第二章 电参量测量技术

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1、现代检测技术第2章电参量的测试主要内容频率、时间和相位的测量电压和电流的测量阻抗的测量频率、时间和相位的测量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、频率等电学基本参量后进行检测和处理的。频率以单位时间内周期性振荡的次数来计量，单位赫兹(Hz)。频率测量和时间测量是紧密相联系的。在当代高科技中，如邮电通信，大地测量，人造卫星宇宙飞船，地震预报等都与频率、时间密切地相关，因此准确测量时间和频率是十分重要的。时间是国际单位制中七个基本物理量之一，单位秒(s)相位是描述交流信号的三要素之一。相位差的测量

2、是研究信号、网络特性的不可缺少的重要方面。频率的测量频率测量方法可分为：----计数法----模拟法计数法测量精度高、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，在某些场合仍有应用。（1）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。若周期性脉冲的周期为TA，则计数结果为TNTA频率（周期）的数字测量频率（周期）的数字测量由于T和TA两个量是不相关的，T不一正好是TA的整数倍，即T与T之间有一定误差。若记在T区间内的计数脉冲个数(即计数器计A数结果)为N（含误差），则：0tT

3、,0tT显然，1A2A，故脉冲计数的最大绝对误差(又称量化误差)为：N1脉冲计数最大相对误差为：N1TANNT频率（周期）的数字测量（2）通用计数器的基本组成和工作方式电子计数器一般都具有测量频率(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所示。频率（周期）的数字测量则十进制计数器的计数结果为：mTfNBmATfAB若将被测信号fx接到图2-2中A输入端，晶振标准频率信号fc接到B输入端，则称计数器工作在测频方式，此时上式变为：fNffNfxcxcNm,,fxfmfNfcx

4、c若将被测信号fx接到图2-2中B输入端，晶振标准频率信号fc接到A输入端，则称计数器工作在测周方式，此时上式变为：fTNcxNmmfTT,,?cxxfmfTxcx频率（周期）的数字测量(3)频率(周期)的测量误差与测量范围从理论上讲测量频率与测量周期是等效的，但是从实际测量效果来看，无论是测量误差还是测量范围都不一样。①测频方式fxfcfc被测频率大,分频系()“测频”的最大相对误差为：fmff数大，越精确xxcfNcmax测量精度决定下限，计ff(或f)“测频”范围为：mxmcmax数器位数决定上限②测周方式“测周”的最大相对误

5、差为：fxfxfc被测频率小,分频()fmff系数大，精确xcc1Nmax“测周”范围为：Txmfmfcc频率（周期）的数字测量A、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或速度的限制。B、若被测频率较高（高于晶振的标准频率）用测频法。若被测频率较低（低于晶振的标准频率）用测周法。C、令两种相对误差表达式相等，得相对误差相等时的中界频率fc频率的模拟测量(1)直读法测频①电桥法测频是利用交流电桥的平衡条件和电桥电源频率有关这一特性来测频的。其精度约为±(0.5-1)％，适用于10kHz以下的音频范围

6、。②谐振法利用电感、电容串联谐振回路或并联谐振回路的谐振特性来实现测频。其精度大约在±(0.25-1)％范围内，常作为频率粗测。③频率-电压转换法测频原理是利用电路把正弦频率转换为周期相等、宽度、幅度均为定值的矩形脉冲列，用低通滤波器滤除其全部交流分量，求出平均值即直流分量读出频率。最高测量频率可达几兆赫兹。可以连续监视频率的变化是这种测量法的突出优点。频率的模拟测量(2)比较法测频就是用标准频率fc与被测频率fx进行比较，当把标准频率调节到与被测频率相等时，指零仪表(零示器)便指零，此时的标准频率值即为被测频率值。(3)示波器测量频率有两种方法：一种是将被

7、测信号加到示波器的Y通道，在荧光屏上测量被测信号的周期。另一种是将被测信号和标准频率信号分别加到示波器的X通道和Y通道，观测荧光屏上显示的李沙育图形。时间间隔的数字测量时间间隔和周期的测量都是测量信号或信号间的时间长度。所以，它们的测量方案基本相同，如图2-3所示。所不同的是此处的门控电路要求根据测量时间间隔，给出起始计数和终止计数两个触发信号。若时间间隔即门控信号的宽度(闸门时间)为tx，选用时标周期为Tc，则计数结果为tNxt.fxcTc相位差的数字测量测量相位差的方法很多，主要有：示波器测量；与标准移相器比较(零示法)；相位差转换为电压再测量；把相

8、位差转换为时间间隔来测量等。1．相位-电压转换相位-