[理学]电子测量课件.ppt

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1、第5章电压测量5.1概述5.2电压标准5.3交流电压的测量5.4直流电压的数字化测量及A/D转换原理5.5电流、电压、阻抗变换技术及数字多用表5.7电压测量的干扰及抑制技术1）交流/直流电压（AC-DC）转换原理利用热电偶有效值检波热电效应：两种不同导体的两端相互连接在一起，组成一个闭合回路，当两节点处温度不同时，回路中将产生电动势，从而形成电流，这一现象称为热电效应，所产生的电动势称为热电动势。热电效应原理图当热端T和冷端T0存在温差时（即T≠T0），则存在热电动势，且热电动势的大小与温差ΔT=T-

2、T0成正比。1）交流/直流电压（AC-DC）转换原理利用热电偶有效值检波热电偶：将两种不同金属进行特别封装并标定后，称为一对热电偶（简称热偶）。热电偶温度测量原理：若冷端温度为恒定的参考温度，则通过热电动势就可得到热端（被测温度点）的温度。热电偶有效值检波原理：若通过被测交流电压对热电偶的热端进行加热，则热电动势将反映该交流电压的有效值，从而实现了有效值检波。如下图。1）交流/直流电压（AC-DC）转换原理热电偶有效值检波原理图图中，直流电流I与被测电压u(t)的有效值V的关系：电流I∝热电动势∝热端

3、与冷端的温差，而热端温度∝u(t)功率∝u(t)的有效值V的平方，故，1）交流/直流电压（AC-DC）转换原理表头刻度线性化处理：采用两对相同的热电偶，分别称为测量热电偶和平衡热电偶，如下图。1）交流/直流电压（AC-DC）转换原理上图中，通过平衡热偶形成一个电压负反馈系统。测量热偶的热电动势Ex∝V2，令Ex=k1V2；平衡热偶的热电动势Ef∝Vo2，及Ef=k2Vo2；假如两对热偶具有相同特性，即k1=k2=k，==〉则差分放大器输入电压Vi=Ex-Ef=k(V2-Vo2)，若放大器增益足够大，则

4、有Vi=0，==〉Vo=V（即输出电压等于u(t)有效值）有效值电压表的特点理论上不存在波形误差，因此也称真有效值电压表（读数与波形无关）。2）峰值电压表原理、刻度特性和误差分析原理峰值响应，即：u(t)峰值检波放大驱动表头刻度特性表头刻度按（纯）正弦波有效值刻度。因此：当输入u(t)为正弦波时，读数α即为u(t)的有效值V（而不是该纯正弦波的峰值Vp）。对于非正弦波的任意波形，读数α没有直接意义（既不等于其峰值Vp也不等于其有效值V）。但可由读数α换算出峰值和有效值。2）峰值电压表原理、刻度特

5、性和误差分析刻度特性由读数α换算出峰值和有效值的换算步骤如下：第一步，把读数α想象为有效值等于α的纯正弦波输入时的读数，即第二步，将V~转换为该纯正弦波的峰值第三步，假设峰值等于Vp~的被测波形（任意波）输入，即注：“对于峰值电压表，（任意波形的）峰值相等，则读数相等”。第四步，由，再根据该波形的波峰因数（查表可得），其有效值2）峰值电压表原理、刻度特性和误差分析刻度特性上述过程可统一推导如下：该式表明：对任意波形，欲从读数α得到有效值，需将α乘以因子k。（若式中的任意波为正弦波，则k=1，读数α即为

6、正弦波的有效值）。2）峰值电压表原理、刻度特性和误差分析刻度特性综上所述，对于任意波形而言，峰值电压表的读数α没有直接意义，由读数α到峰值和有效值需进行换算，换算关系归纳如下：式中，α为峰值电压表读数，为波峰因数。波形误差。若将读数α直接作为有效值，产生的误差。3）平均值电压表原理、刻度特性和误差分析原理均值响应，即：u(t)放大均值检波驱动表头刻度特性表头刻度按（纯）正弦波有效值刻度。因此：当输入u(t)为正弦波时，读数α即为u(t)的有效值V（而不是该纯正弦波的均值）。对于非正弦波的任意波形

7、，读数α没有直接意义（既不等于其均值也不等于其有效值V）。但可由读数α换算出均值和有效值。3）平均值电压表原理、刻度特性和误差分析刻度特性由读数α换算出均值和有效值的换算步骤如下：第一步，把读数α想象为有效值等于α的纯正弦波输入时的读数，即第二步，由计算该纯正弦波均值第三步，假设均值等于的被测波形（任意波）输入，即注：“对于均值电压表，（任意波形的）均值相等，则读数相等”。第四步，由，再根据该波形的波形因数（查表可得），其有效值3）平均值电压表原理、刻度特性和误差分析刻度特性上述过程可统一推导如下：上

8、式表明，对任意波形，欲从均值电压表读数α得到有效值，需将α乘以因子k。（若式中的任意波为正弦波，则k=1，读数α即为正弦波的有效值）。3）平均值电压表原理、刻度特性和误差分析刻度特性综上所述，对于任意波形而言，均值电压表的读数α没有直接意义，由读数α到峰值和有效值需进行换算，换算关系归纳如下：式中，α为均值电压表读数，KF为波形因数。波形误差。若将读数α直接作为有效值，产生的误差4）实例分析[例]用具有正弦有效值刻度的峰值电压表测量一个方波电压，读数为1