[工学]第2篇 电参量测量.ppt

第2篇 电参量测量 第2章 电压测量 2.1 概述 2.1.1 电压测量的意义、特点 1）电压测量的重要性 ◆电压测量是电测量与非电测量的基础； ◆电测量中，许多电量的测量可以转化为电压测量： 表征电信号能量的三个基本参数：电压、电流、功率 其中：电流、功率——〉电压，再进行测量 电路工作状态： 饱和与截止，线性度、失真度——〉电压表征 ◆非电测量中，物理量——〉电压信号，再进行测量 如：温度、压力、振动、（加）速度 2）电压测量的特点 1.频率范围广：零频（直流）～109Hz 低频：1MHz以下；高频（射频）：1MHz以上。 2.测量范围宽 微弱信号:心电医学信号、地震波等,纳伏级（10-9V）； 超高压信号：电力系统中，数百千伏。 3.电压波形的多样化 电压信号波形是被测量信息的载体。 各种波形：纯正弦波、失真的正弦波，方波，三角波，梯形波；随机噪声。 2）电压测量的特点 4.阻抗匹配 在多级系统中，输出级阻抗对下一输入级有影响。 直流测量中，输入阻抗与被测信号源等效内阻形成分压，使测量结果偏小。 如：采用电压表与电流表测量电阻， 当测量小电阻时，应采用电压表并联方案； 当测量大电阻时，应采用电流表串联方案。 交流测量中，输入阻抗的不匹配引起信号反射。 2）电压测量的特点 5.测量精度的要求差异很大 10-1至10-9。 6.测量速度的要求差异很大 静态测量：直流（慢变化信号）,几次/秒; 动态测量：高速瞬变信号,数亿次/秒（几百MHz） 精度与速度存在矛盾，应根据需要而定。 7.抗干扰性能 工业现场测试中，存在较大的干扰。 2.1.2 电压测量的方法和分类 电压测量方法的分类 ·按对象：直流电压测量；交流电压测量 ·按技术：模拟测量；数字测量 1）交流电压的模拟测量方法 表征交流电压的三个基本参量：有效值、峰值和平均值。以有效值测量为主。 方法：交流电压（有效值、峰值和平均值）--〉直流电流--〉驱动表头--〉指示 ——有效值、峰值和平均值电压表，电平表等。 2.2模拟直流电压测量 2.2.1动圈式电压表 直流动圈高灵敏度电流表，串接若干倍压电阻 2.2模拟直流电压测量 负载效应的影响： 例：如图所示，高输出电阻电路，电压表每伏欧姆数为20 KΩ/ V，分别用5V量程和25V量程测端电压Ux,分析电压表输入电阻的影响，如何消除其对测量结果的影响。 2.2模拟直流电压测量 电子电压表 1.原理 2.3 交流电压的表征和测量方法 2.3．1 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）。 2.3.1 表征交流电压的基本参量 平均值（均值） 数学上定义为： 相当于交流电压u(t)的直流分量。 交流电压测量中，平均值通常指经过全波或半波整流后的波形（一般若无特指，均为全波整流）： 对理想的正弦交流电压u(t)=Vpsin(ωt)，若ω=2π/T 2.3.1 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所产生的热量，与一个直流电压V在同一负载上产生的热量相等时，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上产生的热量Q_=I2RT= 交流电压u(t) 在T内电阻R上产生的热量Q~= 由Q_= Q~得， 有效值 2.3.1 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 2.3.1 表征交流电压的基本参量 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， 波形因数定义：有效值与平均值的比值，用KF表示， 2.3.1 表征交流电压的基本参量 波峰因数和波形因数 对理想的正弦交流电压u(t)=Vpsin(ωt)，若ω=2π/T 对理想的正弦交流电压u(t)=Vpsin(ωt)，若ω=2π/T 2.3.1 表征交流电压的基本参量 波峰因数和波形因数 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； 2.3.2 交流电压的测量方法 一.基本原理 利用交流/直流（AC/DC)转换电路，将交流转换为直流电压，然后再接直流电压表