电子测量技术电压测量

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1、第5章电压测量5.1概述5.2交流电压测量5.3噪声电压测量5.4电压测量的数字化方法5.1概述5.1.1电压测量的重要性电压测量是非常重要的测量。因为，电压是基本电能量参数（电压、电流、功率等）之一，从测量角度主要是测量电压，因为测出电路端电压后根据电路阻抗就可计算出电流和功率；电压可以派生出其它量，如幅频特性、调幅特性、失真度，灵敏度等；自动控制系统中，反馈量和控制量大都是用电压量；非电量检测中，通常将非电量转换成电压量来测量；电气设备和电子仪器，大多以电压来指示。所以，电压测量在电测技术中占有重要地位。5.1.2电压的特点电压在

2、性质上可分为直流电压和交流电压（包括所有非正弦电压）两种。在应用上，有工频电压和电子电路电压。前者是强电，除电压范围大外，波形、频率等都是规则的。而后者，却具有更多的特点：1.频率范围宽。电子电路信号的频率往往是从直流到上GHz范围内变化。2.电压范围广。电子电路中的电压可在nV级到MV级，其中微伏级的电压是非常多见的。3.波形多种多样。电子电路中除正弦波外，大量的是非正弦波，同时交直并存，甚至串入噪声干扰。4.电子电路的等效阻抗一般都高，有的达兆欧级。5.1.3对电压测量的基本要求针对电压量的特点，对电压测量提出了一系列要求，主要有

3、以下几方面：1.应有足够宽的频率范围。以满足测量从直流到上GHz的频率要求。2.应有足够宽的电压测量范围。以满足测量从nV级到上MV级的要求。3.应有足够高的测量准确度。由于电压测量的基准是直流标准电压，同时直流测量中不存在分布参数的影响或影响极小，因而直流电压的测量准确度最高，目前可达10，甚至更高。交流电压测量因受频率、波形和分布参数等的影响，测量准确度不高，一般在10～10。4.应有足够高的输入阻抗。由于电子电路等效阻抗高，为了减小仪器接入后对电路的影响，要求仪器输入阻抗要高。目前模拟电压表的输入阻抗在MΩ级，数字电压表的输入阻

4、抗达GΩ级，甚至可达数千GΩ。5.应具有高的抗干扰能力。一般来说，测量都是在充满各种干扰的条件下进行的。对于微小电压的测量，需要的灵敏度就高，其干扰的影响就大。所以，电压表的抗干扰能力要强，对数字电压表更是如此。此外，还应要求高的测量速度和高的自动化程度，以实现智能测试和自动测试。5.1.4电压测量方法电压的测量方法很多，要根据被测电压的不同和测量的具体要求及客观条件的限制，合理选择测量方法。归结起来，电压测量的方法有以下几种：1.电工仪表测量法电工仪表主要是指针式仪表，主要有磁电系、电动系、电磁系等，其中磁电系仪表只能测直流量。用电

5、工仪表测电压在工程中应用十分普遍，因为电工仪表成本低,操作简便，特别是一般工程测量对准确度要求不太高更是为用电工仪表测电压大开“绿灯”。对交流高电压，通过互感器等亦可用电工仪表进行测量。2.电子电压表测量法电子电压表是利用电子技术制成的，属于电子仪器类，是模拟式电压表，在电子电路交流电压测量中广为应用。电子电压表根据将交流转换成直流原理的不同分为三种类型：(1)公式法：按正弦交流电压有效值公式制成的有效值电压表，该类电子电压表主要是频带窄、准确度低。(2)热电转换法：利用热电偶转换制成的有效值电压表，其优点是没有波形误差，但有热惯性、

6、频带不宽、维修不便等缺点。(3)检波法：通过整流将交流转换成直流制成的电压表，据整流电路的不同可分为均值检波、峰值检波、有效值检波三种。同时，据整流电路的不同可分为均值检波、峰值检波、有效值检波三种。同时，据整流器的位置又分为“检波——放大”、“放大——检波”式电压表。可见，无论那种类型的电子电压表都具有由交流转换为直流的过程，包括“调制式”电子电压表也不例外。3.数字电压表测量法严格讲，数字电压表也属于电子电压表，但因数字部分电路在整个仪器中占有重要地位，因而人们往往对它叫着数字电压表。数字电压表首先将模拟量通过模/数（A/D）转换

7、为数字量，然后用计数器计数，并用十进制数字显示被测电压值。作为交流数字电压表，还必须有交流/直流（AC/DC）转换过程。4.示波器测量法前章介绍的示波器，除了直观形象地显示波形外，测电压（信号幅度）具有它独特的优点，即能测各种波形的电压幅值，特别是能测脉冲电压的各参数。利用示波器测量电压的基本方法，在波形测试技术一章已介绍，故不再重述。5.1.5电压测量中的误差问题电压测量是一种接触性测量，除仪器仪表误差外，由于负载效应必然要产生方法误差。对于图5-1所示的直流电动势Eo的测量，被测真值为Eo，接入内阻为R的直流电压表进行测量，其测量

8、结果为：误差为：（5-1）图5-1用电压表测电动势式（5-1）中，“一”表明测量值比实际值小；5.2交流电压测量5.2.1交流电压的表征表征周期性交流电压的参数有峰值Up、平均值、有效值U，三者之间存在一定的关系。正是如