電子測(cè)量與儀器教案1,2

1、教案課 次授 課 內(nèi) 容審批簽字1電子測(cè)量基礎(chǔ)知識(shí)教學(xué)目的及要求了解電子測(cè)量的意義、內(nèi)容、特點(diǎn)和分類(lèi)教學(xué)重點(diǎn)電子測(cè)量的內(nèi)容、特點(diǎn)和分類(lèi)教學(xué)難點(diǎn)電子測(cè)量的內(nèi)容、特點(diǎn)和分類(lèi)授課時(shí)數(shù)2授課形式講授作業(yè)題號(hào)教 具教學(xué)內(nèi)容、方法和過(guò)程附記教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法教學(xué)組織時(shí)間導(dǎo)入新課：測(cè)量是應(yīng)用電子技術(shù)常常遇到的問(wèn)題，本課程以生產(chǎn)實(shí)踐中普遍使用的通用儀器為典型儀器，介紹測(cè)量方法和技術(shù)新課內(nèi)容：1.1.1電子測(cè)量的意義及內(nèi)容1. 電子測(cè)量的意義測(cè)量的目的就是取得用數(shù)值和單位共同表示的被測(cè)量的結(jié)果，是人們借助于專(zhuān)門(mén)的設(shè)備，依據(jù)一定的理論，通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法將被測(cè)量與已知同類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較而取得測(cè)量結(jié)果。演講法問(wèn)題教學(xué)法小

2、組研討法以曹沖稱(chēng)象的故事引入新課，拓展對(duì)人類(lèi)干細(xì)胞，遠(yuǎn)望號(hào)測(cè)量船和星際測(cè)量探索的討論 教學(xué)內(nèi)容、方法和過(guò)程附記教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法教學(xué)組織時(shí)間被測(cè)量的結(jié)果必須是帶有單位的有理數(shù)，例如，某測(cè)量結(jié)果為9.3V是正確的，而測(cè)得的結(jié)果為9.3或是錯(cuò)誤的。廣義的電子測(cè)量是指利用電子技術(shù)進(jìn)行的測(cè)量。狹義的電子測(cè)量是指對(duì)電子技術(shù)中各種電參量所進(jìn)行的測(cè)量。狹義電子測(cè)量的內(nèi)容主要包括：（1）能量的測(cè)量能量的測(cè)量指的是對(duì)電流、電壓、功率、電場(chǎng)強(qiáng)度等參量的測(cè)量。（2）電路參數(shù)的測(cè)量電路參數(shù)的測(cè)量指的是對(duì)電阻、電感、電容、阻抗、品質(zhì)因數(shù)、損耗率等參量的測(cè)量。（3）信號(hào)特性的測(cè)量信號(hào)特性的測(cè)量指的是對(duì)頻率、周期、時(shí)間、相位

3、、調(diào)制系數(shù)、失真度等參量的測(cè)量。（4）電子設(shè)備性能的測(cè)量電子設(shè)備性能的測(cè)量指的是對(duì)通頻帶、選擇性、放大倍數(shù)、衰減量、靈敏度、信噪比等參量的測(cè)量。講授法提問(wèn)學(xué)生，培養(yǎng)學(xué)生的思辨能力教學(xué)內(nèi)容、方法和過(guò)程附記教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法教學(xué)組織時(shí)間（5）特性曲線(xiàn)的測(cè)量特性曲線(xiàn)的測(cè)量指的是對(duì)幅頻特性、相頻特性、器件特性等特性曲線(xiàn)的測(cè)量。上述各種參量中，頻率、時(shí)間、電壓、相位、阻抗等是基本參量，其他的為派生參量，基本參量的測(cè)量是派生參量測(cè)量的基礎(chǔ)。電壓測(cè)量是最基本、最重要的測(cè)量?jī)?nèi)容。非電量的測(cè)量屬于廣義電子測(cè)量的內(nèi)容，可以通過(guò)傳感器將非電量變換為電量后進(jìn)行測(cè)量。本書(shū)主要討論狹義電子測(cè)量?jī)?nèi)容。3 電子測(cè)量的基本方法測(cè)

4、量結(jié)果可以通過(guò)不同的測(cè)量方法來(lái)取得。電子測(cè)量的方法有很多種，如直接測(cè)量、間接測(cè)量與比較測(cè)量等。（1）直接測(cè)量直接測(cè)量是指借助于測(cè)量?jī)x器等設(shè)備可以直接獲得測(cè)量結(jié)果的測(cè)量方法，例如用電壓表測(cè)電壓等。（2）間接測(cè)量間接測(cè)量是指對(duì)幾個(gè)與被測(cè)量有確定函數(shù)關(guān)系的物理量進(jìn)行直接測(cè)量講授法教學(xué)內(nèi)容、方法和過(guò)程附記教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法教學(xué)組織時(shí)間然后通過(guò)公式計(jì)算或查表等求出被測(cè)量的測(cè)量。伏安法測(cè)量電阻R的方法即屬于間接測(cè)量法，它是先測(cè)出流過(guò)電阻的電流I及電阻兩端的電壓V后，再利用公式來(lái)測(cè)量電阻值R。（3）比較測(cè)量比較測(cè)量是指用實(shí)驗(yàn)的方法，將被測(cè)（未知量）與已知標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，以得到被測(cè)量大小的過(guò)程。電子測(cè)量?jī)x器的分類(lèi)

5、測(cè)量中用到的各種電子儀表、電子儀器及輔助設(shè)備統(tǒng)稱(chēng)為電子測(cè)量?jī)x器。電子測(cè)量?jī)x器種類(lèi)繁多，主要包括通用儀器和專(zhuān)用儀器兩大類(lèi)。專(zhuān)用儀器是為特定目的專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)制作的，適于特定對(duì)象的測(cè)量。通用儀器是指應(yīng)用面廣、靈活性好的測(cè)量?jī)x器。按照儀器功能，通用電子測(cè)量?jī)x器分為以下幾類(lèi)：（1）信號(hào)發(fā)生器（信號(hào)源）信號(hào)發(fā)生器是在電子測(cè)量中提供符合一定技術(shù)要求的電信號(hào)產(chǎn)生儀器，講授法教學(xué)內(nèi)容、方法和過(guò)程附記教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法教學(xué)組織時(shí)間如正弦信號(hào)發(fā)生器、脈沖信號(hào)發(fā)生器、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器等。（2）電壓測(cè)量?jī)x器電壓測(cè)量?jī)x器是用于測(cè)量信號(hào)電壓的儀器，如低頻毫伏表、高頻毫伏表、數(shù)字電壓表等。 （3）示波器示波器是用于顯

6、示信號(hào)波形的儀器，如通用示波器、取樣示波器、記憶存儲(chǔ)示波器等。（4）頻率測(cè)量?jī)x器頻率測(cè)量?jī)x器是用于測(cè)量信號(hào)頻率、周期等的儀器，如指針式、數(shù)字式頻率計(jì)等。（5）電路參數(shù)測(cè)量?jī)x器電路參數(shù)測(cè)量?jī)x器是用于測(cè)量電阻、電感、晶體管放大倍數(shù)等電路參數(shù)的儀器，如電橋、Q表、晶體管特性圖示儀等。測(cè)量時(shí)應(yīng)根據(jù)測(cè)量要求，參考被測(cè)量與測(cè)量?jī)x器的有關(guān)指標(biāo)，結(jié)合現(xiàn)有測(cè)量條件及經(jīng)濟(jì)狀況，盡量選用功能相符、使用方便的儀器。講授法科目：電子測(cè)量與儀器 授課時(shí)間：20 年 月 日 星期 授課班級(jí)：課 次授 課 內(nèi) 容審批簽字2測(cè)量誤差教學(xué)目的及要求知道測(cè)量誤差的來(lái)源和分類(lèi)教學(xué)重點(diǎn)誤差的表示方法教學(xué)難點(diǎn)誤差的表示方法和計(jì)算授課時(shí)數(shù)

7、2授課形式講授作業(yè)題號(hào)教 具教學(xué)內(nèi)容、方法和過(guò)程附記教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法教學(xué)組織時(shí)間一 誤差的概念測(cè)量的目的是得到被測(cè)量的真實(shí)結(jié)果，即真值，但由于人們對(duì)客觀規(guī)律認(rèn)識(shí)的局限性，不可能得到被測(cè)量的真值。測(cè)量值與被測(cè)量真值之間的差異稱(chēng)為測(cè)量誤差。二 測(cè)量誤差的來(lái)源 產(chǎn)生測(cè)量誤差的原因是多方面的，主要來(lái)源包括： （1）儀器誤差 儀器誤差是由于儀器本身及其附件的電氣和機(jī)械性能不完善而引起的誤差如由于儀器零點(diǎn)漂移。講授法提問(wèn)學(xué)生，思考測(cè)量誤差的來(lái)源和可能出現(xiàn)測(cè)量誤差的測(cè)量方法 教學(xué)內(nèi)容、方法和過(guò)程附記教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法教學(xué)組織時(shí)間刻度非線(xiàn)性等引起的誤差。 （2）使用誤差使用誤差又稱(chēng)為操作誤差，是由于安裝、調(diào)節(jié)、

8、使用不當(dāng)?shù)仍蛞鸬恼`差。如測(cè)量時(shí)由于阻抗不匹配等原因引起的誤差。 （3）人身誤差 人身誤差是由于人為原因而引起的誤差，例如讀錯(cuò)數(shù)據(jù)等。（4）環(huán)境誤差 環(huán)境誤差又稱(chēng)為影響誤差，是由于儀器受到外界的溫度、濕度、氣壓、震動(dòng)等影響所產(chǎn)生的誤差。如數(shù)字電壓表技術(shù)指標(biāo)中常單獨(dú)給出的溫度影響誤差。（5）方法誤差方法誤差又稱(chēng)為理論誤差，是由于測(cè)量時(shí)使用的方法不完善、所依據(jù)的理論不嚴(yán)格等原因引起的誤差。例如在圖1.1中，由于電流表測(cè)得的電流還包括流過(guò)電壓表內(nèi)阻的電流，所以電阻測(cè)量值要比電阻測(cè)量值要比電阻實(shí)際值小，由此產(chǎn)生的誤差屬于講授法教學(xué)內(nèi)容、方法和過(guò)程附記教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法教學(xué)組織時(shí)間方法誤差。測(cè)量工作中，

9、應(yīng)對(duì)誤差來(lái)源進(jìn)行認(rèn)真分析，采取相應(yīng)的措施來(lái)減小誤差源對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，提高測(cè)量準(zhǔn)確度。三 測(cè)量誤差的分類(lèi)根據(jù)測(cè)量誤差的性質(zhì)和特點(diǎn)，測(cè)量誤差分為系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差和粗大誤差三類(lèi)。1. 系統(tǒng)誤差（1）系統(tǒng)誤差的定義 在規(guī)定的測(cè)量條件下，對(duì)同一量進(jìn)行多次測(cè)量時(shí)，如果測(cè)量誤差能夠保持恒定或按某種規(guī)律變化，則這種誤差稱(chēng)為系統(tǒng)誤差或確定性誤差，簡(jiǎn)稱(chēng)為系差，記為。如電表零點(diǎn)不準(zhǔn)，溫度、濕度、電源電壓變化等引起的誤差。（2）系統(tǒng)誤差的分類(lèi) 系統(tǒng)誤差根據(jù)其性質(zhì)特征的不同分為恒定系統(tǒng)誤差和變值系統(tǒng)誤差。 恒定系統(tǒng)誤差簡(jiǎn)稱(chēng)為恒定系差，誤差的大小及符號(hào)在整個(gè)測(cè)量過(guò)程中始終保持恒定不變。變值系統(tǒng)誤差簡(jiǎn)稱(chēng)為變值系差，誤差

10、的大小及符號(hào)在測(cè)量過(guò)程中會(huì)隨測(cè)試講授法比較法講完誤差的來(lái)源后，讓學(xué)生思考與沒(méi)有講課前的思考做比較教學(xué)內(nèi)容、方法和過(guò)程附記教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法教學(xué)組織時(shí)間的某一個(gè)或某幾個(gè)因素按累進(jìn)性規(guī)律、周期性規(guī)律或某一復(fù)雜規(guī)律等確定的函數(shù)規(guī)律變化。四 測(cè)量誤差的表示方法測(cè)量誤差的表示方法有三種：絕對(duì)誤差、相對(duì)誤差和容許誤差。1. 絕對(duì)誤差（1）定義 測(cè)量所得的測(cè)量值x與真值之差稱(chēng)為絕對(duì)誤差，用x表示，即 式中，x稱(chēng)為被測(cè)量的給出值、示值或測(cè)量值，習(xí)慣上統(tǒng)稱(chēng)為示值；A0稱(chēng)為被測(cè)量的真值。 注意示值和儀器的讀數(shù)是有區(qū)別的，讀數(shù)是從儀器刻度盤(pán)、顯示器等讀數(shù)裝置上直接讀到的數(shù)字，而示值則是由儀器刻度盤(pán)、顯示器上的讀數(shù)經(jīng)換

11、算而成的。真值A(chǔ)0是一個(gè)理想的概念，實(shí)際上是不可能得到的，通常用高一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)儀器或計(jì)量器具所測(cè)得的測(cè)量值A(chǔ)來(lái)代替，A稱(chēng)為被測(cè)量的實(shí)際值。絕對(duì)誤差的計(jì)算式為講授法提剛要，注重各測(cè)量誤差的表示方法，及公式的寫(xiě)法教學(xué)內(nèi)容、方法和過(guò)程附記教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法教學(xué)組織時(shí)間 （1-1） 絕對(duì)誤差的正負(fù)號(hào)表示測(cè)量值偏離實(shí)際值的方向，即偏大或偏小。絕對(duì)誤差的大小則反映出測(cè)量值偏離實(shí)際值的程度。（2）修正值 與絕對(duì)誤差大小相等、符號(hào)相反的量值，稱(chēng)為修正值，用C表示， （1-2） 修正值通常是在用高一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)儀器對(duì)測(cè)量?jī)x器校準(zhǔn)時(shí)給出的。當(dāng)?shù)玫綔y(cè)量值x后，要對(duì)測(cè)量值x進(jìn)行修正得出被測(cè)量的實(shí)際值，即A=C+x （1-3） 修

12、正值有時(shí)給出的方式不一定是具體數(shù)值，也可能是一條曲線(xiàn)或一張表格，和絕對(duì)誤差一樣都有大小、符號(hào)及量綱。2. 相對(duì)誤差 雖然絕對(duì)誤差可以說(shuō)明測(cè)量結(jié)果偏離實(shí)際值的情況，但不能確切反映測(cè)量結(jié)果偏離真實(shí)值的程度，為了克服絕對(duì)誤差的這一不足，通常采用相對(duì)誤差的形式來(lái)表示。講授法教學(xué)內(nèi)容、方法和過(guò)程附記教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法教學(xué)組織時(shí)間 相對(duì)誤差包括實(shí)際相對(duì)誤差、示值相對(duì)誤差和滿(mǎn)度相對(duì)誤差。（1）實(shí)際相對(duì)誤差 絕對(duì)誤差x與實(shí)際值A(chǔ)之比，稱(chēng)為實(shí)際相對(duì)誤差，用表示： (1-4) （2）示值相對(duì)誤差 絕對(duì)誤差x與測(cè)量值x之比，稱(chēng)為示值相對(duì)誤差，用示： （1-5） （3）滿(mǎn)度相對(duì)誤差 絕對(duì)誤差x與儀器滿(mǎn)度值xm之比，稱(chēng)為

13、滿(mǎn)度相對(duì)誤差或引用相對(duì)誤差，用表示。它是為了計(jì)算和劃分電工儀表的準(zhǔn)確度等級(jí)而引入的相對(duì)誤差，其計(jì)算式為： （1-6） 指針式電工儀表的準(zhǔn)確度等級(jí)通常分為0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0共七級(jí)，講授法教學(xué)內(nèi)容、方法和過(guò)程附記教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法教學(xué)組織時(shí)間分別表示儀表滿(mǎn)度相對(duì)誤差所不超過(guò)的百分比。如某型萬(wàn)用表面板上的“5.0”，表示該型萬(wàn)用表測(cè)量交流量時(shí)的滿(mǎn)度相對(duì)誤差為±5.0%，在無(wú)標(biāo)準(zhǔn)儀表比對(duì)的情況下，是不可能確定測(cè)量值偏離方向的，所以應(yīng)帶有“±”號(hào)。由式（1-6）計(jì)算出的絕對(duì)誤差是用該儀表測(cè)量時(shí)可能產(chǎn)生的最大誤差，實(shí)際測(cè)量絕對(duì)誤差x應(yīng)滿(mǎn)足：x xmm （1-7） （1-8）可見(jiàn)，對(duì)于同一儀表，所選量程不同，可能產(chǎn)生的最大絕對(duì)誤差也不同。而當(dāng)儀表準(zhǔn)確度等級(jí)選定后，測(cè)量值越接近滿(mǎn)度值時(shí)，測(cè)量相對(duì)誤差越