现代电子测量技术_5.ppt

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1、现代电子测量技术赵志斌电力系电信教研室电压测量第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

2、量可以转化为电压测量：表征电信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

3、；随机噪声。2）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，存在较大

4、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（有效值、峰值和平

5、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，10-6）；约瑟夫森量子电压基准

6、（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交流电压标准原理由直流电压标准建立。因而，需经过交流-直流变换。测热电阻桥式高频电压标准基本原理：将高频电压通过一电阻（称为测热电阻，如热敏电阻），该电阻由于吸收高频电压功率，其阻值将发生变化，再将一标准直流电压同样施加于该电阻，若引起的阻值变化相等，则高频电压的有效值就等于该直流电压。双测热电阻电桥的原理图5．3交流电压的测量5．3．1表征交流电压的基本参量峰值、平均值、有效值、波峰因数和波形因数。峰值以零电平为参考的最大电压

7、幅值（用Vp表示）。注：以直流分量为参考的最大电压幅值则称为振幅，（通常用Um表示）。5．3．1表征交流电压的基本参量平均值（均值）数学上定义为：相当于交流电压u(t)的直流分量。交流电压测量中，平均值通常指经过全波或半波整流后的波形（一般若无特指，均为全波整流）：对理想的正弦交流电压u(t)=Vpsin(ωt)，若ω=2π/T5．3．1表征交流电压的基本参量有效值定义：交流电压u(t)在一个周期T内，通过某纯电阻负载R所产生的热量，与一个直流电压V在同一负载上产生的热量相等时，则该直流电压V的数值就表示了交流电压u(t)的有效值。表达式：直流电压

8、V在T内电阻R上产生的热量Q_=I2RT=交流电压u(t)在T内电阻R上产生的热量Q~=由Q_=Q~得，有效值5．3．1表