【浙江】02348电子测量自学考试大纲

[02348]

电子测量自学考试大纲

浙江省高等教育自学考试办公室

一九九九年九月

指定用书：《电子测量》，中国计量出版社，蒋焕文等，1988年5月第2版

一、总说明

（一)课程的性质与学习目的要求

《电子测量》是应用电子技术专业的一门必修的专业基础课。通过本课程的学习,要求学生掌握电子测量的基本测量原理和基本测量方法，熟悉测量误差的分析与测量数据处理的基本技能,了解常用电子测量仪榕的结构、原理和正确使用方法。

学习本课程必须先修完《电路基础》、《模拟电子电路》、《脉冲与数字电路》等课程。

（二)考试要求

拟以本课程的下述基本要求作为自学考试命题的基本要求:

1.掌握电子测量的基本知识和误差的基本概念。能正确处理测量数据。

2.掌握波形的显示与测量技术,能正确合理地使用示波器。

3.掌握一些基本电量的测试技术,尤其是交直流电压的测量,时间、频率、相位的测量,阻抗的测量等。

4.了解几种常用信号发生器的组成框图及其基本工作原理。

5.理解数字式测量仪器的基本工作原理和使用技能。

6.理解频率特性图示仪、晶体管特性图示仪的基本工作原理,并掌握它们的正确使用方法。

(三)学习方法建议

本课程是一门实践性很强的专业基础课。学生在学习过程中要结合教材中的习题(含例题)多做多练,要结合工作单位实际(和本人实际)条件,尽量创造理论联系实际的条件,多观察多使用多分析。提高自己的分析能力和解决问题的能力。

（四)必读书与主要参考书

必读书(教材):《电子测量》蒋焕文  孙续编著  计量出版社(第二版)

主要参考书:《电子测量》 沈振宇 南京大学

《电子测量技术》 张乃国编著 人民邮电出版社

二、大纲内容及说明

第一章 绪   论

第一节  测量和计量

一、测量及其重要意义

什么是测量;什么是电子测量;

二、计量的基本概念

什么是计量;准确度;稳定度;灵敏度;量值的统一和传递。

第二节  电子测量的特点和应用

电子测量的特点和应用。

第三节  本课程的任务

第二章  测量误差理论与数据处理

第一节  测量误差的基本概念

一、测量误差的定义

绝对误差;相对误差;电子仪器误差的表示方法。

二、测量误差的分类

系统误差;随机误差;粗大误差。

第二节  测量误差的估计和处理

一、随机误差的影响及统计处理

二处理系统误差的一般方法

系统误差的判别;产生系统误差的原因;消除或削弱系统误差的典型测量技术:系统误差的修正和系差范围的估计。

第三节  测量误差的合成与分配

一、测量误差的合成

误差传递公式;系统误差的合成;随机误差的合成;不.确定度的合成;微小误差准则。二、测量误差的分配等准确度分配;等作用分配;抓住主要误差项进行分配。

三、最佳测量方案的选择

测量的最佳方案;测量的经济与简便。

第四节  测量数据处理

一、有效数字及数字的舍入规则

有效数字;数字的舍入规则;测量结果的表示法。

二、非等精度测量与加权平均

三、最小二乘法与回归分析

本章要求:

1.掌握测量数据处理的基本方法(有效数字及数字的舍入规则)。

2.理解测量误差的基本概念。

3.掌握处理系统误差的一般方法。

4.了解测量误差的分配与合成。

第三章  示波测试和测量技术

第一节  示波测试的基本原理

一、阴极射线示波管,

结构;电子束的形成与偏转;荧屏特性。

二、图象显示的基本原理

扫描与显示;时基与稳定。

 

第二节  通用示波器

一、示波器的分类和通用示波器的组成;组成框图与系统原理。

二、示波器的垂直通道

通道结构框图;通道工作原理;通道调节钮作用原理与使用。

三、示波器的水平通道

通道结构框图;通道工作原理;通道调节钮作用原理与使用。

第三节  取样技术在示波测量中的应用

一、取样示波器的基本原理

二、取样示波器的基本组成

三、取样示波器的几个主要参数

第四节  示波器的多波形显示

一、多线显示和多踪显示

多线多踪显示的应用;多线多踪显示的原理。

二、双扫描示波显示

显示原理:应用范围。

第五节  波形的存贮和记忆

一、记忆示波器

二、数字存贮示波器

 

第六节  示波器的使用

一、示波器的基本测量方法

电压的测量;时间的测量;相位的测量;频率测量的演习之。

二、示波器功能扩展实例

三、示波器的正确使用

示波器的合理选择;示波器的校验与检查;分辨力的提高;探头的选配与应用。

本章要求:

1.理解阴极射线示波器结构与工作原理

2.掌握通用示波器的工作原理和正确的使用方法

3.了解示波器的多波形显示原理与应用:

4.了解示波器功能扩展的应用

5.大致了解特种示波器(取样、存贮示波器)的基本原理。

第四章  频率与时间的测量

第一节  频率或时间的原始基准

时间;时刻;频率;时间或频率的原始基准

第二节  电子计数器测频方法

一、电子计数器测频原理

电子计数器测频方框图及其工作原理;闸门时间与显示器显示数字之间的关系。

二、频率计数器的组成

频率计数器的组成;输入单元、十进电子计数器单元、时基信号产生与变换单元、逻辑控制单元的作用。

三、误差分析

测频误差的数字描述;±1误差;标准频率误差;按绝对值合成后的测频误差公式; ±1误差对测频准确度的影响。

第三节  电子计数器测周方法

一、测周的必要性与基本原理

计数器测周的必要性;计数器测周的基本原理。

二、误差分析

测周误差的数学描述;士1误差对测周准确度的影响。

三、倒数计数器

倒数计数器的组成与工作原理;定标器预置的作用;但数计数器的测频误差。

四、了解电子计数器的自校。

第四节  时间间隔的测量

一、基本模式

基本测量模式的组成与工作原理;相位差的测量。

二、脉冲宽度的测量

脉冲宽度测量模式的组成与工作原理;触发电平的设置。

第五节  不同测量模式的测量误差

一、测频模式时的误差

施密特电路的滞后特性;噪声干扰时施密特电路的工作情况;触发窗相对于被测信号的位置对测量准确度的影响。

二、测周模式时的误差

转换误差;多周期测量法原理与电路实现;周期倍乘减小转换误差的原理。

三、测时间间隔模式时的误差

触发滞后误差;触发滞后误差的补偿。

本章要求

1.了解频率或时间的物理意义。

2.掌握电子计数器测频、测周、测时间间隔的工作原理。

3.理解倒数计数器的工作原理;(注意弄清定标器的N分频作用)另:同步计数不产生±1误差的原因是主门Ⅱ的开启时间是由时钟fc经N分频后的信号控制的,而时标信号也是由时钟经时基分频单元获得的,所以主门Ⅱ的两个输入信号fc/N和Tc·10n之间有严格的时间关系,不会产生±1误差。

4.会分析计算测频、测周时的基本误差(指±1误差和标准频率误差)。

5.大致了解在不同测量模式中,由于被测信号受噪声和干扰的影响或触发电平不准确引起的测量误差及消除方法。

第五章  电压测量技术

 

第一节  对电压测量的基本要求

及电压测量仪器的分类

一、对电压测量的基本要求

频率范围;电压测量范围;测量准确度;输入阻抗;抗干扰能力。

二、电压测量仪器的分类模拟式;数字式。

第二节  交流电压的测量

一、峰值电压表

峰值检波器的基本电路与工作原理;峰值电压表的组成和特点;刻度特性;波峰因数;优缺点。

二、均值电压表

均值检波器的基本电路与工作原理;均值电压表的组成形式和特点:刻度特性和波形误差;波形因数。

三、有效值电压表

有效值一一直流变换的原理;热偶式电压表的基本原理;DA-24型有效值电压表的原理;热偶式电压表的缺点;模拟计算型交流一一直流变换电路;刻度特性和波形误差。

第三节  分贝的测量

一、数学定义

功率比的对数;电压比的对数;功率电平dBm;电压电平dBv。

二、分贝的测量方法

宽频电压表的组成;电平表的表头刻度;被测电平的读出;功率电平与电压电平的换算。

第五节  电压测量的数字化方法

一、概述

电压测量的数字化过程;A/D变换的方式

二、非积分式DVM

逐次逼近比较式DVM的工作原理;A/D变换的量化误差;斜坡电压式DVM的工作原理。

三、积分式DVM的特点

DVM的抗干扰能力;串模干扰与串模抑制比;共模干扰与共模抑制比;非积分式DVM的缺点；积分式DVM的特点。

四、双斜式积分DVM

双斜式积分DVM的电路组成;对被测电压的定时积分;对基准电压的定值反向积分;双斜式积分的基本关系式;双斜式积分的优点;固有误差的两种表达方式;输入阻抗和输入零电流的附加误差;误差计算方法。

五、DVM的主要工作特性

测量范围;量程;显示位数;超量程能力;分辨力;测量速率;抗干扰能力。

六、在DVM中的自动功能

自动调零;自动量程选择。

第六节  以电压测量为基础的数字化仪表

一、数字多用表

电流的数字化测量;电阻的数字化测量;两端电阻的测量:四端电阻的测量。

二、阻抗的数字化测量方法

电感器参数的数字化测量方法;电容器参数的数字化测量方法。

本章要求

1.理解均值检波器、均值电压表、峰值检波器、峰值电压表的工作原理,熟记波形因数、波峰因数的定义,会进行读数的换算。

这里应注意,均值电压表是对被测电压的均值响应,不管被测电压为何种波形,只要其均值相同,则读数相同,峰值电压表是对被测电压的峰值响应,不管被测电压为何种波形,只要其峰值相同,则读数相同。不管均值电压表还是峰值电压表,其表头的刻度都是以正弦波有效值刻度的。当用它们测量非正弦波时,其读数没有直接的物理意义,应该进行有关换算,才能得到被测电压的有效值。而有效值电压表是对被测电压的有效值响应,不管被测电压是何种波形,其读数就是该电压的有效值。

2.了解分贝的数学定义及测量方法。

3.熟悉逐次逼近比较式DVM、斜坡电压式DVM以及双斜式积分DVM的工作原理。

4.了解串模干扰和共模干扰。

5.熟记DVM固有误差的两种表示方法,即△V=±(%Vx+B%Vm)和△v=±%Vx二±n字,会进行与之有关的计算。

在使用第二个公式时,应注意把±n字换算成电压值进行计算。

6.理解DVM的位数、超量程能力和分辨力,了解积分DVM的抗干扰能力以及DVM的自动功能。

了解电流一一电压变换、电阻一一电压变换的原理,知道电感器参数和电容器参数的数字化测量方法。

附录I

平均值检波器常见的电路形式如图1(a)、(b),它们分别为半波整流和桥式整流形式,检波二极管D工作在乙类状态。我们以图1(b)为例进行分析,设被测电压为ux(t),且为纯粹交流电压,四个二极管具有相同的正向电阻Rd,反向电阻Rr→∞,电流表内阻为rm,则通过电流表的平均电流为

 

图1

可见,I0正比于被测电压ux(t)的平均值V,而与ux (t)的波形无关。

附录Ⅱ

一般，峰值检波器有两种基本电路；串联式和并联式，分别如图2(a)、(b)所示。从电路形式上来看,它们与平均值检波器电路没有多大区别,但是选取不同电路元件参数R、C的值,可决定它们在完全不同的工作状态,从而对被测电压产生完全不同的响应。

 

                       图2

作为峰值检波,必须满足RC> >Tmax和R∑C< <Tmin

其中Tmax一一被测交流电压的最大周期; Tmin一一被测交流电压的最小周期; R∑一一信号源内阻Rs和二极管正向电阻Rd之和。

我们以串联式峰值检波电路为例进行说明。若被测电压Ux(t)为正弦波,那么当正半周时,二极管导通, Ux (t)通过D向C充电,由于R∑C< <Tmin,所以电容器C两端的电压迅速充到接近Ux (t)的峰值Vp。这个电压建立后通过Ux (t)电路又反向地加到二极管D的两端,这时二极管导通与否,由电容器C上的电压Uc和被测电压Ux (t)共同决定。当Ux (t)下降到小于电容器C上的电压时,二极管D截止,电容器上的电压就通过R放电。由于RC> >Tmax,故放电很慢。当电容器上的电压下降不多时,被测电压Ux (t)的第二个正半周的电压灭超过二极管上的负压,使二极管又导通,又对电容器C充电,如此反复进行。上述充放电过程如图3所示。可见，电容器两端电压Uc (t)r的平均值≈Vp

 

图3

 

 

即接近等于被测电压峰值Vp。经滤波和线性放大后去驱动电流表,则电流表的指示值正比于飞,所以说这种检波器是峰值响应的。

并联式峰值检波器的工作原理也是建立在RC充放电的基础上,但是检波后的输出电压取自R两端。同样当满足RC> >Tmax和R∑C< <Tmin时,有≈Vp。而R两端的电压为uR(t)=- +VpSint

R两端的平地电压

可见接近等于被测电压峰值。

并联式峰值检波电路的优点是电容器C还起隔直流作用,故可以用来测量含有直流分量的交流电压峰值。

第七章  频域测量

第一节  引言

频域测量的发展概况

第二节  线性系统频率特性的测量

一、正弦测量技术

线性系统的频率特性;增益或衰耗的测量;矢量电压表。

二、扫频测量技术

扫频;扫频信号;扫频图示法的工作原理和动态特性;扫频信号源;扫频信号源的主要工作特性;获得扫频信号的方法;变容二极管扫频;磁调制扫频;

光栅增辉式图示方法。

第五节  信号的频谱分析

一、引言

时域测量与频域测量。

二、频谱仪的工作原理

模拟式频谱仪的工作原理。

三、扫频外差式频谱仪

扫频外差式频谱仪的工作原理。

四、频谱仪的工作特性

频谱分辨力;输入信号电平与动态范围;扫频宽度与分析时间。

五、频谱仪的正确使用

扫频宽度的选择:带宽Bq的选择;扫频速度的选择。

本章要求

1.理解扫频图示法的工作原理;

2.知道获得扫频信号的方法;

3.大致了解光栅图示仪的工作原理。

学时分配建议

第一章   4学时    第四章   10学时

第二章   10学时   第五章   18学时

第三章   20学时   第七章   6学时