交流電壓的測(cè)量方法

關(guān)于交流電壓的測(cè)量方法第一頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日2一、電壓測(cè)量的重要性◆電壓測(cè)量是電測(cè)量與非電測(cè)量的基礎(chǔ)；◆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：電流、功率電壓，再進(jìn)行測(cè)量?！綦妷菏侵饕募夹g(shù)指標(biāo)：很多電子設(shè)備都與電壓有關(guān)，如信號(hào)發(fā)生器、發(fā)射機(jī)和接收機(jī)等；◆其他技術(shù)指標(biāo)，如靈敏度、選擇性和增益，也都與電壓有◆電路或元件、器件的工作狀態(tài)，通常皆以電壓的形式反映出來(lái)。◆電壓的測(cè)量對(duì)電流、場(chǎng)強(qiáng)、衰減等參數(shù)的測(cè)量也很重要。◆非電測(cè)量中，物理量電壓信號(hào)，再進(jìn)行測(cè)量 如：溫度、壓力、振動(dòng)、（加）速度3.1概述3.1.1電壓測(cè)量的意義、特點(diǎn)第二頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日3二、電壓測(cè)量的特點(diǎn)電子電路中的電壓具有頻率范圍寬、幅度差別大、波形多樣化等特點(diǎn)，所以對(duì)測(cè)量電壓所采用的電子電壓表也提出了相應(yīng)的要求，主要有：1．頻率范圍寬除直流電壓外，交流電壓的頻率可以從0Hz到千兆赫茲范圍內(nèi)變化，甚至達(dá)到G兆赫茲。2．量程寬(測(cè)量范圍)通常，被測(cè)信號(hào)電壓小到微伏級(jí)，大到千伏以上。這就要求測(cè)量電壓儀表的量程相當(dāng)寬。電壓表所能測(cè)量的下限值定義為電壓表的靈敏度，目前只有數(shù)字電壓表才能達(dá)到微伏級(jí)的靈敏度。第三頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日43．輸入阻抗高電壓測(cè)量?jī)x器以并聯(lián)方式連入電路，其輸入阻抗是被測(cè)電路的附加并聯(lián)負(fù)載。為了減小電壓表對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，對(duì)于直流和低頻電壓，就要求電壓表的輸入阻抗很高，即輸入電阻大；對(duì)于高頻電壓，要求輸入電容小，使附加的并聯(lián)負(fù)載對(duì)被測(cè)電路影響很小。Jwl*I=U電壓提前于電流1/jwcj-相位目前，直流數(shù)字電壓表在小量程上的輸入阻抗高達(dá)10GMΩ，高量程時(shí)可達(dá)10MΩ。4．測(cè)量精度高一般的工程測(cè)量，如市電的測(cè)量、電路電源電壓的測(cè)量等都不要求高的精度，準(zhǔn)確度在1%~3%即可。一般對(duì)直流電壓的測(cè)量可獲得最高準(zhǔn)確度，達(dá)10-4~10-7量級(jí)(數(shù)字表)；對(duì)交流電壓的測(cè)量可獲得10-2~10-4量級(jí)的準(zhǔn)確度。模擬式電壓表一般只能達(dá)到10-2量級(jí)。二、電壓測(cè)量的特點(diǎn)第四頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日55．抗干擾能力強(qiáng)測(cè)量工作一般都在有干擾的環(huán)境下進(jìn)行，所以要求測(cè)量?jī)x表具有較強(qiáng)的抗干擾能力。對(duì)于數(shù)字電壓表來(lái)說(shuō)，這個(gè)要求更為突出。測(cè)量時(shí)，采取必要的措施，如接地、屏蔽等，可減小干擾的影響。6.被測(cè)波形的多樣性除正弦波外，電路中還有失真的正弦波和大量的非正弦波。測(cè)量時(shí)，應(yīng)考慮不同波形的需要。測(cè)非正弦波形時(shí)其讀數(shù)無(wú)直接意義，被測(cè)電壓大小要根據(jù)電壓表的類型和波形來(lái)確定，需要進(jìn)行換算二、電壓測(cè)量的特點(diǎn)第五頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日63.1.2電壓測(cè)量的方法和分類電壓測(cè)量方法的分類按對(duì)象：直流電壓測(cè)量；交流電壓測(cè)量按技術(shù)：模擬測(cè)量；數(shù)字測(cè)量1）直流電壓的模擬測(cè)量方法直流電流（放大或衰減）--〉驅(qū)動(dòng)表頭--〉指示2）交流電壓的模擬測(cè)量方法 表征交流電壓的三個(gè)基本參量：有效值、峰值和平均值。以有效值測(cè)量為主。 方法：交流電壓（有效值、峰值和平均值）--〉直流電流--〉驅(qū)動(dòng)表頭--〉指示 如：有效值、峰值和平均值電壓表，電平表等。第六頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日73）數(shù)字化直流電壓測(cè)量方法 模擬直流電壓--〉A(chǔ)/D轉(zhuǎn)換器--〉數(shù)字量--〉數(shù)字顯示（直觀） ——數(shù)字電壓表（DigitalVoltMeter）4）交流電壓的數(shù)字化測(cè)量 交流電壓（有效值、峰值和平均值）--〉A(chǔ)C/DC轉(zhuǎn)換器--〉直流電壓--〉A(chǔ)/D轉(zhuǎn)換器--〉數(shù)字量--〉數(shù)字顯示 ——數(shù)字多用表（DMM）3.1.2電壓測(cè)量的方法和分類第七頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日85）基于采樣的交流電壓測(cè)量方法 交流電壓--〉A(chǔ)/D轉(zhuǎn)換器--〉瞬時(shí)采樣值u(k)--〉計(jì)算，如有效值

式中，N為u(t)的一個(gè)周期內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)。6）示波測(cè)量方法 交流電壓--〉模擬或數(shù)字示波器--〉顯示波形--〉讀出結(jié)果3.1.2電壓測(cè)量的方法和分類TheEnd第八頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日9

3.1.2直流電壓測(cè)量圖中虛框內(nèi)為一直流動(dòng)圈式高靈敏度電流表，內(nèi)阻為Re，滿偏電流(或滿度電流)為Im，若作為直流電壓表，滿度電壓1、簡(jiǎn)單直流電壓表第九頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日10為了擴(kuò)大量程通常串接若干倍壓電阻，如圖中。這樣除了不串接倍壓電阻的最小電壓量程U0外，又增加了三個(gè)電壓量程，不難計(jì)算出三個(gè)倍壓電阻的阻值分別為:缺點(diǎn)：內(nèi)阻較低靈敏度較低，不能測(cè)量較低的電壓值。第十頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日11

電子電壓表原理框圖2、直流電子電壓表第十一頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日12

電子電壓表中，通常使用跟隨器以提高電壓表輸入阻抗，后接放大器以提高電壓表靈敏度，當(dāng)需要測(cè)量高直流電壓時(shí)，輸入端接入分壓電路。分壓電路的接入將使輸入電阻降低，但只要分壓電阻取值較大，仍然可以使輸入電阻比動(dòng)圈式電壓表大得多。第十二頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日13電壓跟隨器電壓跟隨器起緩沖、隔離、提高帶載能力的作用。電壓電路的輸入高阻抗，輸出低阻抗的特性，使得它在電路中可以起到阻抗匹配的作用，能夠使得后一級(jí)的放大電路更好的工作。電壓跟隨器的輸入阻抗高、輸出阻抗低特點(diǎn)，可以極端一點(diǎn)去理解，當(dāng)輸入阻抗很高時(shí)，就相當(dāng)于對(duì)前級(jí)電路開路；當(dāng)輸出阻抗很低時(shí)，對(duì)后級(jí)電路就相當(dāng)于一個(gè)恒壓源，即輸出電壓不受后級(jí)電路阻抗影響。一個(gè)對(duì)前級(jí)電路相當(dāng)于開路，輸出電壓又不受后級(jí)阻抗影響的電路當(dāng)然具備隔離作用，使前、后級(jí)電路之間互不影響。第十三頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日14

3、數(shù)字式電壓表(DVM)

直流數(shù)字電壓表的組成框圖。第十四頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日15各部分作用：包括模擬和數(shù)字兩部分。輸入電路：對(duì)輸入電壓衰減/放大、變換等。核心部件是A/D轉(zhuǎn)換器（AnalogtoDigitalConverter，簡(jiǎn)稱ADC），實(shí)現(xiàn)模擬電壓到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。數(shù)字顯示器：顯示模擬電壓的數(shù)字量結(jié)果。邏輯控制電路：在統(tǒng)一時(shí)鐘作用下，完成內(nèi)部電路的協(xié)調(diào)有序工作。第十五頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日16DVM的特點(diǎn)：數(shù)字式儀表顯得格外精巧、輕便。它具有下列模擬式儀表所不能比擬的優(yōu)點(diǎn)。(1)準(zhǔn)確度高(2)數(shù)字顯示,測(cè)量結(jié)果以十進(jìn)制數(shù)字顯示，(3)輸入阻抗高。一般的數(shù)字電壓表(DVM)為10MΩ左右，高的可超過1000MΩ(4)測(cè)量速度快，自動(dòng)化程度高(5)功能多樣?，F(xiàn)在的數(shù)字式儀表一般都具有多種功能，這種儀表稱為數(shù)字多用表第十六頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日173.1.3交流電壓的測(cè)量一、交流電壓的基本參數(shù)電路中某點(diǎn)的電壓是指該點(diǎn)信號(hào)的電壓，它可能是直流，一般是含有直流成分的復(fù)雜信號(hào)。波形是指電壓隨時(shí)間變化的U-t圖形，反映電壓瞬時(shí)值的變化情況。一個(gè)交流電壓的幅度特性可用峰值、平均值、有效值等基本參數(shù)來(lái)表征。第十七頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日181．峰值一個(gè)周期性交流電壓u(t)在一個(gè)周期內(nèi)所出現(xiàn)的最大瞬時(shí)值稱為該交流電壓的峰值Up。峰值Up是參考零電平計(jì)算的。有正峰值和負(fù)峰值之分，分別用Up+和Up-表示。含直流分量的交流電壓，其正峰值Up+和負(fù)峰值Up-的絕對(duì)值大小是不相等的；第十八頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日19振幅Um是參考直流分量值開始計(jì)算。下圖的直流分量U0大于零，注意Up+、Up-和Um的區(qū)別。其中，Upp是峰峰值正峰值Up+≠負(fù)峰值Up-的絕對(duì)值≠交流電壓的振幅值Um！第十九頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日20下圖的直流分量等于零。與前面的直流分量大于零的情況作對(duì)比，注意Up+、Up-和Um的區(qū)別。正峰值Up+＝負(fù)峰值Up-的絕對(duì)值＝交流電壓的振幅值Um！第二十頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日212.平均值又稱為均值。交流電壓的平均值在數(shù)學(xué)上定義為顯然，不含直流分量的正弦信號(hào)的電壓平均值為零。平均值又分為半波平均值和全波平均值，分別記為和。第二十一頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日22半波平均值是指交流電壓的正半周或負(fù)半周在一個(gè)周期內(nèi)的平均值。(U(t)≥0)(U(t)＜0)通常用全波檢波后的波形的平均值來(lái)表征正弦信號(hào)的幅度特性，故有：第二十二頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日23全波整流波形，表征正弦信號(hào)的幅度特性半波整流波形，半波檢波后的平均值是全波平均值的一半，即為正弦信號(hào)電壓平均值的一半。

第二十三頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日243．有效值交流電壓的有效值理論上定義為：交流電壓加在某個(gè)電阻上產(chǎn)生的功率與一個(gè)直流電壓在同一個(gè)電阻上產(chǎn)生的功率相同時(shí)，則定義這個(gè)直流電壓值為該交流電壓的有效值。數(shù)學(xué)上交流電壓的有效值定義為它的方均根值：第二十四頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日254．波形因數(shù)Kf交流電壓的有效值與平均值之比稱為該交流電壓的波形因數(shù)，用Kf表示。正弦信號(hào)的波形因數(shù)＝1.11三角波的波形因數(shù)方波信號(hào)的波形因數(shù)＝1第二十五頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日265．波峰因數(shù)Kp波峰因數(shù)Kp定義為峰值與有效值之比：正弦信號(hào)的波峰因數(shù)三角波的波峰因數(shù)方波信號(hào)的波峰因數(shù)第二十六頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日271）模擬電壓表之檢波-放大式檢波-放大式電壓表的電路結(jié)構(gòu)如圖所示。將被測(cè)電壓Ux先變成直流電壓，再經(jīng)直流放大器放大，然后驅(qū)動(dòng)直流微安表指針偏轉(zhuǎn)。典型應(yīng)用：峰值電壓表2.交流電壓的測(cè)量方法第二十七頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日28特點(diǎn)：受檢波器件非線性的影響，測(cè)量微弱電壓時(shí)，外界干擾就特別明顯。因此，這種電壓表的靈敏度將受到限制，一般不做成毫伏計(jì)，其測(cè)量范圍在零點(diǎn)一伏到數(shù)千伏之間。由于采用了直流放大器，將引起零點(diǎn)漂移，影響電表的讀數(shù)。所以，對(duì)電源電壓的穩(wěn)定度要求比較高，要采用穩(wěn)壓措施。第二十八頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日29組成框圖先放大再檢波，因此靈敏度很高。

均值電壓表常用這種方式。放大器寬帶交流放大器決定了電壓表的頻率范圍。一般上限為10MHz。常稱為“寬頻毫伏表”或“視頻毫伏表”。靈敏度受仍受寬帶交流放大器內(nèi)部噪聲限制。2）放大-檢波式第二十九頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日302.交流電壓的測(cè)量方法這類電壓表由于放大器頻率特性的限制，采用“檢波－放大”式，其檢波器常用峰值檢波器。1、峰值檢波器原理峰值響應(yīng)，即：u(t)

峰值檢波放大驅(qū)動(dòng)表頭由二極管峰值檢波電路完成，有二極管串聯(lián)和并聯(lián)兩種形式。1）峰值電壓表第三十頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日31

判斷二極管的導(dǎo)通及截止情況；Ui(t)>Uc(t),D導(dǎo)通，向C充電，UR(t)=0,RDC<<Tmin;Ui(t)<Uc(t),D截止，C放電，UR(t)=Ui(t)–Uc(t),RC>>Tmax;(RD為二極管內(nèi)阻，RDC為充電常數(shù)；RC為放電常數(shù))所以：UR(t)=Ui(t)–Uc(t)UR=Ui–Uc≈Ui–UP+=U0

–UP+=–Um+

CDR+–+–~Ui(t)+URUcUc0tUCUx

電路中的電容C有隔直流和濾波作用。

第三十一頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日32充電時(shí)間常數(shù)：從恒定正弦波電壓加到檢波器的輸入端瞬間起，到檢波器的輸出電壓達(dá)到其終值的63%為止，其間所用的時(shí)間就是充電時(shí)間常數(shù)放電時(shí)間常數(shù)：從移去加在檢波級(jí)輸入端的恒定正弦波電壓的瞬間起，到檢波器的輸出電壓降至其初始值的37%為止，其間所用的時(shí)間就是放電時(shí)間常數(shù)+-ui+-uiDRCui+-Crdidi充i放+-uo+-uo

作用在二極管D兩端上的電壓為ui(t)與uo(t)之差，即uD=ui-uo。所以二極管的導(dǎo)通與否取決于uD

當(dāng)uD=ui-uo>0，二極管導(dǎo)通；當(dāng)uD=ui-uo<0，二極管截止。

第三十二頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日33

要求；充電時(shí)間常數(shù)很小，就能快速充電，即使是很窄的脈沖也能很快充電到穩(wěn)定值。放電時(shí)間常數(shù)很大，就能緩慢放電，檢波的輸出電壓可在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)保持在峰值上。第三十三頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日34Uc0tUC第三十四頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日35輸入阻抗是指一個(gè)電路輸入端的等效阻抗。在輸入端上加上一個(gè)電壓源U，測(cè)量輸入端的電流I，則輸入阻抗R就是U/I。你可以把輸入端想象成一個(gè)電阻的兩端，這個(gè)電阻的阻值，就是輸入阻抗。DVM的輸入阻抗：就是從兩個(gè)輸入端子看進(jìn)去的等效電阻。取決于輸入電路，并與量程有關(guān)。高輸入阻抗能夠減小電路連接時(shí)信號(hào)的變化，因而也是最理想的。

直流測(cè)量時(shí)，DVM輸入阻抗R一般在10—1000MΩ交流測(cè)量時(shí)，DVM輸入阻抗用R//C表示，C一般在幾十到幾百皮法之間。DVM的輸入阻抗第三十五頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日36第三十六頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日372、定度系數(shù)

●表頭刻度按（純）正弦波有效值定度?！?/p>

當(dāng)輸入u(t)為正弦波時(shí)，讀數(shù)Ua即為u(t)的有效值V（而不是該純正弦波的峰值Vp）。●

對(duì)于非正弦波的任意波形，讀數(shù)Ua沒有直接意義（既不等于其峰值Vp也不等于其有效值V）。但可由讀數(shù)Ua換算出峰值和有效值。即：Ua=KUpUa為峰值電壓表的示值，Up為被測(cè)電壓的峰值，K為定度系數(shù)。對(duì)與正弦波，,為正弦波的波峰因數(shù)。所以

求峰值

求有效值第三十七頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日38[例2]用峰值電壓表分別測(cè)量正弦波、三角波和方波，若電壓表示值均為10V，各被測(cè)電壓的峰值和有效值為多少？示值相等則峰值也相等，故峰值都為：1、對(duì)于正弦波，峰值電壓表本來(lái)就是按有效值定度，所以電壓表示值即為正弦波的有效值。2、對(duì)于三角波，其波峰系數(shù)為1.73，故U＝8.17V3、對(duì)于方波，其波峰系數(shù)為1，故U＝10V第三十八頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日392）平均值檢波1、原理一般組成：u(t)放大均值檢波驅(qū)動(dòng)表頭全/半波整流電路第三十九頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日40I0的平均值(全波)為式中，T為u(t)的周期，rd和rm分別為檢波二極管的正向?qū)娮韬碗娏鞅韮?nèi)阻，可視為常數(shù)（它反映了檢波器的靈敏度）。I0的平均值與u(t)的平均值成正比。第四十頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日412、刻度特性●

表頭刻度按（純）正弦波有效值刻度?！?/p>

因此：當(dāng)輸入u(t)為正弦波時(shí)，讀數(shù)Ua即為u(t)的有效值U（而不是該純正弦波的均值）。●

對(duì)于非正弦波的任意波形，讀數(shù)Ua沒有直接意義（既不等于其均值也不等于其有效值V）。即：Ua=KU

Ua為均值電壓表的示值，

為被測(cè)電壓的平均值，K為定度系數(shù)。對(duì)與正弦波：,為波形因數(shù)

平均值

有效值第四十一頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日42[例]用全波整流均值電壓表分別測(cè)量正弦波、三角波和方波，若電壓表示值均為10V，各被測(cè)電壓的有效值為多少？1、對(duì)于正弦波，電壓表本來(lái)就是按有效值定度，所以電壓表示值即為正弦波的有效值。2、對(duì)于三角波，其波形系數(shù)為1.15，故U＝0.9×1.15×10＝10.35V3、對(duì)于方波，其波形系數(shù)為1，故U＝0.9×1×10＝9V波形誤差：第四十二頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日433）有效值檢波原理根據(jù)為得到有效值,首先需對(duì)u(t)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。缺點(diǎn)：精度低且動(dòng)態(tài)范圍小。第四十三頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日441、運(yùn)算式原理圖通過多級(jí)運(yùn)算器級(jí)連實(shí)現(xiàn) 模擬乘法器（平方）—〉積分—〉開方—〉比例運(yùn)算。單片集成TRMS/DC電路，如AD536AK等。第四十四頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日452、熱電偶式熱電效應(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)，回路中將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，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)稱為熱電動(dòng)勢(shì)。

熱電效應(yīng)原理圖當(dāng)熱端T和冷端T0存在溫差時(shí)（即T≠T0），則存在熱電動(dòng)勢(shì)，且熱電動(dòng)勢(shì)的大小與溫差ΔT=T-T0成正比。第四十五頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日46利用熱電偶有效值檢波

熱電偶： 將兩種不同金屬進(jìn)行特別封裝并標(biāo)定（1校準(zhǔn)2確認(rèn)動(dòng)態(tài)/靜態(tài)指標(biāo)/輸入輸出）后，稱為一對(duì)熱電偶（簡(jiǎn)稱熱偶）。熱電偶溫度測(cè)量原理：若冷端溫度為恒定的參考溫度，則通過熱電動(dòng)勢(shì)就可得到熱端（被測(cè)溫度點(diǎn)）的溫度。熱電偶有效值檢波原理：

若通過被測(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)了有效值檢波。如下圖。第四十六頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日47熱電偶有效值檢波原理圖圖中，直流電流I與被測(cè)電壓u(t)的有效值V的關(guān)系：電流I∝?zé)犭妱?dòng)勢(shì)∝?zé)岫伺c冷端的溫差，而熱端溫度∝u(t)功率∝u(t)的有效值V的平方，故，第四十七頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日48表頭刻度線性化處理：采用兩對(duì)相同的熱電偶，分別稱為測(cè)量熱電偶和平衡熱電偶，如下圖。形成一個(gè)電壓負(fù)反饋系統(tǒng)第四十八頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日49測(cè)量熱偶的熱電動(dòng)勢(shì)Ex∝V2（V為u(t)的有效值）令Ex∝k1V2；

平衡熱偶的熱電動(dòng)勢(shì)Ef∝Vo2，及Ef∝k2Vo2； 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Vi=Ex-Ef∝k(V2-Vo2)，若放大器增益足夠大，則有Vi=0（即負(fù)反饋放大器的相同端與反向端等電位），==〉

Vo=V（即輸出電壓等于u(t)有效值）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。第四十九頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日503.2數(shù)字電壓表（DVM）3.2.1DVM的組成原理及主要性能指標(biāo)1）DVM的組成數(shù)字電壓表（DigitalVoltageMeter，簡(jiǎn)稱DVM）。組成框圖輸入電路A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)字顯示器邏輯控制電路時(shí)鐘發(fā)生器模擬部分?jǐn)?shù)字部分Vx第五十頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日51應(yīng)用直流或慢變化電壓信號(hào)的測(cè)量（通常采用高精度低速A/D轉(zhuǎn)換器）。通過AC-DC變換電路，也可測(cè)量交流電壓的有效值、平均值、峰值，構(gòu)成交流數(shù)字電壓表。通過電流-電壓、阻抗-電壓等變換，實(shí)現(xiàn)電流、阻抗等測(cè)量，進(jìn)一步擴(kuò)展其功能?；谖⑻幚砥鞯闹悄芑疍VM稱為數(shù)字多用表（DMM，DigitalMultiMeter）。DMM功能更全，性能更高，一般具有一定的數(shù)據(jù)處理能力（平均、方差計(jì)算等）和通信接口(如GPIB)。3.2.1DVM的組成原理及主要性能指標(biāo)第五十一頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日522）主要性能指標(biāo)顯示位數(shù)完整顯示位：能夠顯示0～9的數(shù)字。非完整顯示位(俗稱半位)：只能顯示0和1（在最高位上）。如4位DVM，具有4位完整顯示位，其最大顯示數(shù)字為9999（能測(cè)最大電壓為一萬(wàn)伏）。而位（4位半）DVM，具有4位完整顯示位，1位非完整 顯示位，其最大顯示數(shù)字為19999或11999。量程基本量程：無(wú)衰減或放大時(shí)的輸入電壓范圍，由A/D轉(zhuǎn)換器動(dòng)態(tài)范圍確定。通過對(duì)輸入電壓（按10倍）放大或衰減，可擴(kuò)展其他量程。（按十倍放大或衰減）3.2.1DVM的組成原理及主要性能指標(biāo)第五十二頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日53如基本量程為10V的DVM，可擴(kuò)展出0.1V、1V、10V、100V、1000V等五檔量程；基本量程為2V或20V的DVM，可擴(kuò)展出200mV、2V、20V、200V、1000V等五檔量程。分辨力（率）指DVM能夠分辨最小電壓變化量的能力。反映了DVM靈敏度。用每個(gè)字對(duì)應(yīng)的電壓值來(lái)表示，即V/字。不同的量程上能分辨的最小電壓變化的能力不同，顯然，在最小量程上具有最高分辨力。例如，3位半的DVM，在200mV最小量程上，可以測(cè)量的最大輸入電壓為199.9mV，其分辨力為0.1mV/字（即當(dāng)輸入電壓變化0.1mV時(shí)，顯示的末尾數(shù)字將變化“1個(gè)字”）。3.2.1DVM的組成原理及主要性能指標(biāo)第五十三頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日54分辨率分辨率：用百分?jǐn)?shù)表示，與量程無(wú)關(guān)，比較直觀。 如上述的DVM在最小量程200mV上分辨力為0.1mV，則分辨率為：

分辨率也可直接從顯示位數(shù)得到（與量程無(wú)關(guān)），如3位半的DVM，可顯示出1999（共2000個(gè)字），則分辨率為測(cè)量速度每秒鐘完成的測(cè)量次數(shù)。它主要取決于A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度。一般低速高精度的DVM測(cè)量速度在幾次/秒～幾十次/秒。3.2.1DVM的組成原理及主要性能指標(biāo)第五十四頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日55測(cè)量精度取決于DVM的固有誤差和使用時(shí)的附加誤差（溫度等）。固有誤差表達(dá)式：示值（讀數(shù)）相對(duì)誤差為： 式中，Vx——被測(cè)電壓的讀數(shù)；Vm——該量程的滿度值（FullScale,FS）；——誤差的相對(duì)項(xiàng)系數(shù)；——誤差的固定項(xiàng)系數(shù)。固有誤差由兩部分構(gòu)成：讀數(shù)誤差和滿度誤差。讀數(shù)誤差：與當(dāng)前讀數(shù)有關(guān)。主要包括DVM的刻度系數(shù)誤差和非線性誤差。滿度誤差：與當(dāng)前讀數(shù)無(wú)關(guān)，只與選用的量程有關(guān)。3.2.1DVM的組成原理及主要性能指標(biāo)第五十五頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日56測(cè)量精度有時(shí)將等效為“±n字”的電壓量表示，即如某臺(tái)4位半DVM，說(shuō)明書給出基本量程為2V， =±（0.01%讀數(shù)+1字）。 則在2V量程上，1字=0.1mV，由2V=0.1mV可知， =0.005%，即表達(dá)式中“1字”的滿度誤差項(xiàng)與“0.005%”的表示是完全等價(jià)的：當(dāng)被測(cè)量（讀數(shù)值）很小時(shí)，滿度誤差起主要作用，當(dāng)被測(cè)量較大時(shí)，讀數(shù)誤差起主要作用。為減小滿度誤差的影響，應(yīng)合理選擇量程，以使被測(cè)量大于滿量程的2/3以上。3.2.1DVM的組成原理及主要性能指標(biāo)第五十六頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日57輸入阻抗輸入阻抗是值從DVM兩個(gè)輸入端子看進(jìn)去的等效電阻，取決于輸入電路（并與量程有關(guān)）。輸入阻抗宜越大越好，否則將影響測(cè)量精度。對(duì)于直流DVM，輸入阻抗用輸入電阻表示，一般在10MΩ～1000MΩ之間。對(duì)于交流DVM，輸入阻抗用輸入電阻和并聯(lián)電容表示，電容值一般在幾十～幾百pF之間。3.2.1DVM的組成原理及主要性能指標(biāo)第五十