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单词 电子计量
释义

【电子计量】
 

拼译:electronic metrology
 

许多国家把电子计量又称为无线电计量、高频电磁计量、微波计量或射频计量。它是以无线电电子技术中,经常遇到的并需要测量的高频和微波电磁量作为研究和应用的计量测试。所谓高频和微波大体上指30kHz以上一直到110GHz,即从长波、中波、短波一直到微波中的亚毫米波波段。在频段低端,某些电子计量测试项目还可能进行到极低的频率。例如电子计量中失真度的计量,并包括低至10Hz或10Hz的整个音频段。示波器等计量测试则常常一直达到零赫兹。所谓电磁量指的是可以定量描述的物理现象、各种物质、物理系统的固有性质。这种性质包括它们的大小数值的含义以及它对某些标准量的比值,也就是单位值。严格说来,对电磁波的完整描述必须确定电磁场的大小、空间分布和时间变化。但实际上,人们常习惯用一些具体的易于测量的参量来描述。这些参量很多,大体上可分为6种:(1)有关电能的量:如电流、电压、功率、电场强度、电磁干扰等。(2)有关电信号特征的量:如频率(频率原属电子计量的传统项目,现已分离出去,与时间计量合在一起,称为时频计量;然而频率计和波长计的校准和检定,往往依旧是电子计量的业务范围)、波形参数、脉冲参数、调制参数、频谱、噪声、信号、噪声比等。(3)有关电路元件材料参数的量:如阻抗、导纳、电感、电容、品质因数、介质损耗角正切、介电常数、导磁率等。(4)有关无源和有源网络性能特性的量:如网络的反射参量、传输参量等。(5)有关电子元器件的特性参数:如电子管的跨导、晶体管以及集成电路参数(近10年来,集成电路从中小规模向大规模、超大规模发展、计量参数量须不断缩小,并随着微电子学的迅速发展,微电子学计量亦相伴而生)等。(6)表征无线电电子技术设备性能特性的参量:如灵敏度、频带宽度、噪声系数等。

计量学的基本工作包含3个方面:不断完善计量单位制;按照规定的定义,研究、建立、复现物理单位的计量基准,并把基准量传递下去;研究推广正确的测量方法和制定计量检定规程,包括操作方法、环境条件和数据处理。在电子计量工作中还建立了一系列导出单位的标准,并进行这些导出间接单位的比对和传递,因为这样可以将一些最常用的较为基本的导出单位便于统一并且也能获得更准确的传递。目前我国电子计量开展量值传递的参量,大约为20个左右,其中比较重要的基本参量有:电压、功率、衰减、相位、噪声、微波阻抗、场强干扰、脉冲参数、调制度、频偏、失真度、电阻、电容、电感、品质因数等。综上所述,电子计量研究无线电电子技术中的电子测量,其目的在于使全国乃至全世界范围内统一计量单位,以确保量值的准确一致。

1888年赫兹对偶极段子幅射场的研究,从实验角度证实了电磁场的存在,1901年马可尼完成了横渡大西洋的无线电电报通信;一直到第二次世界大战期间微波技术的迅速发展,在此基础上各工业发达国家在不同程度上建立了很多高频和微波计量标准后,才把电子计量从电磁计量中分离出来。二次世界大战后,国际计量电学咨询委员会任命一个射频工作组其主要任务是将米制公约所属成员国组织起来,进行高频和微波各参量的国际比对并公布比对结果。

几个基本参量计量标准的水平为:(1)1967年美国NBS研制成一种测辐射热电压电流标准(Bolovac),由于某些认识上的原因,NBS没有用它建立高频电压国家标准,而是用宽带同轴功率标准按功率、电压、阻抗3个参量的关系导出电压量值,其量值体现在一个频率带宽稳定性好的同轴热电转换器的参考面上,达到的指标为(10~1000)MHz,(0.1~7.5)V,准确度±(0.1~1)%。1979年中国首先从理论上论证了只要加工和组装精度满足要求,薄膜热变电阻片置入高频座所引起的电磁场扰动影响可以忽略不计。从而解决了一些国家对Bolovac方案存在的疑虑。我国研制成功的新型辐条状薄膜电阻,既有较高的灵敏度(100Ω/W),又有较小的电感分量(0.1nH),保证了高频电压标准达到国家先进水平,其指标为(10~3000)MHz,(0.1~2)V,准确度±(0.21~0.70)%。(2)美国NBS的衰减标准主要由3套标准组成,即30MHz截止衰减器校准系统、串联中频替代法衰减校准系统、同轴衰减校准系统。我国已建立了30MHz截止衰减器校准系统、电信载频衰减标准以及波导衰减标准采用调制副载波技术等。(3)美国NBS建立的噪声标准有:同轴高温噪声标准、波导高温噪声标准和同轴低温噪声标准等。

中国研制的同轴高温噪声标准无论在标准源设计及高温匹配电阻的制造工艺方面均有独道之处。

电子技术是现代科学技术中最活跃、发展最快的学科之一。电子技术日新月异的发展,不断向电子计量提出新的要求,要求更高的准确度、更宽的频段和量程、更快的计量速度;要求从对单一器件的单一参量发展到对复杂系统的多种参量的综合计量。随着电子计算机科学技术的研究开发,大规模集成电路测试仪,自动网络分析仪,自动脉冲计量系统,自动时域网络分析仪以及六端口网络分析仪等自动测试系统相继出现;由于充分利用了计算机的存储功能和快速计算的特点,用软件来修正硬件的不完善性等技术措施,使得自动测试系统具有自校准和自动修正测量误差的能力,所以它不但实现了快速自动计量,而且其计量准确度在一定量程内也可达到计量标准的水平。

【参考文献】:

1 Ries F X.Trans IEEE,1976,3∶254

2 中国计量科学技术的现状与展望,1984,25∶8

3 鲁绍曾,现代计量学概论,北京:中国计量出版社,1987

(中国计量学院焦治平副教授撰)

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