分析電子儀表測(cè)量技術(shù)

李喬松

摘 要：在做電學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)我們往往要借助電子儀表設(shè)備來(lái)進(jìn)行測(cè)量，因此就需要我們對(duì)電子儀表的測(cè)量規(guī)范進(jìn)行一定的了解。例如：了解儀表所對(duì)應(yīng)的量程和引起誤差的原因，以及采取什么手段來(lái)避免或者消去誤差。本文就電子儀表的測(cè)量特點(diǎn)、測(cè)量誤差和減少誤差的方法做了進(jìn)一步的探究。

關(guān)鍵詞：電子儀表 測(cè)量 技術(shù)

中圖分類號(hào)：TG806 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）04（a）-0112-02

1 電子測(cè)量的特點(diǎn)

電子測(cè)量顧名思義就是以電子科技為基礎(chǔ)來(lái)輔助測(cè)量，電子技術(shù)的運(yùn)用對(duì)測(cè)量技術(shù)的長(zhǎng)足發(fā)展起到了推動(dòng)作用。測(cè)量范圍大、準(zhǔn)確、易于讀取數(shù)據(jù)、誤差小是電子儀表測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)，目前電子儀表的運(yùn)用已經(jīng)滲透到各行各業(yè)中，推動(dòng)了科學(xué)的發(fā)展。

對(duì)于物理實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)測(cè)量數(shù)據(jù)是比較抽象的，不像化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)菢佑兄庇^的現(xiàn)象去表征，所以就需要利用電子儀表來(lái)測(cè)量電物理量，然后通過(guò)電子儀表對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，再將信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)輸出。電子儀表是用來(lái)間接的表征實(shí)驗(yàn)的進(jìn)程，要想準(zhǔn)確測(cè)量各種電物理量就必須學(xué)習(xí)怎么使用電子儀表和使用過(guò)程中的注意事項(xiàng)。

既然有了電子儀表這種工具來(lái)測(cè)量物理量，我們就需要去了解怎么樣才是規(guī)范化的操作，并且要知道這些儀表可適用的范圍和巧妙的使用它。例如，當(dāng)我們做實(shí)驗(yàn)時(shí)需要知道一個(gè)電器兩端的電壓是多少，原本只需將電壓表接在電器的兩端就能測(cè)出，現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室沒(méi)有電壓表，那我們就可以用電流表和電器串聯(lián)起來(lái)讀出流過(guò)電器的電流，然后根據(jù)已知的電阻算出電器的電壓。從上面的例子不難看出，物理量的測(cè)量有很多方法，可以根據(jù)實(shí)際的情況自行調(diào)節(jié)，但前提是必須熟練掌握測(cè)量方法。

電子測(cè)量的精確度是相對(duì)的，測(cè)量的過(guò)程中肯定伴隨有誤差的產(chǎn)生。測(cè)量誤差可以分為儀器的固有誤差和隨機(jī)誤差，在測(cè)量前應(yīng)針對(duì)不同的誤差進(jìn)行具體分析和采取一些措施去消去誤差，這樣才能保證測(cè)量的精確度。

2 測(cè)量誤差

在實(shí)際測(cè)量時(shí)，由于各種各樣的問(wèn)題導(dǎo)致測(cè)量的結(jié)果偏離真實(shí)值，這個(gè)測(cè)量值與真實(shí)值的差就叫誤差。誤差主要可分為兩部分：一是測(cè)量?jī)x器自身的不精確、測(cè)量方法不合適引起的固有誤差；二是周圍環(huán)境和操作不當(dāng)?shù)纫鸬碾S機(jī)誤差。下面將可能存在的誤差詳細(xì)列舉出來(lái)。

2.1 儀器儀表誤差

儀表生產(chǎn)過(guò)程中制作不精密或使用時(shí)未進(jìn)行校準(zhǔn)引起的誤差稱為儀器儀表誤差。儀器在測(cè)量完成后應(yīng)歸零，使用前應(yīng)進(jìn)行校準(zhǔn)。若儀器因?yàn)槭褂脮r(shí)間太長(zhǎng)而導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行修正，引入修正值（用一級(jí)儀器的示值減去測(cè)量?jī)x器示值所得的值），以便在測(cè)量結(jié)果中引入適當(dāng)補(bǔ)償值。

2.2 使用誤差（也稱操作誤差）

不按照操作規(guī)范進(jìn)行測(cè)量所引起的誤差稱為使用誤差。例如，儀器安放的位置不對(duì)、儀器調(diào)試不正確、儀器的不正常使用造成的誤差。如規(guī)定垂直放置的儀器儀表水平放置；示波器接地不良；儀器未按操作規(guī)程進(jìn)行預(yù)熱、校準(zhǔn)和接線太長(zhǎng)等都會(huì)產(chǎn)生使用誤差。

測(cè)量前了解儀器的使用說(shuō)明并且正確操作儀器是減少或者避免操作誤差非?？尚械姆椒ǎ虼藢?shí)驗(yàn)前一定要仔細(xì)閱讀說(shuō)明書(shū)。

2.3 人為誤差

測(cè)量人員由于自身測(cè)量習(xí)慣導(dǎo)致的測(cè)量誤差稱為人為誤差。往往是由于測(cè)量人員讀數(shù)不準(zhǔn)確、測(cè)量不專注等原因產(chǎn)生的誤差。這種誤差完全是可以避免的，需要測(cè)量者具有正確的測(cè)量習(xí)慣和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，后者是至關(guān)重要的。

2.4 影響誤差（也稱環(huán)境誤差、外界誤差）

由周圍環(huán)境變化導(dǎo)致的測(cè)量誤差稱為影響誤差。儀表的銘牌上會(huì)標(biāo)明最佳的測(cè)量條件，若周圍環(huán)境超過(guò)最佳的范圍就會(huì)導(dǎo)致儀表測(cè)量結(jié)果失真，因此在測(cè)量時(shí)要使周圍環(huán)境處于最佳范圍。

2.5 方法誤差和理論誤差

由于測(cè)量方法選擇不當(dāng)而導(dǎo)致的誤差稱為方法誤差。如使用電流表測(cè)量?jī)x器電流時(shí)，應(yīng)將電流表與儀器串聯(lián)使用，切不可并聯(lián)測(cè)電流，因?yàn)殡娏鞅頃?huì)對(duì)電流產(chǎn)生分流作用，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果偏小。因此要根據(jù)測(cè)量需要選擇合理的方法。理論誤差是采用不適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化和近視公式或所依據(jù)的理論不嚴(yán)密所引起的誤差。

3 電子儀器的測(cè)量誤差

一般測(cè)量?jī)x器的準(zhǔn)確度常用容許誤差來(lái)表示，它是根據(jù)技術(shù)條件的要求，規(guī)定某一類儀器的誤差不應(yīng)超過(guò)的最大范圍，又稱極限誤差。一般技術(shù)手冊(cè)上所標(biāo)明的都是指容許誤差。

容許誤差的表示方法常用相對(duì)誤差，也有用相對(duì)誤差與絕對(duì)誤差相結(jié)合的形式來(lái)表示。例如，ST16型示波器，其掃描時(shí)輸入靈敏度各檔的誤差不大于10%，對(duì)SR8型雙蹤示波器則不大于5%，這就是用相對(duì)誤差表示的允許誤差。實(shí)際工作中，在要求不高的情況下，往往只做一次直接測(cè)量而取得測(cè)量結(jié)果。根據(jù)允許誤差便可估算其測(cè)量誤差，如用SRS型雙蹤示波器，測(cè)4V電壓，設(shè)所設(shè)置量程為SV/dlv檔（探頭為1∶1）則其絕對(duì)誤差為：

△U=5V/dIv × 5%=0.25V/div

相對(duì)誤差為：

Y=（0.25÷4）× 100%=6.25%

若置1OV/div檔量程，則其絕對(duì)誤差為：

△U=10V/dIvx5%=O.5V/div

相對(duì)誤差為：

Y=（0.5÷4）×100%=12.5%

由此可見(jiàn)，置IOV/div檔時(shí)，誤差增大， 因此為了提高測(cè)量精度，必須選擇大小合適的量程。

4 電子儀器使用注意事項(xiàng)

初次使用電子儀器，使用前必須認(rèn)真閱讀該儀器的使用說(shuō)明書(shū)，并注意以下事項(xiàng)。

4.1 了解該儀器的主要技術(shù)指標(biāo)

電子儀器的測(cè)量有適用的范圍，測(cè)量前必須要知道儀器的技術(shù)指標(biāo)，不能盲目的拿來(lái)一個(gè)儀表就測(cè)，這樣會(huì)使測(cè)量不準(zhǔn)甚至燒壞儀表。

每一臺(tái)電子儀器都有一定的技術(shù)指標(biāo)，只有在技術(shù)指標(biāo)允許的范圍內(nèi)工作，測(cè)量結(jié)果才準(zhǔn)確有效。例如，STB一5示波器，Y軸輸入帶寬為10 Hz～10 MHz，用它就不能測(cè)量直流電壓。

SR一8型示波器Y軸輸入帶寬為DC-15 MHz，用它可測(cè)量直流信號(hào)，但被測(cè)信號(hào)的頻率高于15 MHz就不應(yīng)該使用該儀器。有時(shí)幾臺(tái)儀器可以測(cè)量同一個(gè)參數(shù)，但它門所測(cè)的結(jié)果是不同的。又如測(cè)直流電壓，用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量出的結(jié)果，其精度將遠(yuǎn)高于從示波器熒光屏上所得的讀數(shù)；若測(cè)非正弦信號(hào)電壓的幅度，用晶體管電壓表（JB一B）測(cè)量，將引起很大的誤差，而用示波器測(cè)量誤差就小的多。因此，正確選用測(cè)量?jī)x器，對(duì)測(cè)量結(jié)果有決定性的影響。

4.2 熟悉儀器的使用方法和操作規(guī)程

對(duì)于電子線路進(jìn)行測(cè)量時(shí)，如違反儀器使用的操作順序，不僅得不到正確的測(cè)試結(jié)果，還可能使被測(cè)電路的元件和測(cè)量?jī)x器損壞。例如，使用直流穩(wěn)壓電源時(shí)，必須先調(diào)整好輸出電壓，而后再接入被測(cè)電路。如要改變被測(cè)電路時(shí)，必須關(guān)閉穩(wěn)壓電源。

4.3 熟悉儀器面板上旋鈕、開(kāi)關(guān)的名稱、作用及調(diào)節(jié)方法

這是保證儀器正常工作和測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確的關(guān)鍵。當(dāng)儀器被接入被測(cè)電路前，必須正確調(diào)整儀器面板上所有開(kāi)關(guān)、旋鈕。注意旋鈕的方向和極限位置，要輕而緩慢地轉(zhuǎn)動(dòng)，切忌用力過(guò)猛。如果發(fā)現(xiàn)開(kāi)關(guān)、旋鈕松動(dòng)，必須維修后才能繼續(xù)使用。

5 電子儀器的日常維護(hù)

電子儀器是損耗件，日常使用中必須要放在干燥、潔凈、沒(méi)有太陽(yáng)照射的地方；當(dāng)短時(shí)間不使用時(shí)，將其放在向陽(yáng)通風(fēng)處以保持干燥并注意儀器的清潔；若長(zhǎng)時(shí)間不使用時(shí)，應(yīng)當(dāng)將儀器放在有干燥劑的密封袋中，但應(yīng)定期通電除潮和對(duì)機(jī)內(nèi)電解電容器充電，防止失效。

還應(yīng)注意防腐蝕和防漏電，如萬(wàn)用表等其內(nèi)部的干電池需要定期檢查以免流液、腐爛，長(zhǎng)期不用時(shí)應(yīng)取出。電子儀器是否漏電，可用兆歐表檢查，當(dāng)絕緣電阻小于500 kΩ時(shí)，應(yīng)禁止使用，并予以檢修。

6 結(jié)語(yǔ)

從上文可以看出，電子儀器儀表本質(zhì)上是一個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)化器，從接受信號(hào)到將信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)輸出。它可以間接地表征電壓、電流、頻率等物理量，使人們能更直觀地感覺(jué)實(shí)驗(yàn)的變化。隨著科技的不斷進(jìn)步，現(xiàn)在對(duì)電物理量的表征變得簡(jiǎn)單而快速，因此我們應(yīng)該推廣電子儀器儀表在測(cè)量上的運(yùn)用，淘汰落后的測(cè)量?jī)x器。因而就需要我們更多地去了解電子儀器測(cè)量的基本技術(shù)，并將它熟練的運(yùn)用在測(cè)量中。

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