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1、電子測量技術(shù)第四章 電壓的測量電子測量技術(shù)第四章 電壓的測量Page 2第四章 電子示波器學(xué)習(xí)交直電壓信號測量的各種方法，以及相關(guān)測量儀器的結(jié)構(gòu)和工作原理。磁電指針電壓和電流表，交流均值電壓表和峰值電表，數(shù)字電壓表。磁電指針電壓表對測量結(jié)果的影響，電壓分貝值的測量，雙積分A/D轉(zhuǎn)換。Page 2第四章 電子示波器 學(xué)習(xí)交直電第四章 電壓的測量4.1 概述第四章 電壓的測量4.1 概述Page 44.1 概述電壓是反映電信號特征的基本參數(shù)，它的測量是電子電氣測量的基本內(nèi)容。在電子電路中，電路的工作狀態(tài)，如諧振、平衡、截止、飽和以及工作點(diǎn)的動態(tài)范圍，通常都以電壓形式表現(xiàn)出來。電子設(shè)備的控制信號、反

2、饋信號及其他信息主要表現(xiàn)為電壓量。在非電量的測量中，也多利用各類傳感裝置將非電量參數(shù)轉(zhuǎn)換成電壓參數(shù)。4.1.1 電壓測量的特點(diǎn)Page 44.1 概述 電壓是反映電信號特Page 54.1 概述電路中其他電參數(shù)，包括電流和功率，以及信號的幅度、波形的非線性失真系數(shù)、元件的Q值、網(wǎng)絡(luò)的頻率特性和通頻帶、設(shè)備的靈敏度等，都可以視做電壓的派生量，通過電壓測量獲得其量值。最重要的是，電壓測量直接、方便，將電壓表并接在被測電路上，只要電壓表的內(nèi)阻足夠大，就可以獲得較滿意的測量結(jié)果。作為比較，電流測量就不具備這些優(yōu)點(diǎn)，首先必須把電流表串接在被測電路中，很不方便.4.1.1 電壓測量的特點(diǎn)Page 54.1

3、 概述 電路中其他電參數(shù)Page 64.1 概述2電壓測量的特點(diǎn)和要求（1）頻率范圍寬在電子電路和電氣設(shè)備中，電壓信號的頻率范圍非常寬，除直流外，且頻段不同，測量方法也各不相同。例如，對于低頻電壓信號，是先放大，后檢波，再測量；而對于高頻電壓信號，則是先檢波，后放大，再測量。（2）測量范圍大待測電壓的大小差別很大，若待測信號電壓電平低，則要求電壓表分辨力高，而這種要求又受到外部干擾、內(nèi)部噪聲等的限制。若待測信號電壓電平高，則要考慮電壓表輸入級中加接分壓網(wǎng)絡(luò)，但這樣又會降低電壓表的輸入阻抗。4.1.1 電壓測量的特點(diǎn)Page 64.1 概述2電壓測量的特點(diǎn)和要求4.Page 74.1 概述（3）

4、信號波形復(fù)雜待測電壓的波形除了正弦波外，還包括失真的正弦波以及各種非正弦波，如方波、三角波、尖脈沖等信號，不同波形電壓的測量方法及對測量準(zhǔn)確的影響是不同的。（4）被測電路的輸出阻抗差別大在實際中被測電路的輸出阻抗Z0差別很大，在電壓測量中，電壓表是與被測電路并聯(lián)的，電壓表的負(fù)載效應(yīng)對測量結(jié)果的準(zhǔn)確度有影響，尤其是對輸出阻抗Z0比較高的電路，因此，要求電壓表的內(nèi)阻大，相關(guān)的電壓測量儀器輸入阻抗高。4.1.1 電壓測量的特點(diǎn)Page 74.1 概述（3）信號波形復(fù)雜4.1.Page 84.1 概述（5）測量精度差異大由于被測電壓的頻率、波形等因素的影響。電壓測量的準(zhǔn)確度有較大差異。電壓值的基準(zhǔn)是直

5、流標(biāo)準(zhǔn)電壓，直流測量時分布參數(shù)等的影響可以忽略不計，因而直流電壓測量的精度較高，但交流電壓測量精度要低得多。（6）外界干擾電壓測量易受外界干擾的影響，當(dāng)被測信號電壓較小時，干擾往往成為影響測量精度的主要因素。對于高靈敏度的電壓表，如數(shù)字電壓表、高頻毫伏表等，必須具有較強(qiáng)的抗干擾能力，測量時也要特別注意采取相應(yīng)措施。4.1.1 電壓測量的特點(diǎn)Page 84.1 概述（5）測量精度差異大4.1.Page 94.1 概述1模擬式電壓表模擬式電壓表的結(jié)構(gòu)相對簡單，價格較為便宜，頻率范圍也寬，另外在某些場合并不需要準(zhǔn)確測量電壓的真實大小，而只需要知道電壓大小的范圍或變化趨勢，此時用模擬式電壓表反而更為靈

6、活、直觀。（1）按測量功能分，分為直流電壓表、交流電壓表和脈沖電壓表；（2）按工作頻段分類，低頻電壓表、高頻電壓表等；（3）按電壓量級分類，壓表可分為電壓表和毫伏表（毫伏量級）；（4）按準(zhǔn)確等級分類，分為0.05、0.1、0.2等。4.1.2 電壓測量儀器的分類Page 94.1 概述 1模擬式電壓表4.1.Page 104.1 概述2.數(shù)字式電壓表分類數(shù)字式電壓表的優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在：測量準(zhǔn)確度高，測量速度快，輸入阻抗高，過載能力強(qiáng)，抗干擾能力和分辨率優(yōu)于模擬式電壓表。此外，由于測量結(jié)果以數(shù)字形式輸出、顯示，因此除讀數(shù)直觀外，還便于和計算機(jī)及其他設(shè)備連用，組成自動化測試儀器或自動測試系統(tǒng)。數(shù)字式電壓

7、表目前尚無統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)。一般按測量功能分為直流數(shù)字電壓表和交流數(shù)字電壓表。交流數(shù)字電壓表按其AC/DC變換原理分為峰值交流數(shù)字電壓表、平均值交流數(shù)字電壓表和有效值交流數(shù)字電壓表。4.1.2 電壓測量儀器的分類Page 104.1 概述2.數(shù)字式電壓表分類4.第四章 電壓的測量4.2 磁電動圈式直流電表第四章 電壓的測量4.2 磁電動圈式直流電表Page 124.2 磁電動圈式直流電表1.磁電動圈式電表的結(jié)構(gòu)圖4-1所示，磁電式電表由固定部分和可動部分組成。其中固定部分由永久磁鐵1、極掌2和固定在支架上的圓柱形鐵心5構(gòu)成?？蓜硬糠钟衫@在鋁框架上的可動線圈4、線圈極端的兩個半軸3、與轉(zhuǎn)軸相連的指

8、針8、平衡錘6，以及游絲7所組成。4.2.1 磁電動圈式電表的工作原理 整個可動部分支承在軸承上，線圈放在環(huán)形氣隙之中，由于永久磁鐵放在可動線圈的外面，所以稱為外磁式。Page 124.2 磁電動圈式直流電表1.磁電動圈Page 134.2 磁電動圈式直流電表可動線圈通電之后，受到三個力矩的作用力。一個是與永久磁鐵的磁場相互作用形成的轉(zhuǎn)動力矩，使可動線圈產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)。另一個是反作用力矩，通常由游絲產(chǎn)生，每一個游絲都是一端與可動線圈相連。它的作用除了產(chǎn)生反作用力矩外，還可以作為電流導(dǎo)入可動線圈的引線。第三個是阻尼力矩，可以與永久磁鐵磁場作用形成一個電磁阻尼力矩，它的方向總是與鋁框架的運(yùn)動方向相反，這

9、樣就能使指針很快停留在相應(yīng)的讀數(shù)位置，防止指針左右擺動。4.2.1 磁電動圈式電表的工作原理Page 134.2 磁電動圈式直流電表 可Page 144.2 磁電動圈式直流電表2.電表的工作原理設(shè)電流表鐵心5與極掌2之間工作氣隙內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，且由于氣隙結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使得氣隙內(nèi)的B值處處相等，其方向如圖4-2所示，都是通過軸心呈輻射形。4.2.1 磁電動圈式電表的工作原理Page 144.2 磁電動圈式直流電表2.電表的工Page 154.2 磁電動圈式直流電表根據(jù)物理學(xué)原理，可動線圈通電后在氣隙磁場內(nèi)所受的轉(zhuǎn)動力矩M 為：4.2.1 磁電動圈式電表的工作原理線圈在轉(zhuǎn)動的過程中要受到游絲產(chǎn)生的

10、反作用力矩M的作用，其大小與線圈轉(zhuǎn)動的角度成正比，即：當(dāng)轉(zhuǎn)動力矩M 等于反作用力矩M時，上式可得：電流表可動線圈的偏轉(zhuǎn)角與電流I 成正比。這就是磁電式電表測量電流的工作原理。上面介紹的電表習(xí)慣上稱為表頭，它只能通過小電流，兩端的電壓也很小。如果要測量更大的電流，必須在表頭上并聯(lián)分流電阻，以擴(kuò)大測量電流的量程。如果要測量更高的電壓，需要與表頭串聯(lián)附加電阻，以擴(kuò)大測量電壓的量程。Page 154.2 磁電動圈式直流電表 Page 164.2 磁電動圈式直流電表1分流電阻的計算從磁電式電表的工作原理可以看出，磁電式電表可以直接作為電流表使用。但由于被測電流需要通過游絲和可動線圈，而它們又都是截面極細(xì)

11、的金屬絲，所以直接測量電流時最大量程只能是微安或毫安級。如果要測量大電流，就要加接分流電阻。4.2.2 電流表擴(kuò)大量程的方法 分流電阻擴(kuò)大電流量程的電路如圖4-3所示，圖中表頭內(nèi)阻為Rin，分流電阻為Rsh，它與表頭并聯(lián)（即Rsh與Rin并聯(lián)）。Page 164.2 磁電動圈式直流電表 1分流電阻Page 174.2 磁電動圈式直流電表 假設(shè)當(dāng)被測電流為I 時，通過表頭的滿刻度電流為 Im，其余電流通過電阻Rsh分流（即Ish），可以建立下面的的關(guān)系式：4.2.2 電流表擴(kuò)大量程的方法 若n 表示被測電流與表頭滿度電流之比 I/Im，那么n 值就是電流表并聯(lián)分流電阻后量程擴(kuò)大的倍數(shù)。Page

12、174.2 磁電動圈式直流電表 Page 184.2 磁電動圈式直流電表例：有一磁電式表頭，其滿刻度電流為200 A，可動線圈內(nèi)阻為300，若要把滿刻度電流擴(kuò)大到10 mA、100 mA、0.5A，應(yīng)分別并聯(lián)多大的分流電阻？解：（1）10 mA的量程，（2）100 mA的量程，（3）0.5A的量程，上述結(jié)果表明，電流量程越大，分流電阻越小，通過分流電阻的電流越大，但通過表頭的電流是不變的。Page 184.2 磁電動圈式直流電表例題4-1例：Page 194.2 磁電動圈式直流電表2兩種分流電路 對于固定式擴(kuò)大電流量程，可采用圖4-4所示的開路式分流器來改變電流的量程，這種電路簡單，分流電阻的

13、計算也比較方便。4.2.2 電流表擴(kuò)大量程的方法Page 194.2 磁電動圈式直流電表2兩種分流電Page 204.2 磁電動圈式直流電表2兩種分流電路 對于萬用表中的分流器，因為轉(zhuǎn)換開關(guān)經(jīng)常轉(zhuǎn)動，如果開關(guān)觸點(diǎn)接觸不良，對于開路式分流器，就會造成分流器斷開，若此時通電，會造成表頭損壞。在萬用表中一般采用如圖4-5所示的閉路式分流器來改變電流的量程。這種分流器的特點(diǎn)是整個閉合電路的電阻不變，分流電阻減少時，表頭支路的電阻增大，通過表頭的電流變小。4.2.2 電流表擴(kuò)大量程的方法Page 204.2 磁電動圈式直流電表2兩種分流電Page 214.2 磁電動圈式直流電表1附加電阻的計算 設(shè)磁電動

14、圈式表頭的內(nèi)阻為Rin，滿刻度電流為Im，如果該表頭作為直流電壓表使用，則其滿刻度電壓Um為：4.2.3 電壓表擴(kuò)大量程的方法 通常磁電動圈式表頭的滿刻度電壓很小，例如某表頭的滿刻度電流為200A，內(nèi)阻為300，它的滿刻度電壓僅為60 mV，顯然不能滿足實際測量的需要。為了擴(kuò)大表頭測量電壓的范圍，通常與表頭串接若干個附加電阻，Ra1、Ra2、Ra3、。這樣，就引入了U1、U2、U3、多個電壓量程。Page 214.2 磁電動圈式直流電表1附加電阻的Page 224.2 磁電動圈式直流電表 由圖可以計算，各個附加電阻的阻值分別為：4.2.3 電壓表擴(kuò)大量程的方法Page 224.2 磁電動圈式直

15、流電表 Page 234.2 磁電動圈式直流電表例：假設(shè)圖4-6中表頭的滿刻度電流為50 A，內(nèi)阻為4 k，三個量程的電壓分別為1V、10V、100V，求對應(yīng)于三個電壓量程的附加電阻。解：已知表頭的內(nèi)阻 Rin=4 k，滿刻度電流 Im=50 A，根據(jù)公式，可分別計算出Ra1、Ra2、Ra3，Page 234.2 磁電動圈式直流電表例題4-2例：Page 244.2 磁電動圈式直流電表2電壓靈敏度 通常把電壓表內(nèi)阻RV 與相應(yīng)量程電壓U 之比定義為電壓靈敏度。“/V”數(shù)越大，指針偏轉(zhuǎn)同樣角度所需的驅(qū)動電流越小。由“/V”數(shù)，可推算出不同量程的內(nèi)阻。例如，某電壓表的“/V”為“20k/V”，當(dāng)用

16、10V檔時，電壓表的內(nèi)阻為RV=1020k=200k；當(dāng)100V檔時，內(nèi)阻為RV=10020k=2000k。如果給出了表頭的靈敏度，實際上也就給出了電表的滿刻度電流。例如，上述電壓靈敏度為“20k/V”的表頭，它的滿刻度電流為Im=1V/20 k=50 A。4.2.3 電壓表擴(kuò)大量程的方法Page 244.2 磁電動圈式直流電表2電壓靈敏度Page 254.2 磁電動圈式直流電表1電壓表和電流表內(nèi)阻對測量結(jié)果的影響 磁電動圈式直流電壓表和電流表的結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，價格便宜，其主要缺點(diǎn)是靈敏度不高，內(nèi)阻對測量結(jié)果影響較大。由于測量電壓時電壓表與被測電路并聯(lián)，當(dāng)電壓表的量程較低時，電壓表的內(nèi)阻較

17、小，其負(fù)載效應(yīng)對被測電路工作狀態(tài)及測量結(jié)果的影響較大。而測量電流時，電流表與被測電路串聯(lián)，如果電流表的內(nèi)阻較大，也會影響電路的工作狀態(tài)及測量結(jié)果。4.2.4 電表內(nèi)阻對測量的影響 因此，電壓表的內(nèi)阻應(yīng)盡量大些，且量程越大，內(nèi)阻應(yīng)越大；而電流表的內(nèi)阻應(yīng)盡量小一些，且量程越大，內(nèi)阻應(yīng)越小。Page 254.2 磁電動圈式直流電表1電壓表和電Page 264.2 磁電動圈式直流電表例：如圖4-7所示，圖中電阻R1、R2的阻值都為100k，電源電壓為200V，用內(nèi)阻Rv分別為100k和1000k電壓表測量R1的電壓，分別計算電壓表內(nèi)阻影響所產(chǎn)生的誤差。解：R1上的實際電壓值為:用內(nèi)阻為Rv1=100

18、k電壓表測量得R1上的電壓為:Page 264.2 磁電動圈式直流電表例題4-3例：Page 274.2 磁電動圈式直流電表這時測量的相對誤差為:用內(nèi)阻為Rv2=1000 k電壓表測量得R1上的電壓為:相對誤差為:可見，用內(nèi)阻大的電壓表，對被測電路影響小，測量結(jié)果的誤差比較小。Page 274.2 磁電動圈式直流電表例題4-3這時Page 284.2 磁電動圈式直流電表例：如圖4-8所示，圖中電阻R為400，電壓U為100V，用內(nèi)阻 Ri 分別為400和10的電流表測量電路中的電流，分別計算由電流表內(nèi)阻影響所產(chǎn)生的測量誤差。解：從圖中可以看出，如果不考慮電流表內(nèi)阻的影響，電路中的實際電流為:如

19、果電流表內(nèi)阻Ri1為400，則電路中的電流為:這時測量的相對誤差為:Page 284.2 磁電動圈式直流電表例題4-4例：Page 294.2 磁電動圈式直流電表 如果電流表內(nèi)阻Ri2為10，則電路中的電流為:這時的相對誤差為:可見，電流表的內(nèi)阻越小，對被測電路影響越小，測量結(jié)果的誤差就越小。Page 294.2 磁電動圈式直流電表例題4-4 Page 304.2 磁電動圈式直流電表2消除電壓表的負(fù)載效應(yīng) 對于內(nèi)阻大的電源，欲測量其空載電壓Ux，如果用電壓表直接測量，由于電壓表內(nèi)阻Rv并接在電源兩端，形成電流回路，電源內(nèi)部有一定的電壓降，會使測量結(jié)果造成較大的誤差。為此，采用圖4-9所示的電路

20、測量。4.2.4 電表內(nèi)阻對測量的影響Page 304.2 磁電動圈式直流電表2消除電壓表Page 314.2 磁電動圈式直流電表 圖中Ux為電源的空載電壓，Ri為電源的內(nèi)阻，Rv為電壓表的內(nèi)阻。先按圖4-9（a）的電路測量，電壓表的指示電壓為U1，即：4.2.4 電表內(nèi)阻對測量的影響 然后按圖4-9（b）串接一個輔助測量電阻Rs，這時電壓表指示的電壓值為U2，即 將兩式相除，消除Ux后，可得：Page 314.2 磁電動圈式直流電表 Page 324.2 磁電動圈式直流電表4.2.4 電表內(nèi)阻對測量的影響 利用上式，可解出電源的內(nèi)阻Ri，即：代上式，可得電源的空載電壓Ux：如果上述測量中的輔

21、助電阻Rs是一只電位器，調(diào)節(jié)Rs，使U2剛好等于U1的一半，上式中的U2/（U1U2）=1，可簡化：Page 324.2 磁電動圈式直流電表4.2.4第四章 電壓的測量4.3 交流電壓的量值和測量方法第四章 電壓的測量4.3 交流電壓的量值和測量方法Page 344.3 交流電壓的量值和測量方法 交流電壓除用具體的函數(shù)關(guān)系式表達(dá)其大小隨時間變化的規(guī)律外，通常還可以用峰值、平均值、有效值等參數(shù)表示。（1）峰值 一個周期內(nèi)偏離基線的最大值稱為幅值，也叫峰值，用Um表示。在波形不失真的情況下，正、負(fù)峰值是相等的。4.3.1 交流電壓的量值表示Page 344.3 交流電壓的量值和測量方法 Page

22、354.3 交流電壓的量值和測量方法（2）平均值 在數(shù)學(xué)上，交流電壓u（t）的平均值定義為按照這個定義，對于對稱正弦波電壓，上式的積分等于零，即平均值為零。在電子電氣測量中，平均值通常是指交流電壓檢波（也稱整流）以后的平均值。（3）有效值 某一交流電壓的有效值等于這樣一個直流電壓的數(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電阻上時，在一個周期內(nèi)兩者消耗的電能相等。4.3.1 交流電壓的量值表示圖形面積、除1.4或乘 0.7Page 354.3 交流電壓的量值和測量方法（2）平Page 364.3 交流電壓的量值和測量方法（1）波形因數(shù)：波形因數(shù)定義為交流電壓的有效值U與平均值

23、之比，用符號KF 表示，即：4.3.2 交流電壓量值的轉(zhuǎn)換（2）波峰因數(shù)：波峰因數(shù)定義為交流電壓的峰值Um與有效值U 之比，用符號KP 表示，即：雖然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，國際、國內(nèi)均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，幾乎都是按正弦波的有效值來定度。Page 364.3 交流電壓的量值和測量方法（1）波Page 374.3 交流電壓的量值和測量方法 當(dāng)用正弦波有效值定度的交流電壓表測量電壓時，如果被測電壓是正弦波，電壓表的讀數(shù)就是正弦波電壓的有效值，根據(jù)表4-1很容易從電壓表讀數(shù)即有效值得知它的峰值和平均值。如果被測電壓是非正弦波，那么

24、必須根據(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，才能得到有效值、峰值和平均值。4.3.2 交流電壓量值的轉(zhuǎn)換Page 374.3 交流電壓的量值和測量方法 Page 384.3 交流電壓的量值和測量方法Page 384.3 交流電壓的量值和測量方法Page 394.3 交流電壓的量值和測量方法Page 394.3 交流電壓的量值和測量方法Page 404.3 交流電壓的量值和測量方法 測量交流電壓的方法很多，依據(jù)的原理也不同。其中最主要的是利用交流/直流（AD/DC）轉(zhuǎn)換電路（多為二極管檢波電路），將交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓，然后接到直流電壓表上進(jìn)行顯示。根據(jù)檢波特性的不同，檢波法

25、又可分成平均值檢波、峰值檢波、有效值檢波等。模擬交流電子電壓表主要有以下幾種類型：4.3.3 電子交流電壓表的主要類型Page 404.3 交流電壓的量值和測量方法 Page 414.3 交流電壓的量值和測量方法（1）檢波-放大式 先對被測交流電壓進(jìn)行檢波，然后將檢波得到的直流電壓送直流放大器放大，最后送電表顯示，如圖4-12所示。這種電子電壓表的頻率范圍和輸入阻抗主要取決于檢波器。4.3.3 電子交流電壓表的主要類型Page 414.3 交流電壓的量值和測量方法（1）檢Page 424.3 交流電壓的量值和測量方法（2）放大-檢波式 這種類型是先對被測電壓信號進(jìn)行放大，然后檢波，最后將檢波得

26、到的直流電壓送電表顯示，如圖4-13所示。這種電子電壓表的輸入阻抗大，測量靈敏度高，頻率范圍主要取決于寬帶交流放大器。4.3.3 電子交流電壓表的主要類型Page 424.3 交流電壓的量值和測量方法（2）放Page 434.3 交流電壓的量值和測量方法（3）調(diào)制式 調(diào)制式電子電壓表實際上仍然屬于檢波-放大式類型。在這種方式中，為了減小直流放大器的零點(diǎn)漂移對測量結(jié)果的影響，采用調(diào)制式放大器替代，即先將微弱的直流電壓信號經(jīng)調(diào)制器變換為低頻的交流信號，由交流放大器進(jìn)行放大，然后經(jīng)解調(diào)器還原為直流電壓信號（幅度已得到了放大），最后送電表顯示。4.3.3 電子交流電壓表的主要類型Page 434.3

27、交流電壓的量值和測量方法（3）調(diào)Page 444.3 交流電壓的量值和測量方法（4）外差式 檢波-放大式電壓表雖然頻率范圍較寬，但檢波二極管的非線性限制了它的靈敏度；而放大-檢波式電壓表，雖然靈敏度可以提高，但頻率范圍較窄。外差式電壓測量法主要用于解決了靈敏度和頻率范圍之間的矛盾。4.3.3 電子交流電壓表的主要類型Page 444.3 交流電壓的量值和測量方法（4）外Page 454.3 交流電壓的量值和測量方法 這種電壓表的輸入電路包括輸入衰減器和高頻放大器，衰減器用于大電壓測量，高頻放大器帶寬很寬，但不要求有很高的增益，被測電壓的放大主要由后面的中頻放大器完成。被測信號經(jīng)輸入電路，與本機(jī)

28、振蕩信號一起進(jìn)入混頻器，轉(zhuǎn)變成頻率固定的中頻信號，經(jīng)中頻放大器放大后，進(jìn)入檢波器轉(zhuǎn)變成直流電壓，最后送電表顯示。由于中頻放大器具有良好的頻率選擇性和固定的中頻頻率，從而解決了放大器增益帶寬的矛盾，又因為中頻放大器具有極窄的帶通濾波特性，因而可以在實現(xiàn)高增益的同時，有效地抑制干擾和噪聲的影響。4.3.3 電子交流電壓表的主要類型Page 454.3 交流電壓的量值和測量方法 第四章 電壓的測量4.4 電子交流電壓表第四章 電壓的測量4.4 電子交流電壓表Page 474.4 電子交流電壓表1平均值檢波器 4.4.1 均值電壓表平均值檢波器由4只性能相同的二極管構(gòu)成橋式全波檢波（整流）電路。半橋式

29、整流等效電路為了改善整流二極管的非線性Page 474.4 電子交流電壓表1平均值檢波器 Page 484.4 電子交流電壓表2低頻均值電壓表 4.4.1 均值電壓表放大器的主要作用是放大被測電壓，提高測量靈敏度，使檢波器工作在線性區(qū)域，同時它的高輸入阻抗可以大大減小負(fù)載效應(yīng)。由于放大器頻率特性的限制，測量頻率多在1MHz以下，測量的電壓信號頻率比較低，所以這種電壓表屬于低頻交流電壓表。上述的平均值檢波電路輸入阻抗低，當(dāng)輸入信號比較小時，會出現(xiàn)非線性特性。因此，均值電壓表一般都設(shè)計成放大-檢波式的結(jié)構(gòu)。Page 484.4 電子交流電壓表2低頻均值電壓表Page 494.4 電子交流電壓表 圖

30、4-17是JB-1B型交流電壓表的未級電路原理圖，放大器后接了一個全波橋式整流器，由4只二極管D1D4組成均值檢波器，頻率測量范圍為2Hz500kHz，電壓測量范圍為50 V300 V的電壓，最小量程為1mV。圖4-17中，R1、C2組成濾波器，R2、D5為線性補(bǔ)償電路，當(dāng)信號電壓較低時，由于二極管具有非線性，因此表頭電流偏小，此時R2、D5的分流作用也減小，使表頭電流有所增加，從而起到線性補(bǔ)償作用。當(dāng)信號頻率過低（210Hz）時，阻尼開關(guān)S閉合，以避免表針擺動。4.4.1 均值電壓表Page 494.4 電子交流電壓表 圖Page 504.4 電子交流電壓表3波形換算 電壓表的刻度是以正弦波

31、電壓的有效值定度的，而均值檢波器的輸出（即流過電流表的電流）與被測信號電壓的平均值成線性關(guān)系，因而有：4.4.1 均值電壓表 式中Ua為電壓表的指示值，為被測交流電壓的平均值，Ka稱為定度系數(shù)。由于交流電壓表是以正弦波有效值定度的，因此對于全波檢波（整流）電路構(gòu)成的均值電壓表，定度系數(shù)Ka就等于正弦信號的波形因數(shù)，即：Page 504.4 電子交流電壓表3波形換算 4.Page 514.4 電子交流電壓表 如果被測信號為正弦波，則電壓表的指示值就是被測電壓的有效值。如果被測信號是非正弦波形，那么需要進(jìn)行“波形換算”，由電壓表指示值和被測信號的具體波形推算出被測信號電壓的有效值。由波形因數(shù) KF

32、 定義可知，有效值U=KF 平均值，并可得任意波形電壓的有效值的變換公式，即：4.4.1 均值電壓表 這就是均值電壓表測量非正弦波信號電壓有效值的波形變換公式。Page 514.4 電子交流電壓表 Page 524.4 電子交流電壓表例：用全波整流均值電壓表分別測量正弦波、三角波和方波，若電壓指示值均為10V，求這些被測電壓的平均值和有效值。解：根據(jù)電壓表指示值相等，均值也相等的原理，可得三種波形的平均電壓都為：對于正弦波，由于電壓表是按正弦波有效值定度的，電壓表的指示值就是正弦波的有效值，即：U=Ua=10V 對于三角波，查表4-1知，三角波的波形因數(shù)為KF=1.15，所以三角波的有效值為：

33、VPage 524.4 電子交流電壓表例題4-5例：用全Page 534.4 電子交流電壓表 對于方波，由前表可知，方波的波形因數(shù)數(shù)KF=1，所以方波的有效值為：顯然，如果被測電壓不是正弦波形，而直接將電壓表的指示值作為被測電壓的有效值，必將帶來較大的誤差，通常稱為“波形誤差”。如果直接將電壓表的指示值Ua=10V作為其有效值，則三角波的波形誤差為：方波的波形誤差為：解：Page 534.4 電子交流電壓表例題4-5 Page 544.4 電子交流電壓表1峰值檢波器（1）串聯(lián)型峰值檢波器 圖4-18分別是串聯(lián)式峰值檢波電路和波形，圖中元件參數(shù)應(yīng)滿足RC Tmax ；RdC Tmax，因此放電非

34、常緩慢，輸出電壓Uo（即電阻R上電壓）下降很少，其值近似為ux峰值的兩倍，即Uo 2Um4.4.2 峰值電壓表Page 594.4 電子交流電壓表1、在ux的負(fù)半周Page 604.4 電子交流電壓表2高頻峰值電壓表 由于放大器頻率特性的限制，通常測量高頻信號的電壓表不采用放大-檢波式，而采用下圖的檢波-放大式。在這類檢波-放大式高頻毫伏表中，檢波器一般采用峰值檢波電路。4.4.2 峰值電壓表Page 604.4 電子交流電壓表2高頻峰值電壓表Page 614.4 電子交流電壓表 采用這種結(jié)構(gòu)，放大器放大的是檢波后的直流電壓信號，其頻率特性不會影響整個電壓表的頻率響應(yīng)。此時測量電壓的頻率范圍主

35、要取決于檢波器的頻率響應(yīng)?，F(xiàn)在的高頻電壓表都采用特殊性能的高頻檢波二極管構(gòu)成的檢波電路，并放置在屏蔽良好的探頭內(nèi)，用探頭的探針直接接觸被測點(diǎn)，這樣可以避免過長輸入線的分布電容和引線電感的影響，大大地減小高頻信號在傳輸過程中的損失。在這類檢波-放大式高頻毫伏表中，檢波器一般采用峰值檢波電路。為了減小一般直流放大器零點(diǎn)漂移對測量結(jié)果的影響，多采用調(diào)制式直流放大器放大檢波后的直流電壓信號。4.4.2 峰值電壓表Page 614.4 電子交流電壓表 采Page 624.4 電子交流電壓表 DA36型和AS2271型超高頻毫伏表，其探頭內(nèi)裝有兩組嚴(yán)格對稱的檢波二極管，一組直接對高頻信號檢波，另一組對其進(jìn)

36、行電壓反饋，以克服二極管固有的小信號區(qū)城的非線性特性，從而提高了檢測的靈敏度。4.4.2 峰值電壓表Page 624.4 電子交流電壓表 DPage 634.4 電子交流電壓表3.波形換算 有 電壓表指示值Ua；峰值檢波器輸出電壓Uo（等于峰值電壓Um）；電壓的有效值U等于電壓表的指示值Ua 波峰因數(shù)定義為Kp=Um/U，由此可得峰值Um 和有效值U為：4.4.2 峰值電壓表 這就是峰值電壓表測量非正弦波信號電壓有效值的波形變換公式。Page 634.4 電子交流電壓表3.波形換算4.Page 644.4 電子交流電壓表例：用峰值電壓表分別測量正弦波、三角波和方波，電壓表均指在10V位置，問三

37、種波形的被測信號的峰值和有效值各為多少？解：根據(jù)示值相等峰值也相等的原理及公式，可得三種波形的電壓峰值Um都為：因為電壓表就是以正弦波的有效值定度的，因此正弦波的有效值就是電壓表的指示值，即正弦波的有效值U=10V。對于三角波，根據(jù)公式和查表知 Kp=1.73，其有效值U 為：對于方波，波峰因數(shù)為Kp=1.0，其有效值U 為：Page 644.4 電子交流電壓表例題4-6例：用峰Page 654.4 電子交流電壓表 在前面已介紹了交流電壓有效值定義的數(shù)學(xué)表達(dá)式：4.4.3 有效值電壓表 由上式可知，為了獲得有效值（均方根值），必須使AC/DC變換器具有平方律關(guān)系的伏安特性。這類變換器有二極管平

38、方律檢波、分段逼近檢波、熱電變換式和模擬計算式等四種。Page 654.4 電子交流電壓表 在前Page 664.4 電子交流電壓表1二極管平方律檢波 半導(dǎo)體二極管在其正向特性的起始部分具有近似的平方律關(guān)系。4.4.3 有效值電壓表可見，通過電表的平均電流與被測電壓的有效值成正比，從而實現(xiàn)了有效值的平方律轉(zhuǎn)換。這種轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點(diǎn)是電路簡單，靈敏度高。缺點(diǎn)是滿足平方律特性的區(qū)域（即有效值檢波的動態(tài)范圍）過窄，特性不易控制且不穩(wěn)定，所以逐漸被晶體二極管鏈?zhǔn)骄W(wǎng)絡(luò)組成的分段逼近式有效值檢波器所代替。Page 664.4 電子交流電壓表1二極管平方律檢Page 674.4 電子交流電壓表 2.分段逼近檢波

39、式 下 圖是分段逼近式有效值檢波電路及其平方律伏安特性。由二極管D3D6和電阻R3R10構(gòu)成的鏈?zhǔn)骄W(wǎng)絡(luò)相當(dāng)于與R2并聯(lián)的可變負(fù)載。接在寬帶變壓器次級的二極管D1、D2對被測電壓進(jìn)行全波檢波。適當(dāng)調(diào)節(jié)檢波器負(fù)載，可使其伏安特性成平方律關(guān)系，而使通過電表的電流正比于被測電壓有效值的平方。4.4.3 有效值電壓表Page 674.4 電子交流電壓表 2.分段逼近檢Page 684.4 電子交流電壓表 二極管鏈?zhǔn)诫娐返墓ぷ髟硎牵哼m當(dāng)選擇直流電源E和分壓電阻R3R10的值，使U1 U2 U3 U4。當(dāng)u U1時，二極管D3D6截止，伏安特性起始部分是直線，斜率由R2決定。當(dāng)U1 u Us時，分貝值為正

40、；當(dāng)Ux 1，因此（4-35）式可簡化為：上式表明，由于電阻R2的負(fù)反饋?zhàn)饔?，放大器的輸出和輸入之間呈線性關(guān)系，輸出電壓uo大小與比值R2/R1成正比，而與其它參數(shù)無關(guān)。Page 974.6 數(shù)字電壓表 設(shè)集成Page 984.6 數(shù)字電壓表 2I/V變換器 將直流電流 Ix 變換成直流電壓最簡單的方法:是讓該電流流過一只標(biāo)準(zhǔn)電阻Rs。根據(jù)歐姆定律，Rs上的端電壓Ux=Rs Ix，從而完成了I/V的線性轉(zhuǎn)換。為了減小Rs 對被測電路的影響，標(biāo)準(zhǔn)電阻Rs 的取值應(yīng)盡可能小。4.6.3 電壓、電流、電阻轉(zhuǎn)換電路Page 984.6 數(shù)字電壓表 2I/V變換器4.Page 994.6 數(shù)字電壓表 圖

41、（a）是采用高輸入阻抗同相運(yùn)算放大器，其輸出電壓Uo與被測電流 Ix 之間滿足以下關(guān)系：4.6.3 電壓、電流、電阻轉(zhuǎn)換電路 當(dāng)被測電流較小時（Ix小于幾個毫安），采用圖4-36（b）所示的轉(zhuǎn)換電路，忽略運(yùn)放輸入端的漏電流，輸出電壓Uo與被測電流 Ix之間滿足下面的關(guān)系：上面兩式表明，運(yùn)放的輸出電壓Uo與被測電流 Ix成正比，從而實現(xiàn)了電流的I/V轉(zhuǎn)換。Page 994.6 數(shù)字電壓表 圖（a）Page 1004.6 數(shù)字電壓表 3/V變換器 實現(xiàn)/V變換的方法有多種。圖4-37是恒流法/V變換器的原理圖。圖中Rx為待測電阻，Rs為標(biāo)準(zhǔn)電阻，Us為基準(zhǔn)電壓源。該圖實質(zhì)上是由運(yùn)算放大器構(gòu)成的負(fù)反

42、饋電路，利用前面的分析方法，可以得到：4.6.3 電壓、電流、電阻轉(zhuǎn)換電路 即輸出電壓Uo與被測電阻Rx成正比，Us/Rs實質(zhì)上構(gòu)成了恒流源，改變Rs，可以改變Rx的量程。Page 1004.6 數(shù)字電壓表 3/V變換器4Page 1014.6 數(shù)字電壓表1A/D轉(zhuǎn)換的主技術(shù)參數(shù)（1）轉(zhuǎn)換精度 A/D轉(zhuǎn)換的精度用分辨力和轉(zhuǎn)換誤差表示。分辨力以輸出二進(jìn)制或十進(jìn)制位數(shù)表示，它說明A/D轉(zhuǎn)換器能夠分辨的輸入信號最小變化量。實際上，n位的A/D轉(zhuǎn)換的功能是將基準(zhǔn)對應(yīng)的滿量程電壓分為2n分，通過比較確定輸入電壓屬于哪一份。在這一過程中，必定會引入誤差，即轉(zhuǎn)換誤差。例如，8位A/D轉(zhuǎn)換器的最小分辨電壓為5

43、V/256=19.5 mV，10位A/D轉(zhuǎn)換器的最小分辨電壓為5V/1024=4.9 mV，12位A/D轉(zhuǎn)換器的最小分辨電壓為5V/4096=1.24 mV。這表明，A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)越高，分辨力越高，轉(zhuǎn)換誤差越小。4.6.4 數(shù)字電壓表的A/D轉(zhuǎn)換器Page 1014.6 數(shù)字電壓表1A/D轉(zhuǎn)換的主技Page 1024.6 數(shù)字電壓表（2）轉(zhuǎn)換時間 轉(zhuǎn)換時間是指A/D轉(zhuǎn)換從啟動信號到轉(zhuǎn)換完成，數(shù)據(jù)穩(wěn)定輸出所需要的時間。不同方式的A/D轉(zhuǎn)換所需要的時間差別很大，逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換的時間通常很短，而積分型A/D轉(zhuǎn)換的時間則比較長。（3）轉(zhuǎn)換線性度 輸入電壓與輸出數(shù)碼之間理想的傳遞關(guān)系應(yīng)該是線性

44、對應(yīng)的。但是，實際的A/D轉(zhuǎn)換器的傳遞關(guān)系總是或多或少存在非線性。轉(zhuǎn)換線性度通常用非線性誤差表示，即由于非線性的傳遞關(guān)系使輸出數(shù)碼具有的最大誤差。4.6.4 數(shù)字電壓表的A/D轉(zhuǎn)換器Page 1024.6 數(shù)字電壓表（2）轉(zhuǎn)換時間4.Page 1034.6 數(shù)字電壓表2.逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器4.6.4 數(shù)字電壓表的A/D轉(zhuǎn)換器Page 1034.6 數(shù)字電壓表2.逐次比較型A/Page 1044.6 數(shù)字電壓表 如圖4-38所示，逐次比較型A/D變換器主要包括比較器、控制電路、逐次逼近寄存器SAR、緩沖寄存器、基準(zhǔn)電壓源、譯碼顯示電路和數(shù)/模（D/A）變換器等。比較器利用特殊設(shè)計的高速高增益

45、運(yùn)算放大器來完成輸入端兩個電壓的比較運(yùn)算。在圖4-38中，被測模擬輸入電壓Ux和反饋電壓Uo分別作用在比較器的兩個輸入端，若Uo Ux，則比較器輸出Qc=0（邏輯低電平），若Uo Ux，則Qc=1（邏輯高電平）。4.6.4 數(shù)字電壓表的A/D轉(zhuǎn)換器Page 1044.6 數(shù)字電壓表 如圖4Page 1054.6 數(shù)字電壓表 控制電路發(fā)出一系列的節(jié)拍脈沖，并根據(jù)Qc值控制逐次逼近寄存器SAR各位的輸出狀態(tài)。SAR是一組雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，如果是二進(jìn)制n位A/D轉(zhuǎn)換，則SAR中有n個雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，各位的輸出由控制電路控制，SAR的輸出數(shù)碼分兩輸出，一路送緩沖寄存器鎖存，另一路送D/A變換器，將數(shù)字量轉(zhuǎn)換

46、為模擬量Uo。D/A變換器包括基準(zhǔn)電壓源、電子開關(guān)和分壓分流電路組成的解碼網(wǎng)絡(luò)，其功能是將二進(jìn)制數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量。4.6.4 數(shù)字電壓表的A/D轉(zhuǎn)換器Page 1054.6 數(shù)字電壓表 控制Page 1064.6 數(shù)字電壓表 逐次比較型A/D的轉(zhuǎn)換過程類似于天秤稱質(zhì)量的過程。它利用對分搜索的原理，依次按二進(jìn)制遞減規(guī)律變小，從數(shù)碼的最高位開始，逐次比較到最低位，使圖4-38中的反饋電壓Uo逐次接近被測輸入電壓Ux。現(xiàn)以一個簡單的3比特（即3位二進(jìn)制）逐次比較的過程說明其工作原理。設(shè)基準(zhǔn)電壓Us=8V，被測輸入電壓Ux=5V，3比特逐次逼近寄存器SAR的輸出為Q2Q1Q0?？刂齐娐肥紫戎肧AR的

47、輸出為Q2Q1Q0=100，即從最高位開始比較。100經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換成Uo=Us/2=4V，加至比較器的反饋輸入端，因為Uo Ux，比較器輸出Qc=1，使SAR的Q2維持“1”。4.6.4 數(shù)字電壓表的A/D轉(zhuǎn)換器Page 1064.6 數(shù)字電壓表 逐Page 1074.6 數(shù)字電壓表 在此基礎(chǔ)上再令Q1=1，這時Q2Q1Q0=110，加至D/A，其輸出Uo=6V，因為這時Uo Ux，比較器輸出Qc=0，所以將SAR的Q1=1改為Q1=0。接著再令Q0=1，即Q2Q1Q0=101，加至D/A，這時Uo=5V，因為Uo Ux，比較器輸出Qc=1，Q0維持“1”。至此，三位碼都已順序加過，轉(zhuǎn)換結(jié)束。

48、最終SAR的輸出為Q2Q1Q0=101，即為被測輸入電壓Ux的數(shù)字碼，經(jīng)緩沖寄存器送至譯碼電路，顯示出十進(jìn)制數(shù)5V。4.6.4 數(shù)字電壓表的A/D轉(zhuǎn)換器Page 1074.6 數(shù)字電壓表 在此基Page 1084.6 數(shù)字電壓表3.雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器 圖4-39和圖4-40分別是雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器的組成框圖和工作原理圖。下面對照這兩幅圖來介紹雙積分型A/D轉(zhuǎn)換的工作過程。4.6.4 數(shù)字電壓表的A/D轉(zhuǎn)換器Page 1084.6 數(shù)字電壓表3.雙積分型A/DPage 1094.6 數(shù)字電壓表4.6.4 數(shù)字電壓表的A/D轉(zhuǎn)換器Page 1094.6 數(shù)字電壓表4.6.4 數(shù)Page 110

49、4.6 數(shù)字電壓表整個A/D轉(zhuǎn)換過程分三個階段：（1）準(zhǔn)備階段（t0t1）：控制邏輯發(fā)出控制信號，使開關(guān)S4閉合，積分器輸入端接地。（2）取樣階段（t1t2）：在t1時刻，控制邏輯發(fā)出取樣指令，接通S1，斷開S2S4，被測電壓信號-Ux（設(shè)為負(fù)值）經(jīng)過S1加到積分器輸入端，積分器輸出電壓Uo線性上升。此時積分器的輸出電壓達(dá)到最大值Uom，即：4.6.4 數(shù)字電壓表的A/D轉(zhuǎn)換器Page 1104.6 數(shù)字電壓表整個A/D轉(zhuǎn)換過程分Page 1114.6 數(shù)字電壓表（3）比較階段（t2t3）：在取樣結(jié)束，計數(shù)器復(fù)零時，控制邏輯斷開S1，接通正基準(zhǔn)電壓+Us，送到積分器進(jìn)行反向積分，輸出電壓Uo線

50、性下降。與此同時，計數(shù)器從零開始進(jìn)行加法計數(shù)。在比較階段，積分器的輸出電壓Uo為：4.6.4 數(shù)字電壓表的A/D轉(zhuǎn)換器 當(dāng)?shù)竭_(dá)t3時刻時，過零比較器由高電平跳到低電平，計數(shù)閘門關(guān)閉，計數(shù)器停止計數(shù)，積分器輸出電壓Uo=0，即：Page 1114.6 數(shù)字電壓表（3）比較階段（t2Page 1124.6 數(shù)字電壓表 設(shè)此時的計數(shù)值為N2，反向積分時間為T2=t3t2=N2 T0（見圖4-40）。由上式可得：4.6.4 數(shù)字電壓表的A/D轉(zhuǎn)換器 由（4-40）式和（4-41）式可得：從而得到了被測電壓值Ux。適當(dāng)選擇時鐘周期T0和取樣時間，可以使計數(shù)器的計數(shù)值直接對應(yīng)被測電壓值。如果被測電壓為正U

51、x，則在比較開始時將基準(zhǔn)電壓-Us接入。Page 1124.6 數(shù)字電壓表 Page 1134.6 數(shù)字電壓表（1）測量范圍：基本量程一般為1V或10 V，也有2V或5V的。通常術(shù)語中，3位（三位半）、4位（四位半）、中的1/2位是指最高位只能顯示“1”或“0”，而不能像其它位那樣可取09中的任一數(shù)碼。對于3位、4位、5位的DVM，它們的最大顯示數(shù)分別為1999、19999、199999、。（2）分辨力：分辨力是指DVM能夠顯示被測電壓的最小變化值，即最小量程時顯示器末位跳變一個字所需的最小輸入電壓。DVM的分辨力等于最小量程電壓除以最大顯示數(shù)。4.6.5 數(shù)字電壓表的主要性能指標(biāo)Page 1

52、134.6 數(shù)字電壓表（1）測量范圍：4.Page 1144.6 數(shù)字電壓表（3）測量速度：測量速度是指每秒鐘能完成的測量次數(shù)，它主要取決于DVM所使用的A/D轉(zhuǎn)換電路。雙積分型DVM的速度一般在每秒幾次到每秒幾百次之間；逐次比較型DVM的速度很高，可達(dá)每秒100萬次以上。（4）工作頻率：工作頻率一般為40400Hz，個別可達(dá)1kHz。工作頻率主要受儀表輸入電容、表筆引線分布電容和AC/DC轉(zhuǎn)換電路的限制。（5）輸入阻抗：在直流測量時，DVM輸入阻抗用輸入電阻Ri表示，量程不一樣，Ri也有差別，大體在101000 M之間。4.6.5 數(shù)字電壓表的主要性能指標(biāo)Page 1144.6 數(shù)字電壓表（

53、3）測量速度：4.Page 1154.6 數(shù)字電壓表（6）抗干擾能力：DVM采用共模抑制比和串模抑制比來表示抗干擾能力，一般要求共模抑制比為80150dB，串模抑制比為5090dB。（7）固有誤差或工作誤差：DVM的固有誤差通常用絕對誤差表示，它有兩種表示形式：4.6.5 數(shù)字電壓表的主要性能指標(biāo)其中Ux為測量示值，Um為該量程的滿度值，aUx稱為讀數(shù)誤差；bUm稱為滿度誤差，它與被測電壓大小無關(guān)，而與所取量程有關(guān)。當(dāng)量程選定后，顯示結(jié)果末位1個字所代表的電壓值也就一定，因此滿度誤差也可用正負(fù)幾個字表示。Page 1154.6 數(shù)字電壓表（6）抗干擾能力：4Page 1164.6 數(shù)字電壓表例

54、：某直流數(shù)字電壓表的基本量程8V檔的固有誤差為 0.005Um，最大顯示數(shù)為79999，問滿度誤差相當(dāng)于幾個字？解：8V量程的滿度誤差為 0.005Um ，該量程每個字所代表的電壓值為79999所以8V檔上的滿度誤差0.005Um也可以用 4個字表示。Page 1164.6 數(shù)字電壓表例題4-11例：某直Page 1174.6 數(shù)字電壓表例：用四位半SX1842DVM測量1.5V電壓，分別用2V檔和200V檔測量，已知2V檔和200V檔固有誤差分別為0.025Ux1個字和0.03 Ux1個字。分別求兩種情況下由固有誤差引起的測量誤差。解：該DVM為四位半顯示，最大顯示數(shù)為19999，所以2V檔

55、和200V檔1個字代表的電壓分別為：用2V檔測量時的示值相對誤差為用200V檔測量時的示值相對誤差為Page 1174.6 數(shù)字電壓表例題4-12例：用四第四章 電壓的測量4.7 互感器和電位差計第四章 電壓的測量4.7 互感器和電位差計Page 1194.7 互感器和電位差計 1互感器的用途 測量用互感器分：電壓互感器和電流互感器兩種，其原理和結(jié)構(gòu)與一般小型變壓器相同，利用它與交流儀表配合，可達(dá)到擴(kuò)大儀表量程的目的，而且還有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）互感器可以隔離高壓 互感器二次繞組電壓較低，一次繞組與二次繞組之間通過電磁感應(yīng)耦合。當(dāng)用于測量高壓電路的電壓或電流時，一次繞組與被測電路相連，二次繞組接儀

56、表，這就使儀表和操作人員與高壓電路隔離開來。從而可以降低儀表絕緣的要求，同時也保證了操作人員的安全。4.7.1 電壓互感器和電流互感器Page 1194.7 互感器和電位差計 1互感器的Page 1204.7 互感器和電位差計（2）可以降低表耗功率 與分流器、附加電阻的擴(kuò)程辦法相比，互感器擴(kuò)程可以大大降低儀表消耗的功率。例如，20mA表頭配上附加電阻后用來測量110kV電壓，其表耗功率達(dá)2.2kW。如果采用了110kV：100V的互感器，表耗功率僅為2W。實際上，因安全和絕緣原因，測量高電壓不能用附加電阻這種辦法。（3）可以節(jié)省設(shè)備費(fèi)用 一個互感器可以同時接入幾種儀表。例如可同時接一個電壓表、

57、一個功率表的電壓線圈和一個電能表的電壓線圈。相反分流器和附加電阻卻不能共用，每一臺儀表需要配上自己的分流器和附加電阻，所以采用互感器的設(shè)備費(fèi)用較低。4.7.1 電壓互感器和電流互感器Page 1204.7 互感器和電位差計（2）可以降低Page 1214.7 互感器和電位差計（4）可以做到一表多用 同一量程的儀表配上不同的量程互感器，可以擴(kuò)展儀表測定的范圍，充分發(fā)揮儀表的利用率。對于生產(chǎn)廠來講，同一量程儀表配上不同的刻度的互感器，就成為不同量程的儀表，這有利于產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化。常用電流表的標(biāo)準(zhǔn)量程為5A，電壓表的標(biāo)準(zhǔn)量程為100V。4.7.1 電壓互感器和電流互感器Page 1214.7 互感器和電

58、位差計（4）可以做到Page 1224.7 互感器和電位差計2互感器的工作原理（1）電壓互感器 變壓比 KU 可以表示為：4.7.1 電壓互感器和電流互感器 可見，一次繞組的被測高電壓U1等于二次繞組的電壓表讀數(shù)U2 乘以變壓比 KU。也有的電壓表刻度值已經(jīng)乘上KU，所以電表刻度上讀出的數(shù)據(jù)就是被測電壓U1。因此，利用電壓互感器，可以通過測量二次繞組的低電壓來反映一次繞組的高電壓。Page 1224.7 互感器和電位差計2互感器的工Page 1234.7 互感器和電位差計（2）電流互感器：變流比 KI為：4.7.1 電壓互感器和電流互感器 上式表明，一次繞組中的被測電流I1等于二次繞組的電流表

59、讀數(shù)I2乘以變流比 KI。有的電流表刻度值已經(jīng)乘上KI，那么即可直接讀出一次繞組的電流 I1。因此，可以通過測量二次繞組的小電流來反映一次繞組的大電流。Page 1234.7 互感器和電位差計（2）電流互感Page 1244.7 互感器和電位差計3互感器的使用（1）使用時應(yīng)該注意，電壓互感器不允許短路，所以電壓互感器都接有熔斷器；且電流互感器不允許開路。（2）互感器二次繞組的一端必須接地，防止互感器絕緣損壞時，一次繞組的高壓串入二次繞組的低壓側(cè)，造成設(shè)備和人身事故。（3）互感器銘牌一般都標(biāo)有額定功率、額定變比、準(zhǔn)確度等級，使用時要選擇功率相當(dāng)?shù)幕ジ衅鳌＃?）凡是電壓表或電流表上注有外附互感器的

60、標(biāo)注時，要注意這些儀表要與互感器配套使用。4.7.1 電壓互感器和電流互感器Page 1244.7 互感器和電位差計3互感器的使Page 1254.7 互感器和電位差計 直流電位差計是利用直流補(bǔ)償原理制成的一種儀器，所謂補(bǔ)償法也是一種比較測量法，測量結(jié)果的準(zhǔn)確度比較高，廣泛用于精密測量領(lǐng)域，以及高準(zhǔn)確度指示儀表的檢定和校準(zhǔn)。它除了可以測量電壓之外，還可以測量電流、電阻、電功率。許多非電量也可以通過變換器轉(zhuǎn)換為電壓，然后用電位差計進(jìn)行測量。4.7.2 直流電位差計Page 1254.7 互感器和電位差計 Page 1264.7 互感器和電位差計 圖4-43是直流電位差計的電路原理，它可以分為、三

61、個回路?；芈贩Q為工作電流回路，包括輔助電源E，調(diào)節(jié)工作電流用的可變電阻R、測量電阻Ra和校準(zhǔn)電阻Rs。工作回路主要任務(wù)是提供一個穩(wěn)定的工作電流，使電阻Ra和Rs4.7.2 直流電位差計能得到一個穩(wěn)定的壓降?；芈?I稱為校準(zhǔn)回路，其中的標(biāo)準(zhǔn)電池Es用來校準(zhǔn)工作電流，即當(dāng)開關(guān)S合向 I 時，通過調(diào)節(jié)R，改變回路的工作電流 I，從而改變Rs上的壓降。Page 1264.7 互感器和電位差計 Page 1274.7 互感器和電位差計 當(dāng)檢流計指示為零時，說明標(biāo)準(zhǔn)電池的電動勢Es與工作電流在Rs上的電壓降IRs相等，即Es=IRs。4.7.2 直流電位差計 回路稱為測量回路，當(dāng)開關(guān)S合向時，調(diào)節(jié)測量電阻

62、 Ra，以改變Ra 左邊a、b之間的壓降Uab（此時不能再調(diào)節(jié)R，否則工作電流將發(fā)生變化）。若檢流計指示為零，則表明在測量回路中的被測電壓Ex與工作電流在Ra上的壓降Uab相等，Uab稱為補(bǔ)償電壓。式中Rab是Ra左邊a、b之間的電阻，它是測量電阻Ra的一部分，稱為補(bǔ)償電阻。當(dāng)調(diào)節(jié)Ra4時，可以從度盤上直接讀出Rab值。若 I 已經(jīng)調(diào)定為已知，就可以從Rab值求出Ex值。Page 1274.7 互感器和電位差計 Page 1284.7 互感器和電位差計 從上述的測量原理可以看出，電位差計具有兩個特點(diǎn)：（1）電位差計的平衡是利用電動勢互相補(bǔ)償?shù)脑?，因此平衡時，測量回路不從Ex中獲取電流，從而消除被測電源Ex的內(nèi)阻、導(dǎo)線電阻、接觸電阻對測量的影響。校準(zhǔn)回路也一樣，不從標(biāo)準(zhǔn)電池吸取電流，保持了標(biāo)準(zhǔn)電池電動勢的穩(wěn)定。（2）被測電壓值由上式?jīng)Q定，式中的Es是標(biāo)準(zhǔn)電池的電動勢，由于標(biāo)準(zhǔn)電池的性能穩(wěn)定，它的電動勢保證有較高的準(zhǔn)確度，式中Rab和Rs可以用準(zhǔn)確度、穩(wěn)定度較高的電阻，所以電位差計的準(zhǔn)確度可達(dá)0.001。4.7.2 直流電位差計Page 1284.7 互感器和電位差計