电子测量 杜志勇 王鲜芳 第4章

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1、第4章电压测量4.1概述4.2模拟式电压表4.3数字式多用表4.4电平的测量4.1概述4.1.1电压测量的重要性电压是一个基本的物理量，是集中电路中表征电信号的三个基本参数（电压、电流、功率）之一，电压测量是电子测量中的基本内容。在电子电路中，电路的各种工作都是靠电压来表征的；在非电量测量中，也多利用各类传感器装置，将非电量参数转化为电压参数。4.1.2电压测量的特点1.频率范围；2.测量范围；3.信号波形；4.测量精度；5.测量装置的内阻；6.干扰。4.1.3电压的主要特征1.电压主要具有以下几个特征

2、。（1）量值的范围宽；（2）波形的多样化；（3）频率各不相同；（4）不同端点的输出阻抗不同；（5）电压成分多样化。2.交流电压的量值表示一个交流电压的大小，可用多种方式来表示，如平均值、峰值和有效值。采用不同的量值表示法，其数值也是不同的。图4.1正弦波形参数示意图表示法，其数值也是不同的。（1）峰值的基本概念。交流电压的峰值是指交流电压U（t）在一个周期内（或在一段观察时间内）电压所达到的最大值，用U（或Up）表示。图4.1所示为正弦波形参数的表示图。峰值是从参考零电平开始计算的，有正峰值和负峰值包括

3、在一起时称为峰－峰值，用Up-p表示。（2）平均值的基本概念。平均值一般用表示，在数学上定义为:（4.1）式中：T―被测信号的周期；u(t)－被测信号。对于一个纯粹的交流电压，无法用平均值来表征电压的大小。在交流电压的测量中，先把交流电压交换成对应的直流电压。检波器是将交流电整流成直流电的典型电路。所以，交流电压的平均值是指经过测量仪器的检波器后的平均值。一般仪器的检波器有半波检波器和全波检波器两种。因此，平均值也应分为半波平均值和全波平均值两种。所谓全波平均值，是指交流电压经全波检波后的全波平均值，定

4、义为：（4.2）由于全波平均值应用广泛，如果不加说明，提到平均值时都是指全波平均值。（3）有效值的基本概念。交流电压的有效值是指均方根值（rms），用U或Urms表示。有效值比峰值和平均值用得更普遍。它的数学表达式为：（4.3）有效值的物理意义为：在交流电压的一个周期内。这个交流电压在某电阻负载中所产生的热能如果与一个直流电压在同样的电阻负载中产生的热能相等，则这个相当的直流电压值就是该交流电压的有效值。各类交流电压表的示值。除特殊情况外都是用正弦有效值来表示的。3.交流电压量值的相互特换交流电压的量值

5、可采用平均值、峰值和有效值等多种形式表示。采用的表示形式不同，数值也不同。但多种表示形式反映的是同一个被测量，这些数值之间可以相互转换。（1）波形因数Kf．电压的有效值与平均值之比称为波形因数KF。即:（4.4）（2）波峰因数Kp．交流电压的峰值与有效值之比称为波峰因数Kp。即:（4.5）表4.1为几种典型的交流电压波形的参数。表4-1几种典型的交流电压波形的参数名称波形系数波峰系数有效值平均值正弦波1.111.4142Up/π半波整流1.572Up/π全波整流1.111.4142Up/π三角波1.15

6、1.73Up/2锯齿波1.151.73方波11UpUp白噪声1.253Up/3Up/3.75白噪声1.253Up/3Up/3.754.1.4常用电压测量仪器常用测量电压的仪器有模拟式电压表、电子电压表和数宇式电压表三种类型的测量仪器。1.模拟式电压表一般是指“指针式电压表”，它把被测电压加到磁电式电流表上，转换成指针偏转角度a的大小来度。另一种模拟测量是把被测量电压变换成图形高度来测量的仪表，如示波器等。2.电子电压表。通过放大检波电路，将被测电压变换成直流电压，然后进行侧量。电子电压表的实质是模拟式电

7、压表。3.数字式电压表。数字式电压表是指把被测电压的数值通过数字技术，变换成数字量，然后用数码管以十进制数字显示被测量的电压值。4.2模拟式电压表4.2.1简单模拟直流电压表1.单量程电压表图4.2单量程直流电压表原理图用单独的一个磁电式表头就可测量小于ug(ug=Ig·Rg)的直流电压,若要测量较大的电压，可利用串联电阻分压原理，即在表头上串联一个适当阻值的电阻，如图4.2所示。2.多量程电压表图4.3多量程直流电压表原理图若采用多个分压电阻与表头串联，就可制成多量程的直流电压表。如图4.3所示为四量

8、程的直流电压表。4.2.2简单模拟交流电压表模拟式万用表的交流电压挡可用于进行交流电压的测量。模拟式交流电压表的原理与模拟式直流电压表类似，只不过增加了整流电路。模拟式交流电压表先将交流电流变换成直流电流，然后采用串联电阻的方法构成多量程电压表。但模拟式交流电压表有一些特点，使用时应注意。（1）交流电压灵敏度低于直流电压灵敏度。（2）表针的偏转角度近似于交流电压的半波（或全波）整流电压的平均值，但表盘上的刻度是按正弦有效值刻度的。（3）模拟