分析電子儀表測量技術

李喬松

摘 要：在做電學實驗時我們往往要借助電子儀表設備來進行測量，因此就需要我們對電子儀表的測量規范進行一定的了解。例如：了解儀表所對應的量程和引起誤差的原因，以及采取什么手段來避免或者消去誤差。本文就電子儀表的測量特點、測量誤差和減少誤差的方法做了進一步的探究。

關鍵詞：電子儀表 測量 技術

中圖分類號：TG806 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）04（a）-0112-02

1 電子測量的特點

電子測量顧名思義就是以電子科技為基礎來輔助測量，電子技術的運用對測量技術的長足發展起到了推動作用。測量范圍大、準確、易于讀取數據、誤差小是電子儀表測量的優點，目前電子儀表的運用已經滲透到各行各業中，推動了科學的發展。

對于物理實驗來說測量數據是比較抽象的，不像化學實驗那樣有直觀的現象去表征，所以就需要利用電子儀表來測量電物理量，然后通過電子儀表對信號進行處理，再將信號轉化為數據輸出。電子儀表是用來間接的表征實驗的進程，要想準確測量各種電物理量就必須學習怎么使用電子儀表和使用過程中的注意事項。

既然有了電子儀表這種工具來測量物理量，我們就需要去了解怎么樣才是規范化的操作，并且要知道這些儀表可適用的范圍和巧妙的使用它。例如，當我們做實驗時需要知道一個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出，現在實驗室沒有電壓表，那我們就可以用電流表和電器串聯起來讀出流過電器的電流，然后根據已知的電阻算出電器的電壓。從上面的例子不難看出，物理量的測量有很多方法，可以根據實際的情況自行調節，但前提是必須熟練掌握測量方法。

電子測量的精確度是相對的，測量的過程中肯定伴隨有誤差的產生。測量誤差可以分為儀器的固有誤差和隨機誤差，在測量前應針對不同的誤差進行具體分析和采取一些措施去消去誤差，這樣才能保證測量的精確度。

2 測量誤差

在實際測量時，由于各種各樣的問題導致測量的結果偏離真實值，這個測量值與真實值的差就叫誤差。誤差主要可分為兩部分：一是測量儀器自身的不精確、測量方法不合適引起的固有誤差；二是周圍環境和操作不當等引起的隨機誤差。下面將可能存在的誤差詳細列舉出來。

2.1 儀器儀表誤差

儀表生產過程中制作不精密或使用時未進行校準引起的誤差稱為儀器儀表誤差。儀器在測量完成后應歸零，使用前應進行校準。若儀器因為使用時間太長而導致測量不準，應對其進行修正，引入修正值（用一級儀器的示值減去測量儀器示值所得的值），以便在測量結果中引入適當補償值。

2.2 使用誤差（也稱操作誤差）

不按照操作規范進行測量所引起的誤差稱為使用誤差。例如，儀器安放的位置不對、儀器調試不正確、儀器的不正常使用造成的誤差。如規定垂直放置的儀器儀表水平放置；示波器接地不良；儀器未按操作規程進行預熱、校準和接線太長等都會產生使用誤差。

測量前了解儀器的使用說明并且正確操作儀器是減少或者避免操作誤差非常可行的方法，因此實驗前一定要仔細閱讀說明書。

2.3 人為誤差

測量人員由于自身測量習慣導致的測量誤差稱為人為誤差。往往是由于測量人員讀數不準確、測量不專注等原因產生的誤差。這種誤差完全是可以避免的，需要測量者具有正確的測量習慣和嚴謹的科學態度，后者是至關重要的。

2.4 影響誤差（也稱環境誤差、外界誤差）

由周圍環境變化導致的測量誤差稱為影響誤差。儀表的銘牌上會標明最佳的測量條件，若周圍環境超過最佳的范圍就會導致儀表測量結果失真，因此在測量時要使周圍環境處于最佳范圍。

2.5 方法誤差和理論誤差

由于測量方法選擇不當而導致的誤差稱為方法誤差。如使用電流表測量儀器電流時，應將電流表與儀器串聯使用，切不可并聯測電流，因為電流表會對電流產生分流作用，導致測量結果偏小。因此要根據測量需要選擇合理的方法。理論誤差是采用不適當的簡化和近視公式或所依據的理論不嚴密所引起的誤差。

3 電子儀器的測量誤差

一般測量儀器的準確度常用容許誤差來表示，它是根據技術條件的要求，規定某一類儀器的誤差不應超過的最大范圍，又稱極限誤差。一般技術手冊上所標明的都是指容許誤差。

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

△U=5V/dIv × 5%=0.25V/div

相對誤差為：

Y=（0.25÷4）× 100%=6.25%

若置1OV/div檔量程，則其絕對誤差為：

△U=10V/dIvx5%=O.5V/div

相對誤差為：

Y=（0.5÷4）×100%=12.5%

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

4 電子儀器使用注意事項

初次使用電子儀器，使用前必須認真閱讀該儀器的使用說明書，并注意以下事項。

4.1 了解該儀器的主要技術指標

電子儀器的測量有適用的范圍，測量前必須要知道儀器的技術指標，不能盲目的拿來一個儀表就測，這樣會使測量不準甚至燒壞儀表。

每一臺電子儀器都有一定的技術指標，只有在技術指標允許的范圍內工作，測量結果才準確有效。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，用它可測量直流信號，但被測信號的頻率高于15 MHz就不應該使用該儀器。有時幾臺儀器可以測量同一個參數，但它門所測的結果是不同的。又如測直流電壓，用數字萬用表測量出的結果，其精度將遠高于從示波器熒光屏上所得的讀數；若測非正弦信號電壓的幅度，用晶體管電壓表（JB一B）測量，將引起很大的誤差，而用示波器測量誤差就小的多。因此，正確選用測量儀器，對測量結果有決定性的影響。

4.2 熟悉儀器的使用方法和操作規程

對于電子線路進行測量時，如違反儀器使用的操作順序，不僅得不到正確的測試結果，還可能使被測電路的元件和測量儀器損壞。例如，使用直流穩壓電源時，必須先調整好輸出電壓，而后再接入被測電路。如要改變被測電路時，必須關閉穩壓電源。

4.3 熟悉儀器面板上旋鈕、開關的名稱、作用及調節方法

這是保證儀器正常工作和測試結果準確的關鍵。當儀器被接入被測電路前，必須正確調整儀器面板上所有開關、旋鈕。注意旋鈕的方向和極限位置，要輕而緩慢地轉動，切忌用力過猛。如果發現開關、旋鈕松動，必須維修后才能繼續使用。

5 電子儀器的日常維護

電子儀器是損耗件，日常使用中必須要放在干燥、潔凈、沒有太陽照射的地方；當短時間不使用時，將其放在向陽通風處以保持干燥并注意儀器的清潔；若長時間不使用時，應當將儀器放在有干燥劑的密封袋中，但應定期通電除潮和對機內電解電容器充電，防止失效。

還應注意防腐蝕和防漏電，如萬用表等其內部的干電池需要定期檢查以免流液、腐爛，長期不用時應取出。電子儀器是否漏電，可用兆歐表檢查，當絕緣電阻小于500 kΩ時，應禁止使用，并予以檢修。

6 結語

從上文可以看出，電子儀器儀表本質上是一個信號轉化器，從接受信號到將信號轉化為數據輸出。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實驗的變化。隨著科技的不斷進步，現在對電物理量的表征變得簡單而快速，因此我們應該推廣電子儀器儀表在測量上的運用，淘汰落后的測量儀器。因而就需要我們更多地去了解電子儀器測量的基本技術，并將它熟練的運用在測量中。

參考文獻

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