第3章电参量测量技术

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1、第3章电参量测量技术本章主要内容1电参量测量技术频率、时间和相位测量2电压、电流和功率的测量3阻抗测量4本章分别介绍时间、频率和相位、电压、电流以及阻抗等参量的测量方法。※检测方法：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、时间、频率等电学基本参量。※优点：便于对被测量的检测、处理、记录和控制；可以提高测量的精度。本章主要内容3.1频率、时间和相位的测量3.1.1频率的测量3.1.2时间间隔的数字测量3.1.3相位差的数字测量3.1.1频率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

2、、往复运动、各种传感器和测量电路变换后的周期性脉冲等。周期与频率互为倒数关系:频率测量方法：※计数法——精度高，应用广泛。※模拟法——简单经济。（3-1）3.1.1频率测量计数法原理如图3-1(a)所示（3-2）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:1.频率(周期)的数字测量（1）计数法测量原理3.1.1频率测量周期为TA的脉冲①加到闸门的输入端，宽度为T的门控信号②加到闸门的控制端，只有在闸门开通时间T内才输出计数脉冲③进行计数。3.1.1频率测量处

3、在T区间内计数脉冲个数(即计数器计数结果)为N，则显然，脉冲计数的最大绝对误差△N=±1。脉冲计数最大相对误差为：3.1.1频率测量通用计数器一般都具有测频和测周两种方式。基本组成如图3-2所示。（2）通用计数器的基本组成和工作方式图3-2中整形器是将频率为fA(或fB)的正弦信号整形为周期为TA=1／fA(或TB)的脉冲信号。门控电路是将周期为mTB(fB经m分频)的脉冲变为闸门时间为T=mTB的门控信号，将T=mTB代入(3-2)式可得图3-2中十进制计数器的计数结果为：（3-7）由上式可见，图3-2中计数结果N

4、与fA／fB成正比，此时计数器工作在频率比测量方式。3.1.1频率测量如图3-2中A输入端(fA=fx)，晶振标准频率fc信号接到B输入端(fB=fc)，则计数器工作在测频方式，此时(3-7)式变为：（3-9）3.1.1频率测量若将被测信号fx接到图3-2中B输入端(即fB=fx)，晶振标准频率fc信号接到A输入端(即fA=fc)，则称计数器工作在测周方式，此时，(3-7)式变为(3-11)3.1.1频率测量（3）频率(周期)的测量误差与测量范围理论上讲测量频率与测量周期是等效的，但从实际测量来看，图3-2所示通用计

5、数器工作在测频方式和工作在测周方式，其测量误差和范围都不一样。①测频方式由(3-9)式可得“测频”的相对误差为：3.1.1频率测量进一步推导可得测频最大相对误差为：由上式可见，被测频率fx越高，分频系数m越大，测频的相对误差△fx/fx越小，测频的精确度越高。若采用K位十进制计数器，为使计数结果不超过计数器最大允许计数值而发生溢出，要求：（3-13），（3-14）,3.1.1频率测量同时，最大相对误差还应满足测量精度的要求，因此fx应满足：（3-16）一般晶振的精度很高，△fc/fc可忽略，故上式简化为：（3-17）

6、因此可得“测频”范围为：（3-18）3.1.1频率测量②测周方式由(3-11)式可得测周的相对误差为：将(3-10)式代入得测周的最大相对误差为：因Tx=1/fx，△Tx／Tx=-△fx／fx，故由上式可测周法测频的最大相对误差为：（3-19）（3-20）3.1.1频率测量由上式可见，被测频率fx越低，分频系数m越大，测周的相对误差△Tx/Tx越小，即测周的精度越高测频的精度也越高。小结※若被测频率fx较高，则直接测频的相对误差较小※若被测频率fx较低，则用测周法测频的相对误差较小。※当f0＝fc（中介频率）时，测频

7、与测周相对误差都一样。从提高测量精度考虑，当被测频率fx高于fc时应采用直接测频法；当被测频率fx低于fc时应采用测周法。3.1.1频率测量测周法的周期测量范围，同样也受到测量精度要求值和计数器的限制，即应满足故Tx的测量范围为：（3-22）若取fc=fmax，并忽略晶振的误差，则上式简化为（3-23）3.1.1频率测量图3-2中分频系数m一般取10的整数次幂且分挡可选，即m=10n(n=0，1，2，3…等可选)。此时改变n只是改变fx和Tx的指示数字的小数点位置。（3-25），（3-26），例：N=100，fc=1

8、MHz(Tc=lμs)，若取n=2，则fx=1MHz，Tx=1μs。若取n=3，则x=0.1MHz，Tx=0.1μs。3.1.1频率测量2.频率的模拟测量（1）直读法测频※电桥法测频——利用交流电桥的平衡条件和电桥电源频率有关这一特性来测频※谐振法测频——利用电感、电容串联谐振回路或并联谐振回路的谐振特性来实现测频。※频率-电压(f-V)转换法