电子测量仪器教程
电子测量仪器是为监控、测量和分析电子电路和系统中电量而设计和使用的工具。这些电子仪器对于维持不同工业应用中使用的电子系统的性能、精度、效率和安全性非常重要。
本教程旨在帮助您了解电子测量的概念以及不同类型电子仪器（如电流表、电压表、功率表、示波器、欧姆表、信号发生器、波形分析仪等）的构造、工作原理和应用。
什么是电子测量？
电子测量可以定义为用于测量电子电路和系统中电压、电流、功率、能量等电量的方法、设备应用和计算。
进行电子测量是为了确定电参数的值并评估电子系统的健康状况。电子测量是评估电子电路和器件的工作条件、效率、精度和性能的重要步骤。在电气和电子工程领域，电测量作为核心课程之一进行学习。
一些常见的电子测量量包括电压、电流、电阻、电导、电子噪声、电流增益、电压增益、功率增益、频率、传播延迟等。
什么是电子测量仪器？
电子测量仪器是一种设计用于测量电子电路中电压、电流、电荷、功率增益等电量值的设备。
测量数量值后，仪器会以标准测量单位显示读数。例如，电流以安培为单位测量，电压以伏特为单位测量，电阻以欧姆为单位测量，依此类推。
常见的电子测量仪器包括电流表、电压表、功率表、万用表等。
电子测量仪器的重要性
电子测量仪器是电子系统的基本组成部分，因为它们提供了评估系统健康状况和性能至关重要的未知数据的详细信息。
使用这些仪器，工程师或专家可以监控和分析电子电路和系统的工作条件和特性。电子测量仪器对于确认电子系统的正确安装和运行至关重要。它们还可以监控系统中的能耗。
电子测量仪器的分类
电子测量仪器主要分为以下两种类型：
1. 模拟仪器
模拟仪器使用电磁系统作为其测量机制。当仪器线圈上的电压和通过它的电流通过时，仪器内部会产生磁场，该磁场与主磁场相互作用。
电磁力作用于仪器的活动部件，使其旋转并在校准刻度内偏转指针。
2. 数字仪器
数字仪器使用固态电子元件。数字仪器使用电子电路执行电子测量，并在数字屏幕上显示读数。这些仪器比模拟仪器更精确、可靠且速度更快。此外，数字仪器易于使用并提供稳定的读数。
常见的电子测量仪器
以下是电子电路中使用的一些非常常见的电子测量仪器的列表：
- 检流计- 它是用于指示电子电路中电流方向和大小的电子测量仪器。
- 电流表- 用于测量电子电路中电流的大小，单位为 A、mA、kA 等。
- 电压表- 用于测量电子电路中两点之间或某个元件两端的电压或电位差。
- 欧姆表- 该仪器用于测量电子电路中两点之间的电阻。
- 万用表- 它是使用最广泛的电子测量仪器类型之一。顾名思义，万用表是一种多功能测量仪器，将电流表、电压表、欧姆表、通断测试仪等功能组合在一个单元中。
- 示波器- 是一种先进的测量仪器，包含多种测量功能和图形显示，用于显示电信号的波形。它用于可视化和分析电子信号和电路行为。
与电子测量仪器相关的术语
本节定义了一些与电子测量仪器相关的关键术语。这些术语及其定义将贯穿本教程。
仪器的性能特性
在测量仪器的情况下，定义仪器效率、精度、分辨率、精确度、灵敏度和稳定性的参数称为仪器的性能特性。这些特性决定了仪器的整体性能及其在测量中的可靠性。
测量误差
记录值与被测量的实际值之间的差异（技术上，偏差）称为测量误差。测量误差可能是由人为错误、仪器故障或限制或环境条件差引起的。
直流电压表
一种设计用于测量电子电路中直流电压（直流电压）的电子测量仪器称为直流电压表。
交流电压表
一种设计用于测量电子电路中交流电压（交流电压）值的电子电压表称为交流电压表。交流电压表测量交流电压的均方根（RMS）值。
欧姆表
欧姆表是电子电路中用于测量电路欧姆电阻的仪器。它通过在电路两端施加一个小测试电压并测量流过电路的电流来确定电路的电阻，从而执行电阻测量。
万用表
万用表是一种高级测量仪器，将电流表、电压表和欧姆表的功能组合在一个设备中。它用作电子测量的便携式设备。
示波器
示波器是电子学中使用的一种高级测量仪器，用于在屏幕上显示电子信号随时间的变化。它主要用于分析信号的行为及其波形。
频谱分析仪
一种设计用于测量信号幅度相对于频率的电子测量设备称为频谱分析仪。
换句话说，用于测量电子信号频率谱的仪器称为频谱分析仪。它主要用于通信系统中分析信号并检测通信信号中的干扰。
利萨如图形
利萨如图形是由两个相互垂直的振荡信号组合形成的曲线。当两个振荡信号施加到 X 和 Y 轴上时，这些图形将显示在示波器的屏幕上。利萨如图形用于电子学中研究谐波信号之间的频率和相位关系。
传感器
传感器是各种电子测量仪器的重要部件。它们是将物理量（如温度、压力、力等）转换为电子信号的设备。
有源传感器
那些不需要任何外部电源即可将物理量转换为电信号的传感器称为有源传感器。热电偶是有源传感器的常见示例。
无源传感器
需要外部电源才能运行并将物理量转换为电信号的传感器称为无源传感器。电阻温度检测器是无源传感器的示例。
数据采集系统 (DAS)
数据采集系统是电子测量仪器的重要组成部分。它用于收集和存储测量数据。
学习电子测量仪器的先决条件
本教程专为电气和电子工程领域的初学者设计。但是，对网络理论和基础电子学的基本了解将有助于读者掌握本教程中涵盖的概念。
谁应该学习电子测量仪器？
本教程的目标受众是希望学习电子测量仪器基础知识的电气和电子学生以及专业人士。
本关于“电子测量仪器”的教程提供了有关各种电子测量仪器的构造、工作原理和应用的知识。本教程可用作本科生的学习资源以及从业人员的参考。
关于电子测量仪器的常见问题解答
在本节中，我们收集了一组关于电子测量仪器的常见问题解答 (FAQ)，以及它们的答案。
模拟和数字电子测量仪器之间的主要区别在于它们显示输出读数的方式。
模拟测量仪器通过在校准刻度上偏转指针来显示输出读数，而数字测量仪器则以文本或数字的形式在屏幕上显示输出读数。
万用表的工作原理取决于使用它执行的测量。此处解释了其在不同测量中的工作原理：
- 为了测量电流，万用表设置为安培范围，其探头串联连接到电路。它测量流过电路的总电流。
- 对于电压测量，万用表设置为伏特量程，其探头并联连接到电路。
- 对于电阻测量，万用表在电路两端施加电压并测量产生的电流，以确定电路的电阻。
万用表主要有两种类型：
- 模拟万用表 - 它是传统类型的万用表，使用电磁系统测量电流、电压和电阻。这种类型的万用表通过指针在刻度盘上的偏转给出输出读数。
- 数字万用表 - 它是万用表的高级版本，可以更精确地测量电量。它使用二极管、晶体管等固态元件进行测量，并在数字屏幕上以数字或文本的形式显示结果。
频谱分析仪是一种电子测量设备，用于测量特定频率范围内射频信号的强度。它广泛应用于以下领域：
- 射频和音频信号分析
- 移动网络测试
- 网络安全筛查等。
示波器是一种用于测量和分析信号的电子仪器。它使用屏幕显示信号随时间的波形。
示波器和万用表的主要区别在于，示波器将信号显示在屏幕上作为时间的函数，而万用表测量特定电量的幅值，并在刻度盘或数字屏幕上显示其数值。
为了校准电子测量仪器，将已知的输入信号注入仪器中，并将设备的读数与期望值进行比较，以查看它们之间的差异。然后调整仪器的刻度设置以获得期望值。得到的仪器称为校准仪器。
有源和无源传感器之间的根本区别在于，有源传感器不需要任何外部电源即可工作，而无源传感器需要外部电源才能工作。
以下类型的传感器通常用于位移测量：
- 电容传感器 - 使用可变电容进行位移测量。
- 电感传感器 - 使用可变电感进行位移测量。
- 线性可变差动变压器 (LVDT) - 通过测量电磁线圈和中心磁芯之间的位移来进行线性位移测量。
- 压电传感器 - 用于测量动态位移。
- 应变计 - 使用机械应变进行位移测量。
直流电压表和交流电压表之间的根本区别在于，直流电压表测量直流电压的峰值，而交流电压表测量交流电压的有效值。
在电子测试装置中，信号发生器通过产生特定特征的电信号（如幅度、波形和频率）来发挥作用。
逻辑分析仪是一种用于测量和分析数字信号以及数字电路行为的设备，而不是模拟信号和电路。逻辑分析仪通过检测逻辑阈值电平而不是模拟测量来工作。它的操作仅与数字信号的逻辑状态有关。
波形分析仪通过选择具有特定频率的信号，同时抑制复杂信号中所有其他信号分量来帮助分析复杂信号。
示波器探头只不过是一根连接线，用于将被测电子电路连接到示波器。它将信号从电路传输到示波器，以便在示波器屏幕上绘制。