电子测量课后答案

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1、电子测量课后答案第二章2.2 测量误差有哪些表示方法？测量误差有哪些来源？答：测量误差的表示方法有：绝对误差和相对误差两种；测量误差的来源主要有：（1）仪器误差（2）方法误差（3）理论误差（4）影响误差（5）人身误差。2.3 误差按性质分为哪几种？各有何特点？答：误差按性质可分为系统误差、随机误差和粗大误差三类。各自的特点为：系统误差：在同一条件下，多次测量同一量值时，绝对值和符号保持不变，或在条件改变时，按一定规律变化；随机误差：在同一条件下，多次测量同一量值时，绝对值和符号以不可预定方式变化；粗大误差：在一定条件下，测量值显著偏离其实际值。2.5 归纳比较粗大误差的检验方法。答：粗大误差的

2、检验方法主要有莱特检验法，肖维纳检验法以及格拉布斯检验法。莱特检验法：若一系列等精度测量结果中，第 i项测量值xi所对应的残差的绝对值3s（x）则该误差为粗差，所对应的测量值xi为异常值，应剔除不用。本检验方法简单，使用方便，也称3s准则。当测量次数n较大时，是比较好的方法。本方法是以正态分布为依据的，测值数据最好n200，若n10则容易产生误判。肖维纳检验法：假设多次重复测量所得n个测量值中，当时，则认为是粗差。本检验方法是建立在频率趋近于概率的前提下，一般也要在n10时使用。一般在工程中应用，判则不严，且不对应确定的概率。格拉布斯检验法：对一系列重复测量中的最大或最小数据，用格氏检验法检验

3、，若残差Gs。本检验法理论严密，概率意义明确，实验证明较好。2.11 用一内阻为RI的万用表测量下图所示电路A、B两点间电压，设E12V，R15k ，R220k，求：（1）如E、R1、R2都是标准的，不接万用表时A、B两点间的电压实际值UA为多大?（2）如果万用表内阻RI20k，则电压UA的示值相对误差和实际相对误差各为多大？（3）如果万用表内阻RIlM，则电压UA的示值相对误差和实际相对误差各为多大？VRIR2R1 5K20KABE12V解：（1）A、B两点间的电压实际值（2）UA测量值为： 所以UA的示值相对误差UA的实际相对误差为（3）UA测量值为： 所以UA的示值相对误差UA的实际相对

4、误差为由此可见，当电压表内阻越大，测量结果越准确。2.13 检定一只2.5 级电流表3mA量程的满度相对误差。现有下列几只标准电流表，问选用哪只最适合，为什么？（1）0.5 级10mA量程；（2）0.2 级10mA量程；（3）0.2 级15mA量程；（4）0.1 级100mA量程。解：2.5 级电流表3mA量程的绝对误差为2.53mA0.075mA（1）0.5 级10mA量程的绝对误差为0.510mA0.05mA（2）0.2 级10mA量程的绝对误差为0.210mA0.02mA（3）0.2 级15mA量程的绝对误差为0.215mA0.03mA（4）0.1 级100mA量程的绝对误差为0.110

5、0mA0.1mA由以上结果可知（1），（2），（3）都可以用来作为标准表，而（4）的绝对误差太大，其中（1），（2）量程相同，而（3）的量程比（1），（2）大，在绝对误差满足要求的情况下，应尽量选择量程接近被检定表量程，但（2），（3）准确度级别高，较贵，所以最适合用作标准表的是0.2 级10mA量程的。 2.14 对某直流稳压电源的输出电压Ux进行了10次测量，测量结果如下： 次 数12345678910电压/V5.0035.0115.0064.9985.0154.9965.0095.0104.9995.007求输出电压Ux的算术平均值及其标准偏差估值。解：Ux的算术平均值次数1234567

6、8910电压/V5.0035.0115.0064.9985.0154.9965.0095.0104.9995.007残差(103V)-2.45.60.6-7.49.6-9.43.64.6-6.41.6标准偏差估值 2.15 对某恒流源的输出电流进行了8次测量，数据如下：次数12345678I/mA10.08210.07910.08510.08410.07810.09110.07610.082求恒流源的输出电流的算术平均值，标准偏差估值及平均值标准偏差估值。解：恒流源的输出电流的算术平均值次数12345678I/mA10.08210.07910.08510.08410.07810.09110.0

7、7610.082残差（103mA）-0.1-3.12.91.9-4.18.9-6.1-0.1标准偏差估值平均值标准偏差估值2.18对某电阻进行了10次测量，测得数据如下：次数12345678910R/k46.9846.9746.9646.9646.8146.9546.9246.9446.9346.91问以上数据中是否含有粗差数据？若有粗差数据，请剔除，设以上数据不存在系统误差，在要求置信概率为99%的情况下，估计该被测电阻的真值应在什么范围内？解：先求得被测电阻的平均值 k次数12345678910R/k46.9846.9746.9646.9646.8146.9546.9246.9446.93

8、46.91残差103 k47372727-12312-137-3-23标准偏差估值K按格拉布斯检验法，在置信概率为99%的情况下，n10查表得G2.41，剔除R8后重新计算判别，得n9，Pc99%时，G2.32k K可见余下数据中无异常值。2.22设两个电阻Rl(1500.6)，R2620.4%，试求此两电阻分别在串联和并联时的总电阻值及其相对误差，并分析串并联时对各电阻的误差对总电阻的相对误差的影响?解：（1）串联时，总电阻值 （2）并联时，总电阻值 因式中含有两个变量的乘积项且含有分母，所以用相对误差传递公式较方便，得 由以上计算结果可知，串联时大电阻R1对总电阻误差影响大，并联时小电阻R

9、2对总电阻误差影响大。2.24设某测量结果有关A类不确定度如下表所示，求该测量结果的合成不确定度、自由度及总不确定度（取置信概率p0.95）。序号不确定度自由度来源符号数值符号数值12345基准读数电压表电阻表温度uA1uA2uA3uA4uA51122123455104161解： 第三章3.10 简述合成信号源的的各种频率合成方法及其优缺点。答：合成信号源的的各种频率合成方法主要有模拟直接合成法，数字直接合成法和锁相环频率合成法。模拟直接合成法特点：虽然转换速度快（s量级），但是由于电路复杂，难以集成化，因此其发展受到一定限制。数字直接合成法：基于大规模集成电路和计算机技术，尤其适用于函数波形

10、和任意波形的信号源，将进一步得到发展。但目前有关芯片的速度还跟不上高频信号的需要，利用DDS专用芯片仅能产生100MHz量级正弦波，其相位累加器可达32位，在基准时钟为100MHz时输出频率分辨力可达0.023Hz，可贵的是这一优良性能在其它合成方法中是难以达到的。锁相环频率合成法：虽然转换速度慢（ms量级），但其输出信号频率可达超高频频段甚至微波、输出信号频谱纯度高、输出信号的频率分辨力取决于分频系数N，尤其在采用小数分频技术以后，频率分辨力大力提高。3.11 简述直接数字频率合成原理，试设计一个利用微处理器产生任意波形发生器的方案，并讨论如何提高任意波形的频率？PC机滤波D/A答：在存储器

11、里存储任意波形的数字量，通过微处理器以一定的时间间隔读取数据，并送D/A转换器进行转换，并将电压信号送滤波器进行滤波，一直以相同的转换时间间隔取下一个数进行转换，这样就可得到任意波形发生器。提高任意波形频率的方法有：（1）减小读取时间间隔，并采用转换速度较快的D/A转换器；（2）采用读取时间短的存储器；（3）一个周期转换的点数减小。3.12有一频率合成器如图3.37所示，求：（1）f0的表达式；（2）f0的范围；（3）最小步进频率。100f3fl10kHzN15601000LPFPDBPFVCO1f0M(-)f21kNzVCO2f3N250006000PD100LPF图3.37 题3.12图

12、解：由图可知：（1）所以（2） （3）因为N1和N2均可改变，但f0表达式中，N2的系数小，所以N2变化1得到的f0的变化最小，即f0的最小步进频率为3.14 利用一片D/A转换器和一片RAM为主要部件，试设计一个正弦波发生器，如果要求波形点数1000点，（D/A1：10b；D/A2：8 b；RAM：8K字节）。（1）画出电路原理图（包括其它必要的硬件电路）及其与微处理器的连接；（2）根据要求确定D/A转换器的位数；（3）若读取一个数据到D/A转换完一个数据的时间最短为10s，那么该信号发生器产生的最高频率为多少？（4）若要提高输出频率，可以采取哪些措施？解：（1）电路原理图如下图所示：（2）

13、因为要显示的波形点数为1000点，而RAM容量为8K字节，所以D/A位数为8位。（3）由题意两个数据之间的时间间隔为10s，一个周期1000个点，所以T10s10000.01s，即f100Hz（4）提高输出频率的措施有：采用存取速度快的存储器，采用转换速度快的D/A，减少一个周期波形的点数。第四章4.3 分析通用计数器测量频率和周期的误差，以及减小误差的方法。答：通用计数器测量频率的误差：即1误差和标准频率误差。一般总误差可采用分项误差绝对值合成，即 通用计数器测量周期的误差：主要有三项，即量化误差、转换误差以及标准频率误差。其合成误差可按下式计算 减少测频误差的方法：在一定时，闸门时间T选得

14、越长，测量准确度越高减少测周误差的方法：1)采用多周期测量可提高测量准确度；2)提高标准频率，可以提高测周分辨力；3)测量过程中尽可能提高信噪比VmVn。4.11 用某计数式频率计测周期，已知晶振频率fc的相对误差为fcfc5108，时基频率为10MHz，周期倍乘100。求测量10s周期时的测量误差。解：计数器测周期误差4.12 用某电子计数器测一个fx10Hz的信号频率，当信号的信噪比S/N20dB时，分别计算当“周期倍乘”置于1和100时，由于转换误差所产生的测周误差，并讨论计算结果。解：由转换误差产生的测周误差为：因为：，所以所以“周期倍乘”置于1时：所以“周期倍乘”置于100时：由测周

15、误差可知，增大“周期倍乘”可以减少由转换误差产生的测周误差。4.13用多周期法测量某被测信号的周期，已知被测信号重复周期为50Hz时，计数值为100000，内部时标信号频率为 1MHz。若采用同一周期倍乘和同一时标信号去测量另一未知信号，已知计数值为15000，求未知信号的周期？解：因为多周期法测被测信号周期，所以4.15 欲测量一个标称频率f01MHz的石英振荡器，要求测量精确度优于1106，在下列几种方案中，哪一种是正确的？为什么？(1) 选用E312型通用计数器（fc/fc1106），“闸门时间”置于1s。(2) 选用E323型通用计数器（fc/fc1107），“闸门时间”置于1s。(3

16、) 选用E323型通用计数器（fc/fc1107），“闸门时间”置于10s。解：（1）测频时，其误差 （2） （3）由以上计算结果可知，采用第三种方案是正确的。图4.51 题4.18图4.18 用游标法测量图4.51中的值，设f1=5MHz，f2=5.01MHz，求之值。解：根据游标法原理：,所以第五章5.2 交流电压表都是以何值来标定刻度读数的？真、假有效值的含义是什么？答：交流电压表都是以正弦波有效值为刻度的，真有效值：我们认为有效值表的读数就是被测电压的有效值，即有效值表是响应输入信号有效值的。因此，有效值表中=Ui，并称这种表为真有效值表。假有效值：有效值表的读数不能反映被测电压的有效

17、值真实大小。5.5 用峰值表和均值表分别测量同一波形，读数相等。这可能吗？为什么？答：峰值表和均值表的读数均是以正弦波有效值为刻度的，对峰值表：有对均值表：有对任一波形有，即先两电压表读数若相同，则即，所以只要被测波形为正弦波即可满足该条件。5.7简述逐次逼近比较型数字电压表和双积分型数字电压表的工作原理，并比较它们的优缺点。答：逐次逼近比较型数字电压表的工作原理用被测电压和一个可变的己知电压基准电压进行比较，直至比较结果相等，达到测出被测电压值的目的。其工作过程可与天平称重物类比。图中的电压比较器A相当于天平，被测模拟电压Ux,相当于重物，基准电压Uref相当于电压砝码，且电压砝码具有按日8

18、421 编码递进的各种规格。根据UxUref，比较器有不同的高低电平输出，该输出用以打开或关闭逐次逼近寄存器的各位开关。D/A转换器输入数字量的位数与逐次逼近寄存器的位数相同其权电阻网络的数码开关受逐次逼近寄存器各位的控制。双积分型数字电压表的工作原理在一个测量周期内，借助于积分器的两次积分过程，获得与积分电压成比例的时间间隔。如图4.10 所示，首先将被测电压Ux加到积分器的输入端，在确定的时间T1 内（采样时间）进行积分，也称定时积分，然后切断Ux,在积分器的输入端加上与Ux极性相反的标准电压Uref，由于Uref一定，所以称定值积分，但积分方向相反，直到积分输出达到起如电平为止，从而将Ux转换成时间间隔进行测量。对时间间隔的测量技术已很成熟，只要用电子计数器累计此时间间隔的脉冲数，脉冲数即为Ux对应的数量值，从而完成模拟量到数字量的转换。逐次比较式测量速度快，抗干扰能力差。双积分式测量速度慢，抗干扰能力强。5.19 一台DVM，技术说明书给出的准确度为V0.01%Vx0.01%Vm，试计算用1V量程分别测量1V和0.1V电压时的绝对误差和相对误差，有何启示？解：（1）0.0110.011210-4V， （2）0.010.10.0111.110-4V，由此可见相对误差明显增大，可知在相同量程下，被测值越接近量程，那么相对误差相对较小。