1.1 電子測(cè)量的一般方法

所謂測(cè)量方法就是為了實(shí)現(xiàn)測(cè)量，獲得測(cè)量結(jié)果所采用的各種手段和方式。選擇測(cè)量方法的正確與否，直接影響到測(cè)量結(jié)果的可信程度，也關(guān)系到測(cè)量工作的經(jīng)濟(jì)性和可行性。電子測(cè)量的方法有很多種，這里僅就最常用的測(cè)量方法作簡(jiǎn)要的介紹。

1.1.1 測(cè)量方法

1．直接測(cè)量方法

直接測(cè)量是一個(gè)直接的比較過程，所測(cè)到的量值就是它最終所需要得到的被測(cè)量的值。用預(yù)先按已知標(biāo)準(zhǔn)量定度好的測(cè)量?jī)x器對(duì)某一未知量直接進(jìn)行測(cè)量，從而得到被測(cè)量值的測(cè)量方法稱為直接測(cè)量法。例如：用電壓表測(cè)量電路兩端的電壓、用電流表測(cè)量電路中的電流、用電子計(jì)數(shù)器測(cè)量頻率等，都屬于直接測(cè)量。

2．間接測(cè)量方法

對(duì)一個(gè)與被測(cè)量有確定函數(shù)關(guān)系的物理量進(jìn)行直接測(cè)量，然后通過代表該函數(shù)關(guān)系的公式、曲線或表格，求出被測(cè)量值的方法，稱為間接測(cè)量法。例如要在不斷開電路的情況下，測(cè)定圖1-1中流過負(fù)載的電流，負(fù)載電阻RL已知，我們只要用電壓表V測(cè)得RL兩端的電壓U，即可由公式I=U/RL算出負(fù)載中的電流。

當(dāng)被測(cè)量不便于直接測(cè)量，或者間接測(cè)量的結(jié)果比直接測(cè)量更為準(zhǔn)確時(shí)，多采用間接測(cè)量方法。例如：測(cè)量晶體管發(fā)射極電流，較多采用直接測(cè)量發(fā)射極電阻（Re）上的電壓，再通過公式IE=UE/R算出，而不用斷開電路串入電流表的方法。測(cè)量放大器的電壓放大倍數(shù)A，一般是分別測(cè)量輸出電壓Uo與輸入電壓Ui后，再算出A=Uo/Ui。

3．調(diào)零測(cè)量

調(diào)零測(cè)量法的原理是，將一個(gè)校對(duì)好的基準(zhǔn)源與未知的被測(cè)量進(jìn)行比較，并調(diào)節(jié)其中之一，使兩量值的差為零，這樣，從基準(zhǔn)源的讀數(shù)即可推算出被測(cè)量的值。以圖1-2為例，U為標(biāo)準(zhǔn)電壓源，R1和R2是標(biāo)準(zhǔn)分壓電阻，A為電流表。測(cè)量時(shí)，通過調(diào)節(jié)R1和R2的比例，使電流表指示為零，這時(shí)，用這種方法測(cè)量得到的測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確度較高。我們可以看出，由于電流表無電流流過，測(cè)量結(jié)果只與標(biāo)準(zhǔn)電壓源和標(biāo)準(zhǔn)電阻有關(guān)。如果換一種測(cè)量方案，如圖1-3所示，采用間接測(cè)量法，流過電流表的電流為IA，則被測(cè)電壓Ux=IAR，測(cè)量結(jié)果的好壞和電流表的技術(shù)等級(jí)有著直接的聯(lián)系。

4．組合測(cè)量方法

它是兼用直接測(cè)量與間接測(cè)量的方法。將被測(cè)量和另外幾個(gè)未知量，按它們之間的函數(shù)關(guān)系組成聯(lián)立方程，通過直接測(cè)量這幾個(gè)未知量最后求解聯(lián)立方程，從而得出被測(cè)量的大小。此種測(cè)量方法稱為組合測(cè)量法。

上面介紹的三種方法中，直接測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量過程簡(jiǎn)單、迅速，在工程技術(shù)中采用比較廣泛。間接測(cè)量多用于科學(xué)實(shí)驗(yàn)，在生產(chǎn)及工程技術(shù)中應(yīng)用較少，只有當(dāng)被測(cè)量不便于直接測(cè)量時(shí)才采用。組合測(cè)量是一種特殊的精密測(cè)量方法，適用于科學(xué)實(shí)驗(yàn)及一些特殊的場(chǎng)合。

1.1.2 電子測(cè)量的分類

1．時(shí)域測(cè)量

時(shí)域測(cè)量是測(cè)量被測(cè)對(duì)象在不同時(shí)間的特性，這時(shí)把被測(cè)信號(hào)看成是一個(gè)時(shí)間的函數(shù)。例如：電壓、電流的測(cè)量，它們有瞬態(tài)量和穩(wěn)態(tài)量。使用示波器顯示被測(cè)信號(hào)的瞬時(shí)波形，測(cè)量它的幅度、寬度、上升沿和下降沿等參數(shù)。時(shí)域測(cè)量還包括一些周期性信號(hào)的穩(wěn)態(tài)參量的測(cè)量，如正弦交流電壓，雖然它的瞬時(shí)值會(huì)隨時(shí)間變化，但是交流電壓的振幅和有效值是穩(wěn)態(tài)值，可用指針式儀表測(cè)量。

2．頻域測(cè)量

頻域測(cè)量是測(cè)量被測(cè)對(duì)象在不同頻率時(shí)的特性。這時(shí)把被測(cè)量對(duì)象看成頻率的函數(shù)。例如：放大器的幅頻特性，可用頻率特性圖示儀予以顯示；放大器的相頻特性，可使用相位計(jì)測(cè)量放大器對(duì)不同頻率的信號(hào)產(chǎn)生的相移。

3．?dāng)?shù)據(jù)域測(cè)量

數(shù)據(jù)域測(cè)量是對(duì)數(shù)字系統(tǒng)邏輯特性進(jìn)行的測(cè)量。例如：用邏輯分析儀對(duì)數(shù)字量進(jìn)行測(cè)量，它具有多個(gè)輸入通道，可以同時(shí)觀測(cè)許多單次并行的數(shù)據(jù)。如微處理器地址線、數(shù)據(jù)線上的信號(hào)，可以顯示時(shí)序波形，也可以用“0”、“1”顯示邏輯狀態(tài)。

4．隨機(jī)測(cè)量

隨機(jī)測(cè)量又叫統(tǒng)計(jì)測(cè)量。例如：各類噪聲、干擾信號(hào)等，利用噪聲信號(hào)源進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量和統(tǒng)計(jì)分析，在通信領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

電子測(cè)量方法還有很多，如人工測(cè)量和自動(dòng)測(cè)量、動(dòng)態(tài)測(cè)量和靜態(tài)測(cè)量、精密測(cè)量和工程測(cè)量、低頻測(cè)量、高頻測(cè)量和超高頻測(cè)量、模擬測(cè)量和數(shù)字測(cè)量等。

1.1.3 選擇測(cè)量方法的原則

在選擇測(cè)量方法時(shí)，應(yīng)綜合考慮以下一些因素：被測(cè)量本身的特性、所要求的測(cè)量精確程度、環(huán)境條件、所具有的測(cè)量?jī)x器設(shè)備等，再確定采用哪種測(cè)量方法和選擇哪些測(cè)量?jī)x器設(shè)備。

選擇測(cè)量方法的原則：

（1）所選擇的測(cè)量方法必須能夠達(dá)到測(cè)量要求（包括測(cè)量的精確度）。

（2）在保證測(cè)量要求的前提下，選用簡(jiǎn)便的測(cè)量方法。

（3）所選用的測(cè)量方法不能損壞被測(cè)元器件。

（4）所選用的測(cè)量方法不能損壞測(cè)量?jī)x器。

下面我們舉例說明如何根據(jù)具體情況選擇合適的測(cè)量方法：

（1）根據(jù)被測(cè)物理量的特性選擇測(cè)量方法

例如，測(cè)量線性電阻（如金屬膜電阻），由于其阻值不隨流經(jīng)它的電流的大小而變化，可選用電橋（比較式儀器）直接測(cè)量，這種方法簡(jiǎn)便，精確度高。

測(cè)量非線性電阻（如二極管、燈絲電阻等），由于這類電阻的阻值隨流經(jīng)它的電流的大小而變化，宜選用伏安法間接測(cè)量，并作I～V曲線和R～I曲線，然后由曲線求得對(duì)應(yīng)于不同電流值的電阻。

同理，測(cè)量線性電感時(shí)，可選用交流電橋直接測(cè)量，測(cè)量非線性電感時(shí)，可選用伏安法間接測(cè)量。

（2）根據(jù)測(cè)量所要求的精度，選擇測(cè)量方法

從測(cè)量的精度考慮，測(cè)量可分為精密測(cè)量和工程測(cè)量。精密測(cè)量是指在計(jì)量室或?qū)嶒?yàn)室進(jìn)行的需要深入研究測(cè)量誤差問題的測(cè)量。工程測(cè)量是指對(duì)測(cè)量誤差的研究不很嚴(yán)格的一般性測(cè)量，往往是一次測(cè)量獲得結(jié)果。例如，測(cè)量市電220V電壓，可用指針式電壓表（或萬(wàn)用表）直接測(cè)量，它直觀、方便。而在測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)時(shí)，不能用指針式電壓表（或萬(wàn)用表）直接測(cè)量，這是由于指針式電壓表的內(nèi)阻不很大，接入后電壓表指示的電壓是電源的端電壓，而不是電動(dòng)勢(shì)。在測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)電池的電動(dòng)勢(shì)時(shí)，更不能用電壓表或萬(wàn)用表，其原因，一是電壓表或萬(wàn)用表的內(nèi)阻都不是很大，接入后，標(biāo)準(zhǔn)電池通過電壓表或萬(wàn)用表的電流會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過標(biāo)準(zhǔn)電池所允許的額定值。標(biāo)準(zhǔn)電池只允許在短時(shí)間內(nèi)通過幾微安的電流。二是標(biāo)準(zhǔn)電池的電動(dòng)勢(shì)的有效數(shù)字要求較多，一般有6位，指針式電壓表達(dá)不到要求。因此，測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)電池電動(dòng)勢(shì)應(yīng)該選用電位差計(jì)用平衡法進(jìn)行測(cè)量，平衡時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)電池不供電。

（3）根據(jù)測(cè)量環(huán)境及所具備的測(cè)量?jī)x器的技術(shù)情況選擇測(cè)量方法

例如用萬(wàn)用表歐姆檔測(cè)量晶體管PN結(jié)電阻時(shí)，應(yīng)選用R×100或R×1k檔，而不能選用R×1檔或高阻檔。這是因?yàn)椋粲?span id="r4z7ela" class="italic">R×1檔測(cè)量時(shí)，萬(wàn)用表內(nèi)部電池提供的流經(jīng)晶體管的電流較大，可能燒壞晶體管，而高阻檔內(nèi)部配有高電動(dòng)勢(shì)（9V、12V或15V）的電池，高電壓可能使晶體管擊穿。

總之，進(jìn)行某一測(cè)量時(shí)，必須事先綜合考慮以上情況選擇正確的測(cè)量方法和測(cè)量?jī)x器，否則，得出的數(shù)據(jù)可能是錯(cuò)誤的，或產(chǎn)生不容許的測(cè)量誤差，也可能損壞被測(cè)的元器件，損壞測(cè)量?jī)x器、儀表。