电流、电压与功率测量

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1、第3章电流、电压与功率测量3.1直流电流的测量3.2交流电流的测量3.3直流电压的测量3.4交流电压的测量3.5功率测量3.6数字万用表的特点与技术原理思考题33.1直流电流的测量3.1.1直流电流测量的原理与方法其过程如图3.1所示。图3.1直流电流测量设电流表的内阻为r，在图3.2（a）所示的测量电路中，原电路中电流I=E/R，而在图3.2（b）所示的电路中，电流改变为I′=E/(R+r)，两者的误差为图3.2电流表内阻的影响3.1.2模拟直流电流表的工作原理直流电流表多数为磁电式仪表，磁电式仪表一般由可动线圈、游丝和

2、永久磁铁组成。线圈框架的转轴上固定一个读数指针，当线圈流过电流时，在磁场的作用下，可动线圈发生偏转，带动上面固定的读数指针偏转，偏转的角度与通过可动线圈的电流成正比。模拟直流电流表具有不需电池驱动、显示稳定等优点，同时亦存在非线性误差大、容易损坏等缺点。3.1.3数字万用表测量直流电流的原理数字万用表是用电子技术来检测直流电流的。通常在直流电流挡，对外电路来说，数字万用表仅相当于一个取样电阻RN（不同的量程RN的值不同），测量时RN上有电压信号Ui=IRN，其测量过程如图3.3所示。图3.3数字万用表测量原理框图3.2交流电流的测量3

3、.2.1低频交流电流的测量原理和方法图3.4所示的交直流转换电路。图3.4交直流转换电路3.2.2高频交流电流的测量原理和方法我们可以通过测量这种与高频电流密切相关的直流电流的大小，间接地检测出高频电流的大小，具体原理如图3.5所示。图3.5热电偶电表原理3.3直流电压的测量3.3.1直流电压的测量原理与方法一般来说，直流电压测量是将直流电压表直接跨接在被测电压的两端，由直流电压表读出被测电压的值。因此，电压测量是一种最简便的电参数测量，其过程如图3.6所示。图3.6电压测量当其与适当的分压电阻相配合时，即组成了直流电压表，

4、如图3.7所示。图3.7基于直流表的直流电压表构成框图设被测电路可等效为内阻为Rx，开路电压为Ux的电压源，直流电压表的等效内阻为R0，则测量的完整电路简化为图3.8。图3.8直流电压表测量电路由图3.8可知，当直流电压表并接于被测电路两端时，由于R0的存在，电压表所测得的电压由原来的Ux改变为：(3-1)3.3.2直流电压测量仪表1.模拟式万用表在图3.9所示分压电路中，使用MF500-B型万用表的100V挡进行测量，该仪表的灵敏度为10kΩ/V，可以推算出在100V挡的输入电阻为100×10=1000kΩ=1MΩ，实际测得

5、的电压为图3.9高内阻电路的电压测量2.数字式万用表数字万用表均有电流电压测量挡。与模拟式万用表相比，主要优点是：(1)输入阻抗高，一般直流输入阻抗可达20MΩ以上。(2)分辨力高，可精确到百分之一，即在10V挡，可分辨到0.1V，而指针式的模拟万用表的分辨力为最小刻度间隔所代表的电压值的一半，量程越大，分辨力越低。3.示波器示波器的直流电压挡特别适用于观察较大幅度的直流电压信号或含有交流成份的直流电压信号。4.电子电压表电子电压表一般为数字式仪表，输入端设有由场效应管电路组成的阻抗隔离电路和放大电路，因而具有较高的

6、输入阻抗和灵敏度，适用于在电子电路中测量高内阻电路的电压。3.4交流电压的测量3.4.1交流电压的特征与量值表示常见电压的波形如图3.10所示。图3.10常见电压的波形2.交流电压的表示量值交流电压幅度值的相对大小常用峰-峰值、平均值和有效值来表示。1)峰-峰值UP-P峰-峰值表示信号的最大值与最小值的差。对于对称的正弦信号来说，更常用的是峰值UP，其等于1/2的UP-P。如U(t)=Acosωct，则有UP-P=2A，UP=1A。2)平均值设电压信号为U（t），其周期为T，则平均值为（3-2）这时平均值的意义为

7、（3-3）3)有效值URMS有效值指的是信号的均方根值（RMS）。电压信号的有效值用URMS表示，其数学表达式为对于正弦波U(t)=Umcosωct来说：（3-5）（3-4）工程上定义如下两个参数：（1）波形因数KF:表示电压的有效值与平均值之比，即（3-6）（2）波峰因数KP:表示交流电压的峰值与有效值之比，即（3-7）3.4.2交流电压的测量原理与方法1.测量方法交流电压测量与直流电压测量相类似，都是将电压表并联于被测电路上，其测量的连接如图3.11所示。图3.11交流电压的测量2.测量原理

8、1）交流电压的模拟测量用模拟电路的技术和方法测量交流电压，最常用的转换器有峰值检波器、平均值检波器和有效值—直流变换电路。其工作原理如图3.12（a）、（b）、（c）所示。图3.12测量原理（a）峰值检波电路；（b