第四章 电参量测量技术

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1、第四章、电参量测量技术本章将介绍频率、相位、电压、电流以及阻抗等参量的测量方法。在现代检测技术中，各种类型的被测量的测量，多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。便于对被测量的检测、处理、记录和控制，又能提高测量的精度。检测技术在工业生产领域的在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位……频率以单位时间内周期性振荡的次数计量，单位是赫[兹]（Hz）。2．1频率、时间和相位的测量图2.1周期T计算示意图时间是国际单位制中七个基本物理量之一，单位是秒（s）。相位（单位

2、deg）是描述交流信号的三要素之一。相位差的测量是研究信号、网络特性的不可缺少的重要方面。准确测量时间和频率是十分重要的，在当代高科技应用中显得尤为重要。例如，邮电通信，大地测量，地震预报，人造卫星、宇宙飞船、航天飞机的导航定位控制等。测量时间和频率的重要性2．1．1频率的测量在工业生产领域中周期性现象十分普遍，如各种周而复始的旋转运动、往复运动，各种传感器和测量电路变换后的周期性脉冲等。周期性过程重复出现一次所需要的时间称为周期，用符号T表示。(2–1)周期与频率互为倒数关系2．1．1频率的测量频率测量技术常将一些非电

3、量或其他电参量转换成频率进行测量，以提高测量的精度。频率测量方法分为:计数法和模拟法两类模拟法因为简单经济，在有些场合仍有应用。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；（l）计数法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(2–2)1．频率（周期）的数字测量2．1．1频率的测量②加到闸门的控制端控制闸门的开、闭时间，只有在闸门开通时间T内闸门才输出计数脉冲。③到十进制计数器进行计数。在闸门打开前计数器

4、先清零，闸门关闭时，计数器的计数值N由T和TA决定。如果T和TA一个为已知标准量，另一个为待测量，则从计数值N和已知标准量便可求得。计数法原理如图2－l（a）所示，周期为T的脉冲①加到闸门的输入端，宽度为T的门控信号。由于T和TA两个量是不相关的，T不一定正好是TA的整数N倍，即T与NTA之间有一定误差，如图2－l（b）所示。图中Δt1，是闸门开启时刻至第一个计数脉冲前沿的时间（假设计数脉冲前沿使计数器翻转计数），Δt2是闸门关闭时刻至下一个计数脉冲前沿的时间。处在T区间内的计数脉冲个数（即计数器计数结果）为N，则2．1

5、．1频率的测量式中（2–3）（2–4）2．1．1频率的测量显然，若Δt1＝Δt2，则ΔN＝0；若Δt1＝TA，Δt2＝0，则ΔN＝l；若Δt1＝0，Δt2＝TA，则ΔN＝－l，因此脉冲计数的最大绝对误差（又称量化误差）为（2–5）脉冲计数最大相对误差为：（2–6）2．1．1频率的测量（2）通用计数器/电子计数器具有测量频率（测频）和测量周期（测周）等测量功能，称通用计数器。通用计数器的基本组成如图所示。通用计数器2．1．1频率的测量（3–7）频率比测量方式2．1．1频率的测量将被测信号ƒx接到图2-2中A输入端（即ƒA=

6、ƒx），晶振标准频率ƒC信号接到B输入端（即ƒA=ƒC）则称计数器工作在测频方式，此时式（2-7）变为（2－8）（2－9）测频方式将被测信号ƒC接到图2-2中B输入端（即ƒB=ƒx），晶振标准频率信号接到A输入端（即ƒA=ƒx），称计数器工作在测周方式，式（2-7）变为（2－11）（2－10）测周方式2．1．1频率的测量周期与频率互为倒数，从理论上讲测量频率与测量周期是等效的。从实际测量效果来看，图2-2所示通用计数器工作在测频方式和工作在测周方式，在测量误差和测量范围有差别。（3）频率（周期）的测量误差与测量范围2．1

7、．1频率的测量6、PC机中的测试技术应用（2－12）①测频方式“测频”的相对误差为结论：被测频率越高，分频系数m越大，测频的相对误差越小，即测频的精度越高。标准频率的准确度测频的最大相对误差2．1．1频率的测量（2－14）若采用K位十进制计数器，最大允许计数值为（2－13）为使计数器不溢出，最大允许计数值要求即2．1．1频率的测量（2－16）若计数脉冲频率最大允许值为ƒmax，则还要求为满足测量精度γ，要求代入式（2－12）可知，ƒx应满足（2－15）2．1．1频率的测量将式（2－10）代入得测周的最大相对误差为②测周方

8、式由式（2－11）可得测周的相对误差为又因为（2–20）对比式（2－12）和式（2－20）可见：故由上式可得测周法测频的最大相对误差为直接测频与测周法测频的相对误差是不一样的。结论1若被测频率较高，直接测频的相对误差较小！若被测频率较低，测周法测频的相对误差较小！为提高测量精度中界频率＝晶振标准频率当被测频率高于中界