3.2电压和电流的测量.ppt

第3章 电参量测量技术 3.2.1电压的测量 （1）普通直流电压表 普通直流电压通常由动圈式高灵敏度直流电流表串联适当的电阻构成，如图3-6所示。串联电阻Rn所构成的电压表的满度电压为 （3-37） 所构成的电压表的内阻为: （3-38） 1.直流电压的测量 3.2.1电压的测量 图中电流表串接3个电阻后，除最小电压量Uo=Im·Re外，又增加了U1、U2、U3 三个量程，根据所需扩展的量程，可估算出3个扩展电阻的阻值: 3.2.1电压的测量 通常把内阻Rv与量程Um之比(每伏欧姆Ω/V数)定义为电压表的电压灵敏度。 （3-39） “Ω/V”数一般标明在磁电式电压表表盘上，可依据它推算出不同量程时的电压表内阻，即 （3-40） 3.2.1电压的测量 特点：结构简单，使用方便，灵敏度不高，输入电阻低。 （2）直流电子电压表 直流电子电压表通常是在磁电式表头前加装跟随器(以提高输入阻抗)和直流放大器(以提高测量灵敏度)构成。电子电压表中采用斩波稳零式放大器或称调制式放大器以抑制零点漂移，使电子电压表能测量微伏级的电压。 3.2.1电压的测量 将直流电子电压表中磁电式表头用A／D转换器及与之相连的数字显示器代替，如图3-7所示。在数字电压表前端配接适当的转换电路，就可构成数字仪表。 （3）直流数字电压表 3.2.1电压的测量 2. 交流电压的测量 （1）交流电压的表征——交流电压可以用峰值、平均值、 有效值、波形系数以及波峰系数来表征。 ①峰值 周期性交流电压U(t)在一个周期内偏离零电平的最大值称为峰值，用Up表示，正、负峰值不等时分别用Up+和Up-表示，如图2-8(a)所示。 3.2.1电压的测量 U(t)在一个周期内偏离直流分量U0的最大值称为幅值或振幅，用Um表示，正、负幅值不等时分别用Um+和Um-表示，如2-8(b)所示。图中U0=0，且正、负幅值相等。 3.2.1电压的测量 ②平均值 u(t)的平均值的数学定义为: （3-41） 实质上就是被测电压的直流分量U0，如图3-8(a)中虚线所示。在电子测量中，平均值通常指交流电压检波(也称整流)以后的平均值，又可分为半波整流平均值和全波整流平均值。全波平均值定义为: （3-42） 3.2.1电压的测量 ③有效值 一个交流电压和一个直流电压分别加在同一电阻上，若它们产生的热量相等，则交流电压有效值U(或Urms)等于该直流电压，可表示为: 即 （3-43） 3.2.1电压的测量 ④波形因数、波峰因数 交流电压的波形因数KF定义为该电压的有效值与平均值之比: （3-44） 交流电压的波峰因数Kp定义为该电压的峰值与有效值之比: （3-45） 不同电压波形，其KF、Kp值不同，下表列出了几种常见电压的有关参数。 3.2.1电压的测量 名 称 波 形 图 波形系数 波峰系数 有效值 平均值 正弦波 ? ? ? 1.11 1.414 半波整流 ? ? 1.57 2 全波整流 ?  1.11 1.414 三角波 ? ? ? 1.15 1.73 表3-1 不同波形交流电压的参数 3.2.1电压的测量 方 波 ? ? ? ? 1 1 锯齿波 ? ? ? 1.15 1.73 脉冲波 ? ? ? ? 白噪声 ? ? ? ? 1.25 3 3.2.1电压的测量 注意： ※国际上一直以有效值作为交流电压的表征量。 ※如果被测电压是正弦波，那么由表3-1很容易从电压表读数即有效值得知它的峰值和平均值。 ※如果被测电压是非正弦波，那就须根据电压表读数和电压表所采用的检波方法，进行必要的波形换算，才能得到有关参数。 3.2.1电压的测量 （2）交流电压的测量方法 按AC/DC转换器的类型分为：1.检波法2.热电转换法。 按检波特性的不同，检波法又可分成： 1.平均值检波2.峰值检波3.有效值检波等。 ①检波-放大式 图3-9(a)为检波-放大式电压表的组成方框图，它是将被测电压先检波变成直流电流，然后再用直流放大器放大，放大后的直流电流去驱动电流表偏转。灵敏度可到mV级。 3.2.1电压的测量 ②放大-检波式 当被测电压较低时，直接检波会显著增大误差。为提高交流电压表的测量灵敏度，先用宽带放大器放大被测电压，然后再检波。放大-检波式电压表的方框图见图3-9(b)。 ③外差式电压表 检波-放大式电压表的灵敏度受检波器件非线性的限制;而放大-检波式电压表，由于宽带放大器增益和带宽的矛盾，也很难把频率上限提得很高，图3-10所示的外差测量方法可以解决上述矛盾。 3.2.1电压的测量 图中，输入电路包括输入衰减器(用于大电压测量)和高频放大器(用于宽频低增益放大)。被测信号通过输入电路，在混频器中与本机振荡器(本