻上相位刻度，由电表指示可直接被测信号相位差。

转换电路主要有差接式相位检波电路、平衡式相位检波电路。

零示法原理如图5所示，它以一台精密移相器与被测相移值作比较来确定被测信号间的相位差。

测量时调节精密移相器，使之抵消被测信号间原有的相位差使平衡指示器示零，由精密移相器表针指示可直读两被测信号间的相位差值图5m I T T I ∆=0mI I 0360⋅=︒ϕT n T N f c ∆==N n T T ︒︒=∆⋅=360360ϕb b c Tf T f N 1036010360⋅=⋅⋅==︒︒bn -⋅=10ϕ7、电压测量：电压是一个基本物理量，电压测量是电子测量的基础。