范文无忧网第1章 电子测量及测量技术基础
教学目标和要求 通过本章的学习，应熟练掌握（1）电子测量的意义、内容、特点以及分类；（2）测量误差的产生原因、分类以及表示方法；（3）电子测量仪器的分类、误差等基本知识。为后续章节的学习打下基础。
关键词汇 测量（measurement ）、电子测量（electron measurement ）、分类（classification ）、误差（error ）、有效数字（significant figures ）、仪器（instrument ）、测量系统(measurement system)。
1.1 电子测量的意义和特点
1.1.1 电子测量的意义
(1)测量
测量是人类对客观事物取得数量概念的认识过程。在这种认识过程中，人们借助于专门的设备，依据一定的理论，通过实验的方法，求出以所用测量单位来表示的被测量的值。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。如说交流电的电压为220，就毫无意义。
一个问题的研究，尤其是现代科学研究，往往需要大量的测量、统计、分析和归纳工作，在此基础上，测量学已经逐步成为一门完整、系统、理论与实践相结合的综合学科。
（2）电子测量
电子测量是测量学的一个分支，它泛指一切以电子技术为基本手段的一种测量。或者说，凡是用到电子技术的测量均为电子测量。在电子测量过程中，是以电子技术理论为依据、电子测量仪器和设备为手段，对各种电量、电信号以及电子元器件的特性和参数进行的测量，它还可以通过各种传感器对非电量进行测量。如用数字万用表测量干电池的电压值，用红外测温仪测量人体温度等，都属于电子测量的范畴。
（3）电子测量的意义
电子测量涉及从直流到极宽频率范围内所有电量、磁量以及各种非电量的测量。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、应用广泛、对现代科学技术的发展起着重大推动作用的独立学科。电子测量不仅应用于电学各专业，也广泛应用于物理学、化学、光学、机械学、材料学、生物学、医学等科学领域，以及生产、国防、交通、信息技术、贸易、环保乃至日常生活领域等各个方面。
电子测量在信息技术产业中的地位尤为重要。信息技术产业的研究对象及产品无一不与电子测量紧密相连，从元器件的生产到电子设备的组装调试，从产品的销售到维护维修都离不开电子测量。如果没有统一和精确的电子测量，就无法对产品的技术指标进行鉴定，也就无法保证产品的质量。因此，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
电子测量的范围十分宽广, 从狭义上来看, 对电子学中电的量值的测量是最基本、最直接的电子测量，其内容主要有以下几个方面：
（1）电能量的测量, 如测量电流、电压、功率、电场强度等。
（2）电子元器件参数的测量, 如测量电阻、电感、电容、阻抗的品质因数、电子器件的参数等。
（3）电信号的特性和质量的测量, 如测量信号的波形、频谱、频率、周期、时间、相位、失真度、调制度、信噪比及逻辑状态等。
（4）电路性能的测量, 如测量放大倍数、衰减量、灵敏度、通频带、噪声系数等。
（5）特性曲线的测量, 如测量放大器的幅频特性曲线与相频特性曲线等。
上述各种待测参数中，频率、电压、时间、阻抗等是基本电参数，对它们的测量是其他许多派生参数测量的基础。
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，但这不属于本书讨论的范围。
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）测量频率范围极宽
电子测量除测量直流电量外，还可以测量交流电量, 其频率范围可低至10Hz, 高至10Hz 左右。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测量仪器也往往不同。
（2）仪器测量范围广
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，这是其他测量所不能比拟的。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的测量，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、辐射等方式进行测量。
（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。目前已出现了许多类型带微处理器的自动化示波器、数字频率计、数字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。 -13-412
1.2 电子测量分类
根据测量方法的不同，电子测量有不同的分类方法。这里仅就最常用的分类方法作简要介绍。
1.2.1 按测量的方法分类
（1）直接测量法
用预先按已知标准量定度好的测量仪器，对某一未知量直接进行测量，从而得到被测量值的测量方法称为直接测量。例如，用通用电子计数器测频率，用电压表测量电路中的电压，都属于直接测量。
（2）间接测量
对一个与被测量有确切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，可先测量加在R 两端的电压U ，然后再根据公式P=U/R求功率P 之值。
（3）组合测量法
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。
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。间接测量法多用于科学实验，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 按被测信号特性分类
（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，2
使用示波器能显示其瞬时波形，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，可用指针式仪器测量。
（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，能用频谱仪进行分析。放大器的幅频特性在高频端和低频端会下降，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
数据域测量是指对数字系统逻辑状态进行的测量，即测量数字信号是“1”还是“0”。逻辑分析仪是数据域测量的典型仪器，它能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。
1.2.3 按对测量精度的要求不同分类
（1）精密测量
指在实验室或计量室进行，是深入研究测量误差问题的测量。
（2）工程测量
指对测量误差的研究不很严格的测量，往往一次测量获得结果，但工程测量所选用的仪器仪表的准确度等级必须满足实际使用的需要。
另外，电子测量技术还有许多分类方法。如：根据测量过程的控制不同，分为人工测量和自动测量；根据被测量与测量结果获取地点的关系，分为本地测量和远地测量；根据被测量在测量过程中是否有变化，分为动态测量和静态测量；根据测量的统计特性，分为平均测量和抽样测量。在实际测量过程中，上述的多种测量形式或者相互补充，或者组合运用，以完成特定的电子测量任务。
1.3 测量误差
1.3.1 测量误差及其产生原因
（1）测量误差
测量的目的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总会有差异，这个差异就称为测量误差。测量误差过大，可能会使测量结果变得毫无意义，甚至会带来害处。真值只是一个理想概念，是无法获得的。测量误差是客观存在的，是无法消除的，只能想办法减小它。因此，研究误差的目的，就是要了解产生误差的原因及其发生规律，寻求减小测量误差的方法，使测量结果精确可靠。
（2）产生测量误差的原因
无论哪种测量，都必须使用测量仪器。同时，测量工作又是在某个特定的环境里，由测量人员按照一定的测量理论及方法来完成的。因此总体上讲，产生测量误差的原因有以下五个方面。
①仪器原因 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。如仪器仪表的零点漂移、刻度不准确以及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。关于仪器误差在本章第四节将进行详细讨论。
②理论及方法原因 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，用基波抑制法测量谐波失真度就会引起理论误差。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。
③环境原因 由于温度、湿度、振动、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称为环境误差。
④人员原因 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称为人员误差。如读错数字、操作不当等。
⑤被测量本身原因 由于测量对象自身的不稳定变化引起的误差称为被测量不稳定误差。由于测量是需要一定时间的，若在测量时间内被测量不稳定而发生变化，那么即使有再好的其他测量条件也是无法得到正确测量结果的。被测量不稳定与被测对象有关，可以认为被测量的真值是时间的函数。如由于振荡器的振荡频率不稳定，则测量其频率必然要引起误差。
在测量工作中，对于误差的原因要认真分析，采取相应的措施，以减小误差对测量结果
的影响。
1.3.2 测量误差的分类及其减小方法
根据性质，可将测量误差分为系统误差、随机误差和粗大误差三大类。
（1）系统误差
在同一被测量的多次测量过程中，保持恒定或以可预知的方式变化的测量误差的分量称为系统误差。系统误差决定了测量的准确度。系统误差越小，测量结果准确度越高。
在测量误差中，系统误差所占的分量起主要作用。测量前，应对所采用的测量装置、测量方法、测量环境等方面进行分析，尽可能找出产生系统误差的原因，并采取相应措施，尽可能减少系统误差的影响。
（2）随机误差
在同一被测量的多次测量过程中，以不可预知的方式变化的测量误差的分量称为随机误差，也叫偶然误差。由于随机误差通常很小，故只有在高灵敏度和多次测量情况下才能察觉。它是由仪器内部元器件产生的噪声、温度及电压不稳定、电磁干扰等那些对测量值影响较微小，又互不相关的多种因素共同造成的。在足够多次测量中，随机误差服从一定的统计规律，大多接近于正态分布，具有对称性、有界性、抵偿性和单峰性等特点。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。
根据随机误差的特点，可以通过对多次测量值取算术平均值的方法来削弱随机误差对测量结果的影响。
（3）粗大误差
粗大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，也叫疏失误差。粗大误差是由于读数错误、记录错误、操作不正确、测量中的失误以及不能允许的干扰等原因造成的误差。
粗大误差明显地歪曲了测量结果，其数值远远大于系统误差和随机误差。因此对于含有粗大误差的测量值，一经确认，应首先予以剔除。
1.3.3 测量误差的表示方法
测量误差有两种表示方法：即绝对误差和相对误差。
（1）绝对误差
①定义 由测量所得到的测量值χ与被测量真值A 0之差，称为绝对误差，用△χ表示，即
△χ=χ- A0 （1-1）
这里说的测量值χ一般即是仪器仪表的示值，即由仪器所指示的被测量值。由于它总含有误差，而且χ可能比A 0大，也可能比A 0小，因此△χ既有大小，又有正负符号。其量纲和测量值相同。
由于真值A 0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A 0。
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之值，这时绝对误差可按下式计算：
△χ=χ-A （1-2）
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，用C 表示。即
C=-△χ=A-χ （1-3）
计量器具的修正值，可通过检定，由高一级或高几级标准给出，它可以是表格、曲线或函数表达式等形式。利用修正值和计量器具示值，可得到被测量的实际值，即
A=χ+C （1-4）
测量仪器应当定期送计量部门进行检定，其目的之一就是获得准确的修正值，以保证量值传递的准确性。同时，使用修正值应在仪器的检定有效期内，否则要重新检定。
例如，某电流表测得的电流示值为0.83mA ，查该电流表的检定证书，得知该电流表在0.8mA 及其附近的修正值都为-0.02mA ，则被测电流的实际值为
A=X+C=[0.83+(-0.02)]mA=0.81mA
通常通过加修正值的办法来提高测量的准确度。
（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，但它不能确切地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。为了更确切地反映出测量工作的质量，就要用相对误差来表示。相对误差的绝对值越小，测量的准确度就越高。
①真值相对误差 绝对误差△χ与被测量的真值A 0的百分比，称为真值相对误差（或
称相对真误差），用γ表示： γ=∆χ⨯100% （1-5）
A 0
相对误差没有量纲，只有大小及符号。
②实际相对误差 由于真值是难以确切得到的，通常用实际值A 代替真值A 0来表示相对误差，称为实际相对误差，用γA 来表示：
γA =∆χ⨯100% （1-6） A
③示值相对误差 在误差较小、要求不大严格的场合，也可用测量值χ代替实际值A ，由此得出示值相对误差，用γx 来表示： γx =∆χ
χ⨯100% （1-7）
上式中的△χ由所用仪器的准确度等级定出，由于χ中含有误差，所以γx 只适用于近似测量。当△χ很小时，χ≈A ，γx ≈γA 。对于一般的工程测量，用γx 来表示测量的准确度较为方便。
④满度相对误差 计量器具的绝对误差△χ与满量程值χm 之比称为满度相对误差或引用相对误差，用γm 表示：
γm =∆χ
χ⨯100% （1-8）
m
如果已知仪器的满度相对误差γm ，则可以方便地推算出该仪器最大的绝对误差，即
△χm ≤ γm × χm （1-9）
式中△χm 表示仪器在该量程范围内出现的最大绝对误差；χm 为满刻度值。
我们来看一个实例。电工测量仪表按γm 值分为0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0共七个等级，分别表示其满度相对误差为±0.1%、±0.2%、±0.5%、±1.0%、±1.5%、±2.5%、±5.0%。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1-1】 两个电压的实际值分别为U 1A =100V，U 2A =10V；测量值分别为U 1x =98V，U 2x =9V。求两次测量的绝对误差和相对误差。
解： △U 1=U1x —U 1A =98—100=-2V
△U 2=U2x —U 2A =9—10=-1V
|△U 1|＞|△U 2| ，两者的相对误差分别为 ∆U 12=-⨯100%=-2% A 1U 1A 100
∆U 21 γ==-⨯100%=-10% A 2U 2A 10 γ=
|γA 1|＜|γA 2|，说明U 2的测量准确度低于U 1。
【例1-2】 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：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：
△χm =±1.0%×100=±1V
由式（1-9）可知，测量的绝对误差满足
△χ≤χm ·S%
γx =∆x ≤（χm ·S% ）/χ x
式中，S 为仪表的准确度等级。
测量中总要满足χ≤χm ，可见当仪表的准确度等级确定后χ越接近χm ，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的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一般电压、电流表等类型的仪表。而对于仪器指针偏转角度和被测量值成反比的反向刻度仪表来说（如模拟万用表的欧姆档）就不适用了，因为在设计和检定欧姆表时，均以中值电阻为基础，其量程的选择应以电表指针到最大偏转角度的1/3~2/3区域为宜。
1.3.4 测量结果的表示及有效数字
（1）测量结果的表示
这里只讨论测量结果的数字式表示，它包括一定的数值（绝对值的大小及符号）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±0.01V ，465±1KHz 等。
（2）有效数字
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面一位非零数字算起，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点。
①有效数字位数与测量误差的关系。 原则上可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，0.03K Ω，两个零均为非有效数字。“0”在最右面或两个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 改为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 ，它的有效数字为两位。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2.0×10mA ，此时它的有效数字仍为两位。
（3）数字的舍入规则
超过保留位数的有效数字，应予删略。删略的原则是“四舍五入”，其具体内容如下： 若需保留n 位有效数字，n 位以后位舍下的数，若大于保留数字末位（即第n 位）单位的一半，则在舍去同时在第n 位加1；若小于该位单位的一半，则第n 位不变；若刚好等于该位单位的一半，则在舍去的同时在第n 位原为奇数则加1变为偶数，原为偶数不变，此即“求偶数法则”。
【例1-3】 将下列数字保留三位有效数字。
解：25.534→25.5 33.461→33.5
68.45001→68.5 43.35→43.4
53 53.45→53.4 900000→9.00×10
由上述可见，经过数字舍入后，末位是欠准数字（或叫存疑数字），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。
1.4 电子测量仪器的基本知识
测量仪器是用于检出或测量一个量或为测量目的供给一个量的器具。采用电子技术测量电量或非电量的测量仪器称为电子测量仪器。它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。
电子测量仪器是信息产业的基础，对于国防、科研、生产和生活等起着非常重要的作用。电子测量仪器伴随着信息技术的发展而发展，其内部元器件由最初的电子管经过晶体管发展到了大规模集成电路，由电路最初的模拟化经过数字化再发展到了当今多功能、高精度、检测高度自动化的智能化电子仪器。我国的电子测量仪器产业已经从无到有，成为一个具有科研、生产和经营较完整的体系，但总体上与世界发展水平相比，还有不小的差距。
1.4.1 电子测量仪器的分类
电子测量仪器品种繁多，按功能分类可分为专用仪器和通用仪器两大类。专用仪器是为特定目的而专门设计制造的，它只适用于特定的测量对象和测量条件。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。具有灵活性好、应用面广等特点。例如电子示波器即属于这一类。本课程主要研究后者。
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。如低频信号发生器、高频信号发生器、脉冲信号发生器、扫频信号发生器、函数信号发生器、调频调幅信号发生器和噪声信号发生器等。
（2）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，包括时域、频域和数字域分析仪。如时域的示波器、频域的频谱分析仪和数字域的逻辑分析仪等。
（3）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。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。
（4）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。
（5）电子元器件测试仪
电子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或显示元器件的特性曲线等。根据测试对象的不同，可分为晶体管特性测试仪（图示仪）、集成电路（模拟、数字）测试仪和电路元器件（如电阻、电感、电容）测试仪等。
（6）电波特性测试仪
电波特性测试仪主要是指用于对电波传播、电磁场强度、干扰强度等参量进行测量的仪器，如测试接收机、场强测量仪、干扰测试仪等。
（7）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。
（8）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。
特别应该指出的是：由于微型计算机的应用，微机化仪器和自动测试系统得到了迅速发展，相继出现了以微处理机为基础的智能仪器。例如利用GPIB 接口母线将一台计算机和一组电子仪器联合在一起的自动测试系统；以个人计算机为基础，用仪器电路板的扩展箱与个人计算机内部母线相连的个人仪器。人们习惯上把内部装有微型计算机的新一代仪器，或者把内部装有微型计算机并可程控的仪器，称为智能仪器。这是电子测量仪器一个应用广泛且很有前途的新领域。
1.4.2 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。它主要包括以下几类：
（1）固有误差
电子测量仪器在标准条件下所具有的误差称为固有误差。固有误差也称为基本误差。标准条件一般规定电子测量仪器影响的标准或标准范围（例如环境温度20±2℃等），它比使
用条件更加严格，所以固有误差能够更加准确地反映电子测量仪器所固有的性能，便于在相同条件下，对同类仪器进行比较和校准。
（2）允许误差
技术标准、检定规程等对电子测量仪器所规定的允许的误差极限值称为允许误差。技术标准通常是指电子测量仪器产品说明书的技术指标。允许误差可以用绝对误差表示，也可以用相对误差表示。
（3）附加误差
电子测量仪器在非标准条件下所增加的误差称为附加误差。当一个影响量在正常使用条件范围内取任一值，而其他影响量和影响特性均处于标准条件，此时引起的仪器示值的变化就是附加误差。只有当某一影响量在允许误差中起重要作用时才给出，如环境温度变化、电源电压变化、频率变化、量程变化等。
有些电子测量仪器的允许误差就是以“基本误差+附加误差” 的形式给出。例如，某一信号发生器的输出电压在说明书中规定：在连续状态下，频率为400MHz 时，输出电压刻度基本误差不大±10%；输出电压在其他频率的附加误差为±7%。也就是说，输出电压刻度的允许误差在f=400MHz时为±10%，而在f ≠400MHz 时，允许误差变为±10±7%。
1.4.3 测量系统的组成
测量系统是由一些功能不同的环节所组成的，这些环节保证了由获取信号到获得被测量值所必需的信号流程功能。从完成测量任务的角度来看，基本的测量系统大致可以分为两种：即对主动量的测量和对被动量的测量，如图1-1所示。
图1-1（a ）中，被测信号即为测试对象，它一般是电路的电信号，也可以是由传感器检测非电量得到的电信号。在整个测量系统中，被测信号是自发的，因而是主动的。
图1-1（b ）中，测量对象是被测网络中的某个特性参数，它只有在信号源的激励下才
能产生，因而是被动的。激励信号由信号发生器提供。
比较或变换环节用于对被测信号进行加工转换，如放大、滤波、检波、调制与解调、阻抗变换、线性化、数/模或模/数转换等，使之成为既合乎需要，又便于输送、显示或记录以及可作进一步后续处理的信号。显示环节是将加工转换后的信号变成一种能为人们所理解的形式，如模拟指示、数字显示、图形显示等，以供人们观测和分析。
知 识 归 纳
本章讨论了电子测量和电子测量仪器的基本知识。
（1）介绍了电子测量的意义、内容、特点和分类。
（2）测量结果总是含有误差的。测量误差的表示方法有绝对误差和相对误差。绝对误差表明测量结果偏离实际值的情况，它有大小、符号及量纲。相对误差能确切反映测量的准确程度，只有大小及符号，没有量纲。可以用最大引用相对误差确定电子测量仪表的准确度等级。
（3）根据性质，可将测量误差分为系统误差、随机误差和粗大误差。系统误差在一定的条件下，其数值（大小及符号）保持恒定或按照一定的规律变化，它决定测量的准确度。随机误差（或称偶然误差）指在相同条件下进行多次测量时，每次测量结果出现无规律的随机变化的误差，它反映了测量结果的精密度。粗大误差指在一定条件下，测量值明显偏离实际值时所对应的误差，它歪曲了测量结果。为了提高测量结果的可依赖程度，应针对各种误差的来源和特点，采取适当的措施进行防范，并对测量结果进行必要的处理，尽可能减小误差对测量结果的影响。
（4）用数字方式表示测量结果时，要根据要求确定有效数字位。不可随意更改测量结果的有效数字位。在对多余数字位进行删略时，必须遵循数字的舍入规则—“四舍五入”。
（5）介绍了通用电子测量仪器的分类方法及电子测量仪器的误差：固有误差、允许误差、附加误差等。
知 识 结 构 图 表
习题与思考题1
1.1 什么叫电子测量？下列两种情况是否属于电子测量？为什么？
（1）用水银温度计测量温度。
（2）用数字温度计测量温度。
1.2 电子测量的主要内容有哪些？电子测量有什么特点？
1.3 在测量电流时，若测量值为100mA ，实际值为98.7 mA ，则绝对误差和修正值各为多少？若测量值为99 mA ，修正值为2 mA ，则实际值和绝对误差又各为多少？
1.4 用量程是10 mA 的电流表测量实际值为8 mA 的电流，若读数是8.15 mA ，试求测量的绝对误差、示值相对误差和引用相对误差。
1.5 若被测电压的实际值为10V 左右，现有两块电压表:150V、0.5级和15V 、2.5级。问选用哪一块电压表测量更准确？为什么？
1.6 用0.2级100 mA 的电流表和2.5级100 mA 的电流表串联测量电流，前者示值为80 mA ，后者示值为77.8 mA。
（1）如果把前者作为标准表校验后者，问被校表的绝对误差是多少？应当引入修正值是多少？测得值的实际相对误差为百之几？
（2）如果认为上述结果是最大误差的话，则被校表的准确度应定为几级？
1.7 检定一个1.5级、满量程值为10mA 的电流表，若在5mA 处的绝对误差最大值为0.13mA ，问该表是否合格？
1.8 产生测量误差的原因有哪些？根据性质，测量误差可分为哪几类？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？
1.9 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 210000 19.99 33.6501
1.10 按照功能电子测量仪器可分为哪几类？
1.11 电子测量仪器有哪些误差？