電子測量的特點與參數
發布時間:2011/8/20 9:58:28 訪問次數:3443
電子測量是指以電子技術理論為依據,以電子測量儀器和設備為手段,對電量和非電量進行的測量。
1.電子測量的特點
電子測量和電子測量儀器,與其他測量方法和測量儀器相比具有以下幾個明顯的特點。
(1)測量頻率范圍極寬
電子測量中所遇到的測量對象,涉及的頻率帶范圍極寬,可低于10-6Hz,高于l012Hz。當然,不能要求同一臺儀器能在這樣寬的頻率范圍內工作,通常是根據不同的工作頻段,采用不同的測量原理和使用不同的測量儀器。例如,對于阻抗測量,在低頻段多采用電流電壓法,而在微波段則須采用開槽測量線或反射計技術。上述兩者無論在原理上,還是在測量設備上都大不一樣。當然,隨著技術的發展,能在相當寬的頻率范圍內正常工作的儀器不斷研制出來。例如,現在一臺較為先進的頻率計,頻率測量范圍可以低至10-6Hz,高至1011Hz。
(2)測量量程很寬
量程是指測量范圍的上、下限值之差或上、下限值之比。電子測量的另一個特點是被測對象的量值大小相差懸殊。例如,地面上接收到的宇宙飛船自外空發來的信號功率,低到10-14W數量級,而遠程雷達發射的脈沖功率,可高過l08W以上,兩者之比1:1022。一般情況下,使用同一臺儀器、同一種測量方法,是難以覆蓋如此寬廣的量程的。如前所述,隨著電子測量技術的不斷發展,單臺測量儀器的量程也可以達到很大。例如,中檔次的國產YM3371型數字頻率計,測頻范圍為10Hz到1000MHz;國產WC2180型交流微伏表,可以測量5UV到300V的交流電壓,量程為7個數量級。一些更為先進的儀器,其量程更寬。例如,高檔次的數字萬用表直接測量的電阻值,由3xl0-5W到3xl08W,量程為13個數量級;前面提及的較完善的電子計算式頻率計,其量程達17個數量級。
(3)測量準確度高
電子測量比其他測量的準確度高得多。例如,長度測量的準確度最高僅為10-8;而用電子測量方法對頻率和時間的測量,由于采用原子秒作基準,可使測量準確高達10-13~10-14數量級,這是目前人類在測量史上測量準確度能夠達到的最高標準。電子測量的這一特點,也是它在現代科技領域中得到廣泛應用的重要原因之一。
(4)測量速度快
由于電子測量是基于電子運動和電磁波傳播的原理,這使得電子測量無論在測量過程上還是在測量結果的處理和傳輸上,都可以以極高的速度進行,這也是電子測量技術廣泛用于現代科技各個領域的另一個重要原因,比如像衛星、飛船等各種航天器的發射與運行,沒有快速、自動的測量與控制,簡直是無法想像的。
(5)易于實現遙測和長期不間斷的測量,顯示方式清晰、直觀
如前所述,電子測量依據的是電子的運動和電磁波的傳播,因此可以將現場各待測量轉換成易于傳輸的電信號,用有線或無線的方式傳送到測試控制臺(中心),從而實現遙測和遙控。這使得對那些遠距離的、變速運動的或人們難以接近地方的信號測量成為可能。對于測量結果,可采用發光二極管直接數字顯示,或者采用熒光屏直接顯示波形,非常清晰、直觀。
(6)易于利用計算機實現測量的自動化和智能化
電子測量的測量結果和它所需的控制信號都是電信號,這非常有利于它直接或通過A/D、D/A變換與計算機連接。隨著大規模集成電路和微處理器的發展,尤其是測量儀器通用接口的研制成功,使得電子測量儀器中的計算機及其有關設備所組成的各種自動化,智能化測量系統成為可能,從而使得在測量過程中自動轉換量程、自動調節、自動校準、自動記錄、自動進行數據處理及自動修復成為現實。
電子測量的參數
電子測量的參數主要有以下幾個方面。
(1)電能量參數
主要包括各種頻率和波形下的電壓、電流、功率等。
(2)電信號特性參數
(3)有波形、頻率、周期、相位、失真度、調幅度、調頻指數、數字信號的邏輯狀態等。
(3)電路元器件參數
(4)包括電阻、電感、電容、阻抗及電子器件(如晶體管、場效應管等)參數。
(4)電路性能參數
主要包括增益、衰減、靈敏度、頻率特性、品質因數、通帶寬度等。
在上述各項參數測量中,尤以頻率、時間、電壓、相位、阻抗等基本電參數的測量更為重要,它們往往是其他參數測量的基礎。如放大器的增益測量,實際上就是其輸入、輸出端電壓測量;脈沖信號波形參數的測量可歸結為電壓和時間的測量;許多情況下電
流測量是不方便的,可以電壓測量來代替。同時,時間和頻率測量具有其他測量所不可比擬的準確性,因此人們越來越關注把其他待測量的測量轉換成時間或頻率測量的方法和技術。
在科學研究和生產實踐中,常常需要對許多非電量進行測量。傳感技術的發展為這類測量提供了新的方法和途徑。現在,可以利用各種敏感元件和傳感裝置將非電量,如位移、速度、溫度、壓力、流量、物面高度、物質成分等,變換成電信號,再利用電子測量設備進行測量。在一些危險的和人們無法進行直接測量的場合,這種方法幾乎成為唯一的選擇。在生產的自動過程控制系統中,一種典型的方法是將生產過程中各種有關的非電量轉換成電信號進行測量、分析、記錄,并據此對生產過程進行控制,如圖1-1所示。 N87C196MH
電子測量是指以電子技術理論為依據,以電子測量儀器和設備為手段,對電量和非電量進行的測量。
1.電子測量的特點
電子測量和電子測量儀器,與其他測量方法和測量儀器相比具有以下幾個明顯的特點。
(1)測量頻率范圍極寬
電子測量中所遇到的測量對象,涉及的頻率帶范圍極寬,可低于10-6Hz,高于l012Hz。當然,不能要求同一臺儀器能在這樣寬的頻率范圍內工作,通常是根據不同的工作頻段,采用不同的測量原理和使用不同的測量儀器。例如,對于阻抗測量,在低頻段多采用電流電壓法,而在微波段則須采用開槽測量線或反射計技術。上述兩者無論在原理上,還是在測量設備上都大不一樣。當然,隨著技術的發展,能在相當寬的頻率范圍內正常工作的儀器不斷研制出來。例如,現在一臺較為先進的頻率計,頻率測量范圍可以低至10-6Hz,高至1011Hz。
(2)測量量程很寬
量程是指測量范圍的上、下限值之差或上、下限值之比。電子測量的另一個特點是被測對象的量值大小相差懸殊。例如,地面上接收到的宇宙飛船自外空發來的信號功率,低到10-14W數量級,而遠程雷達發射的脈沖功率,可高過l08W以上,兩者之比1:1022。一般情況下,使用同一臺儀器、同一種測量方法,是難以覆蓋如此寬廣的量程的。如前所述,隨著電子測量技術的不斷發展,單臺測量儀器的量程也可以達到很大。例如,中檔次的國產YM3371型數字頻率計,測頻范圍為10Hz到1000MHz;國產WC2180型交流微伏表,可以測量5UV到300V的交流電壓,量程為7個數量級。一些更為先進的儀器,其量程更寬。例如,高檔次的數字萬用表直接測量的電阻值,由3xl0-5W到3xl08W,量程為13個數量級;前面提及的較完善的電子計算式頻率計,其量程達17個數量級。
(3)測量準確度高
電子測量比其他測量的準確度高得多。例如,長度測量的準確度最高僅為10-8;而用電子測量方法對頻率和時間的測量,由于采用原子秒作基準,可使測量準確高達10-13~10-14數量級,這是目前人類在測量史上測量準確度能夠達到的最高標準。電子測量的這一特點,也是它在現代科技領域中得到廣泛應用的重要原因之一。
(4)測量速度快
由于電子測量是基于電子運動和電磁波傳播的原理,這使得電子測量無論在測量過程上還是在測量結果的處理和傳輸上,都可以以極高的速度進行,這也是電子測量技術廣泛用于現代科技各個領域的另一個重要原因,比如像衛星、飛船等各種航天器的發射與運行,沒有快速、自動的測量與控制,簡直是無法想像的。
(5)易于實現遙測和長期不間斷的測量,顯示方式清晰、直觀
如前所述,電子測量依據的是電子的運動和電磁波的傳播,因此可以將現場各待測量轉換成易于傳輸的電信號,用有線或無線的方式傳送到測試控制臺(中心),從而實現遙測和遙控。這使得對那些遠距離的、變速運動的或人們難以接近地方的信號測量成為可能。對于測量結果,可采用發光二極管直接數字顯示,或者采用熒光屏直接顯示波形,非常清晰、直觀。
(6)易于利用計算機實現測量的自動化和智能化
電子測量的測量結果和它所需的控制信號都是電信號,這非常有利于它直接或通過A/D、D/A變換與計算機連接。隨著大規模集成電路和微處理器的發展,尤其是測量儀器通用接口的研制成功,使得電子測量儀器中的計算機及其有關設備所組成的各種自動化,智能化測量系統成為可能,從而使得在測量過程中自動轉換量程、自動調節、自動校準、自動記錄、自動進行數據處理及自動修復成為現實。
電子測量的參數
電子測量的參數主要有以下幾個方面。
(1)電能量參數
主要包括各種頻率和波形下的電壓、電流、功率等。
(2)電信號特性參數
(3)有波形、頻率、周期、相位、失真度、調幅度、調頻指數、數字信號的邏輯狀態等。
(3)電路元器件參數
(4)包括電阻、電感、電容、阻抗及電子器件(如晶體管、場效應管等)參數。
(4)電路性能參數
主要包括增益、衰減、靈敏度、頻率特性、品質因數、通帶寬度等。
在上述各項參數測量中,尤以頻率、時間、電壓、相位、阻抗等基本電參數的測量更為重要,它們往往是其他參數測量的基礎。如放大器的增益測量,實際上就是其輸入、輸出端電壓測量;脈沖信號波形參數的測量可歸結為電壓和時間的測量;許多情況下電
流測量是不方便的,可以電壓測量來代替。同時,時間和頻率測量具有其他測量所不可比擬的準確性,因此人們越來越關注把其他待測量的測量轉換成時間或頻率測量的方法和技術。
在科學研究和生產實踐中,常常需要對許多非電量進行測量。傳感技術的發展為這類測量提供了新的方法和途徑。現在,可以利用各種敏感元件和傳感裝置將非電量,如位移、速度、溫度、壓力、流量、物面高度、物質成分等,變換成電信號,再利用電子測量設備進行測量。在一些危險的和人們無法進行直接測量的場合,這種方法幾乎成為唯一的選擇。在生產的自動過程控制系統中,一種典型的方法是將生產過程中各種有關的非電量轉換成電信號進行測量、分析、記錄,并據此對生產過程進行控制,如圖1-1所示。 N87C196MH
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