第六章常見(jiàn)參量的測(cè)試技術(shù)7、溫度的測(cè)量5、力、力矩和壓力的測(cè)量4、速度、轉(zhuǎn)速和加速度的測(cè)量6、機(jī)械振動(dòng)的測(cè)試2、長(zhǎng)度及線位移的測(cè)量8、流量的測(cè)量9、噪聲的測(cè)量1、電參量的測(cè)量

3、角度及角位移的測(cè)量目前一頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn)電流I溫度物質(zhì)的量N發(fā)光強(qiáng)度J時(shí)間T質(zhì)量M長(zhǎng)度L目前二頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn)2、物性參量的測(cè)試1、基本物理量的測(cè)試：SI制中的七個(gè)基本量：長(zhǎng)度（L）、質(zhì)量（M）、時(shí)間（T）、電流（I）、溫度（Q）、物質(zhì)的量（N）、發(fā)光強(qiáng)度（J）機(jī)械類(lèi)：粗糙度、平面度、同軸度、垂直度、硬度、剛度、強(qiáng)度等；物理類(lèi)：濃度、濕度、黏度、密度、濁度、溶解度、透光度、速度、轉(zhuǎn)速、壓力/壓強(qiáng)、壽命、真空度、電離度、酸度、靈敏度、比熱、擴(kuò)散、輻射強(qiáng)度電壓、電阻/電導(dǎo)、功率、轉(zhuǎn)換效率、失真系數(shù)等；3、成分參量測(cè)試化學(xué)元素測(cè)定、有機(jī)成分測(cè)定、化學(xué)結(jié)構(gòu)分析水分測(cè)定、碳水化合物測(cè)定、有毒/爆炸物/污染測(cè)定地質(zhì)勘探、能源探測(cè)生命跡象探測(cè)、生物生理參數(shù)測(cè)定目前三頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn)一維參量機(jī)械量位移、長(zhǎng)度、間距、直徑、厚度、粗糙度、角度、弧度線/角速度、線/角加速度、剛度、硬度二維參量面積、平面度、曲度、垂直度、力、應(yīng)力、應(yīng)變、力矩、質(zhì)量、振動(dòng)、三維參量物理/熱工量力學(xué)參量體積、容量、錐度、熱力參量氣/液態(tài)參量電工量物性及成分量溫度、壓力、比熱、熱容量、傳導(dǎo)系數(shù)流速、流量、真空度、電離度、基本參量電壓、電流、電阻、電容、電感、功率、效率信號(hào)參量頻率、相位、波形、頻譜、功率譜、相關(guān)系數(shù)電磁參量電場(chǎng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)強(qiáng)度、導(dǎo)磁率、磁阻、磁通量、電介常數(shù)物性參量濃度、黏度、密度、濕度、導(dǎo)熱系數(shù)、溶解度、PH度成分參量元素組成、化學(xué)成分、化學(xué)活性、化學(xué)極性生物參量生物活性、生理參數(shù)、DNA序列、目前四頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn)測(cè)試方法的分類(lèi)：電測(cè)法與非電測(cè)法直接測(cè)量與間接測(cè)量單次測(cè)量與多次測(cè)量等精度測(cè)量與不等精度測(cè)量偏差測(cè)量與零位測(cè)量模擬測(cè)量與數(shù)字測(cè)量手動(dòng)測(cè)量與自動(dòng)測(cè)量目前五頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn)第一節(jié)電參量的測(cè)量一、直流電壓測(cè)量二、交流電壓測(cè)量三、直流電流的測(cè)量四、交流電流的測(cè)量五、電阻、電容和電感的測(cè)量六、功率的測(cè)量七、頻率的測(cè)量八、相位的測(cè)量*目前六頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn)數(shù)字萬(wàn)用表臺(tái)式高精度數(shù)字多用表卡鉗式萬(wàn)用表模/數(shù)字萬(wàn)用表目前七頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn)兆歐表高壓數(shù)字電壓表微電流計(jì)數(shù)字功率表模擬示波器數(shù)字示波器目前八頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn)一、直流電壓的測(cè)量 1、直流電壓的測(cè)量原理與方法圖1.直流電壓表測(cè)量電路由圖1可知，當(dāng)直流電壓表并接于被測(cè)電路兩端時(shí)，由于R0的存在，電壓表所測(cè)得的電壓由原來(lái)的Ux改變?yōu)椋耗壳熬彭?yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn) 2、數(shù)字式萬(wàn)用表

數(shù)字萬(wàn)用表均有電流電壓測(cè)量擋。與模擬式萬(wàn)用表相比，主要優(yōu)點(diǎn)是： (1)輸入阻抗高，一般直流輸入阻抗可達(dá)20MΩ以上。 (2)分辨力高，可精確到百分之一，即在10V擋，可分辨到0.1V，而指針式的模擬萬(wàn)用表的分辨力為最小刻度間隔所代表的電壓值的一半，量程越大，分辨力越低。目前十頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn)圖2.數(shù)字直流電壓表測(cè)量電路框圖數(shù)字電壓表一般由信號(hào)調(diào)理、模-數(shù)轉(zhuǎn)換、計(jì)數(shù)電路及控制電路幾大部分組成。目前十一頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn)二、交流電壓的測(cè)量

1、交流電壓的特征與量值表示圖3常見(jiàn)電壓的波形目前十二頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn)交流電壓的表示量值 交流電壓幅度值的相對(duì)大小常用峰-峰值、平均值和有效值來(lái)表示。

1)峰-峰值UP-P 峰-峰值表示信號(hào)的最大值與最小值的差。對(duì)于對(duì)稱的正弦信號(hào)來(lái)說(shuō)，更常用的是峰值UP，其等于1/2的UP-P。如U(t)=Acosωct，則有UP-P=2A，UP=1A。目前十三頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn)

2)平均值 設(shè)電壓信號(hào)為U（t），其周期為T(mén)，則平均值為：

這時(shí)平均值的意義為：目前十四頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn) 3)有效值URMS 有效值指的是信號(hào)的均方根值（RMS）。電壓信號(hào)的有效值用URMS表示，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為 對(duì)于正弦波U(t)=Umcosωct來(lái)說(shuō)： （3-5） （3-4）目前十五頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn)

工程上定義如下兩個(gè)參數(shù)：

（1）波形因數(shù)KF:表示電壓的有效值與平均值之比，即

（2）波峰因數(shù)KP:表示交流電壓的峰值與有效值之比，即 目前十六頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn) 2、交流電壓的測(cè)量原理與方法

（1）測(cè)量方法

交流電壓測(cè)量最主要的方法是用交-直轉(zhuǎn)換器將交流電壓變換為直流電壓，然后再對(duì)直流電壓測(cè)量。根據(jù)轉(zhuǎn)換器的性質(zhì)不同，可分為下列三種：Ⅰ、峰值響應(yīng)—峰值交流電壓表Ⅱ、平均值響應(yīng)—平均值交流電壓表Ⅲ、有效值響應(yīng)—有效值交流電壓表目前十七頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn)（2）測(cè)量原理

A、交流電壓的模擬測(cè)量

用模擬電路的技術(shù)和方法測(cè)量交流電壓，最常用的轉(zhuǎn)換器有峰值檢波器、平均值檢波器和有效值—直流變換電路工作原理如圖5（a）、（b）、（c）所示。（a）峰值檢波電路；（b）平均值檢波器；（c）有效值熱電偶式變換電路以峰值電壓表為例，其顯示值是將峰值檢波器檢測(cè)到的電壓值除以波峰因數(shù)KP得到的，若顯示讀數(shù)為α，則目前十八頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn)解：峰值檢波器的輸出為被測(cè)信號(hào)的最大幅度，由儀表的刻度關(guān)系知，被測(cè)方波的幅度為。由于方波的有效值與峰值相當(dāng)，故方波的有效值為14.1V。而對(duì)于有效值轉(zhuǎn)換器，其特性符合如下公式：由于不同頻率的諧波的乘積在（0，T）上積分為0，公式可以簡(jiǎn)化為：例：用一峰值電壓表去測(cè)量一個(gè)方波電壓，讀數(shù)為10V，問(wèn)該方波電壓的有效值是多少？目前十九頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn) 1.檢波-放大式電壓表（峰值響應(yīng)法）

檢波-放大式電壓表直接對(duì)被測(cè)電壓信號(hào)進(jìn)行檢波，然后對(duì)轉(zhuǎn)化成的直流信號(hào)進(jìn)行處理并顯示，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，輸入阻抗高，適用于高頻測(cè)量（幾百M(fèi)Hz）的特點(diǎn)。缺點(diǎn)是起始測(cè)量信號(hào)較大，非線性誤差亦大。目前多采用斬波式直流放大器，最高靈敏度可為幾十微伏，。其工作原理如圖6所示。

圖6檢波-放大式電壓表原理框圖（3）交流電壓的數(shù)字化測(cè)量 A、交流模擬電壓表峰值檢波器步進(jìn)分壓器斬波式直流放大器微安表目前二十頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn)

2、放大-檢波式電壓表（平均值響應(yīng)法）

放大-檢波式電壓表的工作原理如圖7（a）所示，這種電壓表的頻率范圍主要受放大器的帶寬限制，一般為20Hz-10MHz，而靈敏度受放大器內(nèi)部噪聲限制，一般為毫伏級(jí)。

各個(gè)組成單元的基本特性如下：

1）阻抗變換器

阻抗變換器的作用是對(duì)外（輸入）呈現(xiàn)高阻抗，對(duì)內(nèi)（輸出）呈現(xiàn)低阻抗，典型的電路如圖7（b）所示。其中，V1是高頻場(chǎng)效應(yīng)管，輸入電阻極大，輸入電容小于2pF；V2為高頻晶體三極管，輸出電阻為R4，一般為100Ω，該電路傳輸衰減系數(shù)較小，且能驅(qū)動(dòng)75Ω電纜。目前二十一頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn)圖7放大-檢波式模擬電壓表原理框圖（a）放大-檢波式電壓表組成原理；（b）阻抗變換器；（c）衰減器；(d)檢波器目前二十二頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn)

2）衰減器 衰減器的作用是在測(cè)量大信號(hào)時(shí)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行衰減以擴(kuò)大測(cè)量量程。衰減器亦要求有寬帶的特性，在高頻時(shí)要考慮電路與元件的分布電容效應(yīng)，采用復(fù)合阻容結(jié)構(gòu)，典型的衰減器如圖7（c）所示。當(dāng)R1C1=R2C2時(shí)，衰減比與頻率無(wú)關(guān)。3）寬帶放大器 寬帶放大器一般選用寬帶線性集成放大器，如LM733，可工作在直流到50MHz的頻率范圍。4）檢波器 常用的檢波器有峰值檢波器和倍壓檢波器，如圖6 （d）所示。目前二十三頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn) 3．熱電偶式電壓表（有效值響應(yīng)法）

熱電偶不僅可以用于電流測(cè)量，而且可以作為電壓測(cè)量的核心部件。

4．外差式電壓表

由于頻響和靈敏度的限制，放大-檢波式電壓表、檢波-放大式電壓表和熱偶式電壓表均不可以用于高頻微伏級(jí)電壓檢測(cè)。這時(shí)可采用外差式電壓表，它的測(cè)量頻率可達(dá)幾百兆赫，靈敏度一般都是微伏級(jí)。其工作原理如圖8所示。圖8外差式電壓表原理框圖微安表目前二十四頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn)B、交流數(shù)字電壓表

低頻數(shù)字電壓表一般是在直流數(shù)字電壓表的基礎(chǔ)上增加放大器、交直流變換器而組成的，如圖9所示。 高頻數(shù)字電壓表的一般組成如圖9（b）所示。 它的檢波器探頭高頻特性較好。 寬帶數(shù)字電壓表的一般組成如圖9（c）所示。目前二十五頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn) 圖9交流數(shù)字電壓表組成框圖 （a）低頻數(shù)字電壓表組成框圖； （b）高頻數(shù)字電壓表組成框圖； （c）寬帶數(shù)字電壓表組成框圖； (d)智能型電子電壓表組成框圖目前二十六頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn) C、交流電壓測(cè)量的其他應(yīng)用 1.脈沖電壓測(cè)量 脈沖電壓的特點(diǎn)是幅度較大，持續(xù)時(shí)間短。 如果用峰值檢波器檢測(cè)已知占空比的脈沖電壓，可以由數(shù)學(xué)的方法或根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行合適的修正。 2.噪聲電壓測(cè)量 在電子學(xué)領(lǐng)域，噪聲電壓是一種普遍存在的隨機(jī)信號(hào)。典型的有電阻的熱噪聲、晶體三極管的內(nèi)部噪聲、電子放大器的輸出噪聲等等。在設(shè)計(jì)電子電路時(shí)，免不了要對(duì)噪聲，特別是高斯白噪聲進(jìn)行測(cè)量。目前二十七頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn)三、直流電流的測(cè)量1、直流電流測(cè)量的原理與方法

圖10直流電流測(cè)量設(shè)電流表的內(nèi)阻為r，在圖10(a)所示測(cè)量電路中，原電路中電流I=E/R，而在圖10(b)所示的電路中，電流改變?yōu)镮′=E/(R+r)，兩者的誤差為：（一）直接測(cè)量法目前二十八頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn)（二）間接測(cè)量法（1）歐姆定律法當(dāng)運(yùn)算放大器AV很大時(shí)，可以近似得到：一般電流小電流利用歐姆定律可以得到：目前二十九頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn)（2）霍爾效應(yīng)法圖11(a)霍爾效應(yīng)直接測(cè)量直流電流圖11(b)霍爾檢零式直流電流測(cè)量KH霍爾元件的靈敏度大電流小電流目前三十頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn)

2、模擬直流電流表的工作原理

直流電流表多數(shù)為磁電式儀表，磁電式儀表一般由可動(dòng)線圈、游絲和永久磁鐵組成。線圈框架的轉(zhuǎn)軸上固定一個(gè)讀數(shù)指針，當(dāng)線圈流過(guò)電流時(shí)，在磁場(chǎng)的作用下，可動(dòng)線圈發(fā)生偏轉(zhuǎn)，帶動(dòng)上面固定的讀數(shù)指針偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)的角度與通過(guò)可動(dòng)線圈的電流成正比。模擬直流電流表具有不需電池驅(qū)動(dòng)、顯示穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)亦存在非線性誤差大、容易損壞等缺點(diǎn)。

3、數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量直流電流的原理

數(shù)字萬(wàn)用表是用電子技術(shù)來(lái)檢測(cè)直流電流的。通常在直流電流檔，對(duì)外電路來(lái)說(shuō)，數(shù)字萬(wàn)用表僅相當(dāng)于一個(gè)取樣電阻RN（不同的量程RN的值不同），測(cè)量時(shí)RN上有電壓信號(hào)Ui=IRN，其測(cè)量過(guò)程如圖所示。

目前三十一頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn)圖11交-直流轉(zhuǎn)換電路四、交流電流的測(cè)量

（一）低頻交流電流的測(cè)量原理

圖11所示的交直流轉(zhuǎn)換電路。1、交流電流檢測(cè)原理目前三十二頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn)（二）高頻交流電流的測(cè)量原理

我們可以通過(guò)測(cè)量這種與高頻電流密切相關(guān)的直流電流的大小，間接地檢測(cè)出高頻電流的大小，具體原理如圖12所示。圖12熱電偶電表原理目前三十三頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn)2、交流電流檢測(cè)方法（一）真有效值交-直流轉(zhuǎn)換器

圖13真有效值交-直流轉(zhuǎn)換器原理圖

目前三十四頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn)真有效值數(shù)字萬(wàn)用表

★★目前三十五頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn)（二）平均值交-直流轉(zhuǎn)換器

圖14平均值交-直流轉(zhuǎn)換器原理圖

目前三十六頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn)微弱電信號(hào)的檢測(cè)微弱電信號(hào)是指電流/電壓<10-6A/V的信號(hào).微電流放大器適用于直流或低頻弱電流信號(hào)的檢測(cè).前置放大器適用于微弱音頻、微波、或短脈沖電信號(hào)的放大檢測(cè).目前三十七頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn)五、電阻、電容和電感的測(cè)量1、電阻的測(cè)量（一）恒流源式測(cè)量電阻（二）恒流源式測(cè)量電阻目前三十八頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn)利用電阻變化進(jìn)行參量測(cè)量的敏感元件有:壓敏電阻——電阻應(yīng)變片熱敏電阻——金屬/半導(dǎo)體熱敏元件光敏電阻——光導(dǎo)管磁敏電阻——半導(dǎo)體磁阻元件目前三十九頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn)2、電容的測(cè)量圖17新型不平衡電橋測(cè)量電容電路

目前四十頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn)3、電感的測(cè)量圖18新型不平衡電橋測(cè)量電感電路

目前四十一頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn)六、功率測(cè)量

一、直流低頻功率的測(cè)量

由電工學(xué)可知，功率即為單位時(shí)間內(nèi)所做的功。具體表達(dá)式為： 在電阻電路中，還可導(dǎo)出：目前四十二頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn)2、交流電路功率的測(cè)量 對(duì)于純電感電路，電流滯后電壓90°，如圖19（a）所示；對(duì)于純電容電路，電流超前于電壓90°，如圖12（b）所示。

圖19U與I的相位關(guān)系目前四十三頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn) 設(shè)，則平均功率為： 視在功率、無(wú)功功率與有效平均功率的關(guān)系為：

目前四十四頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn) 圖20為交直流功率表的工作原理與電路中單個(gè)負(fù)載的連接情況。圖20功率測(cè)量原理目前四十五頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn) 圖21中，兩個(gè)電壓線圈互相垂直安裝，一個(gè)與無(wú)感電阻相串聯(lián)，一個(gè)與電感器相串聯(lián)，所以可以近似地認(rèn)為兩線圈中的電流相位之差為90°。電流線圈是與電路相串聯(lián)的，與被測(cè)線路電流同相。圖21功率因數(shù)連接電路目前四十六頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn)

圖22經(jīng)典型電度表的結(jié)構(gòu)

感應(yīng)式電度表是利用電壓和電流線圈在鋁盤(pán)上產(chǎn)生的渦流與交變磁通相互作用產(chǎn)生電磁力，使鋁盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)引入制動(dòng)力矩，使鋁盤(pán)轉(zhuǎn)速與負(fù)載功率成正比，通過(guò)軸向齒輪傳動(dòng)，由計(jì)度器積算出轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)數(shù)而測(cè)定出電能。故電度表主要結(jié)構(gòu)是由電壓線圈、電流線圈、轉(zhuǎn)盤(pán)、轉(zhuǎn)軸、制動(dòng)磁鐵、齒輪、計(jì)度器等組成。目前四十七頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn)3、高頻和微波功率的測(cè)量

在高頻和微波頻段的各項(xiàng)電子測(cè)量項(xiàng)目中，功率測(cè)量是主要項(xiàng)目之一。接收機(jī)的靈敏度是以能接收的最小功率來(lái)表征的。高頻和微波頻段的功率測(cè)量都是基于將高頻和微波的能量轉(zhuǎn)換成熱、力、直流或低頻電量等能量形式來(lái)測(cè)量的。按照測(cè)量的原理可以分為：

（1）測(cè)輻射熱器功率計(jì)受熱元件有熱敏電阻、鎮(zhèn)流電阻和薄膜測(cè)熱電阻等 （2）熱電偶式功率計(jì) （3）量熱式功率計(jì)目前四十八頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn)微波功率計(jì)目前四十九頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn)4、功率測(cè)量與電壓測(cè)量的電平表示

（1）絕對(duì)功率電平LP。以600Ω電阻上消耗1mW的功率作為基準(zhǔn)功率，任意功率與之相比的對(duì)數(shù)稱為絕對(duì)功率電平，其值為

（2）相對(duì)功率電平L目前五十頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn) 由于600Ω電阻上消耗的功率為1mW，其上的電壓為0.775V，以此作為基準(zhǔn)電壓，可以確定電壓的絕對(duì)電平Lu和相對(duì)電平L′u分別為

要注意的是量程問(wèn)題。電壓表的量程是乘數(shù)關(guān)系，電平表則是加法關(guān)系。因此在擴(kuò)大N倍量程的情況下，有目前五十一頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn) 例：用MF-20電子多用表的30V量程測(cè)量電壓，當(dāng)該量程的讀數(shù)為27.5V時(shí)，問(wèn)該電壓信號(hào)對(duì)應(yīng)的分貝值是多少？ 解：因?yàn)镸F-20多用表將1.5V量程刻度線上的0.775V定義為0dB，30V量程是1.5V的20倍擴(kuò)展，27.5V示值位置對(duì)應(yīng)在1.5V量程上的讀數(shù)為1.38V，所以有目前五十二頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn)六、頻率與時(shí)間測(cè)量★

（一）頻率與時(shí)間測(cè)量的特點(diǎn) 與其他各種物理測(cè)量相比，頻率與時(shí)間測(cè)量具有如下特點(diǎn)：（1）時(shí)頻測(cè)量具有動(dòng)態(tài)性質(zhì)。 （2）測(cè)量精度高。 （3）測(cè)量范圍廣。 （4）頻率信息的傳輸和處理比較容易。目前五十三頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn)頻率計(jì)

目前五十四頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn)

1、頻率測(cè)量的方法 出現(xiàn)并得到過(guò)應(yīng)用的測(cè)頻方法與儀器主要有以下幾種：

（1）諧振法：

利用LC回路的諧振特性進(jìn)行測(cè)頻(如諧振式波長(zhǎng)表可測(cè)無(wú)源LC回路的固有諧振頻率）,測(cè)頻范圍為0.5~1500MHz。

（2）外差法：改變標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)頻率，使它與被測(cè)信號(hào)混合，取其差頻，當(dāng)差頻為零時(shí)讀取頻率。這種外差式頻率計(jì)可測(cè)高達(dá)3000MHz的微弱信號(hào)的頻率，測(cè)頻精確度為10-6左右。 目前五十五頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn)

（3）示波法：在示波器上根據(jù)李沙育圖形或信號(hào)波形的周期個(gè)數(shù)進(jìn)行測(cè)頻。這種方法的測(cè)量頻率范圍從音頻到高頻信號(hào)皆可。

（4）電子計(jì)數(shù)器法：直接計(jì)數(shù)單位時(shí)間內(nèi)被測(cè)信號(hào)的脈沖數(shù)，然后以數(shù)字形式顯示頻率值。這種方法測(cè)量精確度高、快速，適合不同頻率、不同精確度測(cè)頻的需要。目前五十六頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn)

2、電子計(jì)數(shù)器測(cè)頻法原理 計(jì)數(shù)是電子計(jì)數(shù)器最基本的功能。因此，盡管電子計(jì)數(shù)器的種類(lèi)很多，但其基本的工作原理可用圖22所示的簡(jiǎn)化方框圖加以說(shuō)明。圖22電子計(jì)數(shù)器簡(jiǎn)化方框圖被測(cè)信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號(hào)目前五十七頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn) 當(dāng)把周期為T(mén)A的脈沖信號(hào)由“1”端加入后，假設(shè)在閘門(mén)信號(hào)的上升沿主門(mén)打開(kāi)，計(jì)數(shù)器對(duì)輸入脈沖信號(hào)進(jìn)行累加計(jì)數(shù)，在閘門(mén)信號(hào)的下降沿主門(mén)關(guān)閉，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，顯然計(jì)數(shù)器所計(jì)之?dāng)?shù)N為：目前五十八頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn)（二）通用電子計(jì)數(shù)器

1、通用電子計(jì)數(shù)器的主要技術(shù)性能 用于測(cè)頻的通用電子計(jì)數(shù)器其主要技術(shù)性能包括：

（1）測(cè)試性能：儀器所具備的測(cè)試功能，如測(cè)量頻率、周期、頻率比等。

（2）測(cè)量范圍：儀器的有效測(cè)量范圍。在測(cè)頻和測(cè)周期時(shí)，測(cè)量范圍不同。測(cè)頻時(shí)要指明頻率的上限和下限；測(cè)周期時(shí)要指明周期的最大值和最小值。目前五十九頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn)

（3）輸入特性：通用電子計(jì)數(shù)器一般由2~3個(gè)輸入通道組成，需分別指出各個(gè)通道的特性，包括：輸入耦合方式：有AC和DC兩種耦合方式。在低頻和脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)時(shí)宜采用DC耦合方式。

（4）測(cè)量準(zhǔn)確度：常用測(cè)量誤差來(lái)表示，主要由時(shí)基誤差和計(jì)數(shù)誤差決定，時(shí)基誤差由內(nèi)部晶體振蕩器的穩(wěn)定度確定。 表1概括了以上三類(lèi)振蕩器的頻率穩(wěn)定度。目前六十頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn)

（5）閘門(mén)時(shí)間和時(shí)標(biāo)：由機(jī)內(nèi)時(shí)標(biāo)信號(hào)源所能提供的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)決定。根據(jù)測(cè)頻和測(cè)周期的范圍不同，可提供的閘門(mén)時(shí)間和時(shí)標(biāo)信號(hào)有多種供選擇，如通常的0.01s、0.1s、1s、10s等。

（6）顯示及工作方式：

包括顯示位數(shù)、顯示時(shí)間、顯示方式等。顯示位數(shù)：可顯示的數(shù)字位數(shù)，如常見(jiàn)的8位。顯示時(shí)間：兩次測(cè)量之間顯示結(jié)果的時(shí)間，一般是可調(diào)的。 目前六十一頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn)

顯示方式：有記憶和不記憶兩種顯示方式。記憶顯示方式只顯示最終計(jì)數(shù)的結(jié)果，不顯示正在計(jì)數(shù)的過(guò)程。實(shí)際上顯示的數(shù)字是剛結(jié)束的一次測(cè)量結(jié)果，顯示的數(shù)字保留至下一次計(jì)數(shù)過(guò)程結(jié)束時(shí)再刷新。不記憶顯示方式可顯示正在計(jì)數(shù)的過(guò)程。但多數(shù)計(jì)數(shù)器沒(méi)有這種顯示方式。（7）輸出：包括儀器可輸出的時(shí)標(biāo)信號(hào)種類(lèi)、輸出數(shù)據(jù)的編碼方式及輸出電平等。2、通用電子計(jì)數(shù)器的測(cè)量功能

Ⅰ、頻率測(cè)量

頻率的測(cè)量實(shí)際上就是在單位時(shí)間內(nèi)對(duì)被測(cè)信號(hào)的變化次數(shù)進(jìn)行累加計(jì)數(shù)。其原理框圖如圖23所示。目前六十二頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn)圖23頻率測(cè)量的原理框圖N目前六十三頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn)圖24周期測(cè)量的原理框圖

Ⅱ.周期測(cè)量 周期是頻率的倒數(shù)，因此周期的測(cè)量和頻率的測(cè)量正好相反。其原理框圖如圖24所示。目前六十四頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn)

3.時(shí)間間隔測(cè)量 時(shí)間間隔測(cè)量和周期的測(cè)量都是測(cè)量信號(hào)的時(shí)間，因此測(cè)量電路大體相同，所不同的是測(cè)量時(shí)間間隔需要B、C兩個(gè)通道分別送出起始和停止信號(hào)去控制門(mén)控雙穩(wěn)電路以形成閘門(mén)信號(hào)，其工作原理如圖25所示。圖25時(shí)間間隔測(cè)量的原理框圖

目前六十五頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn)圖25輸入信號(hào)任意兩點(diǎn)間的時(shí)間間隔測(cè)量示意圖目前六十六頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn)

4.相位差測(cè)量 相位差測(cè)量通常是指兩個(gè)同頻率的信號(hào)之間的相位差的測(cè)量。相位差測(cè)量的主要方法有示波器法、比較器法、直讀法等。利用電子計(jì)數(shù)器也可進(jìn)行相位差的測(cè)量，它是時(shí)間間隔測(cè)量的一個(gè)應(yīng)用。瞬時(shí)值數(shù)字相位差測(cè)量原理框圖如圖26所示，通過(guò)測(cè)量?jī)蓚€(gè)正弦波上兩個(gè)相應(yīng)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔，可換算出它們之間的相位差。圖26瞬時(shí)值數(shù)字相位差測(cè)量原理框圖目前六十七頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn)圖27瞬時(shí)值數(shù)字相位差測(cè)量工作波形目前六十八頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn) 設(shè)被測(cè)信號(hào)周期為T(mén)x，門(mén)控信號(hào)u3的寬度，亦即兩個(gè)信號(hào)相位差Δφ對(duì)應(yīng)的時(shí)間為tφ，則

式中，Ts為時(shí)標(biāo)信號(hào)周期。 由以上兩式可得：目前六十九頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn) 兩次測(cè)量結(jié)果取平均值： 再利用式（6-7）可得相位差。

5.頻率比f(wàn)B/fA測(cè)量 頻率比是指兩路信號(hào)源的頻率的比值。其測(cè)量原理與頻率、周期測(cè)量的原理類(lèi)似，如圖28所示。圖28頻率比測(cè)量原理框圖目前七十頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn)圖29累加計(jì)數(shù)和計(jì)時(shí)的原理框圖6.累加計(jì)數(shù)和計(jì)時(shí) 累加計(jì)數(shù)是電子計(jì)數(shù)器最基本的功能，是指在一段較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)累加被測(cè)信號(hào)的脈沖個(gè)數(shù)，測(cè)量原理框圖如圖29所示。目前七十一頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn)圖30電子計(jì)數(shù)器的自校原理框圖

7.自校 在使用電子計(jì)數(shù)器測(cè)量之前，應(yīng)對(duì)電子計(jì)數(shù)器進(jìn)行自校，一是檢驗(yàn)電子計(jì)數(shù)器的邏輯關(guān)系是否正常，二是檢驗(yàn)電子計(jì)數(shù)器能否準(zhǔn)確地進(jìn)行定量測(cè)量。自校的原理框圖如圖30所示。目前七十二頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn)圖31通用電子計(jì)數(shù)器的基本組成框圖

（三）通用電子計(jì)數(shù)器的基本組成 通用電子計(jì)數(shù)器一般由六大部分組成，如圖31所示目前七十三頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn)

1.輸入通道部分 通用計(jì)數(shù)器的輸入電路一般包含A、B、C三個(gè)輸入通道（圖6.11中只畫(huà)出A、B兩個(gè)通道，因此在測(cè)量時(shí)間間隔時(shí)需配時(shí)間間隔測(cè)量插件——通道C），其中A為主通道，頻帶較寬；B、C主要在測(cè)量周期、頻率比以及時(shí)間間隔時(shí)使用，稱為輔助通道。三個(gè)輸入通道都由放大器、衰減器及整形電路等組成。

2.計(jì)數(shù)器 計(jì)數(shù)器由觸發(fā)器構(gòu)成,對(duì)來(lái)自主門(mén)的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。在數(shù)字儀表中，最常用的是按8421碼進(jìn)行編碼的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)器的最高工作頻率決定了儀器的最高測(cè)量頻率。目前計(jì)數(shù)器都已集成化，在使用時(shí)可當(dāng)做一個(gè)邏輯部件使用。目前七十四頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn)

3.顯示部分 顯示部分將累計(jì)的結(jié)果以十進(jìn)制數(shù)字的形式顯示出來(lái)。它包括譯碼和顯示電路。 電子計(jì)數(shù)器以數(shù)字方式顯示出被測(cè)量，目前常用的有LED顯示器和LCD顯示器。LED為數(shù)碼顯示，其優(yōu)點(diǎn)是工作電壓低，能與COMS/TTL電路兼容，發(fā)光亮度高，響應(yīng)快，壽命長(zhǎng)。 LCD為液晶顯示，其突出優(yōu)點(diǎn)是供電電壓低和微功耗，它是各類(lèi)顯示器中功耗最低的。同時(shí)，LCD制造工藝簡(jiǎn)單，體積小而薄，特別適用于小型數(shù)字儀表。特別是近年來(lái)圖形點(diǎn)陣LCD的大量應(yīng)用，為儀器帶來(lái)了更加豐富、直觀、智能的操作界面。目前七十五頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn)

4.時(shí)間基準(zhǔn)部分 時(shí)間基準(zhǔn)電路包括晶體振蕩器、分頻器、倍頻器以及時(shí)基選擇電路。

5.主門(mén)及控制部分 控制電路一般由雙穩(wěn)電路、單穩(wěn)電路等構(gòu)成，它包括門(mén)控電路，工作方式選擇電路，記憶、顯示時(shí)間和復(fù)原控制電路等。控制電路的作用是產(chǎn)生各種指令信號(hào)，如閘門(mén)脈沖、閉鎖脈沖、顯示脈沖、復(fù)零脈沖、記憶脈沖等，控制和協(xié)調(diào)各單元電路的工作，使整機(jī)按一定的工作程序完成測(cè)量任務(wù)。

6.電源部分 這部分電路包括整機(jī)電源電路、晶體振蕩器和恒溫槽電源電路。

目前七十六頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn)圖32量化誤差的形成

（四）通用電子計(jì)數(shù)器的測(cè)量誤差分析

1.測(cè)量誤差的來(lái)源

1）量化誤差 如圖32所示，雖然閘門(mén)開(kāi)啟時(shí)間都為T(mén)，但因?yàn)殚l門(mén)開(kāi)啟時(shí)刻不一樣，計(jì)數(shù)值一個(gè)為9，另一個(gè)卻為8，兩個(gè)計(jì)數(shù)值相差1。目前七十七頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn)圖33噪聲和干擾產(chǎn)生的觸發(fā)誤差 量化誤差的相對(duì)誤差為：

2）觸發(fā)誤差 施密特電路輸出規(guī)則的矩形波，如圖33(a)所示。目前七十八頁(yè)\總數(shù)九十頁(yè)\編于六點(diǎn)

3）標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差 電子計(jì)數(shù)器在測(cè)量頻率和時(shí)間時(shí)是以晶振產(chǎn)生的各種時(shí)標(biāo)信號(hào)作為基準(zhǔn)的。顯然，如果時(shí)標(biāo)信號(hào)不穩(wěn)定，