电子测量练习题

2、电子测量仪器的发展经历了四个阶段模拟仪器、数字仪器、智能仪器、虚拟仪器

3、计量基准通常可分为主基准、副基准、工作基准、主基准一般不轻易使用，只用于对副基准、工作基准的定度或校准，不直接用于日常计量。

4、1960年第11屇国际计量大会正式通过国际单位制SI

5、测量误差按误差的性质分为 系统误差、随机误差、及疏失误差。 6、某仪器等级为S=，说明该仪器 满度相对误差不超过+%

7、在相同条件下，多次测量同一个量值时，误差的绝对值和符号保持不变，或在条件改变时，按一定规律变化的误差称为系统误差。

8、在相同条件下，多次测量同一个量值时，误差的绝对值和符号均以不可预定方式变化的误差称为随机误差。这种误差的特点是具有有界性、对称性、抵偿性。可通过多次测量取平均值的方法来消弱该误差对测量结果的影响。

9、为了正确的说明测量结果，通常用 准确度、精密度 和 精确度 来评定测量结果

10、判断系统误差的方法有多种，其中常用的方法有实验对比法、剩余误差观察法、马利科夫判据、阿卑--赫梅特判据

11、通常采用两种方法来实现有效值电压测量（1） 、（2） 12、一般噪声测量采用两种方法，即 正弦波法 、 噪声发生器法 13、扫频仪电路主要由 扫频信号源 和显示系统两大部分组成。 14、虚拟仪器最简单，也是最本质的表述是 软件就是仪器 。 15、计算分贝误差的表达式为 。 16、峰值电压表的基本组成形式为_检波—放大_式

17、计量的三个主要特征是 统一性 、 准确性 和 法制性 。 18、.4

1位DVM测量某仪器两组电源读数分别为、，保留三位有效数字分别应为_________V、_________V。 219、相对误差定义为_测量的绝对误差_与_被测量的真值_的比值，通常用百分数表示。

20、双踪示波器在双踪显示时，“交替”方式适用于被测信号频率较__高_的场合，而“断续”方式适用于

被测信号频率较_低_的场合。

21、采用电子计数器测频时，当被计数频率一定时， 增大闸门时间 可以减小±1误差对测频误差的影响；当闸门时间一定时， 被测频率越低 ，则由±1误差产生的测频误差越大。

22、电子计数器的测频原理实质上是以比较法为基础，将_时基__信号频率和__被测_信号频率相比，两个频率相比的结果以数字的形式显示出来。

23、示波器的衰减器实际上由一系列RC分压器组成，改变分压比即可改变示波器的 偏转灵敏度 。 24、在观测连续信号波形时，示波器应选_连续_扫描方式；在观测脉冲波形时，示波器应选_触发_扫描方式。 25、某数字电压表的最大计数容量为19999，通常称该表为_______位数字电压表；其最小量程为，则其分辨

力为_______ 。

26、测量两个电压，分别得到它们的测量值为U1x=13V，U2x=98V，实际值为U1=10V，U2=100V，则两次测量的修正值分别为 —3V 、 2V ，相对误差分别为 30% 、—2%。 27、测量是为确定被测对象的量值而进行的 实验 过程。 28、级指针式电流表的引用误差不超过 % 。

29、电子示波器的心脏是阴极射线示波管，它主要由 电子枪 、 偏转系统 和荧光屏三部分组成。 30、电子计数器的测周原理与测频相反，即由 门控 信号控制主门开通，而用 时标 脉冲信号进行计数。

31、若测量值为1000，真值为997，则测量误差和修正值分别为 3V 、 —3V ，若测量值为998，修正值

为3，则真值和测量误差又分别为 1001V 、 —3V 。

32、示波器荧光屏上，光点在锯齿波电压作用下扫动的过程称为 。 33、在扫频仪中使用的关键器件之一是 变容二极管 。

34、在现代有效值电压表中，经常采用两种方法，即 和 来实现有效值电压的测量。 35、设，且各分项的相对误差分别为，则 y 的相对误差 = 。 36、将 和 保留 4 位有效数字后为 ，

简答题

1、什么是电子测量，简述电子测量的内容、特点及分类。 答：凡是利用电子技术进行的测量都可称为电子测量。 2、测量与计量的定义及其相互关系。 3、判断系统误差的方法1）、实验对比法

2）、剩余误差观察方法 3）、马利科夫判据 4）、阿卑_赫梅特（Abbe_Helmert）判据

5、系统误差、随机误差和粗大误差的性质是什么？它们对测量结果有何影响？ 答：（1）系统误差是一个恒定不变的值或是具有确定函数关系的值；进行多次重复测量，系统误差不能消除或减少；系统误差具有可控制性或修正性。系统误差使测量的正确度受到影响。

（2）随机误差的性质主要有：在多次测量中，绝对值小的误差出现的次数比绝对值大的误差出现的次数多；在多次测量中，绝对值相等的正误差与负误差出现的概率相同，即具有对称性；测量次数一定时，误差的绝对值不会超过一定的界限，即具有有界性；进行等精度测量时，随机误差的算术平均值的误差随着测量次数的增加而趋近于零，即正负误差具有抵偿性。随机误差影响测量精度。 （3）粗大误差的主要性质是测量

6、简述平均值表测量噪声电压的原理。P86 7、简述失真度测量仪工作原理。P98

8、简述用Q表测量Q值的工作原理。P108

9、欲测量失真的正弦波，若手头无有效值电压表，则应选用峰值表还是平均值更适当一些？ 答：平均值更适合，因为波形系数更接近1。

10、简述逐次积分形DVM的工作原理，适用于哪种场合。 11、简述双积分形DVM的工作原理，适用于哪种场合。P119 12、简述热电偶有效值检波原理。P71 13、简述测频原理。P137

14、简述测量频率比原理。P141 15、简述时间测量原理。P143

16、分析通用计数器测量频率和周期的误差，以及减小误差的方法？

17、简述频标产生的原理。也可以这样提问：什么是频标？为什么频标会叠加在扫频仪屏幕显示的图形上？

答：叠加在扫频输出信号上的频率标志。常用的内频标有菱形频标和针形频标两种。

菱频标常用差频法产生，标准信号发生器晶振频率fo为50MHZ，通过谐波发生器产生fo的基波及各次谐波fo1,fo2,fo3,foi，送入混频器与扫频信号混频，扫频信号的范围是fmin~fmax，若扫频信号与谐波在某点处差频为0，如在fo1处差频为0，由于低通滤波器的选通性，在零差频点，信号得以通过，因而幅度最大；离零差频点越远，差频越来越大，低通滤波器输出的幅度迅速衰减，于是在ffo1处形成了菱形频标。同理在fmin~fmax各零差频点处也形成了菱形频标。

18、计通用电子计数器主要由哪几部分组成？画出其组成框图。

答：电子计数器一般由输入通道、计数器、逻辑控制、显示器及驱动等电路构成。 T

x被测信号 放大 整形 主门 计数 译码 显示

19、测频误差主要由哪两部分组成？什么叫量化误差？使用电子计数器时，怎样减小量化误差？

答：其误差主要由两部分组成。一是计数的相对误差，也叫量化误差；二是闸门开启时间的相对误差。按最坏结果考虑，频率测量的公式误差应是两种误差之和。

量化误差是利用电子计数器测量频率，测量实质是已知的时间内累计脉冲个数，是一个量化过程，这种计数只能对整个脉冲进行计数，它不能测出半个脉冲，即量化的最小单位是数码的一个字。量化误差的极限范围是±１个字，无论计数值是多少，量化误差的最大值都是1一个字，也就是说量化误差的绝对误差

，简称“1误差。”这种测量误差是仪器所固有N1。因此，有时又把这种误差称为“1个字误差”

的，是量化过程带来的。当被测量信号频率一定时，主门开启的时间越长，量化的相对误差越小，当主门开启时间一定时,提高被测量信号的频率，也可减小量化误差的影响。

20、测量周期误差由哪几部分组成？什么叫触发误差？测量周期时，如何减小触发误差的影响？

答：测周误差由两项组成，一是量化误差，二是时标信号相对误差。测周时输入信号受到噪声干扰，也会产生噪声干扰误差，这是一种随机误差，也称为触发误差。触发误差是指在测量周期时，由于输入信号中的干扰噪声影响，使输入信号经触发器整形后，所形成的门控脉冲时间间隔与信号的周期产生了差异而产生的误差，触发误差与被测信号的信噪比有关，信噪比越高，触发误差就越小，测量越准确。 21、使用电子计数器测量频率时，如何选择闸门时间？

答：电子计数器测量频率时，当被测信号频率一定时，主门开启时间越长，量化的相对误差就越小。所以在不使计数器产生溢出的前提，扩大主门的开启时间Ts，可以减少量化误差的影响。但主门时间越长测量时间就越长，所以两者应该兼顾。

22、示波管由哪几部分组成？各部分的作用是什么？P155

23、示波器垂直系统中加延迟线的作用是什么？它对观测脉冲前沿有什么影响？

答：延迟线是一种传输线，起延迟时间的作用。

触发扫描发生器只有当被观察的信号到来时才工作，也就扫描的开始时间总是滞后于被观测脉冲一段时间，这样，脉冲的上升过程就无法被完整地显示出来，因为有一段时间扫描尚未开始。延迟线的作用就是把加到垂直偏转板的脉冲信号延迟一段时间，使信号出现的时间滞后于扫描开始时间，这样就能够保证在屏幕上可以扫出包括上升时间在内的脉冲全过程。

24、解释水平放大器中释抑电路作用，其中“释”与“抑”功能分别是什么？ 答：电路作用：控制锯齿电压的幅度，达到等幅扫描并保证扫描的稳定。 “释”为启动扫描正程的起始点，“抑”为停止扫描正程的终止点。 25、为了获得稳定的波形显示，应当注意什么？ 答：（1）恰当选择触发信号的来源、极性及幅度，以产生符合要求的触发脉冲去控制闸门电路；

（2）调节过程中，“稳定度”和“电平”两个旋钮要配合好； （3）在触发脉冲的选择上，要做到“频率单一”； （4）要选择合适的频率比。

26、双踪示波器有几种显示方式？解释交替与断续显示原理，适合显示什么样的信号。P183 27、画出扫频仪原理框图，简要解释其工作原理。

输

入 电

Y轴输入 缆

答：扫频测量法是将等幅扫频信号加至被测电路输入端，然后用示波器来显示信号通过被测电路后振幅的变化。由于扫频信号的频率是连续变化的，在示波器屏幕上可直接显示出被测电路的幅频特性。扫描电压发生器产生的扫描电压既加至X轴，又加至扫频信号发生器，使扫频信号的频率变化规律与扫描电压一致，从而使得每个扫描点与扫频信号输出的频率有一一对应的确定关系。因为光点的水平偏移与加至X轴的电压成正比，即光点的偏移位置与X轴上所加电压有确定的对应关系，而扫描电压与扫频信号的输出瞬时频率又有一一对应关系，故X轴相应地成为频率坐标轴。扫频信号加至被测电路，检波探头对被测电路的输出信号进行峰值检波，并将检波所得信号送往示波器Y轴电路，该信号的幅度变化正好反映了被测电路的幅频特性，因而在屏幕上能直接观察到被测电路的幅频特性曲线 28、如何对放大器的幅频特性进行测量？

答：在低频电子电路中，函数发生器可用于测量低频放大器的幅频特性。测试过程如下。 （1）按图所示连线。

（2）调节函数发生器，使其输出频率1kHz，幅度为10mV的正弦信号，并将其送到被测放大器输入端。 （3）在被测放大器输出端接上负载 电阻RL后，再将输出接到毫伏表或示波

毫伏表 器的Y输入端，测出放大器在1kHz时的

输出电压值。

（4）按被测电路的技术指标，在保

函数信号 持函数发生器输出幅度不变的情况下，逐

发生器 示波器 点改变信号发生器的频率，逐点记录被测

被测 放大器的输出电压值，然后，根据记录数据， 放大器 画出被测放大器的频率特性曲线。

29、扫频测量与点频测量相比有什么优点？ 图 放大器幅频特性测试连线图 答：与点频法相比，扫频法测频具有以下优点：

（1）可实现网络频率特性的自动或半自动测量，特别是在进行电路测试时，人们可以一面调节电路中的有关元件，一面观察荧光屏上频率特性曲线的变化，从而迅速地将电路性能调整到预定的要求。

（2）由于扫频信号的频率是连续变化的，因此，所得到的被测网络的频率特性曲线也是连续的，不会出现由于点频法中频率点离散而遗漏掉细节的问题。

（3）点频法是人工逐点改变输入信号的频率，速度慢，得到的是被测电路稳态情况下的频率特性曲线。扫频测量法是在一定扫描速度下获得被测电路的动态频率特性，而后者更符合被测电路的应用实际。 30、采用非实时取样示波器能否观察非周期性重复信号？能否观察单次信号？为什么？

答：不能。由于非实时取样是从被测信号的许多相邻波形上取得样点的方法，以间隔10个、100个甚至更多个波形上取一个样点，这样，非周期重复信号和单次信号是不可能观测的。 31、叙述记忆示波器和数字存储示波器的特点。

答：记忆示波器是利用记忆示波管组成的示波器，也称CRT存贮。它的核心是记忆示波管。采用这种示波管，即使在断电的情况下，亦可将波形记忆一周左右。

与记忆示波器不同，数字存贮示波器不是一种模拟信号的存贮，也不将波形存贮在示波管内的存贮栅网上，而是将它将捕捉到的波形通过A/D转换进行数字化，而后存入管外的数字存贮器中。读出时，将存入的数字化波形经D/A变换，还原成捕捉到的波形，然后在荧光屏上显示出来。数字存贮示波器经常采用大规模

集成电路和微处理器，在微处理器统一指挥下工作，具有自动化程度高、功能强等特点。 32、数字存储示波器显示与模拟示波器相比有何特点？

答：与普通模拟示波器相比，具有一系列优点。

1．可长期存储波形 2．可进行负延时触发 3．便于观测单次过程和突发事件 4．具有多种显示方式 5．便于数据分析和处理 6．可用数字显示测量结果 7．具有多种方式输出 8．便于进行功能扩展

33、何谓虚拟仪器？虚拟仪器是仿真仪器吗？

答：虚拟仪器（Virtual Instrument，简称VI）是指以通用计算机作为核心的硬件平台，配以相应测试功能的硬件作为信号输入输出的接口，利用仪器软件开发平台在计算机的屏幕上虚拟出仪器的面板和相应的功能，然后通过鼠标或键盘操作的仪器。虚拟仪器是一种实际仪器。

名词解释

测量 计量 热电效应 白噪声 中界频率 分辨力 分辨率 同步 扫描 扫描电压 水平扫描 水平正程扫描，水平逆程扫描

计算题

1、有两个电阻(R1和R2)串联，R1=5kΩ, R2=10kΩ,其相对误差均等于±5%,求串联后的总误差 2、例2.8.1万用表欧姆挡的简化电路如图所示。试求指针在什么位置时测量误差最小。 3、对某电阻进行等精度测量10次，数据如下（单位kΩ）： 、、 、 、 、 、 、 、 、。试给出包含误差值的测量结果表达式。 答：

1）．将测量数据按先后次序列表。

n V（iV） （iV）2 （V2）in V（iV） （iV） 2（V2）i1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 2）．用公式求算术平均值。

1100.9920.9930.998x(V1V2V10)0.9935

n1103）．用公式求每一次测量值的剩余误差，并填入上表中。

4）．用公式计算标准差的估计值。

11021vi9(0.000002250.000000250.00002025)1011 10.00005050.0023795）．按莱特准则判断粗大误差，即根据剔除坏值。

3(x)30.002370.00711

从表中可以看出，剩余残差最大的第10个测量数据，其值为：

v10x10x0.9980.99350.00453(x)

所以该组测量数据中无坏值。 6）．根据系统误差特点，判断是否有系统误差，并修正。 测量数据分布均匀，无规律分布，无系统误差。 7）．用公式xn求算术平均值的标准差估计值。

0.002370.00237 0.00075 x3.16228n10 8）．用公式x3x求算术平均值的不确定度。

x3x30.000750.00225

9）．写出测量结果的表达式。

Axx0.99350.0023

4、若要测一个20V 左右的电压，手头有两台电压表，其中一台量程为100V、± 级，另一台量程为30V、± 级，问选用哪一台表更合适?

5、若正弦波，方波，三角波三种波形电压的峰值相同，其数值均为10V，现用全波平均值表分别对这三种电压进行测量，求测量各种波形时电压表的指示值。

6、被测脉冲信号峰—峰值为5V，频率为1kHz，经衰减量为10 倍的探头引入示波器，垂直“倍率”置“×5”位，“偏转灵敏度微调”置“校正”位置，荧光屏有效宽度为10cm，“扫描速度微调”置“校正”位置。要求写明分析过程。

（1）要想在荧光屏上获得峰—峰值高度为5cm 的波形，“Y 轴偏转灵敏度”开关应置哪一档？ （2）要想在荧光屏上刚好显示有2个周期的波形，“扫描速度”开关应置哪一档？

7、利用具有正弦有效值刻度的均值电压表测量三角波电压，读数为5V，问该三角波电压的峰值、有效值各为多少？注：三角波的波形因数为KF=，波峰因数为KP=

8、 甲、乙两台DVM，显示器最大显示值为甲：9999，乙：19999，问： （1）它们各是几位DVM？

（2）若乙的最小量程为200mV，其分辨力等于多少？

（3）若乙的工作误差为±％（读数）±1 个字，用2V和20V 档分别测量Vx＝ 电压时，绝对误差和相对误差各为多少？

（4）由（3）的结果可以得出什么结论？

10、 某待测电流约为100mA，现有级量程为0~400mA和级量程为0~100mA的两个电流表，问用哪一个电流表测量较好？(4 分)

11、若正弦波，方波，三角波三种波形电压的峰值相同，其数值均为10V，现用有效值表分别对这三种电压进行测量，求测量各种波形时电压表的指示值。

12、用SBM-10 示波器测量正弦信号电压幅度，“倍率”置“×5”档，“偏转灵敏度粗调”，开关置“cm”档，“偏转灵敏度微调”置“校正”位置，用衰减量为10 倍的探头引入，荧光屏上信号峰—峰值高度为5cm，求被测信号电压幅值Vm 和有效值V。

13、利用正弦有效值刻度的峰值电压表测量一三角波电压，读数为1V，其峰值和均值、有效值分别为多少?(6分)注：三角波的波形因数为KF=，波峰因数为KP=

14、用计数式频率计测量频率，已知晶振频率fc 的相对误差为Δfc/fc=±5×10，闸门时间T=1S时，计数器读数为5400，试求此时的测频误差为多大?若闸门时间扩大到10S，则此时的测频误差又为多大?并讨论所得结果。

15、用一电压表测量某电压，使用0~10V量程档，在相同条件下重复测量5次，测量值分别为：,,,,，检定证书给出电压表的最大允许误差为±1%，经鉴定合格，要求求出A类标准不确定度，B类标准不确定度，及合成不确定度。

解：标准不确定度分量的评定 1）电压测量引入的标准不确定度

(a) 电压表不准引入的标准不确定度分量u1（V）。已知电压表的最大允许误差为±1%，且该表经鉴定合格，所以u1（V）按B类评定。测量值可能的区间半宽度a1为a1=×1%=。设在该区间内的概率分布为均匀分布，所以取置信因子k1＝，则:

(b) 电压测量重复性引入的标准不确定度分量u2（V）。已知测量值是重复测量5次的结果，所以u2（V）按A类评定。

(c)由此可得:

16、用计数式频率计测量频率，闸门时间为1S，计数器读数为7600，这时由±1 误差产生的测频误差为多少?如将被测信号倍频6倍，又把闸门时间扩大到4倍，此时由 ±1 误差引起的测频误差又为多少?并讨论所得结果。

17、准确度为级、量程为0-100V的电压表，其最大允许的绝对误差为多少？ 答：最大允许的绝对误差为：

xxm•s%1000.5%0.5V 18、利用下述哪种测量方案的测量误差最小？

（1） 测频，闸门时间1s。 （2） 测周，时标100μs。 （3） 周期倍乘，N=1000。

答：对于一确定频率f，可以根据中界频率进行判断。

-8

fc114104Hz 6T10010fc中界频率f0Ts4104200Hz 1若题目中给定的被测频率低于中界频率，则采用测周法比测频法误差小，若先经过“周期倍乘”，再进行周期测量则误差最小。

画图分析题

1、 用示波器观测占空比很小的脉冲波形（如图4-1所示）时，由于选择的扫描方式及扫描周期的不同，荧

光屏上分别出现如图a,b,c三种波形，试分析出现a,b,c三种图形的原因? 并比较说明采用哪种方式能较好的观察脉冲波形？ 2、

图：被测信号波形

图a 图b 图c

1、图a：不能观测到脉冲细节。原因：选择的扫描方式为连续扫描，且扫描周期与被测信号周期相同

图b：脉宽得到展宽，但波形显示暗，时基线太亮。原因：选择的扫描方式为连续扫描，且扫描周期与脉冲底宽相同

图c：能较好的观测脉冲细节，原因：选择的扫描方式为触发扫描，且扫描脉冲只在被测脉冲到来时才扫描一次；没有被测脉冲时，扫描发生器处于等待工作状态，可以避免扫描基线太亮。

2、画出下图所示被测信号及扫描电压在荧光屏上合成的波形，并说明原因，可以采取什么样的解决办法使能正确的显示被测信号的波形？

答：原因：回扫总是需要一定的时间的，由于示波器增辉电路不良或对回扫的消隐不好,使得扫描正程和回程在荧光屏上的亮度相差不多，出现回扫轨迹。

措施：为了使回扫轨迹不在荧光屏上显示，可以设法在扫描正程期间，使电子枪发射更多的电子，即给示波器增辉。或是利用闸门信号作为增辉脉冲控制示波管，起扫描正程加亮的作用。 画图参考第5章课件

Uy

题3-2图

Ux t

t 3、什么是李沙育图形？说明李沙育图形测量频率的原理，根据此原理，画出当X信号频率为2MHz时，Y信号的频率为6MHz的李沙育图形。（6分）

答：示波器两个偏转板上都加正弦电压时显示李沙育（Lissajous）图形，这种图形在相位和频率测量中常会用到。NH 和NV 分别为水平线、垂直线与李沙育图形的交点数；fx 、 fy分别为示波器X和Y信号的频率。李沙育图形存在关系：

所以当X 信号频率为2MHz时，Y信号频率为6MHz时，水平交点个数为与垂直交点个数的的比值为1：3。画出的李沙育图形如下：

3、 根据李沙育图形法测量相位的原理，试用作图法画出相位差为0和180时的图形。说明图形为什么是一

条直线？ 解：（1）同幅度、相位差为0、频率比为1：1、周期为T的正弦信号分别送入示波器的Y通道和X通道。

Uyy 1 0 0 tttt tt2 ux tt图X、Y偏转板加同频、同相信号时 光点的轨迹图 tttt ①当时间tt0时，Vy0,Vx0 光点出现在荧光屏上的中点“0”点。

②当时间tt1时，VyVxVm，光点同时受到水平和垂直偏转板的作用，在x、y方向位移最大且相同，光点将会出现在屏幕的第1象限的“1”点。

③当时间tt2时，Vy0,Vx0，光点从“1”点回到荧光屏上的中点“0”点。

④当时间tt3时，VyVxVm，光点同时受到水平和垂直偏转板的作用，与“1”点情况类似，光点将会出现在屏幕第3象限的“2”点。

⑤当时间tt4时，光点从“2”点回到荧光屏上的中点“0”点。 因此，荧光屏显示的是一条过原点的，斜率为45的直线。

（2）同幅度、相位差为180、频率比为1：1、周期为T的正弦信号分别送入示波器的Y通道和X通道，图形是一样的。

