电子测量第5章 电压测量上.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5.6数字电压表测量的不确定度及自动校准、自动量程技术5.7电压测量的干扰及抑制技术5.1概述5．1．1电压测量的意义、特点1）电压测量的重要性——阐述电压测量的意义、重要性及应用。2）电压测量的特点——从电压测量的频率、范围、要求等方面阐述其特点，这些特点也反映了电子测量的主要特点。1）电压测量的重要性◆电压测量是电测量与非电测量的基础；◆电测量中，许多电量的测量可以转化为电压测量：表征电信

2、号能量的三个基本参数：电压、电流、功率其中：电流、功率——〉电压，再进行测量电路工作状态：饱和与截止，线性度、失真度——〉电压表征◆非电测量中，物理量——〉电压信号，再进行测量如：温度、压力、振动、（加）速度2）电压测量的特点1.频率范围广：零频（直流）～109Hz低频：1MHz以下；高频（射频）：1MHz以上。2.测量范围宽微弱信号:心电医学信号、地震波等,纳伏级（10-9V）；超高压信号：电力系统中，数百千伏。3.电压波形的多样化电压信号波形是被测量信息的载体。各种波形：纯正弦波、失真的正弦波，方波，三角波，梯形波；随机噪声。2

3、）电压测量的特点4.阻抗匹配在多级系统中，输出级阻抗对下一输入级有影响。直流测量中，输入阻抗与被测信号源等效内阻形成分压，使测量结果偏小。如：采用电压表与电流表测量电阻，当测量小电阻时，应采用电压表并联方案；当测量大电阻时，应采用电流表串联方案。交流测量中，输入阻抗的不匹配引起信号反射。2）电压测量的特点5.测量精度的要求差异很大10-1至10-9。6.测量速度的要求差异很大静态测量：直流（慢变化信号）,几次/秒;动态测量：高速瞬变信号,数亿次/秒（几百MHz）精度与速度存在矛盾，应根据需要而定。7.抗干扰性能工业现场测试中，存在较

4、大的干扰。5．1．2电压测量的方法和分类2.电压测量方法的分类·按对象：直流电压测量；交流电压测量·按技术：模拟测量；数字测量1）交流电压的模拟测量方法表征交流电压的三个基本参量：有效值、峰值和平均值。以有效值测量为主。方法：交流电压（有效值、峰值和平均值）--〉直流电流--〉驱动表头--〉指示——有效值、峰值和平均值电压表，电平表等。5．1．2电压测量的方法和分类2）数字化直流电压测量方法模拟直流电压--〉A/D转换器--〉数字量--〉数字显示（直观）——数字电压表（DVM），数字多用表（DMM）。3）交流电压的数字化测量交流电压

5、（有效值、峰值和平均值）--〉直流电压--〉A/D转换器--〉数字量--〉数字显示——DVM（DMM）的扩展功能。5．1．2电压测量的方法和分类4）基于采样的交流电压测量方法交流电压--〉A/D转换器--〉瞬时采样值u(k)--〉计算，如有效值式中，N为u(t)的一个周期内的采样点数。5）示波测量方法交流电压--〉模拟或数字示波器--〉显示波形--〉读出结果5．2电压标准5.2.1直流电压标准电压和电阻是电磁学中的两个基本量。电压基准和电阻基准——〉其他电磁量基准。电压标准有：标准电池（实物基准，10-6）；齐纳管电压标准（固态标准

6、，10-6）；约瑟夫森量子电压基准（量子化自然基准，10-10）。电阻标准有：精密线绕电阻（实物标准）；霍尔电阻基准（量子化自然基准，10-9）。5.2.1直流电压标准1.标准电池原理：利用化学反应产生稳定可靠的电动势（1.01860V）。有饱和型和不饱和型两种类型。饱和型特点：电动势非常稳定（年稳定性可小于0.5μV，相当于5×10-7），但温度系数较大（约－40μV/℃）。用于计量部门恒温条件下的电压标准器。不饱和型特点：温度系数很小（约－4μV/℃），但稳定性较差。用于一般工作量具，如实验室中常用的便携式电位差计。1.标准电池

7、使用中应注意：1）不能倾倒；不能震动、冲击（不易运输）。2）温度修正（特别是对饱和型）。“温度—电动势”修正公式：式中，Et、E20分别为t℃（使用时的温度）和20℃（出厂检定时温度）时标准电池的电动势。3）标准电池存在内阻，仪表输入电阻应较大。2.齐纳管电压标准原理利用齐纳二极管的稳压特性制作的电子式电压标准（也称为固态电压标准）。齐纳管的稳压特性仍然存在受温度漂移的影响，采用高稳定电源和内部恒温控制电路可使其温度系数非常小。将齐纳管与恒温控制电路集成在一起的精密电压基准源，如LM199/299/399、REF系列。2.齐纳管电压

8、标准为克服输出电压的波动，还可将多个精密电压基准源并联，得到它们的平均值。2.齐纳管电压标准上图中，假设运放是理想的，则流入运放同相端电流I+=0，即若R1=R2=R3=R4，则而输出电压2.齐纳管电压标准齐纳管电压标准器整机输出电压