第3章 常用电子仪器 3.1 电测量的基本知识和原理3.1.1 概述借助于电子设备进行各种电参数的测量和检测都称为电子测量。它广泛用于
生产、科研的各个领域。电子测量的对象是各种电物理量，如频率、带宽、波形、电压、电流等。电测量所使用的仪器有许多种类，每种仪器都有自
己的使用和表示方法。用户需要掌握一定的测量方法和技巧才能正确、高效地使用这些仪器。电子测量的结果与实际值往往是不一样的，真值和测量
结果之间的差值定义为误差，测量值和真值的符合程度称为准确度，常用容许误差（规定某一类仪器的误差不应超过的最大范围，亦称极限误差）来
表示。 3.1.2 误差的产生及处理方法1．仪器误差仪器误差是由于仪器的电气或机械性能不完善而产生的误差。分为基本误差和附加误差
两类。（1）基本误差。基本误差是指仪表在规定的工作条件下进行测量时产生的误差，是由仪表的设计原理、结构条件和制造工艺不完善引起的。
（2）附加误差。附加误差是除基本误差外，由于仪器不按规定条件使用所带来的误差，比如温度过低、要求水平放置的没放在水平面上。2．人为
误差人为误差的大小随测量者的不同而不同，跟人的习惯等都有关系。例如，人读数时的姿势及判断能力的大小等。3．方法误差方法误差是因为现
在的测量过程中所用到的理论总是存在一些假设的成分，比如用户把某些本是非线性的被测量当成线性量来处理，这就会引进误差。这种误差就称之
为方法误差。4．误差的表示方法（1）绝对误差。绝对误差又称真误差，通常所说的误差就是指该误差。常表示成?=A-A0；其中，A为测量
值，A0为真值，也就是一个参量真正的值。（2）相对误差。绝对误差只能反映测量值与实际值之间的差值，却无法反映这个误差对反映这个参数
的可靠性的大小，在此引进相对误差的概念。相对误差? =?/A0。（3）基本误差。相对误差通常用来说明测量结果的准确度，它与仪器的使
用方法有关。通常，它不用于评价一个仪器性能的好坏。因为仪器所产生的误差基本上不随被测量大小的变化而变化，即在一个量程中，绝对误差值
?基本不变，而A的值可能会有很大变化，从而导致相对误差有很大不同。为了正确反映仪器的性能，引入了基本误差的概念，基本误差定义为：=
?/Am。其中，Am是仪器的满量程值。用它可以评定一个仪器的好坏。3.1.3 电子测量中的干扰1．干扰源在进行电子测量过程中，会
产生许多干扰信号，从而降低了电路的测量精度。其主要的干扰源有以下几种：（1）热电动势（直流）。热电动势是由测量电路中的接点、线绕电
位器的动点、电子元件的引线和印制电路板布线等各种金属的接合点间由于温度差而产生的热电动势。（2）交流电源设备及电源线。大多数测量仪
器采用交流电源供电，通常交流电网的电压可能会有较大的波动，而且交流电网中的许多电感性器件会带来频率污染。因此，交流电源装置及电源线
会受到这些干扰的影响，其中最主要的干扰是工频（50 Hz）及高频（调制波）干扰。（3）电气型干扰（日光灯、焊接机等）。这些干扰源所
产生的干扰信号的频带宽、强度大，并具有随机性，因此此类干扰强，测量仪器很容易受干扰，且不易被克服。（4）无线电波、无线电收发两用机
（高频波）。此类电磁波感应的干扰，经非线性元件检波后，作为干扰信号影响测量仪器。2．干扰耦合的途径及其抑制方法（1）公共阻抗干扰。
在某些情况下，由于电路设计不合理，将使干扰电流流过的支路和测量电路有公共阻抗，则干扰电流在公共阻抗上的压降成为干扰源。抑制此类干扰
的办法是尽量避免或减小公共阻抗。（2）静电感应（电容耦合）。测量仪器或被测电路因静电电容感应而引入干扰。通常抑制此类干扰的方法是把
信号线用接地的金属盖上，通过静电屏蔽作用，使原耦合的电容减小。此外，降低信号输入电路的阻抗、使感应源和信号电路分离开等也是有效的方
法。（3）电磁感应。当大电流电路的交流电流通过导线产生磁场时，会产生电磁干扰。抑制此类感应干扰的方法是被测电路和测量仪器之间的连线
采用双绞线。此外，为了减小M，尽量让感应源远离被测电路和测量仪器，同时对干扰源和信号线采取电磁屏蔽，低频时，用高导磁率材料屏蔽；高
频时，采用涡流损耗，磁滞损耗小的铜、铝等材料屏蔽。当无线电波引起的感应电压串入测量仪器或电路时，抑制方法仍然是电磁屏蔽，可在屏蔽室
内进行测量，或使无线电收发机尽可能地远离测量仪器及被测电路。3．串模（常态）干扰和共模（共态）干扰（1）干扰的分类。干扰可分为串模
干扰和共模干扰两种形态：① 串模干扰：如图3.5所示，vN串联在测量电路中，故称串模干扰或线间干扰。② 共模干扰：图3.5中的vC
，它是以大地为基准点、两线共有的干扰，也称对地干扰。3.1.4 接地1．接地的符号及意义（1）接地的符号。如图3.7所示，接地的
符号可分为接大地与接机壳两种。接机壳有时称为接地，而接大地也简称为接地，但两者是不相同的，实际使用时务必注意。（2）接地的意义。使
用电子测量仪器时，测量系统的接地问题十分重要。测量系统接地的目的一是为了保障测量系统安全，二是使测量稳定。 2．被测电路、测量仪器
等的接地被测电路、测量仪器的接地除了保证人身安全外，还可防止干扰或感应电压窜入测量系统，也可避免测量仪器之间相互干扰，以及消除人体
感应的影响。（1）为了防止人身事故、感应电压的接地。测量仪器除特殊情况外，一般都应使外壳接大地。若测量仪器外壳不接大地，则大地和测
量仪器间存在的感应电压、电流将窜入输入电路，造成测量误差。此外，当内部装置存在漏电时，外壳就有上升到电源电压（220 V）的危险，
易造成人身事故。（2）为了防止干扰的接地。为了防止干扰，测量系统可采用双层屏蔽技术，在测量信号输入端Hi, Lo的外面，用浮地保护
壳把整个测量仪器加以屏蔽，并在其上设置保护端子G。3.2 常用电子测量仪器的正确使用本节主要讨论如何正确使用常用电子测量仪器。3
.2.1 电压测量仪器1．直流电压测量测量放大器静态工作点的直流电压时，通常使用万用表，特别要注意万用表的内阻对被测电路的影响。
常用数字电压表按其A/D转换方式进行分类。（1）逐次逼近式DVM。此种DVM的特点是：（2）斜坡电压式DVM。（3）积分式DVM。
（4）多周期脉宽调制式DVM。2．交流电压测量指针式交流电压表按其工作原理不同可分为检波-放大式、放大-检波式及外差式三种。放大-
检波式交流电压表是将被测电压经放大后送至全波检波器;而检波-放大式交流电压表是先将被测电压进行检波,然后再将检波后的信号进行放大。
这样通过电流表的平均电流Iav 正比于被测电压Vav的平均值。由于正弦波应用广泛，且有效值具有实用意义，所以交流电压表通常都按正
弦波有效值刻度。3.2.2 数字频率计 其工作原理简述如下：输入电路对被测信号进行放大、整形，使其成为与输入信号同频率的脉冲
波形。时基发生器产生一标准时间信号，当该信号为高电平的时间内，门电路打开。被测信号通过门电路，计数器对其进行计数，而当时基信号为低
电平时，门电路关闭，计数器停止计数。若时基信号的时间间隔为标准时间，则计数器的计数值就是被测信号的频率。3.3 万用表3.3.1
概述万用表是一种多功能的电子表，通过切换开关来选择相应的功能，测量结果可在表头上显示出来，当然不同的功能对应表头上不同的读数区
。数字式万用表在显示屏上直接显示所测得的数据，使用起来比较方便，可以把人为误差减小到最小的程度，读数的精度也比较高。3.3.2
MF-30型指针式万用表图3.20 MF-30型指针式万用表MF-30型指针式万用表（如图3.20所示），是一种高灵敏、多功能、
多量程的便携式万用表，测量时水平放置。可测量直流电压、电流；交流电流、电压和电阻。3.3.3 数字万用表数字万用表用数字的方式显
示，不存在人为读数误差，并且一般的数字万用表可直接显示所用量程，这样对测量来说是相当方便的。DT840数字万用表主要性能（1）直流。电压：200mV～1000V；电流：20?A～20A。（2）交流。电压：200mV～700V；电流：20?A～20A；工作频率40Hz～400Hz，只有正弦交流信号得到的结果是准确的。（3）三极管。可测放大系数hFE:0～1000。（4）显示。最大量程为1999，这里指的数值没有考虑单位。 |
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