分析电子仪表测量技术

李乔松

摘 要：在做电学实验时我们往往要借助电子仪表设备来进行测量，因此就需要我们对电子仪表的测量规范进行一定的了解。例如：了解仪表所对应的量程和引起误差的原因，以及采取什么手段来避免或者消去误差。本文就电子仪表的测量特点、测量误差和减少误差的方法做了进一步的探究。

关键词：电子仪表 测量 技术

中图分类号：TG806 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）04（a）-0112-02

1 电子测量的特点

电子测量顾名思义就是以电子科技为基础来辅助测量，电子技术的运用对测量技术的长足发展起到了推动作用。测量范围大、准确、易于读取数据、误差小是电子仪表测量的优点，目前电子仪表的运用已经渗透到各行各业中，推动了科学的发展。

对于物理实验来说测量数据是比较抽象的，不像化学实验那样有直观的现象去表征，所以就需要利用电子仪表来测量电物理量，然后通过电子仪表对信号进行处理，再将信号转化为数据输出。电子仪表是用来间接的表征实验的进程，要想准确测量各种电物理量就必须学习怎么使用电子仪表和使用过程中的注意事项。

既然有了电子仪表这种工具来测量物理量，我们就需要去了解怎么样才是规范化的操作，并且要知道这些仪表可适用的范围和巧妙的使用它。例如，当我们做实验时需要知道一个电器两端的电压是多少，原本只需将电压表接在电器的两端就能测出，现在实验室没有电压表，那我们就可以用电流表和电器串联起来读出流过电器的电流，然后根据已知的电阻算出电器的电压。从上面的例子不难看出，物理量的测量有很多方法，可以根据实际的情况自行调节，但前提是必须熟练掌握测量方法。

电子测量的精确度是相对的，测量的过程中肯定伴随有误差的产生。测量误差可以分为仪器的固有误差和随机误差，在测量前应针对不同的误差进行具体分析和采取一些措施去消去误差，这样才能保证测量的精确度。

2 测量误差

在实际测量时，由于各种各样的问题导致测量的结果偏离真实值，这个测量值与真实值的差就叫误差。误差主要可分为两部分：一是测量仪器自身的不精确、测量方法不合适引起的固有误差；二是周围环境和操作不当等引起的随机误差。下面将可能存在的误差详细列举出来。

2.1 仪器仪表误差

仪表生产过程中制作不精密或使用时未进行校准引起的误差称为仪器仪表误差。仪器在测量完成后应归零，使用前应进行校准。若仪器因为使用时间太长而导致测量不准，应对其进行修正，引入修正值（用一级仪器的示值减去测量仪器示值所得的值），以便在测量结果中引入适当补偿值。

2.2 使用误差（也称操作误差）

不按照操作规范进行测量所引起的误差称为使用误差。例如，仪器安放的位置不对、仪器调试不正确、仪器的不正常使用造成的误差。如规定垂直放置的仪器仪表水平放置；示波器接地不良；仪器未按操作规程进行预热、校准和接线太长等都会产生使用误差。

测量前了解仪器的使用说明并且正确操作仪器是减少或者避免操作误差非常可行的方法，因此实验前一定要仔细阅读说明书。

2.3 人为误差

测量人员由于自身测量习惯导致的测量误差称为人为误差。往往是由于测量人员读数不准确、测量不专注等原因产生的误差。这种误差完全是可以避免的，需要测量者具有正确的测量习惯和严谨的科学态度，后者是至关重要的。

2.4 影响误差（也称环境误差、外界误差）

由周围环境变化导致的测量误差称为影响误差。仪表的铭牌上会标明最佳的测量条件，若周围环境超过最佳的范围就会导致仪表测量结果失真，因此在测量时要使周围环境处于最佳范围。

2.5 方法误差和理论误差

由于测量方法选择不当而导致的误差称为方法误差。如使用电流表测量仪器电流时，应将电流表与仪器串联使用，切不可并联测电流，因为电流表会对电流产生分流作用，导致测量结果偏小。因此要根据测量需要选择合理的方法。理论误差是采用不适当的简化和近视公式或所依据的理论不严密所引起的误差。

3 电子仪器的测量误差

一般测量仪器的准确度常用容许误差来表示，它是根据技术条件的要求，规定某一类仪器的误差不应超过的最大范围，又称极限误差。一般技术手册上所标明的都是指容许误差。

容许误差的表示方法常用相对误差，也有用相对误差与绝对误差相结合的形式来表示。例如，ST16型示波器，其扫描时输入灵敏度各档的误差不大于10%，对SR8型双踪示波器则不大于5%，这就是用相对误差表示的允许误差。实际工作中，在要求不高的情况下，往往只做一次直接测量而取得测量结果。根据允许误差便可估算其测量误差，如用SRS型双踪示波器，测4V电压，设所设置量程为SV/dlv档（探头为1∶1）则其绝对误差为：

△U=5V/dIv × 5%=0.25V/div

相对误差为：

Y=（0.25÷4）× 100%=6.25%

若置1OV/div档量程，则其绝对误差为：

△U=10V/dIvx5%=O.5V/div

相对误差为：

Y=（0.5÷4）×100%=12.5%

由此可见，置IOV/div档时，误差增大， 因此为了提高测量精度，必须选择大小合适的量程。

4 电子仪器使用注意事项

初次使用电子仪器，使用前必须认真阅读该仪器的使用说明书，并注意以下事项。

4.1 了解该仪器的主要技术指标

电子仪器的测量有适用的范围，测量前必须要知道仪器的技术指标，不能盲目的拿来一个仪表就测，这样会使测量不准甚至烧坏仪表。

每一台电子仪器都有一定的技术指标，只有在技术指标允许的范围内工作，测量结果才准确有效。例如，STB一5示波器，Y轴输入带宽为10 Hz～10 MHz，用它就不能测量直流电压。

SR一8型示波器Y轴输入带宽为DC-15 MHz，用它可测量直流信号，但被测信号的频率高于15 MHz就不应该使用该仪器。有时几台仪器可以测量同一个参数，但它门所测的结果是不同的。又如测直流电压，用数字万用表测量出的结果，其精度将远高于从示波器荧光屏上所得的读数；若测非正弦信号电压的幅度，用晶体管电压表（JB一B）测量，将引起很大的误差，而用示波器测量误差就小的多。因此，正确选用测量仪器，对测量结果有决定性的影响。

4.2 熟悉仪器的使用方法和操作规程

对于电子线路进行测量时，如违反仪器使用的操作顺序，不仅得不到正确的测试结果，还可能使被测电路的元件和测量仪器损坏。例如，使用直流稳压电源时，必须先调整好输出电压，而后再接入被测电路。如要改变被测电路时，必须关闭稳压电源。

4.3 熟悉仪器面板上旋钮、开关的名称、作用及调节方法

这是保证仪器正常工作和测试结果准确的关键。当仪器被接入被测电路前，必须正确调整仪器面板上所有开关、旋钮。注意旋钮的方向和极限位置，要轻而缓慢地转动，切忌用力过猛。如果发现开关、旋钮松动，必须维修后才能继续使用。

5 电子仪器的日常维护

电子仪器是损耗件，日常使用中必须要放在干燥、洁净、没有太阳照射的地方；当短时间不使用时，将其放在向阳通风处以保持干燥并注意仪器的清洁；若长时间不使用时，应当将仪器放在有干燥剂的密封袋中，但应定期通电除潮和对机内电解电容器充电，防止失效。

还应注意防腐蚀和防漏电，如万用表等其内部的干电池需要定期检查以免流液、腐烂，长期不用时应取出。电子仪器是否漏电，可用兆欧表检查，当绝缘电阻小于500 kΩ时，应禁止使用，并予以检修。

6 结语

从上文可以看出，电子仪器仪表本质上是一个信号转化器，从接受信号到将信号转化为数据输出。它可以间接地表征电压、电流、频率等物理量，使人们能更直观地感觉实验的变化。随着科技的不断进步，现在对电物理量的表征变得简单而快速，因此我们应该推广电子仪器仪表在测量上的运用，淘汰落后的测量仪器。因而就需要我们更多地去了解电子仪器测量的基本技术，并将它熟练的运用在测量中。

参考文献

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