第1章 电子测量和仪器的基本知识

学习目标

● 了解电子测量的意义、内容和特点。

● 了解测量误差的来源与分类。

● 掌握测量误差的表示方法。

● 了解电子测量仪器的分类及仪器误差的表示方法。初步掌握电子测量仪器正确使用的常识。

● 理解有效数字的概念，会对测量结果进行简单的数据处理。

1.1 电子测量的意义、内容和特点

日常生活中处处都需要测量。购物时称质量，做衣服时量体裁衣，迷失方向时用指南针……科学的进步和发展更离不开测量，离开测量就不会有真正的科学。

测量是人类对客观事物取得数值的认识过程。在这一过程中，人们借助于专门的设备，依据一定理论，通过实验的方法，求出以所用测量单位来表示的被测量的量值或确定一些量值的依从关系。通常，测量结果的量值由两部分组成：数值（大小及符号）和相应的单位名称。没有单位的量值是没有物理意义的。

在科学技术发展过程中，测量结果不仅用于验证理论，而且是发现新问题、提出新理论的依据。历史事实证明：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。测量手段的现代化，已被公认为科学技术和生产现代化的重要条件和明显标志。

1.1.1 电子测量的意义

随着测量学的发展和无线电电子学的应用，诞生了以电子技术为手段的测量，即电子测量。如用数字万用表测电压、频谱分析仪监测卫星信号、红外温度计测体温等。它是测量学的一个很重要分支，是测量技术中最先进的技术之一。目前，电子测量不仅因为其应用广泛而成为现代科学技术中不可缺少的手段，同时也是一门发展迅速、对现代科学技术的发展起着重大推动作用的独立学科。随着电子测量仪器与计算机的结合，“智能仪器”、“自动测试系统”的出现，测量的概念正在不断丰富。从某种意义上说，近代科学技术的水平是由电子测量的水平来保证和体现的；电子测量的水平，是衡量一个国家科学技术水平的重要标志之一。

1.1.2 电子测量的内容

本课程中电子测量的内容是指对电子学领域内电参量的测量，主要有：

（1）基本电量的测量，如电流、电压、功率等的测量。在此基础上，电子测量的内容可扩展至其他量的测量。例如，阻抗、频率、时间、相位、电场强度、磁场及相关量等。

（2）电路、元器件参数的测量与特性曲线显示，如电子线路整机的特性测量与特性曲线显示（伏安特性、频率特性等）或电气设备常用各种元器件（电阻、电感、电容、晶体管、集成电路等）的参数测量与特性曲线显示。

（3）电信号特性的测量，如频率、波形、周期、时间、相位、谐波失真度、调幅度及逻辑状态等的测量。

（4）电子设备性能指标测量，如各种电子设备的性能指标（设备的灵敏度、增益、带宽、信噪比等）测量。

另外，通过传感器，可将很多非电量如温度、压力、流量、位移等转换成电信号后进行测量。

1.1.3 电子测量的特点

同其他的测量相比，电子测量具有以下几个突出的优点。

1.测量频率范围宽

电子测量既可测量直流电量，又可以测量交流电量，其频率范围可以覆盖整个电磁频谱，可达10-6～1012Hz。但应注意，在不同的频率范围内，即使测量同一种电量，所需要采用的测量方法和使用的测量仪器也往往不同。

2.仪器量程宽

量程是仪器所能测量各种参数的范围。电子测量仪器具有相当宽广的量程。例如，一台数字电压表可以测出从纳伏（nV）级至千伏（kV）级的电压，其量程达12个数量级；一台用于测量频率的电子计数器，其量程可达17个数量级。

3.测量准确度高

电子测量的准确度比其他测量方法高得多，特别是对频率和时间的测量，误差可减小到10-15量级，是目前人类在测量准确度方面达到的最高指标。电子测量的准确度高，是它在现代科学技术领域得到广泛应用的重要原因之一。

4.测量速度快

由于电子测量是通过电磁波的传播和电子运动来进行的，因而可以实现测量过程的高速度，这是其他测量无法比拟的。只有测量的高速度，才能测出快速变化的物理量。这对于现代科学技术的发展具有特别重要的意义。例如，原子核的裂变过程、导弹的发射速度、人造卫星的运行参数等，都需要高速度的电子测量。

5.易于实现遥测

电子测量的一个突出优点是可以通过各种类型的传感器实现遥测。例如，对于遥远距离或环境恶劣的、人体不便于接触或无法达到的区域（如深海、地下、核反应堆内、人造卫星等），可通过传感器或通过电磁波、光、幅射等方式进行测量。

6.易于实现测量自动化和测量仪器微机化

由于大规模集成电路和微型计算机的应用，使电子测量出现了崭新的局面，例如在测量中能实现程控、自动量程转换、自动校准、自动诊断故障和自动修复，对于测量结果可以自动记录，自动进行数据运算、分析和处理。目前已出现了许多带微处理器的自动化示波器、数字频率计、数字式电压表以及受计算机控制的自动化集成电路测试仪、自动网络分析仪和其他自动测试系统。

电子测量的一系列优点，使它获得极其广泛的应用。今天，几乎找不到哪一个科学技术领域没有应用电子测量技术。大到天文观测、宇宙航天，小到物质结构、基本粒子，从复杂的生命、遗传问题到日常的工农业生产、商业部门，都越来越多地采用了电子测量技术与设备。

1.2 电子测量方法的分类

为了获得测量结果，采用的各种手段和方式称为测量方法。电子测量方法的分类形式有多种，这里仅就最常用的分类方法作简要介绍。

1.2.1 按测量方式分类

1.直接测量

直接从电子仪器或仪表上读出测量结果的方法称为直接测量。例如：电压表测量电路中的电压、用通用电子计数器测频率，都属于直接测量。

2.间接测量

对一个与被测量有确定函数关系的物理量进行直接测量，然后通过代表该函数关系的公式、曲线或表格，求出被测量值的方法，称为间接测量。例如，要测量已知电阻R上消耗的功率，先测量加在R两端的电压U，然后再根据公式P= 求出功率P之值。

3.组合测量

在某些测量中，被测量与几个未知量有关，测量一次无法得出完整的结果，则可改变测量条件进行多次测量，然后按被测量与未知量之间的函数关系组成联立方程，求解，得出有关未知量。此种测量方法称为组合测量，它是一种兼用直接测量与间接测量的方法。例如，在0～650℃温度区间内，工业用铂热电阻（W100=1.387～1.390）的电阻（Rt）与温度（t）的关系近似为Rt=R0（1+At+Bt2），其中，R0为元件在0℃时的电阻值。测量电阻温度系数A、B和初始阻值过程中，可直接测量R0 值。测出三组不同温度下的Rt 后，可由联立方程求解A、B。

上面介绍的三种方法中，直接测量的优点是测量过程简单迅速，在工程技术中采用得比较广泛。间接测量多用于科学实验，在生产及工程技术中应用较少，只有当被测量不便于直接测量时才采用。至于组合测量，是一种特殊的精密测量方法，适用于科学实验及一些特殊的场合。

1.2.2 按被测信号的性质分类

1.时域测量

时域测量是测量被测对象在不同时间的特性，这时把被测信号看成是一个时间的函数。例如，使用示波器显示被测信号的瞬时波形，测量它的幅度、宽度、上升和下降沿等参数。时域测量还包括一些周期性信号的稳态参量的测量，如正弦交流电压，虽然它的瞬时值会随时间变化，但是交流电压的振幅值和有效值是稳态值，可用指针式仪表测量。

2.频域测量

频域测量是测量被测对象在不同频率时的特性。这时把被测对象看成是一个频率的函数。信号通过非线性电路会产生新的频率分量，能用频谱分析仪进行分析。放大器的幅频特性，可用频率特性图示仪予以显示。放大器对不同频率的信号会产生不同的相移，可使用相位计测量放大器的相频特性。

3.数据域测量

数据域测量是对数字系统逻辑特性进行的测量。利用逻辑分析仪能够分析离散信号组成的数据流，可以观察多个输入通道的并行数据，也可以观察一个通道的串行数据。

4.随机测量

随机测量是利用噪声信号源进行的动态测量，例如各类噪声、干扰信号等。这是一种比较新的测量技术。

电子测量技术还有许多分类方法，如动态与静态测量技术、模拟和数字测量技术、实时与非实时测量技术、有源与无源测量技术等。

1.3 测量误差的基本概念

测量的目的就是希望获得被测量的实际大小即真值。所谓真值，就是在一定的时间和环境的条件下，被测量本身所具有的真实数值。实际上，由于测量设备、测量方法、测量环境和测量人员的素质等条件的限制，测量所得到的结果与被测量的真值之间会有差异，这个差异就称为测量误差。测量误差过大，可能会使得测量结果变得毫无意义，甚至会带来坏处。我们研究误差的目的，就是要了解产生误差的原因和发生的规律，寻求减小测量误差的方法，使测量结果精确可靠。

1.3.1 测量误差的表示方法

测量误差有两种表示方法：绝对误差和相对误差。

1.绝对误差

（1）定义

由测量所得到的被测量值x与其真值A0之差，称为绝对误差，即

式中 Δx—绝对误差。

由于测量结果x总含有误差，x可能比A0大，亦可能比A0小，因此Δx既有大小，又有正负符号。其量纲和测量值相同。

要注意，这里说的被测量值，是指仪器的示值。一般情况下，示值和仪器的读数有区别。读数是指从仪器刻盘度、显示器等读数装置上直接读到的数字，示值是该读数表示的被测量的量值，常常需要加以换算。

式中，A0表示真值。真值是一个理想的概念，一般来说，是无法精确得到的。因此，实际应用中通常用实际值A来代替真值A0。

实际值又称为约定真值，它是根据测量误差的要求，用高一级或数级的标准仪器或计量器具测量所得值，这时绝对误差可按下式计算：

例1.1 用电压表测电压，读数为102V；而用标准表测得的结果为100V，则绝对误差为多少？

解：ΔU=Ux-A=102-100=2V

（2）修正值

与绝对误差的绝对值大小相等，但符号相反的量值，称为修正值，用c表示。

对测量仪器进行定期检定时，用标准仪器与受检仪器相比对，以表格、曲线或公式的形式给出受检仪器的修正值。在日常测量中，受检仪器测量所得到的结果应加上修正值，以求得被测量的实际值，即

例1.2 某电流表的量程为5A，通过鉴定而得出其修正值为-0.01A。如用这只电流表测电路中的电流，其示值为4.6A，被测电流实际值为多少？

解：A=x+c=4.6+（-0.01）=4.59A

由上可见，利用修正值可以减小误差的影响，使测量值更接近真值。在实际应用中，应定期将仪器仪表送计量部门鉴定，以便得到正确的修正值。

2.相对误差

绝对误差虽然可以说明测量结果偏离实际值的情况，但不能确切反映测量的准确程度，不便于看出对整个测量结果的影响。例如，对分别为10Hz和1MHz的两个频率进行测量，绝对误差都为+1Hz，但两次测量结果的准确程度显然不同。因此，除绝对误差外，还应明确相对误差的定义。

（1）实际相对误差

绝对误差与被测量的真值之比，称为相对误差（或称相对真误差），用γ表示：

相对误差没有量纲，只有大小及符号。由于真值是难以确切得到的，通常用实际值A代替真值A0来表示相对误差，用γA来表示：

γA称为实际相对误差。

（2）示值相对误差

在误差较小，要求不是很严格的场合，也可用测量值x代替实际值A，由此得出示值相对误差，用γx来表示：

式中Δx由所用仪器的准确度等级定出。由于x中含有误差，所以γx只适用于近似测量。当Δx很小时，x≈A，有γx≈γA。

例1.3 两个电压的实际值分别为U1A=100V，U2A=10V；测量值分别为U1x=98V，U2x=9V。试比较两次测量的绝对误差和相对误差。

解：ΔU1=U1x-U1A=(98-100)V=-2V

ΔU2=U2x-U2A=(9-10)V=-1V

|ΔU1|＞|ΔU 2|。两者的相对误差分别为

|γA1|＜|γA2|。说明U2的测量准确度低于U1。

由上可见，用相对误差衡量误差对测量结果的影响，比用绝对误差更加确切。

（3）引用相对误差

用绝对误差与仪器满刻度值xm之比来表示相对误差，称为引用相对误差（或称满度相对误差），用γm表示：

测量仪器使用最大引用相对误差来表示它的准确度，这时有

式中 Δxm——仪器在该量程范围内出现的最大绝对误差；

xm——满刻度值；

γmm——仪器在工作条件下不应超过的最大引用相对误差，它反映了该仪表综合误差的大小。

电工测量仪表按γmm值分0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0七级。1.0级表示该仪表的最大引用相对误差不会超过±1.0%，但超过±0.5%，也称准确度等级为1.0级。准确度等级常用符号S表示。

例1.4 已知某被测电压为80V，用1.0级、100V量程的电压表测量。若只做一次测量就把该测量值作为测量结果，可能产生的最大绝对误差是多少？

解：在实际生产过程中，经常将一次直接测量的结果作为最终结果，所以讨论这个问题很具有实践意义。仪表的准确度等级表示该仪表的最大引用相对误差，该仪表可能出现的最大绝对误差为：

Δxm =±1.0% ×100V=± 1V

由式（1.9）可知，测量的绝对误差满足

测量中总要满足 x≤xm，可见当仪表的准确度等级确定后，x 越接近 xm，测量的示值相对误差越小，测量准确度越高。因此，在测量中选择仪表量程时，应使指针尽量接近满偏转，一般最好指示在满度值2/3 以上的区域。应该注意，这个结论只适用于正向线性刻度的电压表、电流表等类型的仪表。

而对于反向刻度的仪表，即随着被测量数值增大而指针偏转角度变小的仪表，如万用表的欧姆挡，由于在设计或检定仪表时均以中值电阻为基准，故在使用这类仪表进行测量时应尽可能使表针指在中心位置附近区域，因为此时测量准确度最高。

例1.5 已知被测电压的实际值为10V左右，用量程和准确度等级分别为150V、0.5级和15V、1.5级两块电压表测量，哪块表测量得准确？

解：若用150V、0.5级电压表，由式（1.9）可求得测量的最大绝对误差为：

Δxm1=±0.5% × 150 V=±0.75V

用15V、1.5级电压表测量，可得：

Δxm2 =±1.5% ×15 V=±0.225V

显然，由于|Δxm1|＞|Δxm2|，选用15V、1.5 级的电压表测量更准确。由此例可见，测量中应根据被测量的大小，合理选择仪表量程，并兼顾准确度等级，不能片面追求仪表的准确度级别。

1.3.2 测量误差的来源与分类

如前所述，在一切实际测量中都存在一定的误差。现在来讨论误差的来源。

1.误差来源

（1）仪器误差

由于仪器本身及其附件的电气和机械性能不完善而引入的误差称为仪器误差。仪器仪表的零点漂移、刻度不准确和非线性等引起的误差以及数字式仪表的量化误差都属于此类。减小仪器误差的主要途径是根据具体测量任务，正确地选择测量方法和使用测量仪器。

（2）理论误差和方法误差

由于测量所依据的理论不够严密或用近似公式、近似值计算测量结果所引起的误差称为理论误差。例如，峰值检波器的输出电压总是小于被测电压峰值所引起的峰值电压表的误差就属于理论误差。理论误差原则上可通过理论分析和计算来加以消除或修正。

由于测量方法不适宜而造成的误差称为方法误差。如用低内阻的万用表测量高内阻电路的电压时所引起的误差就属于此类。方法误差可通过改变测量方法来加以消除或修正。

（3）影响误差

由于温度、湿度、震动、电源电压、电磁场等各种环境因素与仪器仪表要求的条件不一致而引起的误差。如数字电压表技术指标中常单独给出温度影响误差。当环境条件符合要求时，影响误差可不予考虑。

（4）人身误差

由于测量人员的分辨力、视觉疲劳、不良习惯或缺乏责任心等因素引起的误差，如读错数字、操作不当等。减小人身误差的途径有：提高测量者的操作技能和工作责任心；采用更适合的测量方法；采用数字式显示器进行读数以避免读数误差。

2.误差分类

根据性质，可将测量误差分为系统误差、随机误差和疏失误差。

（1）系统误差

在一定的条件下，误差的数值（大小及符号）保持恒定或按照一定的规律变化的误差称为系统误差。

系统误差决定了测量的准确度。系统误差越小，测量结果越准确。

（2）随机误差

在相同条件下进行多次测量，每次测量结果出现无规律的随机变化的误差，这种误差称为随机误差或偶然误差。在足够多次的测量中，随机误差服从一定的统计规律，具有单峰性、有界性、对称性、相消性等特点。

随机误差反映了测量结果的精密度。随机误差越小，测量精密度越高。

随机误差和系统误差共同决定测量结果的精确度，要使测量的精确度高，两者的值都要求很小。

（3）疏失误差

疏失误差是指在一定条件下，测量值明显偏离实际值时所对应的误差。疏失误差又称粗大误差，或简称粗差。

疏失误差是由于读数错误、记录错误、操作不正确、测量中的失误及有不能允许的干扰等原因造成的误差。

疏失误差明显地歪曲了测量结果，就其数值而言，它远远大于系统误差和随机误差。

对于上述三类误差，应采取适当措施进行防范和处理，减小以至消除它们对测量结果的影响。对于含有疏失误差的测量值，一经确认，应首先予以剔除。对于系统误差，在测量前应细心做好准备工作，检查所有可能产生系统误差的来源，并设法消除；也可以决定它的大小，在测量中采用适当的方法或引入修正值加以抵消或削弱。例如，为了消除或削弱固定的系统误差，可采用零示法、替代法、补偿法、交换法等测量方法。对于随机误差，可在相同条件下进行多次测量，对测量结果求平均值来减小它的影响。

1.4 测量结果的表示和有效数字

1.4.1 测量结果的表示

这里只讨论测量结果的数字表示，它包括一定的数值（包括符号）和相应的计量单位。例如-7.1V、465kHz等。

有时为了说明测量结果的可信度，在表示测量结果时，还要同时注明其测量误差值或范围。例如(4.32±0.01)V、(465±1)kHz等。

1.4.2 有效数字和有效数字位

测量结果通常表示为一定的数值，但测量过程总存在误差，多次测量的平均值也存在误差。如何用近似数据恰当地表示测量结果，就涉及到有效数字的问题。

有效数字是指从最左边第一位非零数字算起，到含有误差的那位存疑数字为止的所有各位数字。在测量过程中，正确地写出测量结果的有效数字，合理地确定测量结果位数是非常重要的。对有效数字位数的确定应掌握以下几方面的内容。

（1）有效数字位与测量误差的关系：原则上可以从有效数字的位数估计出测量误差，一般规定误差不超过有效数字末位单位的一半。例如1.00A，则测量误差不超过±0.005A。

（2）“0”在最左面为非有效数字。例如0.03kΩ，两个零均为非有效数字。“0”在最右面或两非零数字之间均为有效数字，不得在数据的右面随意加“0”。如将1.00A改为1.000A，则表示已将误差极限由0.005A改成0.0005A。

（3）有效数字不能因选用的单位变化而改变。如测量结果为2.0A，它的有效数字为二位。如改用mA做单位，将2.0A改写成2000mA，则有效数字变成四位，是错误的，应改写成2.0×103mA，此时它的有效数字仍为二位。

1.4.3 数字的舍入规则

测量数据中超过保留位数的数字，应予删略。删略的原则是“小于五舍，大于五入，等于五求偶”，其具体内容如下：

删略部分最高位数字小于5时，后位舍去。

删略部分最高位数字大于5时，末位进1。

删略部分最高位数字等于5时，若5后面有非零数字时进1，如果5后面全为零或无数字时，采用求偶法则，即5前面为偶数时舍5不进，5前面为奇数时进1。

例1.6 将下列数字保留三位

25.53 33.46 53.45 68.4501 43.35

解： 略部分最高位数字小于5，后位舍去。

略部分最高位数字大于5，末位进1。

略部分最高位数字等于5，5前面为偶数不进。

略部分最高位数字等于5，5后面有非零数字进1。

略部分最高位数字等于5，5前面为奇数进1。

由上述可见，经过数字舍入后，末位是欠准数字，末位以前的数字为准确数字。末位欠准的程度不超过该位单位的一半。

决定有效数字位数的标准是误差范围，并不是位数写得越多越好，写多了会夸大测量的准确度。

表示带有绝对误差的数字时，有效数字的末位应和绝对误差取齐，即两者的欠准数字所在的数字位必须相同。如（6500±1）kHz是正确的，也可写成6.500MHz±1kHz，但不能写成6.5MHz±1kHz。当前面有效数字的单位和误差所用单位相同时，前面有效数字可以不再标出单位名称。

1.5 电子测量仪器的基本知识

电子测量仪器是利用电子元器件和线路技术组成的装置，用以测量各种电磁参量或产生供测量用的电信号或能源。

1.5.1 电子测量仪器的分类

电子测量仪器一般分为专用仪器和通用仪器两大类，本课程主要讨论后者。通用仪器是为了测量某一个或某一些基本电参量而设计的，它能用于各种电子测量。通用仪器按照功能，可作如下分类。

1.信号发生器

信号发生器主要用来提供各种测量所需的信号。根据用途的不同，有各种波形、各种频率和各种功率的信号发生器。如调频调幅信号发生器、脉冲信号发生器、扫频信号发生器、函数发生器等。

2.电平测量仪器

电平测量仪器主要用于测量电信号的电压、电流、电平。如电流表、电压表、电平表、多用表等。

3.信号分析仪器

信号分析仪器主要用来观测、分析和记录各种电量的变化。如各种示波器、波形分析仪和频谱分析仪等。

4.频率、时间和相位测量仪器

频率、时间和相位测量仪器主要用来测量电信号的频率、时间间隔和相位差。这类仪器有各种频率计、相位计、波长表以及各种时间、频率标准等。

5.网络特性测量仪

网络特性测量仪有阻抗测试仪、频率特性测试仪及网络分析仪等，主要用来测量电气网络的各种特性。这些特性主要指频率特性、阻抗特性、功率特性等。

6.电子元器件测试仪

元器件测试仪主要用来测量各种电子元器件的各种电参数是否符合要求。根据测试对象的不同，可分为晶体管测试仪、集成电路（模拟、数字）测试仪和电路元件（如电阻、电感、电容）测试仪等。

7.电波特性测试仪

电波特性测试仪主要用于对电波传播、干扰强度等参量进行测量的仪器。如测试接收机、场强计、干扰测试仪等。

8.逻辑分析仪

逻辑分析仪是专门用于分析数字系统的数据域测量仪器。利用它对数字逻辑电路和系统在实时运行过程中的数据流或事件进行记录和显示，并通过各种控制功能实现对数字系统的软、硬件故障分析和诊断。面向微处理器的逻辑分析仪，则用于对微处理器及微型计算机的调试和维护。

9.辅助仪器

辅助仪器主要用于配合上述各种仪器对信号进行放大、检波、隔离、衰减，以便使这些仪器更充分地发挥作用。各种交直流放大器、选频放大器、检波器、衰减器、记录器及交直流稳压电源等均属于辅助仪器。

10.基于计算机的仪器

基于计算机的仪器是上述各种仪器和微计算机相结合的产物，可分为智能仪器和虚拟仪器两类。

智能仪器是在仪器内加入微计算机芯片，对仪器的工作过程进行控制，使其具有一定智能，自动完成某些工作。

虚拟仪器是在计算机上配备一定的软硬件，使其具有仪器的功能。虚拟仪器的功能主要由软件来定义，因此对于同一个硬件设备，可通过编制不同的软件，使其实现不同的功能。

由于智能仪器和虚拟仪器和计算机紧密相连，这使得它们可以很容易地构成自动测试系统。所谓自动测试系统，就是若干测量仪器通过总线和主控计算机相连，各仪器在主控计算机统一指挥下完成一系列测量任务。

智能仪器和虚拟仪器还可以和网络相连接，形成所谓的网络化仪器。网络化仪器的最大优点是可以实现远程控制和资源共享。

1.5.2 电子测量仪器的误差

在电子测量中，由于电子测量仪器本身性能不完善所产生的误差，称为电子测量仪器的误差。它包括以下几类。

1.固有误差

固有误差指在基准工作条件下测量仪器的误差。

基准工作条件是指一组有公差的基准值（例如环境温度20℃±2℃等）或有基准范围的影响量（例如温度、湿度、气压、电源等环境条件）。

2.工作误差

工作误差是在额定工作条件内任一值上测得的某一性能特性的误差。在影响量的工作范围内，各影响量最不利的组合点上，产生工作误差的最大值。

3.稳定误差

由于测量仪器稳定性不好引起性能特性的变化产生的误差称为稳定误差。例如，由于元器件老化，使仪器性能对供电电源或环境条件敏感，造成零点漂移或读数变化等现象。

4.变动量

变动量是反映影响量所引起的误差。当同一个影响量相继取两个不同值时，对于被测量的同一数值，测量仪器给出的示值之差称为电子测量仪器的变动量。

1.5.3 电子测量仪器的正确使用

由于仪器中的电路元件、器件及其机械机构受温度、湿度、电源、电磁场、清洁度等环境条件的影响很大，每一仪器本身受到自身使用环境和使用范围的局限，不正确地连接和测试会使仪器受到损害。特别是电子仪器与计算机技术相结合后产生的基于计算机的仪器，对于使用条件要求更高。正确使用和维护仪器已成为重要的课题之一。

1.仪器仪表的使用环境

对于一般的电子仪器，通常规定应在20℃±5℃的温度条件下、相对湿度为40%～70%的环境中使用。最好选用朝南通风的房间，有条件的应监测室温和相对湿度，以便采取适当措施来调节温度和排湿。

电源电压的波动不应超过允许范围（小于10%）。有条件的话，应安装交流稳压器。应安装正规地线，并避免强电磁场的设备靠近电子仪器。

精密电子仪器应在恒温（20℃±1℃）和恒湿（相对湿度为50%）的条件下工作，而电源电压的波动也应小于5%，室内应配有空调机、去湿机和电子交流稳压电源。对高频的精密仪器还应有金属网屏蔽室以供使用，并将仪器的机壳接地。

2.仪器仪表的维护措施

认真做好电子仪器的日常维护工作，对延长仪器的寿命、减少仪器的故障、确保安全使用及保证测量准确度等都有十分重要的作用。维护仪器的基本措施大致可归纳为：防尘与去尘、防潮与驱潮、防热与排热、防震与防松、防腐蚀、防漏电六个方面。

（1）防尘与去尘。大部分仪器都有专用的防护罩，没有防护罩的仪器在不用的时候应用布盖好，或将仪器放进柜内。禁止将仪器无遮盖地搁置在水泥地上或靠墙的地板上。

平时要用毛刷、干布或涂有绝缘油的抹布、纱团将仪器外表擦刷干净。对于仪器内部的积尘，通常要利用检修仪器的机会，用长毛刷刷干净，经常采用“皮老虎”这一工具。

（2）防潮与驱潮。通常电子仪器内部或存放仪器的柜内应放有“硅胶袋”以吸收空气中的水分。要定期检查硅胶是否干燥，如发现其发黄，应及时予以更换。长期不用的仪器，应定期通电，有效驱潮。

（3）防热与排热。为防止仪器内部电路元器件的参数受温度影响而漂移，室内温度应保持在一定范围，如超过35℃，应采取通风排热措施，必要时可卸除仪器的机壳盖板以便散热。有条件安装空调机最好。

（4）防震与防松。要定期检查仪器机壳底板上的防震弹性垫脚和仪器内插接器件、印制板上的弹簧压片，如有变形、硬化脱落、漏装等应予更换、替代，对仪器面板上的开关、旋钮、底盘、插口、接线柱、电位器等的锁定螺钉、螺帽应定期检查和坚固，以防松脱。

（5）防腐蚀。仪器内如装有干电池或其他电池，应定期检查，防止漏液或腐烂。仪器应避免靠近酸性或碱性物体。如需长期存放，应使用凡士林或黄油涂擦仪器上的镀层部分和金属配件，并用油纸或蜡纸包好，防止生锈。

（6）防漏电。对于各种电子仪器，必须定期检查其漏电程度。通常是在仪器不带电的条件下，先把电子仪器的电源置于“通”（ON）部位，然后用兆欧表检测仪器的电源插头对机壳之间的绝缘电阻，一般不应小于500kΩ。

3.使用仪器的注意事项

（1）仪器的正确选用和连接

① 仪器的选用。电子仪器如果选用不当，容易发生人为损坏或造成更大危害，所以测试前必须正确选用仪器。根据被测电路或元器件的性能、所测试的参数类型，首先选定仪器的种类，再在同类仪器中根据其说明书所指出的性能指标，特别是精确度，正确选用仪器。测试过程中可根据实际情况调整仪器，以求最佳的测量结果。

② 仪器的连接。根据仪器的特性和功能，特别是负载情况，额定工作电压、电流和功率的要求，选配适当的连接电路或器件，严格按照仪器所规定的操作规程和使用方法，接入被测电路和元器件。仪器未正确连接好前，禁止通电，以防损坏仪器。

（2）仪器开机前注意事项

开机前，应检查：

① 仪器的工作电压和电网的交流电压是否相符，熔断丝是否良好。

② 仪器面板上各种开关、旋钮、度盘、接线柱、插口等是否松动或滑位。各功能旋钮是否在正确位置。

③ 仪器的接“地”是否良好。

（3）仪器开机后注意事项

仪器开机后，应注意：

① 预热15min；有高、低压开关的，应先接通“低”压开关，预热5min后，再接通“高”压开关。

② 注意观察仪器的工作是否正常，检查有无异常现象。

③ 如有熔断器烧坏的，应更换；如再烧坏，则应停机检查。

④ 仪器内有排气扇的，应注意其运转是否正常。

（4）仪器使用时注意事项

① 在使用过程中，对于各种开关、旋钮、度盘的扳动或调节，都应缓慢稳妥，不应猛扳、快转，不应直接检挑电缆线、导线或焊头。

② 对信号发生器，应考虑是否串接隔直流的电容器。

③ 测试过程中，应先接上“低电位”即地线，然后再接“高电位”地线。测试完毕后，则应先拆“高电位”地线，后拆“低电位”地线。

④ 对功率较大的仪器，使用过程中遇有断电后，不可立即再行开机使用，需等仪器冷却5min后再开机，以免发生损坏事故。

（5）仪器使用后注意事项

仪器使用完毕，应注意：

① 先切断“高”压，再切断“低”压。

② 除切断电源外，还应从电源插座上取离电源插头。

③ 将测试过程中暂时取离或替换的附配件加以整理复位；仪器上的关键开关、旋钮也应恢复到原始位置。

④ 仪器冷却后，应放置妥当。

4.仪器仪表的计量检定

为了正确使用仪器仪表，保证其测量结果的准确，除掌握它的技术性能和使用方法外，还必须定期对其进行检定和校准。

（1）周期检定。是一般精密仪表的例行检定。即定期地对其主要指标进行检查，以保证仪表准确、可靠地投入使用。一般情况下，检定内容包括准确度、灵敏度、短期稳定性、抗干扰特性等技术指标。

（2）修理检定。是指对损坏的仪器仪表修复后，为保证其使用的可靠性，按期检定其性能，并根据修理情况增加检定内容。

（3）验收检定。是指对新产品的检验。检定项目应包括：基准准确度、额定准确度、线性度、短期稳定度、温度系数、电源变化的影响、输入/输出特性及绝缘电阻、耐压强度等技术指标，还应包括外观和调节机构的检查等。

各种类别、等级的标准仪器仪表，必须按规定的检查周期和要求送上级计量部门进行检定。

本章小结

习题1

1.1电子测量的主要内容有哪些？电子测量有什么特点？

1.2在测量电流时，若测量值为100mA，实际值为98.7mA，则绝对误差和修正值各为多少？若测量值为99mA，修正值为2mA，则实际值和绝对误差又各为多少？

1.3用量程是10mA的电流表测量实际值为8mA的电流，若读数是8.15mA，试求测量的绝对误差、示值相对误差和引用相对误差。

1.4若测量8V左右的电压，手头有两块电压表，其中一块量程为100V、0.5级；另一块是10V、2.5级。问选用哪一块电压表测量比较合适？

1.5根据误差的性质，误差可分为几类？各有何特点？分别可以采取什么措施减小这些误差对测量结果的影响？

1.6单项选择题（将所选答案前的字母填在空格上）

（1）仪表指示值与实际值之间的差值称为________。

A.绝对误差

B.相对误差

C.示值相对误差

D.引用误差

（2）测得信号的频率为0.03250MHz，这个数字的有效数字有________。

A.三位

B.四位

C.五位

D.六位

（3）测得信号的周期为3.2251μs，经整理保留三位有效数字，即为________。

A.3.22μs

B.3.220μs

C.3.23μs

D.3.20μs

（4）仪器仪表的准确度等级一般是________用表示的。

A.绝对误差

B.相对误差

C.示值相对误差

D.引用相对误差

（5）在一定条件下，其数值（大小及符号）保持恒定或按照一定规律变化的误差称________。

A.系统误差

B.随机误差

C.粗大误差

D.绝对误差

（6）测量中绝对误差与真值之比称为。

A.示值误差

B.随机误差

C.相对误差

D.引用误差

（7）测量为8mA的电流时，若希望误差不超过0.2mA，则最好选用下列哪项方案？

A.在1.5级电流表的100mA量程上测量

B.在5.0级电流表的10mA量程上测量

C.在2.5级电流表的10mA量程上测量

D.在2.5级电流表的100mA量程上测量

1.7判断题（在你认为正确的命题后括号内打对号，否则打叉号）

（1）测量同一个量，绝对误差越小，测量结果越准确。（ ）

（2）修正值与绝对值等值同号。（ ）

（3）绝对误差就是误差的绝对值。（ ）

（4）在进行测量时，对于正向刻度的电压表或电流表，使表头指针指在量程的2/3 以上位置较好。（ ）

（5）在测量中，粗大误差又称偶然误差，是由于仪器精确度不够造成的。（ ）

1.8填空题

（1）在相同测试条件下多次测量同一量值时，绝对值和符号都以不可预知的方式变化的误差称为__________；在确定的测试条件下，采用某种测量方法和某种测量仪器所出现的固有误差称为__________。

（2）电子测量按测量方式分为：__________、__________、组合测量；按被测量性质分为：__________、__________、__________和随机测量。

（3）某量程值为xm的仪表，在测量一个实际值为A的电量时，仪表的示值为x，则测量的绝对误差为________，实际相对误差为________，示值相对误差为________，引用误差为________。

（4）测量仪器准确度等级一般分为级，其中准确度最高的为________级，准确度最低的为________级。

1.9将下列数据进行舍入处理，要求保留三位有效数字。

86.3724 3.175 0.0003125 58350

54.79　 33.650 1210 000 19.99