电压测量仪器及应用

项目2 电压测量仪器及应用
6．电压波形种类多 被测电压的波形是多种多样的，除了正弦波以外，还 有失真的正弦波和各种非正弦波，如方波、三角波、锯齿 波、脉冲波、调制波和噪声波等。测量时，应根据被测电 压的波形和电压表的类型来确定被测电压的量值。
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知识 1.2 电压表的分类
电压测量仪器的种类很多，通常采用的是各 种电压表。在电子测量中，对于直流电压、工频 (50Hz) 电压和要求不高的低频 (几百Hz) 电压测量 时，可以使用万用表的电压档，其他交流电压的 测量都要使用电子电压表。按照测量结果的显示 方式不同，电子电压表可分为模拟式电压表和数 字式电压表两大类。
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任务1 知识引领——电压测量的基本知识 任务2 仪器介绍——模拟式电子电压表 任务3 仪器介绍——数字式直流电压表 任务4 仪器介绍——数字式万用表 任务5 应用实训——电压表万用表应用实训
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任务1 电压测量的基本知识
电压是表征电信号能量的三个基本参数(电压、电流、 功率)之一，信号的其它参数也是通过电压测量获得其量 值，因此电压测量是电子测量中最常用、最基本、最重 要的内容。
图2-1 交流电压的峰值和峰-峰值
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2．平均值 交流电压u (t) 的平均值用U表示，它实质上就是周期 性交流电压的直流分量U0，如图2-1中所示。正负波形对 称的周期性交流电压，其平均值为零，如图2-2 (a) 所示。
图2-2 交流电压半波和全波整流后的波形
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知识 1.3 交流电压的幅值参数
交流电压除了用具体的函数关系式表达其随时间的变 化规律外，其幅值通常还可以用峰值、峰峰值、平均值、 有效值等参数来表征。
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1．峰值 周期性交流电压 u(t) 在一个周期内偏离零电平的最大 值称为峰值，用UP 表示。正、负峰值不相等时分别用UP+ 和UP-表示，正最大值与负最大值之差称为峰-峰值，用UP-P 表示，如图2-1所示。
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2．数字式电压表 数字式电压表是将被测的模拟电压通过模拟/数字(A/D) 转换器变换成数字量，以十进制数字显示被测电压值。数 字式电压表可从以下几方面进行分类。 (1) 按测量功能分类 按测量功能可分为直流数字电压表和交流数字电压表。 (2) 按模拟/数字转换方式分类 按模拟/数字转换方式可分为比较式、斜坡式、积分式、 复合式数字电压表。
3．有效值 交流电压的有效值用U表示，它实质上是数学中的均 方根值，因此有时也写作Urms。交流电压有效值的物理意 义是：在交流电压的一个周期内，该电压在电阻负载上所 产生的热能与一个直流电压在同一电阻上产生的热能相同 时，那么该交流电压的有效值就等于此直流电压。
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(3) 按电路组成分类 按电路组成可分为放大-检波式、检波-放大式、热电变 换式、外差式电压表等。 (4) 按准确度等级分类 按准确度等级可分为0.1级、0.2级、0.5级、1.0级、1.5 级、2.5级、5.0级等。 (5) 按检波原理分类 按检波原理可分为峰值电压表、平均值电压表和有效值 电压表。 (6) 按刻度特性分类 按刻度特性可分为线性刻度电压表和非线性刻度电压表。
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4．输入阻抗高 测量电压时，电压表与被测电路并联，其输入阻抗可 视为被测电路的额外负载。为了尽量减小电压表的接入对 被测电路的影响，要求电压表应有足够高的输入阻抗，即 输入电阻应尽量大，输入电容应尽量小。 5．抗干扰能力强 电压测量很容易受到各种外界电磁干扰，干扰会对灵 敏度高的电压表产生较大影响，引起明显的测量误差，所 以要求电压表应具有较强的抗干扰能力。测量时，还要采 取相应措施，尽量减小外界电磁干扰。
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(3) 按交流/直流变换原理分类 按交流/直流变换原理可分为峰值型、平均值型和有效 值型数字电压表。 (4) 按显示位数分类 按显示位数分有3位、3位半、4位、4位半、5位、5位半、 6位等多种位数的数字电压表。 数字式电压表具有测量精度高、测量速度快、量程范围 宽、显示位数多、分辨率高、无读数误差、易于实现测量自 动化等特点，因此在电压测量中日益占据了重要的地位。
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2．频率范围宽 被测电压的频率范围很宽，除直流外，频率范围可从 10-5～109 Hz (GHz)，这就要求电压表应具有足够宽的频率 范围，以适应不同频率电压的测量要求。测量时，应根据 被测电压的频率合理选择电压表的类型。 3．测量精度高 由于电压测量的基准是直流标准电池，在直流电压测 量中，各种分布参数的影响又极小，因此直流电压的测量 可获得很高的精度，如数字式直流电压表可达10-6～10-8量 级，而交流电压表一般只能达到10-2～10-4量级。
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知识 1.1 电压测量的特点及要求
电压测量主要是对直流电压、正弦波电压的稳态值以及 其他典型的周期性非正弦波电压参数的测量。电压测量的特 点及要求如下。
1．量值范围宽 被测电压的量值范围很宽，小到几纳伏，大到上万伏， 电压可从10-9～105V，这就要求电压表应具有相当宽的量程， 以适应不同量值电压的测量要求。测量时，应根据被测电压 的大小，合理选择电压表的量程。
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1．模拟式电压表 模拟式电压表即指针式电压表，它用磁电式直流电流 表作为Biblioteka Baidu示器来显示测量结果，并在表盘上以电压或分贝 进行刻度。模拟式电压表可从以下几方面进行分类。 (1) 按工作频率分类 按工作频率可分为低频电压表(1 MHz以下)、视频电压 表( 30MHz以下)、高频电压表( 300MHz以下)、超高频电压 表( 300MHz以上)。 (2) 按测量电压量级分类 按测量电压量级可分为电压表(基本量程为V量级)、毫 伏表(基本量程为mV量级)、微伏表(基本量程为μV量级)。