2021/9/24 ⊙ 第三章 各种物理量的测试计量 第3节电子计量测试 3.1概述 第1节时间频率计量测试 无线电计量、高频计量、射频和微波计量，是电磁计量在频率上 第2节电磁学计量测试 的延伸（电子计量现今国际通行的频率爱盖范国为10h~30G)。 第3节电子计量测试 第4节温度计量测试 第5节光学计量测试 第6节其他计量测试 几何、力学、声学、电离福射、物质的量) 电子样就大是自特化工恒学被 @ 第3节电子计量测试 第3节 电子计量测试 无线电计量测试，在十大计量专业中，属于参数（参量）最多的 >特点 专业之一，其基本和比较重要的参数多达20多个。 频率范围宽 产频率范困：几十干赫以上（高频、射频、微波） 量程广 一参数及分类 波形多 信号能量：电压、电流、功率、电磁场强度等 传输系统复杂 信号特性：频率、波长、相位等 分布参数影响 电路特性：电容、电感、电阻等 量值传递链较短：一般都只有三级，少数参量只有两级，即工作计 材料电磁特性：介质常数、介质损耗、导磁率等 量器具和国家计量标准 网络特性：反射系数、电压驻波比、增益等 易于实现计量的自动化 测试工作量大于检定工作量 中华人民共和国依法管理的计量器具 信号强度计量：功率、电压、电场强度 瓷籍武香品热学计园器具3功序计量器奥4电结学计程器飘 电子计量主要内 信号特性计量：波形参数、球冲参数、调制垫数、噪声、频谱等 电路参量计量：阻抗、电感、电容、品质因数等 网馅特性计量：同络反射参量（反射系数、驻波比等）和传轴参 量（衰减相移、鲜挺时等） 材料特性计量：介电常数、导率、损耗角正切等 电磁兼容性计量：E测试 可频率计量器具7声学计量器具8光学计量涨具9.电离福时计量婆具10.物理 国家基准成标准主要是研制上述基本参量和部分二次导出参量的国家基 化学计量器具11标准物质 准或标准：电子计量科学的最终目的是解决电子测量基准成标准的建立、量 值传递和统一问题. 贤路 值魂源，以保证全国电子计量单位的统一及量值的准确可叠， 电寻得机大举自特化王程学使 电于码枝大年自始化名红举他 1
2021/9/24 1 第三章 各种物理量的测试计量 第1节 时间频率计量测试 第2节 电磁学计量测试 第3节 电子计量测试 第4节 温度计量测试 第5节 光学计量测试 第6节 其他计量测试 （几何、力学、声学、电离辐射、物质的量） 第3节 电子计量测试 无线电计量、高频计量、射频和微波计量，是电磁计量在频率上 的延伸（电子计量现今国际通行的频率覆盖范围为10kHz～3000GHz）。 3. 1 概述 第3节 电子计量测试 无线电计量测试，在十大计量专业中，属于参数（参量）最多的 专业之一，其基本和比较重要的参数多达20多个。 频率范围：几十千赫以上（高频、射频、微波） 参数及分类 信号能量：电压、电流、功率、电磁场强度等 信号特性：频率、波长、相位等 电路特性：电容、电感、电阻等 材料电磁特性：介质常数、介质损耗、 导磁率等 网络特性：反射系数、电压驻波比、增益等 …… 第3节 电子计量测试 特点 频率范围宽 量程广 波形多 传输系统复杂 分布参数影响 量值传递链较短：一般都只有三级，少数参量只有两级，即工作计 量器具和国家计量标准 易于实现计量的自动化 测试工作量大于检定工作量 电 子 计 量 主 要 内 容 信号强度计量：功率、电压、电场强度 信号特性计量：波形参数、脉冲参数、调制参数、噪声、频谱等 电路参量计量：阻抗、电感、电容、品质因数等 网络特性计量：网络反射参量（反射系数、驻波比等）和传输参 量（衰减、相移、群延时等） 材料特性计量：介电常数、磁导率、损耗角正切等 电磁兼容性计量：EMC测试 国家基准或标准主要是研制上述基本参量和部分二次导出参量的国家基 准或标准；电子计量科学的最终目的是解决电子测量基准或标准的建立、量 值传递和统一问题。 1.长度计量器具 2.热学计量器具 3.力学计量器具 4.电磁学计量器具 5.无线电计量器具 高频电压标准、同轴热电转换器、微电位计、高频电压表、高频毫伏表、高频微伏表、低频电压标准源、 低频电压表、高频电流表、校准接收机、标准信号发生器、调幅度仪、频偏仪、调制度仪、失真度仪检定装置、 失真度仪、低失真信号发生器、音频分析仪、脉冲发生器、时标发生器、标准脉冲幅度发生器、脉冲电压表、 高频阻抗分析仪、高频标准电阻、高频标准电感、高频标准电容、Q表、高频Q值标准线圈、高频介质标准样 片、高频电容损耗标准、高频零示电桥、谐振式阻抗仪、矢量阻抗表、矢量阻抗分析仪、高频电容损耗仪、高 频介质损耗仪、高频微波功卒座、高频微波功率计、高频微波功率指示器、高频微波功率计校准装置、衰减器 校准装置、衰减器、相位标准、相位计、移相器、相位发生器、微波阻抗标准装置、微波阻抗标准负载、测量 线、反射计、阻抗图示仪、网络分析仪、高频微波噪声发生器、高频微波噪声测量仪、标准场强发生器、高频 近区标准场装置、微波标准天线、高频场强计、微波漏能仪、测量接收机、干扰测量仪、脉冲响应校准器、晶 体管图示仪、晶体管图示仪校准装置、晶体管参数测试仪、电子管参数测试仪、频谱分析仪、波形分析仪、电 视综合测试仪，电视参数测试仪、示波器、示波器校准仪、抖晃仪、心电图仪检定装置、脑电图仪检定装置、 心脑电图仪、半导体材料工艺参数测量标准、半导体材料工艺参数测量仪、集成电路参数测量标准、集成电路 参数测量仪。 6.时间频率计量器具 7.声学计量器具 8.光学计量器具 9.电离辐射计量器具 10.物理 化学计量器具 11.标准物质 中华人民共和国依法管理的计量器具 中国计量科学研究院无线电处负责建立、保存、和改进电子计量国家基准 或标准，研究精密测量理论与技术，进行国际比对，开展量值传递与提供量 值溯源，以保证全国电子计量单位的统一及量值的准确可靠
2021/9/24 @ 3.2高频电压计量 @ 3.2高频电压计量 1、高颜电压的表征(I00k) 2、高频电压标准 瞬时值 峰值 4,= 产生瑟换剂 热电转换元件和转换方式 平均值T-w 有效值-o函 小电压(1V-0.1V) 中电压(0.1-2V) 大电压(2V以上) 波形因数和波峰因数表示出以上3个量值的关系，从而使3个量值之 问能够相互转换。不同种类的波形式藏港因数和被峰因撒是不同的。 电子料航大量自陆化工恒学院 电干科税文季自幼花机准陆 @ 高频电压计量 ⊙ 高频电压计量 >高频中电压标准0.1-2V) ■功率计法（适合做国家计量标准） 英国、加摩大建立国家标准的方法 功率计法、 测辐射热器电桥法 U=PR 热电转换器 一功率针 补偿式电子管电压表法、 真空热电偶法 U:同轴热电转换器输出端面（功率计输入端面）电压 P:功率计计量所得到的高频功率值 R:功率计输入阻抗 优点：借助于功率标准，较好的准确度 缺点：必须知道各种频率下精确的输入阻抗 高频电压计量 高频电压计量 ■测辐射热器电桥法（适合做国家计量标准） (2)直流平衡电桥： 美、俄、日和我国建立国家标准的方法 高频和直流功率替代的平衡装置，判断交直流 引起的阻值变化是否相等。 (1)测辐射热器电桥：测热电阻（高频电压计量敏感元件） 原理：根据热变电阻（测辐射热器）在通过直流电流或射 频电流时，如果两者所加的功率相同，则产生的热效应也相 同。如果用一电桥线路监视热变电阻，则可以通过直流量替 代射频量的方法计算出射频电压。 剥想射热器电桥法 电寻得机大举自特化王程季使 电手科做大季自地化三租举枕 2
2021/9/24 2 3.2 高频电压计量 1、高频电压的表征（100kHz） 瞬时值 峰值 平均值 有效值 波形因数（有效值/平均值） 波峰因数（峰值/有效值） U maxU(t) t T p T U t dt T U 0 ( ) 1 T U t dt T U 0 2 ( ) 1 波形因数和波峰因数表示出以上3个量值的关系，从而使3个量值之 间能够相互转换。不同种类的波形其波形因数和波峰因数是不同的。 3.2 高频电压计量 2、高频电压标准 基本原理：利用它们和直流电压在热电转换元件上 产生相同热效应以实现直流替代。不同频段采用不同的 热电转换元件和转换方式。 小电压（1uV -0.1V） 中电压（0.1-2V） 大电压（2V以上） 高频电压计量 高频中电压标准(0.1-2V) 功率计法、 测辐射热器电桥法、 补偿式电子管电压表法、 真空热电偶法 高频电压计量 U PR U：同轴热电转换器输出端面（功率计输入端面）电压 P：功率计计量所得到的高频功率值 R：功率计输入阻抗 优点：借助于功率标准，较好的准确度 缺点：必须知道各种频率下精确的输入阻抗 功率计法（适合做国家计量标准） 英国、加拿大建立国家标准的方法 热电转换器 功率计 U 高频电压计量 测辐射热器电桥法（适合做国家计量标准） 美、俄、日和我国建立国家标准的方法 （1）测辐射热器电桥：测热电阻（高频电压计量敏感元件） 测辐射热器电桥法 高频电压计量 （2）直流平衡电桥： 高频和直流功率替代的平衡装置，判断交直流 引起的阻值变化是否相等。 原理：根据热变电阻（测辐射热器）在通过直流电流或射 频电流时，如果两者所加的功率相同，则产生的热效应也相 同。如果用一电桥线路监视热变电阻，则可以通过直流量替 代射频量的方法计算出射频电压
2021/9/24 高频电压计量 高频电压计量 C/2Cw/2 n 直流潜代法 9019 低频潜代法 ⊙ CwaNCs/2 =·E朵k,√u四 若a=1,R。=R,期 0,=U U4=√U4-0g 测细射热方法：频率范田宽、准确度高、性能稳定、结构简单、加工 方使，是现代高须电压计量的技术基础. 电子样就大是自特化工恒学被 电干科税文季自幼花机准陆 @ 高频电压计量 ⊙ 高频电压计量 在所有的高频电压标准装置中，中电压标准的精度最高。 ■补偿式电子管电压表法和真空热电偶法 世界各国的高频电压国家标准都是中电压标准，中电压标准 主要用于标准计量器具（传递标准和工作标准）， 的水平反映了高频电压的计量水平。 补偿式电子管电压表法 D 有了中电压标推，小电压标准利用标准精密衰减器将中 电压标准降低至毫伏与微伏量级而得到小电压标准 @ 高频电压计量 高频电压计量 >高频小电压标准 ■校准接收机 使用标准精密衰减器将中电压标准降低至毫伏与微伏 校准高频信号发生器(1001z~301Hz的高频、3知一3o0MH的 甚高频店号发生器)的小电压输出和高频衰减器 量级得到小电压标准。用于确定接收机的灵敏度和本机噪 声等指标。 射频振病器+测热操射器电桥 作为工作标准的主要有校准接收机和高频微伏标准两种 形式 母图甲固圆母固图 和 信号源 油放 按准凄收机 电于特枝大争年好化工框学线 电于韩枝大学自始化名祖举他 3
2021/9/24 3 高频电压计量 直流替代法 高频电压计量 测辐射热方法：频率范围宽、准确度高、性能稳定、结构简单、加工 方便，是现代高频电压计量的技术基础。 低频替代法 U U rf af 高频电压计量 有了中电压标推，小电压标准利用标准精密衰减器将中 电压标准降低至毫伏与微伏量级而得到小电压标准。 在所有的高频电压标准装置中，中电压标准的精度最高。 世界各国的高频电压国家标准都是中电压标准，中电压标准 的水平反映了高频电压的计量水平。 高频电压计量 主要用于标准计量器具（传递标准和工作标准）。 补偿式电子管电压表法 补偿式电子管电压表法和真空热电偶法 高频电压计量 高频小电压标准 使用标准精密衰减器将中电压标准降低至毫伏与微伏 量级得到小电压标准。用于确定接收机的灵敏度和本机噪 声等指标。 作为工作标准的主要有校准接收机和高频微伏标准两种 形式。 高频电压计量 校准接收机 校准高频信号发生器（100kHz～30MHz的高频、30～300MHz的 甚高频信号发生器）的小电压输出和高频衰减器 射频振荡器+测热辐射器电桥 信号源 滤波器 校准接收机
2021/9/24 高颜电压计量 高颜电压计量 由于电克脑礼遇的满电元作相质形电国R在著分 ■高频微伏标准 白参意，该批两金电位在直工时电压与在 电流小电阻方式，提供精确的高频小电压，可直接校准 电压表。适合做成工作标准和比对用的传递标准 才望当电压标富使限 射顺·直旋地宜义角 国试接一个如电，读电压大小由电和过这个 00 电圈的电汽值的采契所决定。通过故变电流大会或着为里位 文本一发电性针直富时始出息压雀， 的大小，原看叶议实电可相电可口扩积留出电1 一登电计的热电势与工作相的刻 《山上一餐电压章 信包位计的射钢一直我整轻上一徽悠压标常酸素铜是 已短时，或微电位计作为标查的彩频响丽，为 - 电领元非，电且这甲餐瓷的西盘形电品，月它们中联在一包日 丈中4 一已知防射发 一需要整出岭射辆电区 U—热电劳与可：工作村写的直找装出电压 电子样就大是自特化工恒学被 色于林很人学自始化玉祖章吃 @ 高频电压计量 高频电压计量 3.高颜电压的检定 a、电压基本误差检定 基本误差检定频率通常选择1kHz,电压按量程选择， 计量标准湖 被检校准源 例如，0.1V量程的0.1V点：1V量程的0.2X.0.4y、Q.6V, 0.8V、1V,也可按用户要求选择。误差计算如下： 标准源给出不同频率范围内各量程的准确度指标， 8-,-x100% 检定亦应在相应的频率和量程上进行。将各检定结果进 U。 行误差（不确定度）合成，求出不同频率范围内的准确 心，：基本误差 定指标。 U,:被检校准源输出电压 U。:标准源示值 思考：误差类型？不确定度？ 高频电压计量 高频电压计量 b、颜率附加误差检定 指8 从以上检定过程可以看出，这是“固定标准读被检”的 如：用微电位计在mW 频率附加误差检定方法，其频率附加误差按下式计算： 量程上进行检定 U-Uh×100% 方法： U 首先将开关K置于人，通古参与说的率至定的参考频率（如1）.到节出电压 ♂。：毫伏量程的频率附加误差 巨微电位计的输出（由直流指示指上指示）为被检伏量程历选 置于,被检源频到与餐考原率相同，河节输出电用的大小.使电 U%:不同频率点时各毫伏量程上标准源示值 ，记下 改变参考源的顿率到一个新的枪定点上，调节输出叫压使磁纯包 U,:参考频率点时各毫伏量程上被检源输出示值 翼率附如误差的检定同样应分别在各个餐状量程上麦行，各个量程迹举一点即可。例 电压表仍指示同一敏值记录该款本时被能省出。 如，1mV点，0V点。00mV点等.颜率点的速择仍以各个领段上选取3~4点为宜。采 如此重复上述步骤。袭得出各检定领率点上被检源的输出不值.直到全蜂作完为止。 用和饮特量程样的方法，可得出被检交流整在各个不问期及及量程上的老伏输出市 生的准确度， (各频率点误差合成) 4
2021/9/24 4 高频电压计量 高频微伏标准 电流小电阻方式，提供精确的高频小电压，可直接校准 电压表。适合做成工作标准和比对用的传递标准 高频电压计量 高频电压计量 3. 高频电压的检定 标准源给出不同频率范围内各量程的准确度指标， 检定亦应在相应的频率和量程上进行。将各检定结果进 行误差（不确定度）合成，求出不同频率范围内的准确 定指标。 计量标准源 被检校准源 高频电压计量 a、电压基本误差检定 基本误差检定频率通常选择1kHz，电压按量程选择， 例如，0.1V量程的0.1V点；1V量程的0.2V、0.4V、0.6V、 0.8V、1V，也可按用户要求选择。误差计算如下： 100% 0 0 U Ux U v U0 Ux v ：基本误差 ：被检校准源输出电压 ：标准源示值 思考：误差类型？不确定度？ 高频电压计量 b、频率附加误差检定 如：用微电位计在mV 量程上进行检定 方法： 高频电压计量 从以上检定过程可以看出，这是“固定标准读被检”的 频率附加误差检定方法，其频率附加误差按下式计算： 100% 0 0 f f f f U U U x mv x mv f f f U U 0 ：毫伏量程的频率附加误差 ：参考频率点时各毫伏量程上被检源输出示值 ：不同频率点时各毫伏量程上标准源示值 （各频率点误差合成）
2021/9/24 @ 高频电压计量 高频电压计量 C、精出德定度检定 d、电压不确定度的合成 输出电压稳定度的高低是衡量计量仪器性能的重要指标，只有高稳定度 将基本误差、频率附加误差、稳定度进行不确定度合成得到 才能为高准确定提供保端 仪器的电压参数的不确定度。 品 ©、其它指标的检定和不确定度合成 除检定上述项目外，还应检定频率误差，、波形失真等指标， 这些检定项目的检定方法同电压检定相类似， .--Ux100%6 U。 U。:预调电压的实测值 以上项目需按照检定规程完成 U,:规定时问内输出电压最大值 标准电压表 被撞找准澜 U。:规定时间内轴出电压最小值 电手科风天季自始花三机准陆 ⊙ 高频电压计量 高频电压计量 4、其它高颜电压计量方法 4、其它高颜电压计量方法 测力 补偿法 利用与电流或电磁场相关的一些物理现象，根据测力 将高频电压通过检波转换成直流电压，并与已知的直流补 原理实现电压计量。 偿电压相比较， 从而得出相应的高频电压。 >检被法 与检波法略有区别。 ·检波后用直流电压表进行测量 >DVM 检波-放大式、放大检波式 ·峰值检波、均值检波、有效值检波 模拟电路部分 数字电路部分 显示电路部 输入电路AWD变换器 计数电蹈 显示电野 控制逻辑电 高频电压计量 低频 补管计量法： 补偿式电压表是测量或检定信号发生器的输出电压或电子 电压表测量误差的主要标准仪器。补偿式电压表由高频检波 探头、直流补偿电路和检流计等部分组成： 测量交流电压时，调节补偿电路的直流电压使通过检波二极管的平均 电流不变，或调节检波二极管阴极电阻使阴极偏压固定不变，从而用直流 可 电压或电阻确定相应的被测交流电压， 溯源性 检定规程 电于特枝大争年好化工框学线 送念图 5
2021/9/24 5 高频电压计量 c、输出稳定度检定 输出电压稳定度的高低是衡量计量仪器性能的重要指标，只有高稳定度 才能为高准确定提供保障 输出电压稳定度的检定可采用高分辨力标准源在规定时间（国产仪 器短期稳定度的规定时间为15min）观察各选定频率点上输出电压的相 对变化。 如测量15min短期稳定度，可取1min作为一个间隔，每分钟测量一 次，记下校准源输出电压示值，则被检校准源短期稳定度Su计算如下： 100% 0 max min U U U su min max 0 U U U ：预调电压的实测值 ：规定时间内输出电压最大值 ：规定时间内输出电压最小值 标准电压表 被检校准源 高频电压计量 d、电压不确定度的合成 将基本误差、频率附加误差、稳定度进行不确定度合成得到 仪器的电压参数的不确定度。 e、其它指标的检定和不确定度合成 除检定上述项目外，还应检定频率误差、波形失真等指标， 这些检定项目的检定方法同电压检定相类似。 以上项目需按照检定规程完成 高频电压计量 4、其它高频电压计量方法 测力法 利用与电流或电磁场相关的一些物理现象，根据测力 原理实现电压计量。 检波法 • 检波后用直流电压表进行测量 • 检波-放大式、放大-检波式 • 峰值检波、均值检波、有效值检波 U(t) C U(t) VD C R (a) (b) 高频电压计量 4、其它高频电压计量方法 补偿法 • 将高频电压通过检波转换成直流电压，并与已知的直流补 偿电压相比较，从而得出相应的高频电压。 • 与检波法略有区别。 DVM 输入电路 A/D变换器 模拟电路部分 计数电路 数字电路部分 控制逻辑电路 显示电路 显示电路部分 高频电压计量 补偿计量法： 补偿式电压表是测量或检定信号发生器的输出电压或电子 电压表测量误差的主要标准仪器。补偿式电压表由高频检波 探头、直流补偿电路和检流计等部分组成。 测量交流电压时，调节补偿电路的直流电压使通过检波二极管的平均 电流不变，或调节检波二极管阴极电阻使阴极偏压固定不变，从而用直流 电压或电阻确定相应的被测交流电压。 低频 高频 电压 量值 传递 关系 溯源性 检定规程