《电子测量技术》实验指导书2014.doc

《电子测量技术》 实 验 指 导 书 （试用版） 适用专业： 电子信息工程 通信工程 安徽建筑工业学院电子与信息工程学院 2007年 09月  目 录 前 言 1 实验一：误差分析与数据处理 5 实验二：示波器的原理及应用 9 实验三：电压的测量 13 实验四：频谱分析仪原理及应用研究 16 实验一：误差分析与数据处理 实验学时：3 实验类型：演示 实验要求：必修 一、实验目的 1、学习万用表等测量工具的使用方法 2、掌握测量数据的处理方法 二、实验内容 1、用万用表测量电阻R值及交流电压值，各测量20个数据，然后进行数据处理，分析测量误差。 （1）电阻R的测量 先从电阻色环上读取电阻阻值大小，再用万用表的欧姆档测量电阻R值，看与读取数值是否相符。共测20次，得到20个数据，求出在置信概率95%时被测元件的估计值、方差及测量结果，测量及计算过程如下表所示： 表1-1 序号 1 2 3 4 5 6 … … 19 20 测量值 剩余误差 平均值 方差 测量结果 （2）交流电压的测量 利用信号发生器产生一个频率为50Hz，振幅为20V以内的低频正弦信号，利用数字万用表交流电压档测量信号电压，测量20次，获得20个数据，求出该信号的估计值，方差及测量结果。 表1-2 序号 1 2 3 4 5 6 … … 19 20 测量值 剩余误差 平均值 方差 测量结果 三、实验原理、方法和手段 一个物理量在一定条件下所呈现的客观大小或真实数值称作它的真值，而真值必须利用理想的量具或者测量一起进行无误差的测量，因而是无法测到的。在实际测量中所得到的都是利用各中测量器具所测得的测量值，由于测量器具不准确，测量手段不完善，环境影响等等原因，必然导致产生测量误差，测量误差具有普遍性和必然性，人们只能将误差限制在一定的范围内而不可能消除。 测量的绝对误差定义为：△x=x-A0 ，其中x为测得值，A0为被测量的真值，而A0一般无法获得，只能利用实际值A去代替，由在对被测量的多次测量值中，剔除了系统误差及粗大误差后，剩下的随机误差具有抵偿性，因而为获得比较接近A的测量结果提供了可能。 假定对被测量x进行了n次等精度的测量，获得n个测量值x1，x2，x3，…，xn，定义其算术平均值为：，同时该平均值也被称为样本平均值，当时，样本平均值就成为测量值的数学期望，即：，第i次测量所得到的测量值与实际值之间的绝对误差△xi即为随机误差δi 即：，对δi求算术平均得到 ，当时，可以证明，而由于的抵偿性，因此当时，，即测量值的数学期望就是被测量的真值A，实际上在测量中，是不可能做到的，对有限次测量来说，当测量次数足够多时，也就近似认为测量值的平均值就是真值A，即：，将该平均值做为最后测量结果，称之为测量的最佳估计值或最可信赖值。 剩余误差是指在进行有限次测量时，各次测量值与算术平均值之差，又叫残差，即剩余误差，对求和，当测量次数足够多时，该代数和为0，可以此做为检验测量结果是否符合要求的标准。 测量值方差定义为测量值与期望值之差的平方的统计平均值，即： ，由于，因而 ，在实际测量中更常用的是的平方根，即：，称为标准差。在进行大量测量时，随机误差近似服从正态分布，此时， 因而当测得值xi的置信区间为和时的置信概率分别95.4%和99.7% 在实际测量中，是不可能测量无限多次的，在有限次测量情况下，以作为测量值，以残差代替真正的随机误差，以作为对标准差的最佳估计值，还可以利用下式计算： 四、实验组织运行要求 根据本实验的特点、要求和具体条件，采用集中授课形式为主的方式进行。 五、实验条件 1、数字万用表一只 2、信号发生器一台 3、电阻若干 六、实验步骤 学生在实验前认真预习，根据本次实验的目的及实验内容自主指定实验详细步骤，并写入实验报告。 七、思考题 1、将15.36和362.51保留 3 位有效数字后为在测量数据为正态分布时，如果测量次数足够多，习惯上作为判别异常数据的界限，这称为莱特准则。用一只 0.5 级 50V 的电压表测量直流电压，产生的绝对误差 电子示波器是利用随电信号的变化而偏转的电子束不断轰击荧光屏而显示波形的，如果在示波管的X偏转板（水平偏转板）上加一随时间作线性变化的时基信号，在Y偏转板（垂直偏转板）加上要观测的电信号，示波器的荧光屏上便能显示出所要观测的电信号的时间波形。 若水平偏转板上无扫描信号，则从荧光屏上什么也看不见或只能看到一条垂直的直线。因此，只有当X偏转板加上锯齿电