第3章 使用电压表测量电压参数

SG2171交流毫伏表的使用 参阅课本（ 74页） 交流毫伏表的操作规程
参阅课本（74 ~ 75页）
电压表使用之前要先熟悉电压表的技术性能指 标、适用的范围、使用方法及注意事项等。
注意 对于其它型号的电压表可能有些地方不 一样。测量之前要详细阅读使用说明书。
有效值电压表
一.检波式有效值电压表
电压有效值的定义
交流电压的峰值与有效值之比称为波峰因数
KP，即
KP

UP U
正弦信号的波峰因素： K P 2
三角波的波峰因素： K P 3
方波信号波峰因素：KP=1
名称 正弦波
波形因数KF 1.11
波峰因数 KP
1.414
有效值
UP/ 2
平均值 2Up/π
半波整流 1.57 全波整流 1.11
2 1.414
五.电压表的分类
1. 模拟电压表
大多数为指针式仪表。一般用直流电流表表头 作为指示器。测量电压时一般经过放大或衰减变成 直流电流来测量。对交流电压要先将其经过交流直流变换器及检波器，将其转换为直流电压再进行 测量。
模拟电压表分为均值电压表、有效值电压表、和 峰值电压表。按电路组成分可分为检波--放大式 电压表、放大--检波式电压表、外差式电压表。
UP/ 2 UP/ 2
Up/π 2Up/π
三角波
1.15
1.73
UP/ 3 Up/2
锯齿波
1.15
1.73
UP/ 3
UP/ 2
方波 白噪声
1
1
UP
Up
1.25
3
UP—13
Up/3.Baidu Nhomakorabea5
表4.1 几种典型的交流电压波形的参数
四. 电压测量分类
1.按测量对象分：直流电压测量和交流电压测量。
2. 按测量技术不同分：模拟测量和数字测量。
Ux K f U 0.9K f U
小结 波形换算的方法是：当被测电压是任意 电压时，将测量结果（电压表的示值）先除于 定度系数折算成平均值，再乘以被测电压的波 形因素即可得到被测电压的非正弦电压的有效 值。
[例3-1] 用全波均值电压表分别测量方波和三角 波电压，示值均为1V,问被测电压的有效值分 别为多少？
1. 斜坡式数字电压表 利用积分器产生的线性斜坡电压与Ux进行比较， 把Ux转换成与其瞬时值成比例的时间间隔T。 2. 比较式数字电压表： 利用输入的模拟电压与基准电压进行比较的方法， 把模拟量直接转换成数字量的电压表。
U KU
所以定度系数
K
U U
1.11
如果用均值电压表测量纯正弦电压，其示值就是
正弦波的有效值。如果被测电压是非正弦电压，
则必须把示值经过换算后，才能得到被测电压的
有效值。
首先按平均值相等示值也相等的原则将示值U 换算成被测电压的平均值
U

U K
0.9U
再用波形因素Kf 求出被测电压的有效值
4. 输入电阻和输入偏置电流 输入电阻一般小于10M,高准确度的可以达到 1000M 。 输入偏置电流是由一起内部表现得输入端的电流。
5. 抗干扰特性 分为串模干扰和共模干扰。前者可达50~90分贝， 后者可达80~150分贝。 6. 测量速率 每秒几次~几十次。
补充串模干扰和共模干扰的知识
1. 检波电路
电子电压表内使用的均值检波电路如 图3-11 所示。图(a) 为桥式整流电路
(b)为半桥式电路
流过电流表的电流正比于输入电压的平均值。
2.定度系数和波形换算
几乎所有的交流电压表都是按正弦波电压的有 效值定度的。如果检波器不是有效值相应，则标称 值（即示值）与实际值之间存在一个系数，这个系 数称为定度系数，记作K 。对于均值响应检波器， 在额定频率下加正弦电压时的示值为 ：
u

(1 0.9K f )U U
1 0.9K f
当被测电压为方波时 u = 1- 0.9Kf =10%
当被测电压为三角波时 u = 1-0.9Kf =-3.5%%
由此可见对于不同的波形所产生的误差的大 小和方向是不同的。
模拟电压表的读数方法、使用及注意事项 1.电压表的接线及注意事项 （1）要测量某一部分电路两端的电压，必须把电压 表与这部分电路并联起来。 （2）对直流电表必须注意正确连接“+”、“-”极性。 （3）被测电压不要超过电压表的量程。 2. 电压表的读数方法 （1）首先判断电压表的量程。（2）确定大格刻度。 （3）确定小格刻度。 （4）最终示数
3.2 模拟电压表
一.模拟电压表的分类
按测量直流或交流分： 1.直流电压表：用于测量直流电压。 2.交流电压表：用于测量交流电压。一般用交直流变换 器实现变换。 按照测量电压频率不同可分为：低频电压表、视频电压 表、高频电压表和超高频电压表。 根据电压表电路组成方式不同，模拟电压表可以分为： 1. 检波-放大式 2. 放大检波式 3. 外差式
由于正弦周期性的信号器电压平均值为零，
所以实际测量中用检波后的平均值来表征正弦信 号的幅度特性。
U 1
T
u(t) dt
T0
4.波形因素
电压的有效值与平均值之比称为波形因数Kf，
即
Kf

U U
正弦信号的波形因素：Kf =1.11
三角波的波形因素：
2
Kf 3
方波信号波形因素：Kf =1
5.波峰因数KP
在数字电压表的基础上把其他参数（如电流、电阻、 交流电压等）变换为等效的电流电压，然后通过 测量电压获得其他参数值就构成数字多用表。
一. DVM的主要技术指标
1. 电压测量范围 （1）量程
基本量程：无衰减或放大时的输入电压范围，由 A/D转换器动态范围确定，测量误差最小的量程。
通过对输入电压（按10倍）放大或衰减，可扩展量
2. 分辨力 分辨力指DVM能够显示输入电压最小变化值得
能力。即显示其末位读数跳一个单位所需的最小电 压变化值。在最小量程上DVM具有最大的分辨力。 3. 测量误差 （1）允许误差：在使用的条件下以绝对值形式给出。 （2）固有误差：标准条件下的误差，常以下面形式 给出：U = ±(% ·Ux+%·Um ) 式中Ux 被测电压 读数， Um 该量程的满度值， 误差相对项系数， % Ux为读数误差，随被测电压变化而变化。 为误 差固定项系数， %·Um 表示满度误差。对给定量程 它是不变的。
二. 阅读一种交流电压表的技术指标
• SG2171交流毫伏 表
• 是一种均值电压 表其灵敏度高、 波形失真小。频 率范围5Hz～ 2MHz。测量电压 的范围 30V ～ 100V.
• 其它的技术指标 参看课本68 ～ 69页。
三.均值电压表
均值电压表测量的电压是交流电压经过全波 整流后的平均值，即输入电压的绝对值在一个周 期的平均值。
U
1 T u2 (t )dt
T0
如果通过检波器来实现，则要求检波器有平方律
的伏安特性。利用二极管的正向特性开始部分可
近似得到。如图2所示。设法在电路中抵消起始
电流，则流过电流表的平均电流则与被测电压的
平方成正比。从而实现有效值的转换。
二. 热电转换式有效值电压表
它利用热电效应方式实现有效值电压测量。图 3-13所示为热电转换电压表的原理图。
2. 数字电压表
数字电压表是一种用A / D 转换器作为测量机构， 用数字显示器显示测量结果的电压表。测交流电 压时，必须在A / D 转换前对被测电参量进行转 换处理。变为直流电压。
A / D 转换器是数字电压表的核心部分。直接影 响到数字电压表的技术性能。
六.电压表的技术指标
1.频率范围 2.量程 3.输入阻抗 4.测量精度 （满 （ %1为）度2读）满相数读度对相数值误对值的差误的百，差百分U，m分数为U数±x电为±压%电U%表压mU的表。x满。的式度式读中值中数±。±值%。为 （用3）这±种(方%式U。x+ %Um) 。 数字电压表一般采 5.抗干扰能力 6.被测电压波形种类
第3章 使用电压表测量电压参数
3.1 概述 3.2 模拟式电压表 3.3 数字式电压表 3.4 数字多用表
内容提要：
重点：
• 交流电压信号的表征形式和表征量值的 相互转换；电压测量仪器的工作原理
难点：
交流电压信号的表征形式和表征量值的 相互转换
测量电压常用的主要仪器仪表
• 模拟万用表
数字万用表
3. 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U在同一负载 上产生的热量相等时，则该直流电压U的数值就表示 了交流电压u(t)的有效值。
有效值表达式：
U 1 T u2 (t)dt
T0
2.平均值
数学上定义为：
U1
T
u (t )dt
T0
[解] 示值U =1V
(1)对于方波 （Kf =1） Ux = 0.9 Kf U =0.9V
(2)对于三角波 （ K f
2
3 ） Ux = 0.9 Kf U
=1.035V
3. 误差分析
均值电压表的误差的主要来源有：指示电表 的误差、检波二极管引起的误差。
当以示值U作为被测电压的有效值是所引 起的绝对误差为 =U - 0.9Kf =（1- 0.9Kf ） U 示值相对误差为
采用共模抑制比和串模抑制比来表示DVM的抗 干扰能力。
串摸干扰是指干扰信号以串联叠加的形式对被 测信号产生的干扰；
共模干扰是指干扰信号同时作用于DVM的两个 测量输入端（称为高端H和低端L）。
被测 电压 Vx
干扰信号un
H
被测
DVM
电压
Vx
L
干扰
信号
ucm
H DVM L
二 .DVM 的主要类型
按其模/数转换器（A/D）原理来分，可分为斜 坡式、双积分式、比较式和复合式四类。
利用被测电流流过加热丝产生热量，热电偶因热 端和冷温差而产生热电势，热电偶热端的温度 正比与被测电压的有效值的平方，因为热电势 产生流过电流表的电流，所以电流表中电流间 接正比于被测电压的有效值的平方。图3-14所 示为DA-24型有效值电压表简化方框图。
三.计算式有效值电压表
图3-15 所示为计算式转换器方框图。它利用模 拟运算电路乘法器、积分器和开方器以及放大 器。
有效值数字万用表 图形万用表
多重显示 数字多用表
台式数字多用表
单指针交流毫伏表
超高频毫伏表
视频毫伏表
3.1 概述
二.电压表的分类 分为直流电压表和交流电压表两大类。 三.交流电压表的基本参数 1. 峰值UP
以零电平为参考的最大电压幅值（用Up表示 ）， 有正峰值和负峰值，包括在一起称峰-峰值，用 Up-p表示。 注：以直流分量为参考的最大电压幅值称为振幅, （Um表示）
3.3 数字电压表
数字电压表（DVM）指把被测电压的数值通过数 字技术，变换成数字量，然后用数码管、LED显 示器以十进制数字显示被测量电压值。
数字电压表具有许多优点：量程范围宽;精度高;并 以数字显示结果；测量速度快;能向外输出数字 信号;可以与其它存储、记忆打印设备相连接;输 入阻抗高。目前已广泛应用于电压测量和仪表的 校准。
显示为数完整位的DVM没有超量程能力，带有 1/2位并以1V、10V、100V分档的DVM才有超量 程能力。 带有1/2位并以2V、20V、200V分档的DVM没有 超量程能力。
如：5 ½位DVM，在10V 量程上最大可显示 19.9999V电压，允许有100%的超量程。最大显 示为5.9999的 4 ¾ DVM 。如量程按5V、50V、 500V分档，则允许有20%的超量程。
程，测量精度比基本量程的测量精度低。
如：基本量程为10V的DVM，可扩展出0.1V，1V， 10V，100V，1000V等五档量程。 基本量程为2V或20V的DVM，可扩展出200mV、2V、 20V、200V、1000V等五档量程。
（3）超量程能力 当被测电压超过满量程时，如DVM使用具有
超量程能力，那么测量结果不会降低精度和分 辨力。 如：3 ½位DVM测量13.94V电压。 10V档：19.99V（使用超量程能力，显示结果 为“13.94V”，未降低精度）
被测电压 ： 13.94V
100V档： 199.9V（未使用超量程能力，显示结 果为“13.9V”，降低了测量精度）
（2）显示位数
指能完整显示的位数 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DVM，具有4位完整显示位，其最大显 示数字为9999 。 而 4 1/2 位（4位半）DVM，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 。 最大显示为59999的数字电压表为 4 3/4 位。