电子测量：测量电能、频率和非电量的手段

2023-06-22 理论教育版权反馈

【摘要】：电子测量泛指以电子技术为基本手段的一种测量形式。1）能量的测量能量的测量指的是对电流、电压、功率、电场强度等参量的测量。实际中，常常需要对许多非电量进行测量。1）测量频率范围宽电子测量中所遇到的测量对象，其频率覆盖范围极宽，低至10－6 Hz以下，高至1012 Hz以上。电子测量的另一个特点是被测对象的量值大小相差悬殊。

电子测量泛指以电子技术为基本手段的一种测量形式。电子测量除具体运用电子科学的原理、方法和设备对各种电量、电信号及电路元器件的特性和参数进行测量外，还可通过各种敏感器件和传感装置对非电量进行测量。这种测量方法往往更加方便、快捷、准确，有时是用其他测量方法所不能替代的。

近几十年来，计算技术和微电子技术的迅猛发展为电子测量和测量仪器增添了巨大活力。电子计算机尤其是微型计算机与电子测量仪器相结合，构成了一代崭新的仪器和测试系统，即人们通常所说的“智能仪器”和“自动测试系统”，它们能够对若干电参数进行自动测量、自动量程选择、数据记录和处理、数据传输、误差修正、自检自校、故障诊断及在线测试等，不仅改变了若干传统测量的概念，更对整个电子技术和其他科学技术产生了巨大的推动作用。现在，电子测量技术（包括测量理论、测量方法、测量仪器装置等）已成为电子科学领域重要且发展迅速的分支学科。

1.电子测量的内容

电子测量的内容很多，大概分为五大类。

1）能量的测量

能量的测量指的是对电流、电压、功率、电场强度等参量的测量。

2）电路参数的测量

电路参数的测量指的是对电阻、电感、电容、阻抗、品质因数、损耗率等参量的测量。

3）信号特性的测量

信号特性的测量指的是对频率、周期、时间、相位、调制系数、失真度等参量的测量。

4）电子设备性能的测量

电子设备性能的测量指的是对通频带、选择性、放大倍数、衰减量、灵敏度、信噪比等参量的测量。

5）特性曲线的测量

特性曲线的测量指的是对幅频特性、相频特性、器件特性等特性曲线的测量。

上述各项测量内容中，尤以对频率、时间、电压、相位、阻抗等基本电参数的测量更为重要，它们往往是其他参数测量的基础。例如，放大器的增益测量实际上就是对其输入、输出端电压的测量，再相比取对数得到增益分贝数；脉冲信号波形参数的测量可归结为对电压和时间的测量。由于时间和频率测量具有其他测量所不可比拟的精确性，因此常把对其他待测量的测量转换成对时间或频率的测量的方法和技术。

实际中，常常需要对许多非电量进行测量。前面三章讲述的检测技术为这类测量提供了新的方法和途径。可以利用各种敏感元件和传感装置将非电量（如位移、速度、温度、压力、流量、物质成分等）变换成电信号，再利用电子测量设备进行测量。

2.电子测量的特点

与其他测量方法和测量仪器相比，电子测量和电子测量仪器具有以下特点。

1）测量频率范围宽

电子测量中所遇到的测量对象，其频率覆盖范围极宽，低至10－6 Hz以下，高至1012 Hz以上。当然，不能要求同一台仪器能在这样宽的频率范围内工作，通常根据不同的工作频段采用不同的测量原理，使用不同的测量仪器。

2）测量量程宽

量程是测量范围的上、下限值之差或上、下限值之比。电子测量的另一个特点是被测对象的量值大小相差悬殊。

例如，地面上接收到的宇宙飞船自外太空发来的信号功率低到10－14 W数量级，而远程雷达发射的脉冲功率可高达108 W以上，两者之比为1∶1016。一般情况下，使用同一台仪器，同一种测量方法，是难以覆盖如此宽广的量程的。

3）测量准确度高低相差悬殊

就整个电子测量所涉及的测量内容而言，测量结果的准确度是不一样的，有些参数的测量准确度可以很高，而有些参数的测量准确度却又相当低。对频率和时间的测量准确度可以达到10－13数量级，这是目前在测量准确度方面达到的最高指标。而长度测量的最高准确度为10－8数量级。除了频率和时间的测量准确度很高之外，其他参数的测量准确度相对都比较低。

例如，直流电压的准确度当前可达到10－6数量级，音频电压为10－4数量级，射频电压仅为10－3数量级，而品质因数Q值和电场强度的测量准确度只有10－1数量级。

造成这种现象的主要原因在于电磁现象本身的性质，使得测量结果极易受到外部环境的影响，尤其在较高频率段，待测装置和测量装置之间、装置内部各元器件之间的电磁耦合、外界干扰及测量电路中的损耗等对测量结果的影响往往不能忽略却又无法精确估计。

4）测量速度快

由于电子测量是基于电子运动、电磁波的传播，高速电子计算机的应用使得电子测量无论在测量速度，还是在测量结果的处理和传输上，都可以以极高速度进行。例如，卫星、飞船等各种航天器的发射与运行，没有快速、自动的测量与控制，简直是无法想象的。

5）可以进行遥测

电子测量依据的是电子的运动和电磁波的传播，因此可以将现场各待测量转换成易于传输的电信号，用有线或无线的方式传送到测试控制台（中心），从而实现遥测和遥控。这使得对那些远距离的、高速运动的或其他人们难以接近的地方的信号进行测量成为可能。

6）易于实现测试智能化和测试自动化

功耗低、体积小、处理速度快、可靠性高的微型计算机的出现，给电子测量理论、技术和设备带来了新的革命。例如，微处理器出现于1971年，而在1972年就出现了使用微处理器的自动电容电桥。现在，已有大量商品化带微处理器的电子测量仪器面世，许多仪器还带有GPIB标准仪器接口，可以方便地构成功能完善的自动测试系统。

电子测试技术与计算机技术的紧密结合与相互促进，为测量领域带来了极为美好的前景。

7）影响因素众多，误差处理复杂

影响测量结果及测量误差的因素大体上可分为外部的和内部的，通常来自测量系统的外部，如环境温度、湿度、电源电压、外界电磁干扰等。

电子测量：测量电能、频率和非电量的手段

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