第2章电参量测量技术.ppt

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1、在现代检测技术中，为了便于对被测量的检测、处理、记录和控制，同时也是为了提高测量的精度，对于各种类型的被测量的测量，大多数都是直接或通过各种传感器、电路等转换为与被测量相关的电压、电流、频率等电学参量后进行检测和处理的。因此，了解和掌握基本电参量的测量方法十分重要。本章将分别介绍时间、频率、相位、电压、电流以及阻抗等参量的测量方法。第2章电参量测量技术2.1频率、时间和相位的测量时间是国际单位制中七个基本物理量之一，单位是秒(s)。频率：单位时间内被测信号重复出现的次数，或者指单位时间内周期性振荡的次数，单位是赫

2、兹(Hz)。目前频率测量技术已能达到很高的精确度，在检测技术中，常将一些电量或其他电参量转换成频率进行测量，以提高测量的精度。2.1.1频率的测量周期一般用符号T表示(单位是s)；而频率记为f(单位是Hz)。周期与频率互为倒数关系：(2-1)频率测量方法有计数法和模拟法两类。计数法测量精度高、操作简便，可直接显示数字，便于与微机结合实现测量过程自动化，应用最为广泛；模拟法因为简单经济，在有些场合仍然采用。1.频率(周期)的数字测量⑴计数法测量原理计数法就是在一定的时间间隔T内，对周期性脉冲的重复次数进行计数。若周

3、期性脉冲的周期为TA，则计数结果为(2-2)计数法原理如图2-1(a)所示，周期为TA的脉冲①加到闸门的输入端，宽度为T的门控信号②加到闸门的控制端控制闸门的开、闭时间，只有在闸门开通时间T内闸门才输出计数脉冲③到十进制计数器进行计数。在闸门打开前计数器先清零，闸门关闭时，计数器的计数值N由T和TA决定。如果T和TA一为已知标准量，另一为待测量，则从计数值N和已知标准量便可求得未知待测量。图2-1计数法测量原理由于T和TA两个量是不相关的，T不一定正好是TA的整数N倍，即T与NTA之间有一定误差，如图2-1(b)

4、所示。图中△t1,是闸门开启时刻至第一个计数脉冲前沿的时间(假设计数脉冲前沿使计数器翻转计数)，△t2是闸门关闭时刻至下一个计数脉冲前沿的时间。处在T区间内计数脉冲个数(即计数器计数结果)为N，则（2-3）式中（2-4）显然，0≤△t1≤TA，0≤△t2≤TA。若△t1=△t2，则△N=0；若△t1=TA，△t2=0，则△N=1；若△t1=0，△t2=TA，则△N=-1，因此脉冲计数的最大绝对误差(又称量化误差)为△N=±1（2-5）脉冲计数最大相对误差为(2-6)⑵通用计数器的基本组成和工作方式电子计数器一般都

5、具有测量频率(测频)和测量周期(测周)等两种以上的测量功能，故统称通用计数器。通用计数器的基本组成如图2-2所示。图2-2中整形器是将频率为fA(或fB)的正弦信号整形为周期为TA=1／fA(或TB=1／fB)的脉冲信号。门控电路是将周期为mTB(fB经m分频)的脉冲变为闸门时间为T=mTB的门控信号，将T=mTB代入(2-2)式可得图2-2中十进制计数器的计数结果为（2-7）由上式可见，图2-2中计数结果N与A、B两输入端所加的信号频率的比值fA／fB成正比，因此图2-2所示计数器可用于频率比的测量，即工作在频

6、率比测量方式。图2-2通用计数器的基本组成若将被测信号fx接到图2-2中A输入端(即fA=fx)，晶振标准频率fc信号接到B输入端(即fB=fc)则称计数器工作在测频方式，此时(2-7)式变为（2-8）（2-9）若将被测信号fx接到图2-2中B输入端(即fB=fx)，晶振标准频率fc信号接到A输入端(即fA=fc)，则称计数器工作在测周方式，此时，(2-7)式变为（2-10）（2-11）⑶频率(周期)的测量误差与测量范围由(2-1)式可见，周期与频率互为倒数，只要测出其中一个就可求得另一个，因此，从理论上讲测量频

7、率与测量周期是等效的，但是从实际测量效果来看，图2-2所示通用计数器工作在测频方式和工作在测周方式，无论测量误差还是测量范围都不一样。①测频方式由(2-9)式可得“测频”的相对误差为式中△fc/fc称为标准频率的准确度。将(2-8)式代入上式可得测频的最大相对误差为（2-12）结论：被测频率fx越高，分频系数m越大，测频的相对误差△fx/fx越小，即测频的精确度越高。若采用K位十进制计数器，则最大允许计数值为（2-13）为使计数结果不超过计数器最大允许计数值而发生溢出，要求即(2-14）若该计数器的计数脉冲频率最

8、大允许值为fmax则还要求（2-15）为满足测量精度γ，要求，代入(2-12)式可知，fx应满足（2-16）一般晶振的精度很高，，故上式简化为（2-17）因此可得“测频”范围为（2-18）结论：测频方式所能测量的最低频率受测量精度要求值的限制，所能测量的最高频率受所采用的计数器的容量(Nmax)或速度(fmax)的限制。②测周方式由(2-11)式可得测周的相对误差为将(