自动检测技术实用教程 教学课件 ppt 作者 周征 第2章 电参数检测技术.ppt

第2章 电参数检测技术 本章提要 本章介绍频率（周期）、相位、电压、电流和阻抗等常见电参数的测量方法。 其中，在电流的测量方法中介绍了霍尔元件及其在电流测量中的应用。 内容简介 频率（周期）、相位的测量技术 电压和电流的测量技术 阻抗的测量技术简介 2.1.1 频率（周期）的测量技术 频率的测量方法主要有模拟法和计数法两类。 计数法具有测量精度高、速度快、操作简便、可以直接显示数字、便于与微机结合实现测量过程自动化等优点，应用最为广泛； 模拟法由于简单、经济等原因，在某些场合目前仍被使用。 1. 频率的模拟测量技术 由电路原理可知，LC谐振回路在频率等于谐振频率时，幅频特性有一个峰值； RC文氏电桥在频率等于谐振频率处，输出电压为零，即有一个最小值。 频率的模拟测量原理是对于无源网络，若它们的频率特性存在极值，就可以利用这个极值点来实现频率的测量。 （1）文氏电桥法测频 文氏电桥法测频是利用电桥电源频率与交流电桥的平衡条件之间的关系来实现频率的测量，电路如图2-1所示。 将频率为fx的被测交流信号加在文氏电桥的一组对角线上，G为指示电桥平衡的检流计。 当交流电桥达到平衡时，有下式 （2-1） 由式（2-1）可知，电桥的平衡条件为 即，等式左右两端实部、虚部分别相等为电桥平衡的两个条件。 若取R1=R2=R，C1=C2=C 则平衡条件为 （2-2） 由式（2-2）可知，图2-1中的电桥在R3=2R4的条件下，调节R（或C）可使电桥对被测信号频率fx达到平衡（检流计指示最小）。在电桥面板上可变电阻（或电容）调节旋钮（度盘）如果按频率刻度，测试者便可从刻度上直接读得被测信号频率fx。一般情况下，电阻的调节相对电容的调节容易，通常采用固定电容，调节电阻的方式。 文氏电桥测频法的测频精确度大约是±（0.5～1）％。在高频时，由于寄生参数的影响严重，测量精确度大大降低，所以这种测频法仅适用于10kHz以下的音频范围。 （2）谐振法测频 谐振法测频是利用电感、电容串联谐振回路或并联谐振回路的谐振特性来实现频率的测量，电路如图2-2所示。 频率为fx的交流信号加到变压器的初级绕组上，调节电容C，当LC电路达到谐振点时，电流表或电压表将指示最大值，此时 如果电容的调节度盘按谐振频率刻度，则测试者可直接从刻度盘上读出被测频率值。 谐振法测量频率的误差大约在±（0.25～1）％范围内，常作为频率粗测或某些仪器的附属测频部件。 （3）频率/电压转换法测频 频率/电压转换法测频的原理如图2-3所示。 图2-3（a）中，频率为fx的正弦信号ux经脉冲形成电路转化为等周期的尖脉冲uA，该尖脉冲经单稳多谐振荡器，转化为周期为Tx，宽度为τ，幅度为Um的矩形脉冲列uB，其波形如图2-3（b）所示。uB的平均值U0（即直流分量）为 用低通滤波器滤除uB的全部交流分量。输出的直流电压用电压表指示，如果电压表表盘依照（2-3）式按频率刻度，则从电压表指针所指刻度便可直接读出被测频率fx。 以频率/电压转换法制成的频率计最高测量频率可达几兆赫，误差一般为百分之几。这种测量方法的突出优点是可以连续监测频率的变化。 （4）比较法测频 比较法测频就是用标准频率fc与被测频率fx进行比较，当把标准频率调节到与被测频率相等时指零仪表便指零，此时的标准频率值即被测频率值。比较法可分为拍频法测频与差频法测频两种。前者是将待测频率信号与标准频率信号在线性元件上叠加产生拍频。后者是将待测频率信号与标准频率信号在非线性元件上进行混频。目前拍频法测量频率的绝对误差约为零点几赫兹，差频法测量频率的误差可优于10-5量级，最低可测信号电平达0.1～1μV。拍频法和差频法在常规场合很少采用。 （5）示波器测量频率 用示波器测量频率有两种方法：一种是将被测信号加到示波器的Y通道，在荧光屏上测量被测信号的周期。另一种是将被测信号和标准频率信号分别加到示波器的X，通道和Y通道，观测荧光屏上显示的李沙育图形。 3. 频率的数字化测量 （1）计数法测量频率 用石英晶体振荡器产生的标准时钟信号经过分频后，得到周期为Td的脉冲信号，用来控制计数器的门电路的开启。如果被测信号的周期为Tx，在Td这段时间内进入计数器的脉冲个数Nx为 所以 Td越大，记录的脉冲个数Nx越多，f x的精确度越高。 （2）用计数器测量周期 当被测信号频率较低时，用计数器测量频率得到的读数Nx的位数较少，这样使测量误差增大。为此，采用测量周期的方法来增加读数的位数，降低测量误