第6章電壓測(cè)量

第6章電壓測(cè)量本章主要內(nèi)容電壓測(cè)量的特點(diǎn)、方法與分類交流電壓的表征量電壓表的分類模擬式電壓表組成原理數(shù)字式電壓表的組成及性能指標(biāo)第6章電壓測(cè)量1、電壓測(cè)量的特點(diǎn)從直流到上千MHz范圍（1）頻率范圍廣從nV級(jí)微弱信號(hào)到數(shù)百kV的高電壓（2）量程寬電壓測(cè)量?jī)x表的輸入阻抗是被測(cè)電路的附加并聯(lián)負(fù)載，為減小電壓測(cè)量?jī)x表對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，要求電壓表的輸入阻抗很高（3）輸入阻抗高（4）被測(cè)波形多種多樣（5）抗干擾能力強(qiáng),測(cè)量精度不高2、電壓測(cè)量方法的分類直流電壓測(cè)量和交流電壓測(cè)量（1）按照頻率范圍分類脈沖電壓測(cè)量、有效值電壓測(cè)量等（2）按照被測(cè)信號(hào)特點(diǎn)分類模擬式電壓測(cè)量和數(shù)字式電壓測(cè)量（3）按照測(cè)量原理分類第6章電壓測(cè)量3、交流電壓表征量

電量測(cè)量中的很多電參數(shù)，包括電流、功率、設(shè)備的靈敏度等都可以視作電壓的派生量，通過電壓測(cè)量獲得其量值。交流電壓的表征量包括平均值、峰值、有效值以及波峰因數(shù)KP、波形因數(shù)KF。第6章電壓測(cè)量3、交流電壓表征量——峰值

u(t)t0a）

UP-P

tu(t)0b）UP-PUm定義：周期性交流電壓在一個(gè)周期內(nèi)偏離零電壓的最大值稱為峰值，記為UP分類：正峰值UP+、負(fù)峰值UP–。振幅Um定義：交流電壓在一個(gè)周期內(nèi)偏離直流分量U0的最大值稱為幅值或振幅。說明：表征量還有谷值和峰峰值UP–P。注意：關(guān)于坐標(biāo)軸對(duì)稱的純交流電壓，數(shù)值上存在UP+=UP-第6章電壓測(cè)量u(t)在一個(gè)周期內(nèi)偏離直流分量U0的最大值稱為幅值或振幅，用Um表示，正、負(fù)幅值不等時(shí)分別用Um+和Um-表示，如圖(b)所示，圖中U0=0，且正、負(fù)幅值相等。圖

交流電壓的峰值與幅值3、交流電壓表征量——有效值交流電壓的大小通常是指它的有效值U，有效值又稱為均方根值，是根據(jù)它的物理定義來確定的。數(shù)學(xué)計(jì)算式為：第6章電壓測(cè)量在電工理論中曾定義：某一交流電壓的有效值等于這樣一個(gè)直流電壓的數(shù)值U，即當(dāng)該交流電壓和數(shù)值為U的直流電壓分別施加于同一個(gè)電阻上時(shí)，在一個(gè)周期內(nèi)兩者消耗的電能相等，3、交流電壓表征量——平均值平均值通常指交流電壓檢波(也稱整流)以后的平均值物理意義：波形中的直流成分。分類：半波平均值和全波平均值。計(jì)算式0≤t＜T對(duì)于純交流電壓，存在關(guān)系：

tu(t)0b）第6章電壓測(cè)量圖

半波和全波整流3、交流電壓表征量練習(xí)1：下圖三個(gè)電壓量，應(yīng)該分別標(biāo)注為什么量？??？UpUm第6章電壓測(cè)量3、交流電壓表征量波形因數(shù)KF交流電壓的波形因數(shù)KF定義為交流電壓的有效值U與平均值之比，即波峰因數(shù)KP交流電壓的波峰因數(shù)KP定義為交流電壓的峰值UP與有效值U之比，即不同波形的波形因數(shù)和波峰因數(shù)具有不同的定值。交流電壓的有效值、平均值和峰值間有一定的關(guān)系，可分別用波形因數(shù)(或稱波形系數(shù))及波峰因數(shù)(或稱波峰系數(shù))表示3、交流電壓表征量常見波形的波峰因數(shù)和波形因數(shù)可查表6-1得到（P204） 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

鋸齒波：Kp=1.73KF=1.15 白噪聲：Kp=3（較大）KF=1.25第6章電壓測(cè)量3、交流電壓表征量常見波形的波峰因數(shù)和波形因數(shù)可查表6-1得到（P204） 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

鋸齒波：Kp=1.73KF=1.15 白噪聲：Kp=3（較大）KF=1.25提示國(guó)際上一直以有效值作為交流電壓的表征量。例如電壓表，除特殊情況外，幾乎都按正弦波的有效值來刻度的。如果被測(cè)電壓是有效值，可以由表6-1很容易地推導(dǎo)出該電壓的峰值和平均值。第6章電壓測(cè)量4、電子電壓表的分類第6章電壓測(cè)量主方向可分模擬式和數(shù)字式，其下又有細(xì)分。1）模擬式電壓表定義：用磁電式直流電流表作為指示器。檢波器分類：均值、峰值和有效值檢波器交流電壓表分類：均值、峰值和有效值電壓表均值電壓表：平均值相等則示值也相等峰值電壓表：示值相等則峰值也相等練習(xí)題1、如果已知三角波、方波、正弦波的峰值都是20V，則他們的有效值是多少？練習(xí)題2、如果已知三角波、方波、正弦波的峰值都是20V，則他們的平均值是多少？P231第3、4題例6-2：P209用峰值電壓表分別測(cè)量正弦波、方波和三角波電壓，示值均為20V。求被測(cè)三種電壓的有效值。解：被測(cè)電壓為正弦波時(shí)，U正弦波=Ua=20V。峰值電壓表：示值相等則峰值也相等

被測(cè)電壓為方波時(shí)，U方波=UP方波=28.2V被測(cè)電壓為三角波時(shí)，U三角波=UP三角波/1.732=16.4VUP正弦波=UP方波=UP三角波UP正弦波≈1.414×U正弦波=28.2V4、電子電壓表的分類第6章電壓測(cè)量主方向可分模擬式和數(shù)字式，其下又有細(xì)分。2）數(shù)字式電壓表（DVM）定義：利用A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)將被測(cè)模擬電壓量轉(zhuǎn)換為數(shù) 字量，并將測(cè)量結(jié)果以十進(jìn)制形式顯示出來。分類1：直流、交流。分類2：積分式、比較式和復(fù)合式。應(yīng)用較多的是雙積分式DVM，其次是逐次比較式DVM。組成：模擬電路、數(shù)字邏輯電路、顯示電路特點(diǎn)：測(cè)量準(zhǔn)確度高、分辨力強(qiáng)、測(cè)速快、輸入阻抗高、過載 能力強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)。4、電子電壓表的分類第6章電壓測(cè)量主方向可分模擬式和數(shù)字式，其下又有細(xì)分。2）數(shù)字式電壓表（DVM）組成：模擬電路、數(shù)字邏輯電路、顯示電路4、電子電壓表的分類第6章電壓測(cè)量主方向可分模擬式和數(shù)字式，其下又有細(xì)分。2）數(shù)字式電壓表（DVM）性能指標(biāo)：量程、顯示位數(shù)、超量程能力、分辨力、測(cè)量 誤差、輸入電阻和輸入零電流、測(cè)量速度及抗干擾能力顯示位數(shù)表征數(shù)字電壓表性能的最基本參數(shù)。表示方法：用1位整數(shù)加分?jǐn)?shù)的形式。整數(shù)位：能完整顯示0~9這10個(gè)數(shù)字的位數(shù)； 半位：不能完整顯示0~9這10個(gè)數(shù)字的位數(shù)

最大顯示數(shù)字為9999的數(shù)字式電壓表，稱為4位數(shù)字式電壓表4、電子電壓表的分類第6章電壓測(cè)量主方向可分模擬式和數(shù)字式，其下又有細(xì)分。2）數(shù)字式電壓表（DVM）性能指標(biāo)：量程、顯示位數(shù)、超量程能力、分辨力、測(cè)量 誤差、輸入電阻和輸入零電流、測(cè)量速度及抗干擾能力顯示位數(shù)表征數(shù)字電壓表性能的最基本參數(shù)。整數(shù)位：能完整顯示0~9這10個(gè)數(shù)字的位數(shù)； 半位：不能完整顯示0~9這10個(gè)數(shù)字的位數(shù)

分?jǐn)?shù)位的數(shù)值：以最大計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)為分母，以能顯示的最 大數(shù)字為分子。例如最大顯示數(shù)字為3999的數(shù)字式電壓表，稱為位數(shù)字式電壓表，也稱為三位半數(shù)字式電壓表4、電子電壓表的分類第6章電壓測(cè)量主方向可分模擬式和數(shù)字式，其下又有細(xì)分。2）數(shù)字式電壓表（DVM）性能指標(biāo)：量程、顯示位數(shù)、超量程能力、分辨力、測(cè)量 誤差、輸入電阻和輸入零電流、測(cè)量速度及抗干擾能力顯示位數(shù)分?jǐn)?shù)位的數(shù)值：以最大計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)為分母，以能顯示的最 大數(shù)字為分子。練習(xí)2：最大顯示數(shù)字是19、999、39.999、11.999的數(shù)字式電壓表分別是幾位表呢？統(tǒng)稱為4位半數(shù)字式電壓表4、電子電壓表的分類第6章電壓測(cè)量主方向可分模擬式和數(shù)字式，其下又有細(xì)分。2）數(shù)字式電壓表（DVM）性能指標(biāo)：量程、顯示位數(shù)、超量程能力、分辨力、測(cè)量 誤差、輸入電阻和輸入零電流、測(cè)量速度及抗干擾能力分辨力反映數(shù)字式電壓表能夠顯示的被測(cè)電壓的最小變化值。計(jì)算公式：分辨力=量程÷（最大顯示數(shù)字+1）分辨率不同于分辨力，前者與量程無關(guān)，常用百分?jǐn)?shù)表示。4、電子電壓表的分類第6章電壓測(cè)量主方向可分模擬式和數(shù)字式，其下又有細(xì)分。2）數(shù)字式電壓表（DVM）性能指標(biāo)：量程、顯示位數(shù)、超量程能力、分辨力、測(cè)量 誤差、輸入電阻和輸入零電流、測(cè)量速度及抗干擾能力測(cè)量誤差也稱為固有誤差表示方法：ΔU=±(α%Ux+β%Um) 或者 ΔU=±α%Ux±n個(gè)字±α%Ux：讀數(shù)誤差；±α％：稱為相對(duì)項(xiàng)系數(shù)；±β%Um=±n字：滿度誤差；±β％：固定項(xiàng)系數(shù)讀數(shù)誤差：儀器各電路單元引起的誤差，按隨機(jī)誤差處理。滿度誤差：不隨被測(cè)電壓變化的固定成分；屬于系統(tǒng)誤差。4、電子電壓表的分類第6章電壓測(cè)量主方向可分模擬式和數(shù)字式，其下又有細(xì)分。2）數(shù)字式電壓表（DVM）性能指標(biāo)：量程、顯示位數(shù)、超量程能力、分辨力、測(cè)量 誤差、輸入電阻和輸入零電流、測(cè)量速度及抗干擾能力測(cè)量誤差練習(xí)3已知ΔU=±（0.1Ux+0.01Um) 則其中的讀數(shù)誤差為

， α=

，β=

。

小結(jié)電壓測(cè)量具有頻率范圍寬、輸入阻抗高、被測(cè)波形多樣、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。根據(jù)測(cè)量頻率范圍分為直流電壓測(cè)量