电子测量技术（西电版）第4章电压、电流测量

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1、第4章　电压、电流测量4.1概述4.2直流电压的的测量4.3交流电压的测量4.4分贝的测量4.5电压的数字化测量4.6电流的测量思考与练习4.1概述4.1.1电压测量的意义和特点1.电压测量的意义电压量广泛存在于科学研究、航空航天、现代化生产以及人类生活的各种活动之中，电压测量是许多电测量与非电测量的基础，是电子测量的重要内容。在集中参数电路中，电压、电流、功率是表征电信号能量的三个基本参数，而电流和功率又往往通过电压进行间接测量。从测量角度看，测量的主要参量是电压。另外，电子电路及电子设备的各种工作状态和特性都可以通过电压量表现出来。例如，电路

2、的饱和与截止状态、线性工作范围、电路中的控制信号和反馈信号等，以及频率特性、调制度、失真度、灵敏度等。所以，电压测量是电量测量中最基本、最常见的一种测量。在非电量检测中，许多物理量(如温度、压力、振动、速度、加速度等)都可以通过传感器转换成电压量，通过电压测量即可方便地实现对这些物理量的测量与监测。所以，电压测量也是非电量测量的基础。2.电压测量的特点电压测量的特点体现了电子测量的基本特点，这些特点充分反映在实现电压测量的各种仪器设备和数据采集系统中，归纳起来主要有下述几大特点：(1)频率范围宽。现代的电压测量技术，其频率覆盖范围相当宽，包括直流电压

3、(零频)和交流电压的测量，交流电压的频率可从10-6Hz至109Hz以上。在电子测量中，习惯上将1MHz以上(至3GHz)称为高频或射频，1MHz以下称为低频，10Hz(或5Hz)以下称为超低频。(2)测量范围宽。现代的电压测量技术，可测量的电压范围极宽，低至纳伏级(10-9V)的微弱信号(如心电医学信号，地震波等),高至数百千伏的超高压信号(如电力系统中)。通常，将电压测量范围分为：超高压(几万伏以上)、高压(千伏以上)、大电压(几十伏以上)、中电压(0.1V至几十伏)、小电压(1μV~0.1V)及超小(微弱)电压(1μV以下)。(3)电压波形的多

4、样化。电压测量除了直流电压以外，还有交流电压。交流电压波形多种多样，除大量存在的正弦电压外，还包括失真的正弦波及各种非正弦波，如矩形波、脉冲波、三角波、斜坡电压以及各种调制波形等，而噪声电压则是一种无规则的随机电压信号。(4)要求有足够高的输入阻抗。被测信号可以视为理想电压源和等效内阻的串联，被测信号接入电压测量仪器后，电压测量仪器的输入阻抗就是被测电路的额外负载。由于仪器输入阻抗的存在会对测量结果产生影响，要求仪器具有足够高的输入阻抗。目前，直流数字电压表的输入阻抗在小于10V量程时可高达10GΩ甚至1000GΩ以上，高量程由于分压器的接入，一般可达

5、10MΩ。对于交流电压的测量，由于需通过变换电路，故即使是数字电压表，其输入阻抗也做不高，一个典型数值为1MΩ∥15PF(∥表示并联)。对于高频交流电压的测量，若输入阻抗不匹配会引起被测信号的反射，所以还要考虑被测电路和测量仪器输入阻抗的匹配。(5)要求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池，且在直流电压测量中，各种分布性参量的影响极小，因此，直流电压的测量可获得最高的测量准确度。目前，数字电压表测量直流电压的准确度可达10-8。至于交流电压测量，一般通过交流/直流(AC/DC)变换(检波)电路，而且当测量高频电压时，分布性参量的影响不

6、可忽视，再加上波形误差，故即使采用数字电压表，交流电压的测量准确度目前也只能达到10-5左右。在实际测量中，电压测量的准确度要求与具体测量场合有关，如工业测量领域，有时只是需要监测电压的大致范围，其精度要求可低至百分之几即可，但有些场合则需要进行高精度的测量，如10-5~10-3或更高，而作为电压标准的计量仪器，其精度则可达10-9~10-8。(6)要求有高的测量速度。在测量领域，一般分为静态测量和动态测量，静态测量速度可以很慢(每秒几次)，但通常要求测量准确度很高；动态测量速度很高(每秒百万次以上)，但测量准确度可以较低一些。测量速度和准确度始终是一

7、对矛盾体，人们追求高速度高准确度的测量往往需要付出很大的代价。(7)要求有高的抗干扰性能。各种干扰信号(噪声)直接或等效地叠加在被测信号上，对测量结果产生影响，特别是微弱信号的测量。另外，测量仪器本身也会产生噪声(如内部热噪声)，以及存在来自测量仪器的供电系统的噪声，因此，电压测量需要特别重视抗干扰措施，提高测量仪器的抗干扰能力。需要说明的是，任何测量仪器不可能覆盖测量所有的电压频率范围、量程范围、准确度和速度等要求，一般只是工作在其中的某一范围。4.1.2电压测量的方法和分类被测电压按对象可以分为直流电压测量和交流电压测量，按测量的技术手段可以分

8、为模拟电压测量和数字电压测量。不同的测量方法，所用的测量仪器有所不同。1.直流