第3章-模擬測(cè)量方法課件

1、電子測(cè)量技術(shù)3.1 3.1 電壓測(cè)量概述電壓測(cè)量概述1 電壓測(cè)量的意義電壓測(cè)量的意義電壓測(cè)量是電測(cè)量與非電測(cè)量的基礎(chǔ)；電壓測(cè)量是電測(cè)量與非電測(cè)量的基礎(chǔ)； 電測(cè)量中，許多電量的測(cè)量可以轉(zhuǎn)化為電壓測(cè)量：電測(cè)量中，許多電量的測(cè)量可以轉(zhuǎn)化為電壓測(cè)量： 表征電信號(hào)能量的三個(gè)基本參數(shù)：電壓、電流、功率表征電信號(hào)能量的三個(gè)基本參數(shù)：電壓、電流、功率其中：其中：電流、功率電流、功率 電壓電壓，再進(jìn)行測(cè)量，再進(jìn)行測(cè)量電路工作狀態(tài)：電路工作狀態(tài)：飽和與截止，線性度、失真度飽和與截止，線性度、失真度 電壓電壓表征表征非電測(cè)量中，非電測(cè)量中，物理量物理量 電壓電壓信號(hào)，再進(jìn)行測(cè)量信號(hào)，再進(jìn)行測(cè)量如：溫度、壓力、振動(dòng)、

2、（加）速度如：溫度、壓力、振動(dòng)、（加）速度電子測(cè)量技術(shù)3.1 3.1 電壓測(cè)量概述電壓測(cè)量概述2 電壓測(cè)量的特點(diǎn)電壓測(cè)量的特點(diǎn)應(yīng)有足夠?qū)挼念l率范圍應(yīng)有足夠?qū)挼念l率范圍 被測(cè)電壓的頻率可從直流（零頻）到數(shù)百兆赫，低頻被測(cè)電壓的頻率可從直流（零頻）到數(shù)百兆赫，低頻1MHZ1MHZ以下，高頻（射頻）以下，高頻（射頻）1MHZ1MHZ以上以上應(yīng)有足夠?qū)挼碾妷簻y(cè)量范圍應(yīng)有足夠?qū)挼碾妷簻y(cè)量范圍 微弱信號(hào)：心電醫(yī)學(xué)信號(hào)、地震波信號(hào)納伏級(jí)，超高壓信微弱信號(hào)：心電醫(yī)學(xué)信號(hào)、地震波信號(hào)納伏級(jí)，超高壓信號(hào)：電力系統(tǒng)中，數(shù)百千伏號(hào)：電力系統(tǒng)中，數(shù)百千伏電子測(cè)量技術(shù)應(yīng)有足夠高的測(cè)量準(zhǔn)確度應(yīng)有足夠高的測(cè)量準(zhǔn)確度 電壓測(cè)量

3、儀器的準(zhǔn)確度可用三種方式表示電壓測(cè)量?jī)x器的準(zhǔn)確度可用三種方式表示 1滿度值的百分?jǐn)?shù)，用于具有線性刻度的模擬電壓表中滿度值的百分?jǐn)?shù)，用于具有線性刻度的模擬電壓表中 2讀數(shù)值的百分?jǐn)?shù)，用于具有對(duì)數(shù)刻度的電壓表讀數(shù)值的百分?jǐn)?shù)，用于具有對(duì)數(shù)刻度的電壓表 3兩者之和，用在線性刻度電壓表中的一種比較嚴(yán)格的準(zhǔn)兩者之和，用在線性刻度電壓表中的一種比較嚴(yán)格的準(zhǔn)確度表征確度表征應(yīng)有足夠高的輸入阻抗應(yīng)有足夠高的輸入阻抗 電壓表的輸入阻抗是被測(cè)電路的額外負(fù)載，為減小測(cè)量電壓表的輸入阻抗是被測(cè)電路的額外負(fù)載，為減小測(cè)量?jī)x表在接入時(shí)對(duì)被測(cè)電路的分壓影響，希望儀器具有較儀表在接入時(shí)對(duì)被測(cè)電路的分壓影響，希望儀器具有較高輸入

4、阻抗高輸入阻抗應(yīng)有足夠高的抗干擾能力應(yīng)有足夠高的抗干擾能力 工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中，有較大的干擾工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中，有較大的干擾3.1 3.1 電壓測(cè)量概述電壓測(cè)量概述電子測(cè)量技術(shù)3.1 3.1 電壓測(cè)量概述電壓測(cè)量概述3 電壓測(cè)量的方法和分類電壓測(cè)量的方法和分類電壓測(cè)量方法的分類電壓測(cè)量方法的分類u按對(duì)象：直流電壓測(cè)量；交流電壓測(cè)量按對(duì)象：直流電壓測(cè)量；交流電壓測(cè)量u按技術(shù)：模擬測(cè)量；數(shù)字測(cè)量按技術(shù)：模擬測(cè)量；數(shù)字測(cè)量電壓測(cè)量?jī)x器的分類電壓測(cè)量?jī)x器的分類u模擬式電壓表；數(shù)字式電壓表模擬式電壓表；數(shù)字式電壓表電子測(cè)量技術(shù)3.2 3.2 交流電壓的測(cè)量交流電壓的測(cè)量1 表征交流電壓的基本參量表征交流電壓的基

5、本參量峰值、平均值、有效值、波峰系數(shù)和波形系數(shù)峰值、平均值、有效值、波峰系數(shù)和波形系數(shù)。u峰值峰值以零電平為參考的最大電以零電平為參考的最大電壓幅值（用壓幅值（用U Up p表示）。表示）。注：以直流分量為參考的最大注：以直流分量為參考的最大電壓幅值則稱為振幅，（通常電壓幅值則稱為振幅，（通常用用U Um m表示）。表示）。電子測(cè)量技術(shù)3.2 3.2 交流電壓的測(cè)量交流電壓的測(cè)量u平均值（均值）平均值（均值）數(shù)學(xué)上定義為：數(shù)學(xué)上定義為： 相當(dāng)于交流電壓相當(dāng)于交流電壓u(t)的的直流分量直流分量。交流電壓測(cè)量中，平均值通常指經(jīng)過(guò)全波或半波整流后交流電壓測(cè)量中，平均值通常指經(jīng)過(guò)全波或半波整流后的波

6、形（一般若無(wú)特指，均為全波整流）：的波形（一般若無(wú)特指，均為全波整流）： 對(duì)理想的正弦交流電壓對(duì)理想的正弦交流電壓u(t)=Upsin(t)，若，若=2/T 01( )TUu t dtT01( )TUu t dtT20.637ppUUU電子測(cè)量技術(shù)定義：交流電壓定義：交流電壓u(t)u(t)在一個(gè)周期在一個(gè)周期T T內(nèi)，通過(guò)某純電阻負(fù)載內(nèi)，通過(guò)某純電阻負(fù)載R R所產(chǎn)生的熱量，與一個(gè)直流電壓所產(chǎn)生的熱量，與一個(gè)直流電壓V V在同一負(fù)載上產(chǎn)生的在同一負(fù)載上產(chǎn)生的熱量相等時(shí)，則該直流電壓熱量相等時(shí)，則該直流電壓V V的數(shù)值就表示了交流電壓的數(shù)值就表示了交流電壓u(t)u(t)的有效值。的有效值。表達(dá)

7、式：表達(dá)式：3.2 3.2 交流電壓的測(cè)量交流電壓的測(cè)量201( )TUu t dtTu有效值有效值意義：有效值在數(shù)學(xué)上即為意義：有效值在數(shù)學(xué)上即為均方根值均方根值。有效值反映了交。有效值反映了交流電壓的功率，是表征交流電壓的重要參量。流電壓的功率，是表征交流電壓的重要參量。對(duì)理想的正弦交流電壓對(duì)理想的正弦交流電壓u(t)=Upsin(t)u(t)=Upsin(t)，若，若=2/T=2/T10.7072ppUUU電子測(cè)量技術(shù)3.2 3.2 交流電壓的測(cè)量交流電壓的測(cè)量u波峰系數(shù)和波形系數(shù)波峰系數(shù)和波形系數(shù)波峰系數(shù)定義：峰值與有效值的比值，用波峰系數(shù)定義：峰值與有效值的比值，用KP表示，表示，p

8、pUKU峰值有效值波形系數(shù)定義：有效值與平均值的比值，用波形系數(shù)定義：有效值與平均值的比值，用KF 表示，表示，F(xiàn)UKU有效值平均值電子測(cè)量技術(shù)3.2 3.2 交流電壓的測(cè)量交流電壓的測(cè)量對(duì)理想的正弦交流電壓對(duì)理想的正弦交流電壓u(t)=Upsin(t)，若，若=2/T對(duì)理想的正弦交流電壓對(duì)理想的正弦交流電壓u(t)=Upsin(t)，若，若=2/T21.41/2pppUKU(1/2)1.112/2 2pFpUKU（）電子測(cè)量技術(shù)3.2 3.2 交流電壓的測(cè)量交流電壓的測(cè)量 常見(jiàn)波形的波峰系數(shù)和波形系數(shù)可查表得到：常見(jiàn)波形的波峰系數(shù)和波形系數(shù)可查表得到：如如正弦波：正弦波：Kp=1.41，KF

9、=1.11； 方波：方波： Kp=1， KF=1； 三角波：三角波：Kp=1.73，KF=1.15； 鋸齒波：鋸齒波：Kp=1.73，KF=1.15； 脈沖波：脈沖波：Kp= ，KF= ， 為脈沖寬度，為脈沖寬度，T為周期為周期 白噪聲：白噪聲：Kp=3（較大），（較大），KF=1.25。TT電子測(cè)量技術(shù)3.2 3.2 交流電壓的測(cè)量交流電壓的測(cè)量2 交流電壓的測(cè)量方法交流電壓的測(cè)量方法 模擬電壓表模擬電壓表 檢波器是實(shí)現(xiàn)交流電壓測(cè)量（檢波器是實(shí)現(xiàn)交流電壓測(cè)量（AC-DC變換）的核變換）的核心部件，同時(shí)，為了測(cè)量小信號(hào)電壓，放大器也心部件，同時(shí)，為了測(cè)量小信號(hào)電壓，放大器也是電壓表中不可缺少的

10、部件，因此，組成方案有是電壓表中不可缺少的部件，因此，組成方案有兩種類型：兩種類型：一種是先檢波后放大，稱為檢波一種是先檢波后放大，稱為檢波-放大式；放大式；一種是先放大后檢波，稱為放大一種是先放大后檢波，稱為放大-檢波式。檢波式。 模擬電壓表的兩個(gè)重要指標(biāo)：帶寬和靈敏度模擬電壓表的兩個(gè)重要指標(biāo)：帶寬和靈敏度(分辨力分辨力)。電子測(cè)量技術(shù)3.2 3.2 交流電壓的測(cè)量交流電壓的測(cè)量檢波器檢波器 決定電壓表的頻率范圍、輸入阻抗和分辨力。決定電壓表的頻率范圍、輸入阻抗和分辨力。峰值電壓表峰值電壓表常用這種類型。常用這種類型。 檢波檢波- -放大式電壓表放大式電壓表a. a. 組成框圖組成框圖; b

11、.; b.提高靈敏度措施提高靈敏度措施電子測(cè)量技術(shù)3.2 3.2 交流電壓的測(cè)量交流電壓的測(cè)量l檢波器檢波器為提高頻率范圍，采用超高頻二極管檢波，其頻率為提高頻率范圍，采用超高頻二極管檢波，其頻率范圍可從直流到幾百兆赫，并具有較高的輸入阻抗。范圍可從直流到幾百兆赫，并具有較高的輸入阻抗。檢波二極管的檢波二極管的正向壓降正向壓降限制了其測(cè)量小信號(hào)電壓的限制了其測(cè)量小信號(hào)電壓的能力（即靈敏度限制），同時(shí)，檢波二極管的能力（即靈敏度限制），同時(shí)，檢波二極管的反向反向擊穿電壓擊穿電壓對(duì)電壓測(cè)量的上限有所限制。對(duì)電壓測(cè)量的上限有所限制。 為減小高頻信號(hào)在傳輸過(guò)程中的損失，通常將峰值為減小高頻信號(hào)在傳輸過(guò)

12、程中的損失，通常將峰值檢波器直接設(shè)計(jì)在探頭中。檢波器直接設(shè)計(jì)在探頭中。l放大器放大器采用橋式直流放大器，它具有較高的增益。采用橋式直流放大器，它具有較高的增益。直流放大器的零點(diǎn)漂移也將影響電壓表的靈敏度。直流放大器的零點(diǎn)漂移也將影響電壓表的靈敏度。電子測(cè)量技術(shù)3.2 3.2 交流電壓的測(cè)量交流電壓的測(cè)量為提高靈敏度，采用高增益、低漂移的直流放大器，為提高靈敏度，采用高增益、低漂移的直流放大器，如斬波穩(wěn)零式直流放大器，其靈敏度可達(dá)幾十微伏。如斬波穩(wěn)零式直流放大器，其靈敏度可達(dá)幾十微伏。稱之為稱之為“調(diào)制式電壓表調(diào)制式電壓表” ，如國(guó)產(chǎn)，如國(guó)產(chǎn)HFJ-8型高頻毫型高頻毫伏表，最低量程為伏表，最低量

13、程為3mV，最高工作頻率，最高工作頻率300MHz。 l主要指標(biāo)：主要指標(biāo)：檢波檢波-放大式電壓表常稱為放大式電壓表常稱為“高頻毫伏表高頻毫伏表”或或“超超高頻毫伏表高頻毫伏表” 。如國(guó)產(chǎn)。如國(guó)產(chǎn)DA36型超高頻毫伏表，頻型超高頻毫伏表，頻率范圍為率范圍為10kHz1000MHz，電壓范圍（不加分壓，電壓范圍（不加分壓器）器）1mV10V。 國(guó)產(chǎn)國(guó)產(chǎn)HFJ-8型高頻毫伏表（調(diào)制式），最低量程為型高頻毫伏表（調(diào)制式），最低量程為3mV，最高工作頻率，最高工作頻率300MHz。 電子測(cè)量技術(shù)3.2 3.2 交流電壓的測(cè)量交流電壓的測(cè)量放大放大-檢波式電壓表檢波式電壓表先放大再檢波，因此靈敏度很高。

14、先放大再檢波，因此靈敏度很高。均值電壓表均值電壓表常用這種方式。常用這種方式。步步進(jìn)進(jìn)分分壓壓器器寬寬帶帶交交流流放放大大器器均均值值檢檢波波器器uAl放大器放大器寬帶交流放大器決定了電壓表的頻率范圍。一般寬帶交流放大器決定了電壓表的頻率范圍。一般上限為上限為10MHz10MHz。常稱為。常稱為“寬頻毫伏表寬頻毫伏表”或或“視頻視頻毫伏表毫伏表” ” 。靈敏度受仍受寬帶交流放大器內(nèi)部噪聲限制。靈敏度受仍受寬帶交流放大器內(nèi)部噪聲限制。電子測(cè)量技術(shù)有效值電壓表有效值電壓表 ：熱電轉(zhuǎn)換法；：熱電轉(zhuǎn)換法； 公式法公式法外差式電壓表外差式電壓表原理原理 外差式接收原理。外差式接收原理。3.2 3.2 交

15、流電壓的測(cè)量交流電壓的測(cè)量電子測(cè)量技術(shù)3.2 3.2 交流電壓的測(cè)量交流電壓的測(cè)量特點(diǎn)特點(diǎn) 大大提高靈敏度大大提高靈敏度（可達(dá)（可達(dá)-120dB-120dB，相當(dāng)于，相當(dāng)于0.775V0.775V）。）。常稱為常稱為“高頻微伏表高頻微伏表” 。如。如DW-1DW-1型，頻率范型，頻率范圍為圍為100kHz100kHz300MHz300MHz，最小量程，最小量程15V 15V 。 應(yīng)用應(yīng)用 小信號(hào)電壓的測(cè)量以及從噪聲中測(cè)量有用信號(hào)。小信號(hào)電壓的測(cè)量以及從噪聲中測(cè)量有用信號(hào)。 放大器諧波失真的測(cè)量、濾波器衰耗特性測(cè)量及通信傳放大器諧波失真的測(cè)量、濾波器衰耗特性測(cè)量及通信傳輸系統(tǒng)中。輸系統(tǒng)中。電子測(cè)

16、量技術(shù) 平均值檢波原理平均值檢波原理 由二極管橋式整流（全波整流和半波整流）電路完成。由二極管橋式整流（全波整流和半波整流）電路完成。如圖，整流電路輸出直流電流如圖，整流電路輸出直流電流I I0 0，其平均值與被測(cè)輸入，其平均值與被測(cè)輸入電壓電壓u(t)u(t)的平均值成正比（與的平均值成正比（與u(t)u(t)的波形無(wú)關(guān)）。的波形無(wú)關(guān)）。（電容（電容C C用于濾除整流后的交流成分，避免指針擺動(dòng)）用于濾除整流后的交流成分，避免指針擺動(dòng)）3 平均值電壓的測(cè)量平均值電壓的測(cè)量I0u(t)D1D2D3D4CCu(t)D1D2I03.2 3.2 交流電壓的測(cè)量交流電壓的測(cè)量電子測(cè)量技術(shù) 原理原理均值響

17、應(yīng)，即：均值響應(yīng)，即：u(t) 放大放大均值檢波均值檢波驅(qū)動(dòng)表頭驅(qū)動(dòng)表頭 刻度特性刻度特性n表頭刻度按（純）表頭刻度按（純）正弦波有效值刻度正弦波有效值刻度。因此：。因此：n當(dāng)輸入當(dāng)輸入u(t)為正弦波時(shí)，讀數(shù)為正弦波時(shí)，讀數(shù)即為即為u(t)的有效值的有效值U（而不是該純（而不是該純正弦波的均值）。正弦波的均值）。n對(duì)于非正弦波的任意波形，讀數(shù)對(duì)于非正弦波的任意波形，讀數(shù)沒(méi)有直接意義（既不等于其均沒(méi)有直接意義（既不等于其均值也不等于其有效值值也不等于其有效值U）。但可由讀數(shù)）。但可由讀數(shù)換算出均值和有效值。換算出均值和有效值。V平平均均值值檢檢波波表表頭頭( (讀讀數(shù)數(shù)= =) )u(t)3.

18、2 3.2 交流電壓的測(cè)量交流電壓的測(cè)量電子測(cè)量技術(shù)由讀數(shù)由讀數(shù)換算出均值和有效值的換算步驟如下：換算出均值和有效值的換算步驟如下： 第一步，把讀數(shù)第一步，把讀數(shù)想象為有效值等于想象為有效值等于的純正弦波輸?shù)募冋也ㄝ斎霑r(shí)的讀數(shù)，即入時(shí)的讀數(shù)，即第二步，由第二步，由 計(jì)算該純正弦波均值計(jì)算該純正弦波均值第三步，假設(shè)均值等于第三步，假設(shè)均值等于 的被測(cè)波形（任意波）輸?shù)谋粶y(cè)波形（任意波）輸入入 ，即，即 注：注：“對(duì)于均值電壓表，（任意波形的）均值相等，對(duì)于均值電壓表，（任意波形的）均值相等，則讀數(shù)相等則讀數(shù)相等” 。第四步，由第四步，由 ，再根據(jù)該波形的波形系數(shù)（查，再根據(jù)該波形的波形系數(shù)（查

19、表可得），其有效值表可得），其有效值UU0.9UU任意U任意0.9FFUKUK任意任意任意任意U3.2 3.2 交流電壓的測(cè)量交流電壓的測(cè)量電子測(cè)量技術(shù)上述過(guò)程可統(tǒng)一推導(dǎo)如下：上述過(guò)程可統(tǒng)一推導(dǎo)如下：上式表明，對(duì)任意波形，欲從均值電壓表讀數(shù)上式表明，對(duì)任意波形，欲從均值電壓表讀數(shù)得到有效值，需將得到有效值，需將乘以因子乘以因子k k。（。（若式中的若式中的任意波為正弦波，則任意波為正弦波，則k=1k=1，讀數(shù)讀數(shù)即為正弦波的即為正弦波的有效值）。有效值）。 ,FFFFUUKUKUKkK任意任意任意任意任意0.91.11FFFFKKkKK任意任意任意3.2 3.2 交流電壓的測(cè)量交流電壓的測(cè)量電

20、子測(cè)量技術(shù)綜上所述，對(duì)于任意波形而言，均值電壓表的綜上所述，對(duì)于任意波形而言，均值電壓表的讀數(shù)讀數(shù)沒(méi)有直接意義，由讀數(shù)沒(méi)有直接意義，由讀數(shù)到均值和有效到均值和有效值需進(jìn)行換算，換算關(guān)系歸納如下：值需進(jìn)行換算，換算關(guān)系歸納如下：式中，式中，為均值電壓表讀數(shù)，為均值電壓表讀數(shù)，K KF F為波形系數(shù)。為波形系數(shù)。波形誤差。若將讀數(shù)波形誤差。若將讀數(shù)直接作為有效值，產(chǎn)生直接作為有效值，產(chǎn)生的誤差的誤差0.90.9FK（任意波）均值U（任意波）有效值U0.910.91.1110.90.9FFFFFKKKKK3.2 3.2 交流電壓的測(cè)量交流電壓的測(cè)量電子測(cè)量技術(shù)例：用平均值表（全波式）分別測(cè)量方波及三

21、角波例：用平均值表（全波式）分別測(cè)量方波及三角波電壓，電壓表均指在電壓，電壓表均指在10V10V位置，問(wèn)被測(cè)電壓的有效值分位置，問(wèn)被測(cè)電壓的有效值分別是多少？別是多少？對(duì)于方波對(duì)于方波，先將示值（，先將示值（10V10V）折算成正弦波的平均值）折算成正弦波的平均值再用波形系數(shù)換算成有效值。再用波形系數(shù)換算成有效值。對(duì)于三角波對(duì)于三角波，因示值與方波相同，表明它的平均值，因示值與方波相同，表明它的平均值也是也是9V,9V,有效值有效值3.2 3.2 交流電壓的測(cè)量交流電壓的測(cè)量電子測(cè)量技術(shù)3.2 3.2 交流電壓的測(cè)量交流電壓的測(cè)量誤差分析誤差分析電子測(cè)量技術(shù)3.2 3.2 交流電壓的測(cè)量交流電

22、壓的測(cè)量 有效值檢波原理有效值檢波原理利用二極管平方律伏安特性檢波利用二極管平方律伏安特性檢波 根據(jù)根據(jù) 為得到有效值為得到有效值, ,首先需對(duì)首先需對(duì)u(t)u(t)平方平方小信號(hào)時(shí)二極管正向伏安特性曲線可近似為平方關(guān)系。小信號(hào)時(shí)二極管正向伏安特性曲線可近似為平方關(guān)系。缺點(diǎn)：精度低且動(dòng)態(tài)范圍小。缺點(diǎn)：精度低且動(dòng)態(tài)范圍小。 因此，實(shí)際應(yīng)用中，采用因此，實(shí)際應(yīng)用中，采用分段逼近平方律分段逼近平方律的二極管伏安的二極管伏安特性曲線圖的電路。特性曲線圖的電路。201( )TUut dtT4 有效值電壓的測(cè)量有效值電壓的測(cè)量電子測(cè)量技術(shù)3.2 3.2 交流電壓的測(cè)量交流電壓的測(cè)量利用模擬運(yùn)算的集成電路

23、檢波利用模擬運(yùn)算的集成電路檢波 原理圖原理圖通過(guò)多級(jí)運(yùn)算器級(jí)連實(shí)現(xiàn)通過(guò)多級(jí)運(yùn)算器級(jí)連實(shí)現(xiàn) 模擬乘法器（平方）模擬乘法器（平方）積分積分開方開方比例運(yùn)比例運(yùn)算。算。 單片集成單片集成TRMS/DC電路，如電路，如AD536AK等。等。2( )ut0TAu(t)Vrms電子測(cè)量技術(shù)3.2 3.2 交流電壓的測(cè)量交流電壓的測(cè)量 利用熱電偶有效值檢波利用熱電偶有效值檢波熱電效應(yīng)：兩種不同導(dǎo)體的兩端相互連接在一起，熱電效應(yīng)：兩種不同導(dǎo)體的兩端相互連接在一起，組成一個(gè)閉合回路，當(dāng)兩節(jié)點(diǎn)處溫度不同時(shí)，回路組成一個(gè)閉合回路，當(dāng)兩節(jié)點(diǎn)處溫度不同時(shí)，回路中將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，從而形成電流，這一現(xiàn)象稱為熱中將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，

24、從而形成電流，這一現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)稱為電效應(yīng)，所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)稱為熱電動(dòng)勢(shì)熱電動(dòng)勢(shì)。熱電效應(yīng)原理圖熱電效應(yīng)原理圖當(dāng)熱端當(dāng)熱端T和冷端和冷端T0存在溫差時(shí)（即存在溫差時(shí)（即TT0），則存在），則存在熱電動(dòng)勢(shì)，且熱電動(dòng)勢(shì)，且熱電動(dòng)勢(shì)的大小與溫差熱電動(dòng)勢(shì)的大小與溫差T=T-T0成正成正比比。冷冷端端T T0 0熱熱端端T T電子測(cè)量技術(shù)3.2 3.2 交流電壓的測(cè)量交流電壓的測(cè)量l熱電偶：熱電偶： 將兩種不同金屬進(jìn)行特別封裝并標(biāo)定后，稱為一將兩種不同金屬進(jìn)行特別封裝并標(biāo)定后，稱為一對(duì)熱電偶（簡(jiǎn)稱熱偶）。對(duì)熱電偶（簡(jiǎn)稱熱偶）。l熱電偶溫度測(cè)量原理：熱電偶溫度測(cè)量原理： 若冷端溫度為恒定的

25、參考溫度，則通過(guò)熱電動(dòng)若冷端溫度為恒定的參考溫度，則通過(guò)熱電動(dòng)勢(shì)就可得到熱端（被測(cè)溫度點(diǎn)）的溫度。勢(shì)就可得到熱端（被測(cè)溫度點(diǎn)）的溫度。l熱電偶有效值檢波原理：熱電偶有效值檢波原理：若通過(guò)被測(cè)交流電壓對(duì)熱電偶的熱端進(jìn)行加熱，則若通過(guò)被測(cè)交流電壓對(duì)熱電偶的熱端進(jìn)行加熱，則熱電動(dòng)勢(shì)將反映該交流電壓的有效值，從而實(shí)現(xiàn)了熱電動(dòng)勢(shì)將反映該交流電壓的有效值，從而實(shí)現(xiàn)了有效值檢波。如下圖。有效值檢波。如下圖。電子測(cè)量技術(shù)3.2 3.2 交流電壓的測(cè)量交流電壓的測(cè)量熱電偶有效值檢波原理圖熱電偶有效值檢波原理圖圖中，直流電流圖中，直流電流I與被測(cè)電壓與被測(cè)電壓u(t)的有效值的有效值U的關(guān)系：的關(guān)系：電流電流I熱

26、電動(dòng)勢(shì)熱電動(dòng)勢(shì)熱端與冷端的溫差，而熱端溫度熱端與冷端的溫差，而熱端溫度u(t)功功率率u(t)的有效值的有效值U的平方，故的平方，故R Ru u( (t t) )冷冷端端T T0 0加加熱熱絲絲熱熱端端T T熱熱偶偶M Mu uA A連連接接導(dǎo)導(dǎo)線線I I2IU電子測(cè)量技術(shù)3.2 3.2 交流電壓的測(cè)量交流電壓的測(cè)量表頭刻度線性化處理：采用兩對(duì)相同的熱電偶，分別稱表頭刻度線性化處理：采用兩對(duì)相同的熱電偶，分別稱為為測(cè)量熱電偶和平衡熱電偶測(cè)量熱電偶和平衡熱電偶，如下圖。，如下圖。R Ru u( (t t) )冷冷端端T T0 0加加熱熱絲絲熱熱端端T T測(cè)測(cè)量量熱熱偶偶電電流流表表平平衡衡熱熱偶

27、偶+ +- -V Vo oE Ex xE Ef fV Vi i熱熱端端T T連連接接導(dǎo)導(dǎo)線線差差分分放放大大器器電子測(cè)量技術(shù)上圖中，通過(guò)平衡熱偶形成一個(gè)電壓負(fù)反饋系統(tǒng)。上圖中，通過(guò)平衡熱偶形成一個(gè)電壓負(fù)反饋系統(tǒng)。測(cè)量熱偶的熱電動(dòng)勢(shì)測(cè)量熱偶的熱電動(dòng)勢(shì)ExU2，令，令Ex=k1 U2 ；平衡熱偶的熱電動(dòng)勢(shì)平衡熱偶的熱電動(dòng)勢(shì)EfU02，及，及Ef =k2 U02 ；假如兩對(duì)熱偶具有相同特性，即假如兩對(duì)熱偶具有相同特性，即k1= k2 =k ，=則差分放大器輸入電壓則差分放大器輸入電壓Ui=Ex-Ef=k(U2 - U02 ) ，若放大器增益足夠大，則有若放大器增益足夠大，則有Ui=0，=U0=U （

28、即輸出電壓等于（即輸出電壓等于u(t)有效值）有效值）3.2 3.2 交流電壓的測(cè)量交流電壓的測(cè)量電子測(cè)量技術(shù)3.2 3.2 交流電壓的測(cè)量交流電壓的測(cè)量l有效值電壓表的特點(diǎn)有效值電壓表的特點(diǎn)理論上不存在波形誤差，因此也稱真有效值電壓表（讀數(shù)與波形理論上不存在波形誤差，因此也稱真有效值電壓表（讀數(shù)與波形無(wú)關(guān)）。無(wú)關(guān)）。 比如，對(duì)非正弦波，可視為由基波和各次諧波構(gòu)成，比如，對(duì)非正弦波，可視為由基波和各次諧波構(gòu)成，若其有效值分別為若其有效值分別為U1、U2、U3、，則讀數(shù)，則讀數(shù)但實(shí)際有效值電壓表，下面兩種情況使讀數(shù)偏?。旱珜?shí)際有效值電壓表，下面兩種情況使讀數(shù)偏小： 對(duì)于波峰系數(shù)較大的交流電壓波形

29、，由于電路飽和使電壓表可能對(duì)于波峰系數(shù)較大的交流電壓波形，由于電路飽和使電壓表可能出現(xiàn)出現(xiàn)“削波削波” ；高于電壓表；高于電壓表有效帶寬有效帶寬的波形分量將被抑制。它們的波形分量將被抑制。它們都將損失有效值分量。都將損失有效值分量。缺點(diǎn)：受環(huán)境溫度影響較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格較貴。缺點(diǎn)：受環(huán)境溫度影響較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格較貴。實(shí)際應(yīng)用中，常采用峰值或均值電壓表測(cè)有效值。實(shí)際應(yīng)用中，常采用峰值或均值電壓表測(cè)有效值。2212(.)kUkUU電子測(cè)量技術(shù)3.2 3.2 交流電壓的測(cè)量交流電壓的測(cè)量 原理原理 峰值響應(yīng)，即：峰值響應(yīng)，即：u(t)峰值檢波峰值檢波放大放大驅(qū)動(dòng)表驅(qū)動(dòng)表頭頭 刻度特性刻度特性

30、表頭刻度按（純）表頭刻度按（純）正弦波有效值刻度正弦波有效值刻度。因此：。因此：當(dāng)輸入當(dāng)輸入u(t)為正弦波時(shí)，為正弦波時(shí)，讀數(shù)讀數(shù)即為即為u(t)的有效值的有效值U U（而（而不是該純正弦波的峰值不是該純正弦波的峰值U Up p）。）。對(duì)于非正弦波的任意波形，讀數(shù)對(duì)于非正弦波的任意波形，讀數(shù)沒(méi)有直接意義（既不沒(méi)有直接意義（既不等于其峰值等于其峰值U Up p也不等于其有效值也不等于其有效值U U）。但可由讀數(shù)）。但可由讀數(shù)換換算出峰值和有效值。算出峰值和有效值。4 峰值電壓的測(cè)量峰值電壓的測(cè)量電子測(cè)量技術(shù)3.2 3.2 交流電壓的測(cè)量交流電壓的測(cè)量由讀數(shù)由讀數(shù)換算出峰值和有效值的換算步驟如下

31、：換算出峰值和有效值的換算步驟如下： 第一步，把讀數(shù)第一步，把讀數(shù)想象為有效值等于想象為有效值等于的純正弦波輸?shù)募冋也ㄝ斎霑r(shí)的讀數(shù)，即入時(shí)的讀數(shù)，即第二步，將第二步，將U轉(zhuǎn)換為該純正弦波的峰值轉(zhuǎn)換為該純正弦波的峰值第三步，假設(shè)峰值等于第三步，假設(shè)峰值等于Up的被測(cè)波形（任意波）輸?shù)谋粶y(cè)波形（任意波）輸入入 ，即，即注：注：“對(duì)于峰值電壓表，（任意波形的）峰值相等，對(duì)于峰值電壓表，（任意波形的）峰值相等，則讀數(shù)相等則讀數(shù)相等” 。第四步，由第四步，由 ，再根據(jù)該波形的波峰系數(shù)（查表可，再根據(jù)該波形的波峰系數(shù)（查表可得），其有效值得），其有效值U22pUU2ppUU任意pU任意電子測(cè)量技術(shù)3.2

32、 3.2 交流電壓的測(cè)量交流電壓的測(cè)量上述過(guò)程可統(tǒng)一推導(dǎo)如下：上述過(guò)程可統(tǒng)一推導(dǎo)如下：該式表明：該式表明：對(duì)任意波形，欲從讀數(shù)對(duì)任意波形，欲從讀數(shù)得到有效得到有效值，需將值，需將乘以因子乘以因子k k。（。（若式中的任意波為正若式中的任意波為正弦波，則弦波，則k=1k=1，讀數(shù)讀數(shù)即為正弦波的有效值）。即為正弦波的有效值）。2,pppppppppUUK UKUkkKKKKK任意任意任意任意任意任意任意電子測(cè)量技術(shù)3.2 3.2 交流電壓的測(cè)量交流電壓的測(cè)量綜上所述，對(duì)于任意波形而言，峰值電壓表的綜上所述，對(duì)于任意波形而言，峰值電壓表的讀數(shù)讀數(shù)沒(méi)有直接意義，由讀數(shù)沒(méi)有直接意義，由讀數(shù)到峰值和有效

33、值到峰值和有效值需進(jìn)行換算，換算關(guān)系歸納如下：需進(jìn)行換算，換算關(guān)系歸納如下： 式中，式中，為峰值電壓表讀數(shù)，為峰值電壓表讀數(shù)，Kp為波峰系數(shù)。為波峰系數(shù)。 波形誤差。若將讀數(shù)波形誤差。若將讀數(shù)直接作為有效值，產(chǎn)生的直接作為有效值，產(chǎn)生的誤差。誤差。21.4121.41ppKKp（任意波）峰值V（任意波）有效值V221222ppppKKKK電子測(cè)量技術(shù)例例: 用峰值表分別測(cè)量方波及三角波電壓，電壓用峰值表分別測(cè)量方波及三角波電壓，電壓表均指在表均指在5V位置，問(wèn)被測(cè)電壓有效值是多少？位置，問(wèn)被測(cè)電壓有效值是多少？對(duì)于方波對(duì)于方波，3.2 3.2 交流電壓的測(cè)量交流電壓的測(cè)量對(duì)于三角波對(duì)于三角波，

34、電子測(cè)量技術(shù)5 脈沖電壓的測(cè)量脈沖電壓的測(cè)量3.2 3.2 交流電壓的測(cè)量交流電壓的測(cè)量脈沖電壓表的原理脈沖電壓表的原理電容器電容器C C充電時(shí)充電時(shí)放電時(shí)放電時(shí)電路平衡時(shí)電路平衡時(shí)Q1=Q2Q1=Q2電子測(cè)量技術(shù)理論誤差理論誤差代入代入U(xiǎn)pUp后得后得3.2 3.2 交流電壓的測(cè)量交流電壓的測(cè)量電子測(cè)量技術(shù) 電子測(cè)量中，習(xí)慣上把信號(hào)電壓以外的電壓統(tǒng)稱為噪聲。電子測(cè)量中，習(xí)慣上把信號(hào)電壓以外的電壓統(tǒng)稱為噪聲。 產(chǎn)生：電子電路中，各種元器件內(nèi)部帶電質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的不產(chǎn)生：電子電路中，各種元器件內(nèi)部帶電質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的不 規(guī)則造成的現(xiàn)象。規(guī)則造成的現(xiàn)象。 分類分類 熱噪聲熱噪聲：材料一定溫度下，內(nèi)部微粒不規(guī)則

35、的熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生：材料一定溫度下，內(nèi)部微粒不規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生 散粒噪聲散粒噪聲：電荷運(yùn)動(dòng)的不連續(xù)產(chǎn)生的晶體管噪聲：電荷運(yùn)動(dòng)的不連續(xù)產(chǎn)生的晶體管噪聲 統(tǒng)稱為統(tǒng)稱為白噪聲：各頻率能量分布均勻白噪聲：各頻率能量分布均勻 性質(zhì)：隨機(jī)信號(hào)、波形非周期、變化無(wú)規(guī)律性質(zhì)：隨機(jī)信號(hào)、波形非周期、變化無(wú)規(guī)律3.3 3.3 噪聲電壓的測(cè)量噪聲電壓的測(cè)量1 噪聲的基本特性噪聲的基本特性電子測(cè)量技術(shù)采用平均值表測(cè)量。采用平均值表測(cè)量。波形系數(shù)波形系數(shù)有效值有效值注意問(wèn)題注意問(wèn)題：選用表頻率范圍盡量寬選用表頻率范圍盡量寬 利用量程開關(guān)，克服利用量程開關(guān)，克服“削波削波”現(xiàn)現(xiàn)象象1.25FK2 噪聲電壓的測(cè)量噪聲電壓的測(cè)量3

36、.3 3.3 噪聲電壓的測(cè)量噪聲電壓的測(cè)量0.90.9 1.251.13FUK UUU電子測(cè)量技術(shù)3 器件噪聲的測(cè)量器件噪聲的測(cè)量3.3 3.3 噪聲電壓的測(cè)量噪聲電壓的測(cè)量電子測(cè)量技術(shù)3.3 3.3 噪聲電壓的測(cè)量噪聲電壓的測(cè)量正弦信號(hào)法正弦信號(hào)法噪聲發(fā)生器法噪聲發(fā)生器法電子測(cè)量技術(shù)3.3 3.3 噪聲電壓的測(cè)量噪聲電壓的測(cè)量噪聲帶寬的測(cè)量噪聲帶寬的測(cè)量正弦信號(hào)法正弦信號(hào)法電子測(cè)量技術(shù)3.3 3.3 噪聲電壓的測(cè)量噪聲電壓的測(cè)量噪聲發(fā)生器法噪聲發(fā)生器法信噪比的測(cè)試信噪比的測(cè)試電子測(cè)量技術(shù)分貝分貝聲學(xué)中，分貝是表示音量強(qiáng)弱的一個(gè)單位。聲學(xué)中，分貝是表示音量強(qiáng)弱的一個(gè)單位。通信系統(tǒng)中，也常用分貝表示電平或功率。通信系統(tǒng)中，也常用分貝表示電平或功率。當(dāng)用分貝表示功率時(shí)，定義為：當(dāng)用分貝表示功率時(shí)，定義為：當(dāng)用分貝表示電壓時(shí)，當(dāng)用分貝表示電壓時(shí)， 由功率與電壓的關(guān)系：由功率與電壓的關(guān)系： 和和當(dāng)當(dāng)R R1 1=R=R2 2時(shí)，有時(shí)，有3.4 3.4 分貝的測(cè)量分貝的測(cè)量1210lgPdBP2111UPR2222UPR1220lgUdBU電子測(cè)量技術(shù)分貝分貝可見(jiàn)，分貝是一個(gè)用對(duì)數(shù)表示的相對(duì)量值（記作可見(jiàn)，分貝是一個(gè)用對(duì)數(shù)表示的相對(duì)量值（記作dB），），如果相對(duì)