電參量測(cè)量技術(shù)

電參量測(cè)量技術(shù)第1頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月

檢測(cè)技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的在線檢測(cè)：零件尺寸、產(chǎn)品缺陷、裝配定位……第2頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月

頻率以單位時(shí)間內(nèi)周期性振蕩的次數(shù)計(jì)量，單位是赫[茲]（Hz）。

2．1頻率、時(shí)間和相位的測(cè)量圖2.1周期T計(jì)算示意圖時(shí)間是國(guó)際單位制中七個(gè)基本物理量之一，單位是秒（s）。

相位（單位deg）是描述交流信號(hào)的三要素之一。相位差的測(cè)量是研究信號(hào)、網(wǎng)絡(luò)特性的不可缺少的重要方面。第3頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月

準(zhǔn)確測(cè)量時(shí)間和頻率是十分重要的，在當(dāng)代高科技應(yīng)用中顯得尤為重要。例如，郵電通信，大地測(cè)量，地震預(yù)報(bào)，人造衛(wèi)星、宇宙飛船、航天飛機(jī)的導(dǎo)航定位控制等。測(cè)量時(shí)間和頻率的重要性第4頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月2．1．1頻率的測(cè)量

在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中周期性現(xiàn)象十分普遍，如各種周而復(fù)始的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、往復(fù)運(yùn)動(dòng)，各種傳感器和測(cè)量電路變換后的周期性脈沖等。周期性過程重復(fù)出現(xiàn)一次所需要的時(shí)間稱為周期，用符號(hào)T表示。(2–1)周期與頻率互為倒數(shù)關(guān)系第5頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月2．1．1頻率的測(cè)量

頻率測(cè)量技術(shù)常將一些非電量或其他電參量轉(zhuǎn)換成頻率進(jìn)行測(cè)量，以提高測(cè)量的精度。

頻率測(cè)量方法分為:計(jì)數(shù)法和模擬法兩類模擬法因?yàn)楹?jiǎn)單經(jīng)濟(jì)，在有些場(chǎng)合仍有應(yīng)用。計(jì)數(shù)法：測(cè)量精度高、操作簡(jiǎn)便，可直接顯示數(shù)字，便于與微機(jī)結(jié)合實(shí)現(xiàn)測(cè)量過程自動(dòng)化，應(yīng)用最為廣泛；第6頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月（l）計(jì)數(shù)法測(cè)量原理計(jì)數(shù)法就是在一定的時(shí)間間隔T內(nèi)，對(duì)周期性脈沖的重復(fù)次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。若周期性脈沖的周期為TA，則計(jì)數(shù)結(jié)果為(2–2)

1．頻率（周期）的數(shù)字測(cè)量第7頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月2．1．1頻率的測(cè)量

②加到閘門的控制端控制閘門的開、閉時(shí)間，只有在閘門開通時(shí)間T內(nèi)閘門才輸出計(jì)數(shù)脈沖。③到十進(jìn)制計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。在閘門打開前計(jì)數(shù)器先清零，閘門關(guān)閉時(shí)，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值N由T和TA決定。如果T和TA一個(gè)為已知標(biāo)準(zhǔn)量，另一個(gè)為待測(cè)量，則從計(jì)數(shù)值N和已知標(biāo)準(zhǔn)量便可求得。計(jì)數(shù)法原理如圖2－l（a）所示，周期為T的脈沖①加到閘門的輸入端，寬度為T的門控信號(hào)。第8頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月

由于T和TA兩個(gè)量是不相關(guān)的，T不一定正好是TA的整數(shù)N倍，即T與NTA之間有一定誤差，如圖2－l（b）所示。圖中Δt1，是閘門開啟時(shí)刻至第一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖前沿的時(shí)間（假設(shè)計(jì)數(shù)脈沖前沿使計(jì)數(shù)器翻轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)），Δt2是閘門關(guān)閉時(shí)刻至下一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖前沿的時(shí)間。處在T區(qū)間內(nèi)的計(jì)數(shù)脈沖個(gè)數(shù)（即計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)結(jié)果）為N，則2．1．1頻率的測(cè)量式中（2–3）（2–4）第9頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月2．1．1頻率的測(cè)量

顯然，

若Δt1＝Δt2，則ΔN＝0；若Δt1＝TA，Δt2＝0，則ΔN＝l；若Δt1＝0，Δt2＝TA，則ΔN＝－l，因此脈沖計(jì)數(shù)的最大絕對(duì)誤差（又稱量化誤差）為（2–5）

脈沖計(jì)數(shù)最大相對(duì)誤差為：（2–6）第10頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月2．1．1頻率的測(cè)量

（2）通用計(jì)數(shù)器/電子計(jì)數(shù)器具有測(cè)量頻率（測(cè)頻）和測(cè)量周期（測(cè)周）等測(cè)量功能，稱通用計(jì)數(shù)器。通用計(jì)數(shù)器的基本組成如圖所示。

通用計(jì)數(shù)器第11頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月2．1．1頻率的測(cè)量

（3–7）頻率比測(cè)量方式第12頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月2．1．1頻率的測(cè)量

將被測(cè)信號(hào)?x接到圖2-2中A輸入端（即?A=?x），晶振標(biāo)準(zhǔn)頻率?C信號(hào)接到B輸入端（即?A=?C）則稱計(jì)數(shù)器工作在測(cè)頻方式，此時(shí)式（2-7）變?yōu)椋?－8）（2－9）測(cè)頻方式第13頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月

將被測(cè)信號(hào)?C接到圖2-2中B輸入端（即?B=?x），晶振標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)接到A輸入端（即?A=?x），稱計(jì)數(shù)器工作在測(cè)周方式，式（2-7）變?yōu)椋?－11）（2－10）測(cè)周方式第14頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月2．1．1頻率的測(cè)量周期與頻率互為倒數(shù)，從理論上講測(cè)量頻率與測(cè)量周期是等效的。從實(shí)際測(cè)量效果來看，圖2-2所示通用計(jì)數(shù)器工作在測(cè)頻方式和工作在測(cè)周方式，在測(cè)量誤差和測(cè)量范圍有差別。

（3）頻率（周期）的測(cè)量誤差與測(cè)量范圍第15頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月2．1．1頻率的測(cè)量6、PC機(jī)中的測(cè)試技術(shù)應(yīng)用（2－12）①測(cè)頻方式“測(cè)頻”的相對(duì)誤差為結(jié)論：被測(cè)頻率越高，分頻系數(shù)m越大，測(cè)頻的相對(duì)誤差越小，即測(cè)頻的精度越高。標(biāo)準(zhǔn)頻率的準(zhǔn)確度測(cè)頻的最大相對(duì)誤差第16頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月2．1．1頻率的測(cè)量（2－14）若采用K位十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，最大允許計(jì)數(shù)值為（2－13）為使計(jì)數(shù)器不溢出，最大允許計(jì)數(shù)值要求即第17頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月2．1．1頻率的測(cè)量（2－16）若計(jì)數(shù)脈沖頻率最大允許值為?max，則還要求為滿足測(cè)量精度γ，要求代入式（2－12）可知，?x應(yīng)滿足（2－15）第18頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月2．1．1頻率的測(cè)量將式（2－10）代入得測(cè)周的最大相對(duì)誤差為②測(cè)周方式由式（2－11）可得測(cè)周的相對(duì)誤差為第19頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月又因?yàn)椋?–20）

對(duì)比式（2－12）和式（2－20）可見：故由上式可得測(cè)周法測(cè)頻的最大相對(duì)誤差為直接測(cè)頻與測(cè)周法測(cè)頻的相對(duì)誤差是不一樣的。第20頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)論1若被測(cè)頻率較高，直接測(cè)頻的相對(duì)誤差較小！若被測(cè)頻率較低，測(cè)周法測(cè)頻的相對(duì)誤差較??！為提高測(cè)量精度中界頻率＝晶振標(biāo)準(zhǔn)頻率當(dāng)被測(cè)頻率高于中界頻率時(shí)，采用直接測(cè)頻法測(cè)量頻率，當(dāng)被測(cè)頻率低于中界頻率時(shí)應(yīng)采用測(cè)周法測(cè)量頻率。結(jié)論2第21頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月2.頻率的模擬測(cè)量（1）直讀法測(cè)頻①電橋法測(cè)頻②諧振法測(cè)頻③頻率－電壓（f/U）轉(zhuǎn)換法測(cè)頻電橋法測(cè)頻是利用交流電橋的平衡條件和電橋電源頻率有關(guān)這一特性來測(cè)頻的。諧振法利用電感、電容串聯(lián)諧振回路或并聯(lián)諧振回路的諧振特性來實(shí)現(xiàn)測(cè)頻。第22頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）比較法測(cè)頻

比較法測(cè)頻：是用標(biāo)準(zhǔn)頻率fc與被測(cè)頻率fx進(jìn)行比較；當(dāng)把標(biāo)準(zhǔn)頻率調(diào)節(jié)到與被測(cè)頻率相等時(shí)指零儀表（零示器）便指零。此時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)頻率值即為被測(cè)頻率值。比較法測(cè)頻可分為兩種拍頻法測(cè)頻差頻法測(cè)頻第23頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月

拍頻法測(cè)量頻率的絕對(duì)誤差約為零點(diǎn)幾赫茲；差頻法測(cè)量頻率的誤差可優(yōu)于10－5量級(jí)，最低可測(cè)的信號(hào)電平達(dá)0.1μV～1μV。拍頻法和差頻法在常規(guī)場(chǎng)合很少采用。拍頻法測(cè)頻是將待測(cè)頻率信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)在線性元件上疊加產(chǎn)生拍頻。差頻法測(cè)頻是將待測(cè)頻率信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)在非線性元件上進(jìn)行混頻。誤差討論第24頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）示波器測(cè)量頻率

另一種是將被測(cè)信號(hào)和標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)分別加到示波器的X通道和Y通道，觀測(cè)熒光屏上顯示的李沙育圖形。用示波器測(cè)量頻率有兩種方法：一種是將被測(cè)信號(hào)加到示波器的Y通道，在熒光屏上測(cè)量被測(cè)信號(hào)的周期。第25頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1.2時(shí)間間隔的數(shù)字測(cè)量

時(shí)間間隔和周期的測(cè)量是測(cè)量信號(hào)或信號(hào)間的時(shí)間長(zhǎng)度，測(cè)量方案基本相同，如圖2－3所示。第26頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1.3相位差的數(shù)字測(cè)量

用示波器測(cè)量；與標(biāo)準(zhǔn)移相器比較（零示法）；把相位差轉(zhuǎn)換為電壓來測(cè)量；把相位差轉(zhuǎn)換為時(shí)間間隔來測(cè)量等。測(cè)量相位差的方法主要有：第27頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月圖2.4滯后和超前兩種情況下的相位角超前滯后第28頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月圖2.5頻差不同時(shí)的相位角移動(dòng)趨勢(shì)第29頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月使用AVR單片機(jī)進(jìn)行功率因數(shù)角采集及判斷第30頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月相位一電壓轉(zhuǎn)換式數(shù)字相位計(jì)的原理框圖如圖2－6（a）所示。其各點(diǎn)波形如圖2－6（b）所示。1．相位-電壓轉(zhuǎn)換法第31頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月圖2－6

相位-電壓轉(zhuǎn)換式數(shù)字相位計(jì)原理

第32頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月2．相位-時(shí)間轉(zhuǎn)換法

將上述相位-電壓轉(zhuǎn)換法中鑒相器的時(shí)間間隔又用計(jì)數(shù)法對(duì)它進(jìn)行測(cè)量，構(gòu)成相位一時(shí)間轉(zhuǎn)換式相位計(jì)，如圖2－5所示。

第33頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月圖2－7相位—時(shí)間轉(zhuǎn)換式相位計(jì)原理圖

第34頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月相位－時(shí)間轉(zhuǎn)換式相位計(jì)原理圖第35頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月2.2電壓和電流的測(cè)量前者采用模擬式電壓表顯示測(cè)量結(jié)果，后者采用數(shù)字電壓表即以數(shù)字顯示器顯示測(cè)量結(jié)果。兩者的區(qū)別僅在于后者A/D轉(zhuǎn)換器和數(shù)字顯示器取代了前者的模擬顯示電表部分。1、電壓的測(cè)量電壓的測(cè)量可分為兩種方法模擬和數(shù)字方法第36頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月模擬式電壓表優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，測(cè)量頻率范圍較寬；缺點(diǎn)：是精度、分辨力較低，不便于與計(jì)算機(jī)組成自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。工作原理數(shù)字式電壓表則正好相反。兩者前端部分的工作原理基本相同。第37頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月

1．直流電壓的測(cè)量

通常由動(dòng)圈式高靈敏度直流電流表串聯(lián)適當(dāng)?shù)碾娮铇?gòu)成，如圖2-6所示。

圖2－8普通直流電壓表電路（1）普通直流電壓表第38頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月電壓表:在磁電式表頭前加裝跟隨器（以提高輸入阻抗）和直流放大器（以提高測(cè)量靈敏度）構(gòu)成，當(dāng)要測(cè)量高直流電壓時(shí)，輸入端接入高阻值電阻構(gòu)成的分壓電路。

電壓表:直流放大器的零點(diǎn)漂移影響電壓靈敏度。常采用斬波穩(wěn)零式放大器或稱調(diào)制式放大器抑制零點(diǎn)漂移，使電子電壓表能測(cè)量微伏級(jí)的電壓。（2）直流電子電壓表第39頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月用A／D轉(zhuǎn)換器與數(shù)字顯示器相連，即構(gòu)成直流數(shù)字電壓表，如圖2-7所示。圖中A/D轉(zhuǎn)換器把直流電壓轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字量，送往數(shù)字顯示器顯示出來。在A/D轉(zhuǎn)換器前配轉(zhuǎn)換電路，將被測(cè)參數(shù)轉(zhuǎn)換成直流電壓，就可構(gòu)成測(cè)量該被測(cè)參數(shù)的數(shù)字儀表。（3）直流數(shù)字電壓表

直流數(shù)字電壓表是許多數(shù)字式電測(cè)儀表的核心部件，用途很廣。第40頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月2．交流電壓的測(cè)量（2）交流電壓的測(cè)量方法檢波-放大式放大-檢波式外差式電壓表

（1）交流電壓交流電壓可以用峰值、平均值、有效值、波形系數(shù)以及波峰系數(shù)來表征。第41頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月交流電壓的測(cè)量1、峰值測(cè)量如果則正、負(fù)幅值相等第42頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月②平均值交流電壓的測(cè)量

的平均值的數(shù)學(xué)定義為

(2－41)

按照這個(gè)定義，實(shí)質(zhì)上就是被測(cè)電壓的直流分量。

全波整流平均值定義為第43頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月③有效值一個(gè)交流電壓和一個(gè)直流電壓U分別加在同一電阻R上，若它們?cè)谝粋€(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等，則交流電壓有效值等于該直流電壓U，可表示為即交流電壓的測(cè)量第44頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月第45頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月交流信號(hào)采集的原理圖電壓波形的調(diào)整第46頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月交流信號(hào)采集的原理圖電壓波形的調(diào)整第47頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月④波形系數(shù)、波峰系數(shù)交流電壓的波形系數(shù)KF定義為該電壓的有效值與平均值之比

交流電壓的波峰系數(shù)KP定義為該電壓的峰值與有效值之比

交流電壓的測(cè)量第48頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月不同波形交流電壓的參數(shù)第49頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月交流電壓的相關(guān)概念當(dāng)用正弦波的有效值定度的交流電壓表測(cè)量電壓時(shí)被測(cè)電壓是正弦波，由表2－l很容易從有效值得知它的峰值和平均值；被測(cè)電壓是非正弦波，需根據(jù)電壓表讀數(shù)和電壓表所采用的檢波方法，進(jìn)行必要的波形換算，才能得到有關(guān)參數(shù)。交流電壓量值可以用峰值、有效值和平均值表征，但基于功率的概念，國(guó)際上一直以有效值作為交流電壓的表征量。第50頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）交流電壓的測(cè)量方法

根據(jù)AC／DC轉(zhuǎn)換器的類型，可分為檢波法和熱電轉(zhuǎn)換法。根據(jù)檢波特性的不同，檢波法又可分成平均值檢波、峰值檢波、有效值檢波等。利用交流／直流（AC／DC）轉(zhuǎn)換電路將交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓，然后再接到直流電壓表上進(jìn)行測(cè)量。第51頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月模擬式交流電壓表大致可分成

下列三種類型

1、檢波—放大式2、放大—檢波式3、外差式電壓表檢波一放大式電壓表先檢波后放大，“高頻電壓表”或“超高頻電壓表”都屬于這一類型。

第52頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月外差式電壓表外差式電壓表

檢波一放大式電壓表的靈敏度受檢波器件非線性的限制。而放大一檢波式電壓表，由于寬帶放大器增益和帶寬的矛盾，也很難把頻率上限提得很高，同時(shí)，兩種測(cè)量方法的靈敏度都受到儀器內(nèi)部噪聲和外部干擾的限制。第53頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月把測(cè)量低頻（1MHz以下）信號(hào)電壓的電壓表稱作交流電壓表或交流毫伏表。采用放大一檢波式，檢波器多為平均值檢波器或有效值檢波器，分別構(gòu)成均值電壓表或有效值電壓表。（3）低頻交流電壓的測(cè)量被測(cè)非正弦電壓的有效值波形換算公式為

第54頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月

高頻交流電壓的測(cè)量不采用放大－檢波式（以避免高頻測(cè)量受放大器通頻帶的限制）,采用檢波一放大式或外差式電壓表來測(cè)量。（4）高頻交流電壓的測(cè)量第55頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月3．高電壓測(cè)量技術(shù)

（1）高壓靜電電壓表（2）峰值電壓表交流峰值電壓表的工作原理可分為兩類：利用整流電容電流來測(cè)量交流高壓利用電容器充電電壓來測(cè)量交流高壓（3）球隙測(cè)壓器（4）高壓分壓器第56頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）高壓靜電電壓表

在兩個(gè)特制的電極間加上電壓u，電極間就會(huì)受到靜電力f的作用，f的大小與u的數(shù)值有固定的關(guān)系，測(cè)量f的大小或它所引起的可動(dòng)極板的位移或偏轉(zhuǎn)就能確定所加電壓u的大小。利用這一原理制成的儀表即為靜電電壓表，它可以用來測(cè)量低電壓，也可以在高電壓測(cè)量中得到應(yīng)用。

第57頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月絕緣的擊穿就僅僅取決于電壓的峰值。交流峰值電壓表和沖擊峰值電壓表，通常均與分壓器配合起來使用。

（2）峰值電壓表為什么要測(cè)峰值如何使用①利用整流電容電流來測(cè)量交流高壓圖（a）第58頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月②利用電容器充電電壓來測(cè)量交流高壓

靜電電壓表PV交流電壓的周期第59頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）球隙測(cè)壓器

球隙測(cè)壓器是惟一能直接測(cè)量高達(dá)數(shù)兆伏的高壓峰值的測(cè)量裝置。由一對(duì)直徑相同的金屬球構(gòu)成，測(cè)量誤差約2％－3％，能滿足工程測(cè)試的要求。

工作原理基于一定直徑（D）的球隙在一定極間距離（d）時(shí)的放電（擊穿）電壓為一定值。已知直徑D和極間距離d，球隙的放電電壓可從理論上推得計(jì)算公式，所得結(jié)果往往不能滿足測(cè)量精度的要求。通常通過實(shí)驗(yàn)的方法得出不同球隙的放電電壓數(shù)據(jù)，被制成表格或曲線備用。第60頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）高壓分壓器

被測(cè)電壓很高時(shí)，高壓靜電電壓表無法直接測(cè)量，球隙測(cè)壓器亦不行，球極的直徑不能無限增大（一般不超過2m）。用示波器測(cè)量電壓的波形時(shí)，不能直接測(cè)。采用高壓分壓器分出一小部分電壓，再用靜電電壓表、峰值電壓表、高壓脈沖示波器等測(cè)量?jī)x器進(jìn)行測(cè)量，是合理的。第61頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月按分壓元件分：為電阻分壓器、電容分壓器、阻分壓器等三種類型。每一分壓器均由高壓臂和低壓臂組成。在低壓臂上得到的是分給測(cè)量?jī)x器的低電壓。分壓器的技術(shù)要求分壓比的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性（幅值誤差要?。?；分出的電壓與被測(cè)高電壓波形的相似（波形畸變要小）。技術(shù)要求：按用途分：為交流高壓分壓器、直流高壓分壓器和沖擊高壓分壓器等；第62頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月2.2.2

電流的測(cè)量1．電流表直接測(cè)量法2．電流一電壓轉(zhuǎn)換法3．電流一磁場(chǎng)轉(zhuǎn)換法4．電流直感器法

第63頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月1．電流表直接測(cè)量法

對(duì)于圖2－14（a）電路，被測(cè)電流實(shí)際值為信號(hào)源內(nèi)阻負(fù)載電阻第64頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月上式可見，為使電流表讀數(shù)值逼近被測(cè)電流實(shí)際值，要求電流表的內(nèi)阻r盡可能為零，即電流表內(nèi)阻越小越好。

在電路中串接一個(gè)內(nèi)阻為r的電流表，如圖2－14（b）所示，則流過電流表的電流為相對(duì)測(cè)量誤差為第65頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月電流表測(cè)電流示意圖第66頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月2．電流-電壓轉(zhuǎn)換法

采用在被測(cè)電流回路中串入很小的標(biāo)準(zhǔn)電阻r（稱之為取樣電阻），將被測(cè)電流轉(zhuǎn)換為被測(cè)電壓當(dāng)滿足條件r<<R時(shí)第67頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月3．電流-磁場(chǎng)轉(zhuǎn)換法

在不切斷電路或被測(cè)電流太大的情況下，采取通過測(cè)量電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)的方法間接測(cè)得該電流的值。

圖2-15為采用霍爾傳感器的錐形電流表結(jié)構(gòu)示意圖。冷軋硅鋼片圓環(huán)的作用是將被測(cè)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)集中到霍爾元件上，提高靈敏度。作用于霍爾片的磁感應(yīng)強(qiáng)度B為第68頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月4．電流互感器法

采用電流互感器法可以不切斷電路的情況下，測(cè)得電路中的電流。一次繞組匝數(shù)二次繞組匝數(shù)一次側(cè)電流第69頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月4．電流互感器法(b)

第70頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月2.3阻抗的測(cè)量

電阻R電感L和電容C是電路的3種基本元件。在測(cè)量技術(shù)中，許多傳感器如電阻式、電感式和電容式傳感器是將被測(cè)量轉(zhuǎn)換為電阻、電感或電容輸出的。

本節(jié)研究和介紹R、L、C元件的阻抗及這三種元件參數(shù)的測(cè)量方法。

第71頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月2.3.1概述

1．阻抗定義阻抗是描述一個(gè)元、器件或電路網(wǎng)絡(luò)中電壓、電流關(guān)系的特征參量，其定義為第72頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)際的電阻、電感和電容元件，存在著寄生電容、寄生電感和損耗。

圖2－17是考慮了各種因素后，實(shí)際電阻R、電感L、電容C元件的等效電路圖2一17電阻R、電感L、電容C元件的等效電路2．電阻、電感和電容的等效電路第73頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）電阻同一個(gè)電阻元件在通以直流電和交流電時(shí)測(cè)得的電阻值是不相同的。在高頻交流下，須考慮電阻元件的引線電感和分布電容的影響。在頻率下的等效阻抗為

上式中

和分別為等效電阻分量和電抗分量，且第74頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）電感電感元件的高頻等效阻抗可參照式（2－63）來確定。其中第75頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月Rc是介質(zhì)損耗的等效電阻。等效阻抗為式中，和分別為電容元件的等效電阻和等效電容，且一般介質(zhì)損耗甚小，可忽略（即）則上式簡(jiǎn)化為（3）電容第76頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月2.3.2直流電阻測(cè)量

1．電表法2．電橋法3．直流小電阻的測(cè)法4．直流大電阻的測(cè)法

第77頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月電表法測(cè)量電阻的原理建立在歐姆定律之上，電壓－電流表法（簡(jiǎn)稱伏－安法）、歐姆表法及三表法是電表法的常見形式。1．電表法（1）伏－安法圖2－18伏-安法測(cè)量直流電阻第78頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）歐姆表法如果Us保持不變，被測(cè)電阻Rx與通過電流表A的電流IA成單值的反比關(guān)系，而磁電式電流表指針的偏轉(zhuǎn)角θ與通過的電流IA成正比，電流表指針的偏轉(zhuǎn)角能反映Rx值大小。如將電流表按歐姆值刻度，就成為可直接測(cè)量電阻值Rx的儀表，稱為歐姆表。第79頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月2．電橋法

測(cè)量直流電阻最常用的是電橋法。電橋分為直流電橋和交流電橋兩大類，直流電橋主要用于測(cè)量電阻。

圖2－21直流單電橋原理電路圖

檢流計(jì)G中無電流，由電橋平衡條件可得被測(cè)電阻第80頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月3．直流小電阻的測(cè)法（1）直流雙電橋（2）數(shù)字微歐計(jì)（3）脈沖電流測(cè)量法第81頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）直流雙電橋

直流雙電橋又稱開爾文電橋，它是用來測(cè)量小電阻的一種比較儀器。

直流雙電橋原理電路測(cè)量時(shí)調(diào)節(jié)橋臂電阻使使電橋達(dá)到平衡

解此方程組可得第82頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）數(shù)字微歐計(jì)

用直流雙電橋測(cè)量小電阻有操作不方便，費(fèi)時(shí)的缺點(diǎn)，且測(cè)量精度除與儀器有關(guān)外，還與操作人員的熟練程度有關(guān)。近些年研究發(fā)展起來的數(shù)字微歐計(jì)，是一種測(cè)量低值電阻的數(shù)字式儀表。第83頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)字微歐計(jì)

基本原理是：利用直流恒流源在被測(cè)電阻上產(chǎn)生直流電壓降外，然后通過電壓放大和A／D轉(zhuǎn)換器變?yōu)閿?shù)字顯示的電阻值。數(shù)字微歐計(jì)具有操作簡(jiǎn)單，省時(shí)，數(shù)顯，對(duì)操作人員要求不高等優(yōu)點(diǎn)。在測(cè)量過程中，采用“四端子”（電流端子、電位端子）測(cè)量法，消除引線和接觸電阻帶來的誤差。第84頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）脈沖電流測(cè)量法

為什么？

如果采用電流一電壓降法進(jìn)行測(cè)量小電阻，則因壓降會(huì)很小，信噪比很低，獲得高測(cè)量精度很困難。加大測(cè)量電流，增加被測(cè)電阻Rx上的電壓降，降低對(duì)測(cè)量壓降儀器的要求，但被測(cè)電阻的溫度也就隨之升高，阻值亦相應(yīng)變化，這種現(xiàn)象稱為電阻的負(fù)載效應(yīng)。第85頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月

脈沖大電流測(cè)量小電阻的原理是：由控制電路控制脈沖電流源的數(shù)值和啟、停時(shí)間，放大器在電流源開啟時(shí)間內(nèi)工作，放大小電阻兩端的電壓降，計(jì)算機(jī)通過A／D轉(zhuǎn)換接口讀入壓降值并計(jì)算出小電阻值。脈沖電流測(cè)量法

結(jié)論：脈沖電流法可以提高測(cè)量小電阻的精度、分辨力和測(cè)量速度。第86頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月4．直流大電阻的測(cè)法

（1）沖擊電流計(jì)法

（2－76）由于t／RxC很小，取的級(jí)數(shù)展開式的前兩項(xiàng)已經(jīng)足夠，故有即：第87頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）高阻電橋法

高阻電橋法利用如圖2－24所示的六臂電橋，通過電路變換并結(jié)合四臂電橋的基本平衡條件就可推得關(guān)系式為高阻電橋測(cè)量范圍為108～1017?。被測(cè)電阻值小于1012?時(shí)，測(cè)量誤差為0.03％，被測(cè)電阻值為1013?時(shí)誤差為0.l％。這種電橋的供電電壓在50～1000V范圍。第88頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月2.3.3

交流阻抗及L、C的測(cè)量1．交流阻抗電橋2．變量器電橋3．?dāng)?shù)字式阻抗測(cè)量?jī)x

第89頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）電橋平衡條件

電橋平衡必須同時(shí)滿足模平衡和相位平衡兩個(gè)條件。

在交流情況下，電橋四個(gè)橋臂阻抗的大小和性質(zhì)必須按一定條件配置，否則可能不能實(shí)現(xiàn)電橋平衡。在實(shí)用電橋中，為了使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)方便，通常有兩個(gè)橋臂采用純電阻。第90頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）電橋電路及元件參數(shù)的測(cè)量

當(dāng)選擇和為可調(diào)元件時(shí)，被測(cè)量的參數(shù)和可以分別讀數(shù)。串聯(lián)電容電橋適于測(cè)量損耗小的電容。第91頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月2．變量器電橋

變量器電橋可用于高頻時(shí)的阻抗測(cè)量。變量器電橋有變壓式、變流式和雙邊式三種結(jié)構(gòu)，雙邊式是前兩種結(jié)構(gòu)形式的組合。

交流四臂電橋適用于在低頻時(shí)測(cè)量交流電阻、電感、電容等。雙邊式變量器電橋電橋平衡時(shí)可得電橋平衡時(shí)G指零得可解得第92頁，課件共99頁，創(chuàng)作于