电量测量技术

T
u(t)dt
T0
Vp Um
U
相当于交流电压u(t)的直流分量。 0
t
T
从测量角度定义：
U
1 T
T
0
u(t)
dt
有效值：交流电压在一个周期T内，通过某纯电阻负载R所产生的热量，
与一个直流电压在同一负载上产生的热量相等时，
则该直流电压的数值就表示了交流电压的有效值。V
1 T u2 (t)dt
◆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
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第一节 电压的测量
二、直流电压的测量
1、直流电压测量系统组成：
Vx
输入电路
A/D转换器
数字 显示器
逻辑控制 电路
时钟 发生器
模拟部分
数字部分
输入电路：对输入电压衰减/放大、变换、钳位等。 A/D转换器：实现模拟电压到数字量的转换，核心部件。 数字显示器：显示模拟电压的数字量结果； 逻辑控制电路：在统一时钟作用下，完成内部电路的协调有序工作。
灵敏度受放大器噪声限制，可做到毫伏级。
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（3）有效值检测电路
利用模拟运算的集成电路检波方法： V
1 T u2 (t)dt
T0
通过多级运算器级连实现：
模拟乘法器（平方）—〉积分—〉开方—〉比例运算。
u(t)
u2 (t)
T
0
A
Vrms
AD536A：真有效值-直流转换单片集成电路： 可将任复杂波形的真有效值转换成直流输出； 最大误差0.2％； 低功耗：1.2mA静态电流；
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4、直流电压表主要性能指标
量程
基本量程：无衰减或放大时的输入电压范围，由A/D转换 器量程范围确定。
通过对输入电压（按10倍）放大或衰减，可扩展其他量 程。
分辨力
用每个字对应的电压值来表示，即V/字。 不同的量程上能分辨的最小电压变化的能力不同，显然，
在最小量程上具有最高分辨力。 例如，3位半的电压表，在200mV最小量程上，可以测
量 的 最 大 输 入 电 压 为 199.9mV ， 其 分 辨 力 为 0.1mV/ 字 （即当输入电压变化0.1mV时，显示的末尾数字将变化 “1个字” ）。
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三、交流电压的测量
1、交流电压的表征方法
u(t)
峰值：以零电平为参考的最大电压幅值
（用Vp表示 ）。
平均值：数学上定义
U 1
dt
0 2rd rm
2rd rm
式中，T为u(t)的周期，rd和rm分别为检波二极管的正向导通电阻 和电流表内阻，可视为常数（它反映了检波器的灵敏度）。
于是，I0的平均值 Io 与u(t)的平均值 u(t) 成正比。
均值电压表原理：u(t) 放大 均值检波 驱动表头
特点： 频率范围受放大器带宽限制，20Hz-10MHz；
有效值电压表：不受波形失真影响，但频率范围
受转换器限制。
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（4）电压表的刻度特性和误差分析
电压表刻度特性：各类电压表的示值都是按正弦波有效
峰值电压表原理： u(t) 峰值检波 放大 驱动表头 特点：检波器的输出电压和交流电压的峰值成正比，灵敏度较低，几十毫伏；
测量上限取决于检波二极管的方向击穿电压。 工作频率范围取决于检波二极管的高频特性。
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（2）平均值检测电路
原理：由二极管桥式整流电路完成。 形式：全波整流(a)和半波整流(b)。
T0
8
为表征同一信号的峰值、有效值及平均值的关系，引入 波形系数及波峰系数。
交流电压的波形系数KF：
U KF U
交流电压的波峰系数KP：
KP

UP U
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波峰系数和波形系数
对理想的正弦交流电压u(t)=Vpsin(ωt)，若 ω=2π/T
K p~
Vp Vp /
2

2 1.41
对理想的正弦交流电压u(t)=Vpsin(ωt)，若 ω=2π/T
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4、直流电压表主要性能指标
显示位数
完整显示位：能够显示0-9的数字。 非完整显示位(俗称半位)：只能显示0和1（在最高位上）。 如4位电压表，具有4位完整显示位，其最大显示数字为
9999。 而 4 12位（4位半）电压表，具有4位完整显示位，1位非完整
显示位，其最大显示数字为19999 。
b
u(t)
VP
t
c 11
二极管峰值检波电路工作原理：
要求： (Rs rd )C Tmin , RLC Tmax
式中，Rs和rd分别为等效信号源u(t)的内阻和二极管正向导通 电阻，C为充电电容（并联式检波电路中C还起到隔直流的作 用），RL为等效负载电阻，Tmin和Tmax为u(t)的最小和最大周 期。 ➢峰值检波电路的输出存在较小的波动，其平均值略小于实际 峰值。
KF~
(1/ （2 /
2 )Vp
）Vp


22
1.11
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2、交流电压的测量方法
（1）峰值检测电路：由二极管峰值检波电路完成，有二
极管串联（a)和并联（b）两种形式。
原理：通过二极管正向快速充电达到输入电压的峰值，而二极管
反向截止时“保持”该峰值。
D
C
u(t)
C
RL
Vp
u(t)
D
RL
Vp
a
D1
I0
D2
u(t)
u(t)
D3
C
D4
D1
D 2 I0
C
整流电路输出直流电流I0的平均值与被测输入电压u(t)的平均值成正比； 输出信号与u(t)的波形无关； 电容C用于滤除整流后的交流成分，避免指针摆动。
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（2）平均值检测原理
以全波整流电路为例，I0的平均值为
1 T u(t)
u(t)
Io T
第四章 电磁量测量技术
第一节 电压的测量 第二节 电流的测量 第三节 阻抗的测量 第四节 功率的测量 第五节 频率的测量 第六节 磁场的测量
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第一节 电压的测量
一、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
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2、输百度文库电路
输入电路：放大、衰减、量程切换、钳位保护、滤波
放大电路：OP07，10倍
RC有源滤波器： (二阶低通滤波器)
R1 ui(t)
C1
R2
∞
+
+
C2
-N
uo(t)
R R0
衰减网络：1KV～200mV
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3、模数转换器(AD574)：
分辨率：12位（逐次比较）； 非线性误差：小于±1/2LSB或±1LSB； 转换速率：25us； 电压输入范围：10V、20V、±5V和±10V； 电源电压：±15V和5V； 数据输出格式：12位/8位；