电子测量仪器教学案文档格式.docx
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（1）按测量方式分类 直接测量、间接测量、组合测量
（2）按被测信号的性质分类 时域测量、频域测量、数据域测量
三、巩固 看书1－3页容
四、小结 在分析时―――首先―――然后―――最后―――。
五、作业：
1、什么是测量、测量结果的组成 2、电子测量的意义 3、电子测量的基本参数 4、电子测量的特点
3、4课时
一、复习 1、电子测量的特点 2、电子测量方法的分类
二、新授 1、绝对误差
（1）定义：
被测量的测量值X与其真值Ao之差，称为绝对误差。
用Δx表示 ΔX=X－Ao
（2）修正值：
与绝对误差的大小相等，但符号相反的量值称为修正值。
用C表示 C＝－ΔX＝A－XA＝X+C
2、相对误差定义：
绝对误差与被测量的真值之比，称为相对误差
γAo＝ΔX/Ao×
100%
（1）实际相对误差（用实际值代替真值）γA＝ΔX/A×
（2）示值相对误差（用示值代替实际值）γx＝ΔX/X×
100%（3）引用误差γm=ΔX/Am×
（4）最大引用误差 γmm＝ΔXm/Am×
（5）仪表的准确度 ±
K%＝ΔXmax/Am×
（6）测量结果的准确度（相对误差）γ＝±
K%×
Am/X准确度等级有0.1 0.2 0.5 1.0 1.5 2.5 5.0共七级
3、例题分析 例1：
两个电压的测量值分别是103V、12V，实际值分别是100V、10V试分别求出测量的绝对误差和相对误差。
解：
ΔU1＝U1X－U1＝103V－100V＝3V
ΔU2＝U2X－U1＝12V－10V＝2V
（｜ΔU1｜>
｜ΔU2｜说明U1的测量结果偏离实际值的程度大）
γU1＝ΔU1/U1×
100%＝3%
γU2＝ΔU2/U2×
100%＝20%
（｜γU1｜<
｜γU2｜说明U2的测量结果准确度低于U1）
例2：
某被测电压为8V，用1.5级10V量程的电压表测量，可能产生的最大相对误差为多少？
（略）三、巩固 看书3－4页容
习题1－7
5、6课时
一、复习 1、什么是绝对误差、相对误差
2、什么是引用误差、仪表的准确度
二、新授 1、测量误差的来源
（1）仪器误差
（2）理论误差和方法误差 （3）影响误差
（4）人身误差 2、测量误差的分类
（1）系统误差
在确定的测试条件下，误差的数值保持恒定或在条件改变时按一定规律变化的误差。
（2）随机误差（偶然误差）
在一样条件下多次测量同一值时，每次测量结果出现无规律的随机变化的误差。
（3）疏失误差（粗大误差）
在一定条件下，测量值明显偏离实际值时所对应的误差。
3、测量结果的表示与有效数字
（1）测量结果的表示：
数值（大小、等号）+单位
（2）有效数字与有效数字位数从最左边一位非零的数字算起到最后一位始（含未尾的零）A、有效数字的位数估算出测量的误差 一般规定误差不超过有效数字位数未位单位的一半。
如1.00A则ΔA<
±
1/2×
0.01A＝0.005AB、有单位的数字需注意记录的方法 变换单位后，有效数字的倍数不应改变 如1000mA可写成1.000A表示四位有效数字，不可写成1A；
2.0V写成20×
102mV不可写成2000mV。
C、“0”的意义。
在最左面的0为非有效数字，在最后或中间为有效数字；
未尾的0很重要。
如0.03表示一位有效数字，该数可能在0.025－0.035之间。
而0.030表示两位有效数字，该数可能在0.0295－0.0305之间。
4、数字的舍入规则
小于5舍、大于5入、等于5看奇偶（求偶数法则）。
例1：
对以下数据进行舍入处理，要求小数点后保留两位。
16.3720――16.37 32.4550――32.46 4.5452――4.55
3.8546――3.85 1.995――2.00 1.985――1.98
5、电子测量仪器的分类
6、电子测量仪器的误差
（1）固有误差
（2）工作误差 （3）稳定误差（4）变动量
三、巩固 看书4－11页容
习题8－10
第二章电子电压表
能画出放大－检波式和检波－放大式模拟电子电压表的组成框图，理解各组成部分的作用，了解该两类电子电压表的特点与适用围；
了解逐次逼近比较式、双斜积分式的工作原理；
理解数字式多用表的组成框图与各部分的作用；
能正确选用和使用电子电压表进行电压测量。
模拟式电子电压表的组成框图、特点与使用方法。
数字式电压表的工作原理
18
1、2课时
一、导入新课
电工仪表不能满足电子电路测量的需要（阻小对电路影响大），需要用高阻的电子电压表才能进行测量。
二、新授
1、电子测量对仪器的要求
a.应有足够宽的频率测量围宽
b.应有足够宽的电压测量围
c.应有足够高测量准确度
d.应有足够高的输入阻抗
e.应有高的抗干扰能力
2、电子电压表的分类
电子电压表分为模拟式和数字式两大类
（一）模拟式电子电压表1、放大－检波式A、组成框图
B、框图作用10、可变是量程分压器：
改变加到后级的电压，扩大量程。
20、带宽交流放大器：
放大电压，提高灵敏度
30、检波器：
AC/DC转换。
输出直流与输入交流电压的平均值成正比，采用均值检波
C、特点
优点：
灵敏度高、性能稳定、作用方便、电路简单、波形失真小
缺点：
工作频率围窄（受放大器带宽的限制）上限达5－10MHz，也称视频电压表。
D、适用围：
测量电压较小（mV级）、频率低（1MHz以下视频10MHz以下）的高频信号。
三、巩固 看书12－13页容
习题 1、放大－检波式电压表的组成框图 2放大－检波式各框图的作用 3、放大－检波式电压表的特点与适用围。
一、复习 1、电子电压表的分类
2、放大－检波式电压表的框图、作用、特点。
2、检波－放大式
A、组成框图
B、框图作用
10、检波探头：
输出直流电流与交流电压的峰值成正比例的检波器 即 交流－直流 且V＝K×
VP
20、可变是量程分压器：
30、直流放大器：
放大直流电压。
因受直流放大器零点漂移和噪声的限制，灵敏度不高，约为0.1V。
工作频率围宽（20Hz－1GHz称为高频电压表或超高频电压表）
输入阻抗大
灵敏度低
测量频率较高的高频电压。
3、外差式
模拟表的特点：
电路简单、价廉，特别适用于高频电压的测量，但测量精度较差，不能实现测量过程的自动化。
（二）、数字式电压表
数字式电压表由模拟电路和数字电路两部分组成，其框图为：
P.14.页图2－4
1、比较型数字电压表（直接转换）
特点：
精度高、速度快、抗干扰能力差
2、积分式数字电压表（间接转换）
抗干扰能力强、成本低、速度慢
3、复合式数字电压表
精确度高，速度、抗干扰能力强，适用于高精确度的测量。
数字表的特点：
采用数字形式输出直观显示测量结果，除具有测量准确度高、速度快、输入阻抗大、过载能力强、抗干扰能力强和分辨力高等优点外，还便于和计算机与其它设备组成自动测试仪器和系统。
三、巩固 看书13－15页容
习题 1、检波－放大式电压表的组成框图 2检波－放大式各框图的作用 3、检波－放大式电压表的特点与适用围。
4、数字式电压表的分类、组成框图。
一、复习 1、模拟式电压表的特点
2、数字式电压表的特点
交流电压的参数
交流电压的大小可以用峰值、平均值、有效值来表征，它们之间的关系可以用波形因数、波峰因数表示。
1、峰值：
交流电压在一个周期（或一段时间）电压达到的最大值VP。
正、负峰值不等时分别用VP+或VP-表示。
注意点：
峰值与振幅是有区别的
振幅：
在一个周期偏转直流分量V0的最大值称为振幅。
当V0＝0时，峰值＝振幅
例如：
2、平均值
数学定义：
（略）
电子测量中定义
交流电压的平均值指检波后的平均值。
根据检波器的种类不同又可分为全波平均值和半波平均值
如不作特别说明，平均值指全波平均值。
由数学平均值的定义知平均值是指面积的平均值，因此求平均值可求面积的平均值。
3、有效值
有效值又称均方根值
物理意义：
交流电压在一个周期施加于一纯电阻负载上所产生的热量与一个直流电压在同样情况下产生的热量相等时，这个直流电压就是交流电压的有效值。
4、波形因数KF
KF＝V/V－ 有效值与平均值之比
5、波峰因数
KP＝VP/V 峰值与有效值之比
6、几种常用交流电压的波形参数
名称
峰值
波形
有效值V
平均值
KF
KP
正弦波
A
0.707A
0.637A
1.11
1.414
全波整流正弦波
三角波
0.5A
1.15
1.732
方波
1
脉冲波
三、巩固 看书15－16页容
名词解释：
平均值、有效值、峰值、波形因数、波峰因数
教后感：
7、8课时
一、复习 1、什么是峰值、平均值、有效值
2、什么是波形因数、波峰因数
二、新授
模拟式电压表分为：
均值电压表、峰值电压表、有效值电压表
（一）均值电压表
1、工作原理（交→直转换）
a、均值检波器电路
全波整流电路（分析略）
电容C起滤除交流成分的作用
充电时间 ≈ 放电时间
b、特性
（1）输出电流（或偏转角α）正比例于输入电压的平均值，与波形无关。
即 α＝KV
（2）输入电阻
Zi＝Ri//Xc
由于Ri较小，使输入阻抗较低
2、定度系数
（不作特别说明）所有交流电压表都是按照正弦波有效值定度。
如果检波器不是有效值响应，则其示值与实际响应值之间存在一个系数，此即为定度系数，记为K
α＝U~＝KV
正弦波 K＝1.11
测量非正弦波电压其读数并无直接物理意义，只知道0.9α等于被测电压的平均值。
若被测电压的波形因数已知，可经过换算得到被测电压的有效值。
用均值电压表分别测量正弦波、三角波、方波电压，若电压表示值均为10V问被测电压的有效值各是多少？
3、波形误差
用均值电压表测量非正弦波时，如果将电压表的读数值当作它的有效值，将会产生测量误差，该测量误差称为波形误差。
如：
三角波 γ＝－3.5%
方波 γ＝10%
4、特点
电路较简单、灵敏度高、波形失真小、测量围大
三、巩固 看书17－18页容
习题4、5、6
9、10课时
一、复习 1、均值表的特点与定度系数
2、均值表测量非正弦波如何得到其有效值。
峰值电压表
1、峰值检波器
电路结构：
如图2.12（整流滤波）
条件：
充电时间短，放电时间长，使电容C两端保持为峰值）
a、串联式峰值检波器（开路式）
实际响应值为交流电压波形的峰值UP+
b、并联式峰值检波器（闭路式）
实际响应值为交流电压的振幅Um
峰值电压表与均值电压表类似，一般按正弦波的有效值进行定度
α＝U~＝KVP＝0.707VP
定度系数为0.707
用峰值电压表测量正弦波电压，其读数就是正弦波的有效值，测量非正弦波其读数无意义，把读数乘以1.414等于被测电压的峰值。
例题1：
用峰值电压表测量正弦波、三角波、方波电压，已知电压表的读数均为10V试分别计算正弦波、三角波、方波的有效值、平均值、峰值各是多少？
例题2：
用串联型、并联型峰值电压表测量如图所示电压，其读数各是多少？
测量非正弦波电压时，如果将电压表读数当作它的有效值，也会产生波形误差
波形误差的绝对误差 ΔU＝α－
波形误差的相对误差 γ＝ΔU/α×
因此有 三角波的波形误差为γΔ＝18.4%
方波的波形误差为γڤ＝-41%
结论：
用峰值电压表测量非正弦波时产生的测量误差比均值表大得多。
三、巩固 看书21－23页容
习题6、7、8
11、12课时
2、数字式电压表的特点
1、分类与特点
（1）分类：
数字电压表分为
a）直流数字电压表
b）交流数字电流表
c）数字万用表
其中直流数字电压表是基础
（2）特点：
精确度高、测量速度快、输入阻抗大、读数准确、抗干扰能力和抗过载能力强，便于测量过程的自动化。
2、DVM的主要技术指标
（1）测量围
a）量程：
量程表示电压表所能测量的最小和最大电压围。
不经衰减器和输入放大器的量程称为基本量程，基本量程通常为1V或10V也有的为2V或5V。
b）位数：
位数是表示数字电压表精密程度的参数A、能显示0－9十个数码的数位称为满位（即一位），如果最大能显示9999称为4位。
B、能显示0和1两个数字，称为半位或1/2位。
C、不能显示满位，又大于0和1两个数，称为3/4位。
c）超量程能力：
超量程能力指DVM所能测量的最大电压超过量程的能力（准确度、分辨力不下降）超量程能力＝（能测量出的最大电压－量程值）/量程值×
100%A、满位显示：
没有超量程能力B、1/2位显示：
量程为2V、20V分档，没有超量程能力；
量程为1V、10V分档，超量程能力为100%C、3/4位显示：
若最大显示为5999、量程以5V、50V分档，则超量程能力为20%
（2）分辨力（灵敏度）能够反映出的被测电压的最小变化值的能力，即末尾的“1”表示出的电压值。
量程不同，分辨力不等，最小量程的分辨力作为DVM的分辨力。
如：
4位DVM在1V、10V的分辨力分别是0.0001V、0.001V，若最小量程为1V则DVM的分辨力是0.001V。
（3）测量误差 用固有误差来衡量 ΔU＝±
（α%Ux+β%Um） 末位n个单位等于β%Um
（4）输入电阻和输入偏置电流
（5）抗干扰能力
（6）测量速率
三、巩固 看书24－25页容
习题1、2、3
13、14课时
一、复习 1、数字电压表的分类
2、超量程能力与分辨力
A/D转换原理
（一）逐次比较式数字电压表
1、原理框图
举例：
天平称物体，法码8克、4克、2克、1克―――――
（1）比较器：
用于鉴别被测电压与步进标准电压的差值的电压比较器
（2）数码开关：
将输入的数字量转换为模拟电压输出，它是A/D转换器的反馈量
（3）基准源：
作为基准电压的机参考电压源
（4）数码寄存器（SAR）：
在时钟脉冲的作用下，逐次提供代表不同标准电压的二进制数码
（5）控制部分：
节拍脉冲，控制数码寄存器工作。
2、工作过程 设基准电压Er＝16V，被测电压为Ux＝5.5V测量过程为第一个时钟 ， 清零 输出0000，第二个时钟 ， Vb（8V）>
Ux 舍， 输出0000，第三个时钟 ， Vb（4V）<
Ux 留， 输出0100，第四个时钟 ， Vb（6V）>
Ux 舍， 输出0100，第六个时钟 ， Vb（5V）<
Ux 留， 输出0110，―――――――――――――――――――――――注意点：
基准码的取法可以按2n递减也可以按二－十进制（8、4、2、1码）
3、工作原理
被测电压与已知的不断递减的基准码电压进行逐次比较直至与最小的基准码电压比较结束实现A/D转换最终获得被测电压值
电路复杂、精度高、分辨力高、速度快抗干扰能力差
三、巩固 看书25－26页容
习题7、8、9
15、16课时
一、复习 1、比较式数字式电压表的组成框图
2、比较式数字式电压表的特点
（二）双积分式A/D转换器
1、
原理方框图
2、工作原理 首先对被测电压UX在固定时间T1进行积分（定时积分）然后对部基准电压Ub反向积分（定值积分），反向积分时间T2与UX成正比，利用电子计数器测出T2就可知到UX的值的大小。
工作过程分为准备阶段、取样阶段、比较阶段
（1）准备阶段 控制器使电子开关S4接地，S1－S3断开，使积分器输入、输出电压为零，作为初始状态。
（2）取样阶段 T1时刻，控制器发出取样指令，S1接通（S2－S4断）被测电压加到积分器输入端，输出电压从0开始线性上升，同时控制指令打开闸门计数器开始对时钟脉冲进行计数，当计数到预定时间T1时，计数器停止计数并复位为零，同时计数器输出一个比较指令表示取样阶段的结束。
U01＝－1/RC×
UXT（3）比较阶段 T2时刻在比较指令作用下，断开S1接通S2（若UX为正则接通S3）基准电压加到积分器的输入端，输出电压UC2＝U01－1/RC⌠UBdx 从Um开始线性下降，经过T2的时间降为零，同时计数器输出一个脉冲关闭闸门计数器停止计数。
即 UC2＝0 1/RCUXT1－T2/RCUB＝0 UX＝T2/T1UB＝N2/N1UB
3、特点：
准确度高、抗干扰能力强、速度慢
（三）数字电压表中的自动功能1、自动校零
2、自动转换量程
三、巩固 看书27－29页容
17、18课时
一、复习 1、比较式数字电压表的组成框图与特点
2、积分式数字电压表的组成框图与特点
数字多用表
组成框图
2、测量线路
（1）电压测量线路电路如图所示（P.31.页图2.20a）测量2V时：
VIN+＝1MΩ/10MΩ×
2V＝0.2V＝200mV
测量20V时：
VIN+＝100KΩ/10MΩ×
2V＝0.2V＝200mV――――――――
（2）电流的测量线路 电路如图所示（P.31.页图2.20b） 测量20mA时 VIN+＝0.02A×
（0.01+0.99+9）Ω＝0.2V＝200mV 测量200mA时 VIN+＝0.2A×
（0.01+0.99）Ω＝0.2V＝200mV 测量20A时 VIN+＝20A×
0.01Ω＝0.2V＝200mV
（3）电阻的测量线路电路如图所示（P.31.页图2.20C）分析（略）
――――――――――――――――――――――――
3、电压表的选择和使用
（1）电压表选择的一般原则（略）
（2）电压表的正确使用
a、正确放置电压表
b、测量前进行机械调零和电气调零
c、正确选择量程
d、注意输入阻抗的影响
e、防止外界磁场的干扰
三、巩固 看书30－34页容
习题1、数字多用表的特点 2、简述直流电压、电阻的测量原理 3、如何正确使用电压表。
第三章低频信号发生器
1、了解信号发生器的分类；
2、能画出低频、高频信号发生器的组成框图理解各框图的作用；
3、能正确使用低频、高频信号发生器进行测量。
低频、高频信号发生器的组成框图与作用。
振荡电路的原理分析
8
1、2课时
一、导入新课：
信号发生器的作用
1、信号发生器的分类
（1）正弦波信号发生器
（2）脉冲信号发生器 （3）函数信号发生器 （4）噪声信号发生器
2、正弦波信号发生器的主要技术特性 10频率特性
（1）有效频率围
（2）频率准确度：
输出频率的实际值与示值之间的相对误差 γ＝（fo-fx）/fx×
100%
（3）频率稳定度：
在一定时间维持其输出频率不变的能力 β＝Δƒ/f0×
20输出特性
（1）输出电平
（2）输出电平的稳定度（3）输出阻抗
30调制特性
3、低频信号发生器10组成框图20组成框图的作用
（1）主振器：
产生低频正弦波信号（核心部分）一般采用RC电路。
（2）电压放大器：
兼有缓冲和电压放大作用（3）输出衰减器：
调节输出电压或功率大小，常用步进调节和连续调节。
一般用分贝数表示输出衰减，分贝数与放大倍数间的关系为 表3.2（P40页）（4）指示电压表：
指示电压放大器或功率放大器输出电压的幅度。
（5）功率放大器：
对衰减器送来的信号进行功率放大，使之达到额定的功率输出。
（6）阻抗变换器：
用于戒备森严匹配不同阻抗的负载，以便获得最大功率输出。
三、巩固 看书36－38页容
习题1、信号发生器的分类 2、有效频率围、频率准确度、稳定度的概念 3、低频信号发生器组成框图与各框图的作用。
一、复习 低频信号发生器的组成框图与各框图的作用
二、新授 XD2型低频信号发生器的使用方法
（一）面板结构
1、频率调节：
“频率围”频段开关；
“×
1”、“
升级会员 