第5章 电压测量汇编.ppt

5.1 交流电压的测量 5.1．1 表征交流电压的基本参量 峰值、平均值、有效值、波峰因数和波形因数。 峰值 以零电平为参考的最大电压幅值（用Vp表示 ）。 注：以直流分量为参考的最大电压幅值则称为振幅，（通常用Um表示）。 5.1．1 表征交流电压的基本参量 平均值（均值） 交流电压测量中，平均值通常指经过电压的绝对值（全波或半波整流后的波形）在一个周期内的平均值： 对理想的正弦交流电压u(t)=Vpsin(ωt)，若ω=2π/T 5.1．1 表征交流电压的基本参量 有效值 定义：交流电压u(t)在一个周期T内，通过某纯电阻负载R所产生的功耗，与一个直流电压V在同一负载上产生的功耗相等时，则该直流电压V的数值就表示了交流电压u(t)的有效值。 表达式： 直流电压V在T内电阻R上产生的能耗Q_=I2RT= 交流电压u(t) 在T内电阻R上产生的能耗Q~= 由Q_= Q~得， 有效值 5.1．1 表征交流电压的基本参量 有效值 意义：有效值在数学上即为均方根值。有效值反映了交流电压的功率，是表征交流电压的重要参量。 对理想的正弦交流电压u(t)=Vpsin(ωt)，若ω=2π/T 波峰因数和波形因数 波峰因数定义：峰值与有效值的比值，用Kp表示， 5.1．1 表征交流电压的基本参量 对理想的正弦交流电压u(t)=Vpsin(ωt)，若ω=2π/T 波形因数定义：有效值与平均值的比值，用KF表示， 对理想的正弦交流电压u(t)=Vpsin(ωt)，若ω=2π/T 5．1．1 表征交流电压的基本参量 常见波形的波峰因数和波形因数可查表得到： 如正弦波：Kp=1.41，KF=1.11； 方波： Kp=1， KF=1； 三角波：Kp=1.73，KF=1.15； 锯齿波：Kp=1.73，KF=1.15； 脉冲波：Kp= ，KF= ， 为脉冲宽度，T为周期 白噪声：Kp=3（较大），KF=1.25。 5.1．2 交流/直流转换器的响应特性及误差分析 1）交流/直流电压（AC-DC）转换原理 模拟电压表的交流电压测量原理： 交流电压--〉有效值、峰值和平均值的转 换，称为AC-DC转换。由不同的检波电路实现。 峰值检波原理 由二极管峰值检波电路完成。有二极管串联和并联两种形式。如下图。 1）交流/直流电压（AC-DC）转换原理 二极管峰值检波电路（a.串联式, b.波形） 1）交流/直流电压（AC-DC）转换原理 平均值检波原理 由二极管桥式整流（全波整流和半波整流）电路完成。 如图，整流电路输出直流电流I0，其值与被测输入电压u(t)的平均值成正比（与u(t)的波形无关）。 （电容C用于滤除整流后的交流成分，避免指针摆动） 1）交流/直流电压（AC-DC）转换原理 有效值检波原理 利用二极管平方律伏安特性检波 根据 为得到有效值,首先需对u(t)平方。 小信号时二极管正向伏安特性曲线可近似为平方关系。 缺点：精度低且动态范围小。 因此，实际应用中，采用分段逼近平方律的二极管伏安特性曲线图的电路。 1）交流/直流电压（AC-DC）转换原理 利用模拟运算的集成电路检波 原理图 通过多级运算器级连实现 模拟乘法器（平方）—〉积分—〉开方—〉比例运算。 1）交流/直流电压（AC-DC）转换原理 利用热电偶有效值检波 热电效应：两种不同导体的两端相互连接在一起，组成一个闭合回路，当两节点处温度不同时，回路中将产生电动势，从而形成电流，这一现象称为热电效应，所产生的电动势称为热电动势。 热电效应原理图 当热端T和冷端T0存在温差时（即T≠T0），则存在热电动势，且热电动势的大小与温差ΔT=T-T0成正比。 1）交流/直流电压（AC-DC）转换原理 利用热电偶有效值检波 热电偶： 将两种不同金属进行特别封装并标定后，称为一对热电偶（简称热偶）。 热电偶温度测量原理： 若冷端温度为恒定的参考温度，则通过热电动势就可得到热端（被测温度点）的温度。 热电偶有效值检波原理： 若通过被测交流电压对热电偶的热端进行加热，则热电动势将反映该交流电压的有效值，从而实现了有效值检波。如下图。 1）交流/直流电压（AC-DC）转换原理 热电偶有效值检波原理图 图中，直流电流I与被测电压u(t)的有效值V的关系： 电流I∝热电动势∝热端与冷端的温差，而热端温度∝u(t)功率∝u(t)的有效值V的平方，故， 1）交流/直流电压（AC-DC）转换原理 表头刻度线性化处理：采用两对相同的热电偶，分别称为测量热电偶和平衡热电偶，如下图。 2）峰值电压表