电气测量技术电气参数测量
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3.同相交直流转换电路
第7章 电气参数的测量 三. 直流电压的测量
1 直流电压的测量原理与方法
一般来说，直流电压测量是将直流电压表直接跨接在被测电压的两端，由直
流电压表读出被测电压的值。因此，电压测量是一种最简便的电参数测量，
其过程如图所示。
U
＋
x
－
＋
－
电压表
由于电压表测量时并联在被测电路两端，当电压表内阻不能忽略时，将引入测 量误差。
磁电式电流表基本结构分析：
基本原理：利用一个带指针的载流线圈，在磁场中受电磁力作用而偏转，并使 线圈偏转的角度与线圈电流成正比。 组成：永久磁铁：在气隙内产生均匀磁场，磁通密度为B。
框形线圈：可旋转线圈，通电受电磁力作用而偏转。 游丝：给可动线圈提供一个电流通路。给旋转线圈提供一个反作用力。 指针等
第7章 电气参数的测量
第7章 电气参数的测量
7.1 频率 、周期和时间间隔的测量 7.2 相位的测量 7.3 电压、功率和电能等的测量
第7章 电气参数的测量
7.3电压、功率和电能等的测量
电压,电流和功率是表征电信号能量的三个最基本参数,三者之 间的关系由公式P=IU表示,因此在实际测量中,只要测定任何两个参 数,就可得到第三个参数.
? I ? E ? E ? Er ? E ? 1
R R ? r R(R ? r ) R 1 ? R / r
2. 由于直接采用电流表测量电流，须断开电路串入电流表，这是非常不 方便，有时甚至是危险的，因此间接测量是经常应用的。
? 如： 一个三极管放大电路，要测量三极管的电流放大倍数β， β = Ic / Ib ,，如采用直接测量将非常不便，…………………
第7章 电气参数的测量
I
＋
E
R
－
(a )
I＋ － A
＋
E
R
－
(b )
图7.2 电流表内阻的影响
第7章 电气参数的测量
1 模拟直流电流表的工作原理 模拟 直流电流表多数为磁电式仪表，磁电式仪表一般由可动线圈、游丝和
永久磁铁组成。线圈框架的转轴上固定一个读数指针，当线圈流过电流时，在磁 场的作用下，可动线圈发生偏转，带动上面固定的读数指针偏转，偏转的角度与 通过可动线圈的电流成正比。模拟直流电流表具有不需电池驱动、显示稳定等优 点，同时亦存在非线性误差大、容易损坏等缺点。
2A
R26 1Ω
IC1 ICL7106
当量程在20mA—1A 时,电阻R23—R25分别串入运放输入回路,但由于运 放为同相放大电路，输入阻抗极高，因而不会对电路有不良影响。
第7章 电气参数的测量 二. 交流电流的测量
低频交流电流的测量原理和方法：
交流电流的测量和直流电流的测量基本类似，所不同的只是先将交流信号整流 为直流信号，再对这个直流信号进行测量并加以适当修正和显示。
当电磁力产生的转矩与游丝产生的反抗力矩相等时，指针就停止在某个θ 角度 上，此时
? ? BNS
i
W
= 常数（表头灵敏度 ，即单位电流的偏转角度）
表头的基本参数： 内阻-----线圈阻抗
满偏电流-----指针产生满度偏转时所需电流
满偏电压-----内阻×满偏电流
第7章 电气参数的测量
2.多档直流电流表
由于电流表表头灵敏度极高（毫安或微安级） ，因此实际应 用中往往需进行量程扩展。
一般均通过并联分流电阻的方法来进行电流扩展。
例： 已知电流表表头满偏电流为0.1mA，内阻800Ω，设计量程扩展为
100mA的电流表。
解：Ｒg * 0.1 mA = r1 * 99.9mA r1 = 0.801Ω
Ig
Rg
Ui
预处理
数字量
A/D转换器
显示
预处理电路包括： I/U转换，放大电路等
第7章 电气参数的测量
DT-1型数字万用表的电流测量电路 电路由分流电阻和
阻抗变换隔离电路I+
2mA
组成
分流总阻１ＫΩ
20mA 200mA
R5 100KΩ
R23 900Ω R24 90Ω
源自文库
分流电阻压降2V 对电路影响较大
R25 9Ω
第7章 电气参数的测量
设线圈的匝数为N，每匝导线流过的电流为 i ，线圈的长和宽分别为l和b，则线 圈在磁场中所受的电磁力F
F=BNli 电磁力矩 Fb = B N i l b = B N i S (S=l b) 由于B ，N，S 均为常数，因此转动力矩与电流i成正比。
当载流线圈受力矩作用而偏转 θ 角度，游丝也产生一反抗力矩 W θ，（W--游 丝的弹性系数）。
Ux ' = Ux * R0/(R0+Rx) 只有当R0远大于Rx时，才能 Ux ‘= Ux ，因此当用电压表测量一些高内阻的电
一. 直流电流测量的原理与方法 可用来测量直流电流的仪表有很多,早期有模拟直流电流表，近期则
主要采用数字式直流电流表 其过程如图7.1
A
第7章 电气参数的测量
在进行直流电流测量时要注意两个问题：
1 . 要注意电流表内阻对测量精度的影响。
设电流表的内阻为 r，在图 7.2（a）所示的测量电路中，原电路中电流 I=E/R，而在图7.2（b）所示的电路中，电流改变为 I′=E/(R+r) ，两者的误差 为
1.二极管整流电路
U0
i
UR
D
由于二极管导通电压的存在 (约0.6V)，因此当取样电阻较小时，对于小电
流在电阻上产生的压降，二极管将无法导通，因而对于小电流测量电路，二 极管检波电路是不合适的 。
第7章 电气参数的测量
2.线形检波器（交直流转换电路）
－ A
＋
分析：利用了运放的高增益特性，抵消了二极管的导通压降，构成一个反向的 交直流变换电路。
4档：满偏电流最小
r1
Rg Rg' r2 r3 r4
1
2
3
4
量程电流×分流电阻=表头满偏电流×环路总阻
例：以知表头满偏电流0.1mA，内阻800Ω，设计一个多档电流表，满偏 电流5mA，50mA, 500mA。……..
第7章 电气参数的测量
2 数字万用表测量直流电流的原理
数字万用表是用电子技术来检测直流电流的。通常在直流电流挡，对外电路来说， 数字万用表仅相当于一个取样电阻 RN（不同的量程 RN的值不同），测量时 RN上有电压 信号 Ui=IR N，其测量过程如图所示。
注意：有时也可先设好r1，
增加Ｒg‘ ………
r1
100mA
第7章 电气参数的测量
可通过接入不同大小的分流电阻的办法，来设计一个多档电流表。
Ig
Rg Rg'
10mA
r1
r2
100mA
1000mA
r3
问题：换档时，分流电阻悬空，可能导致表头烧毁。
第7章 电气参数的测量
实际的多档电流表设计
Ig
1档：满偏电流最大
第7章 电气参数的测量 三. 直流电压的测量
1 直流电压的测量原理与方法
一般来说，直流电压测量是将直流电压表直接跨接在被测电压的两端，由直
流电压表读出被测电压的值。因此，电压测量是一种最简便的电参数测量，
其过程如图所示。
U
＋
x
－
＋
－
电压表
由于电压表测量时并联在被测电路两端，当电压表内阻不能忽略时，将引入测 量误差。
磁电式电流表基本结构分析：
基本原理：利用一个带指针的载流线圈，在磁场中受电磁力作用而偏转，并使 线圈偏转的角度与线圈电流成正比。 组成：永久磁铁：在气隙内产生均匀磁场，磁通密度为B。
框形线圈：可旋转线圈，通电受电磁力作用而偏转。 游丝：给可动线圈提供一个电流通路。给旋转线圈提供一个反作用力。 指针等
第7章 电气参数的测量
第7章 电气参数的测量
7.1 频率 、周期和时间间隔的测量 7.2 相位的测量 7.3 电压、功率和电能等的测量
第7章 电气参数的测量
7.3电压、功率和电能等的测量
电压,电流和功率是表征电信号能量的三个最基本参数,三者之 间的关系由公式P=IU表示,因此在实际测量中,只要测定任何两个参 数,就可得到第三个参数.
? I ? E ? E ? Er ? E ? 1
R R ? r R(R ? r ) R 1 ? R / r
2. 由于直接采用电流表测量电流，须断开电路串入电流表，这是非常不 方便，有时甚至是危险的，因此间接测量是经常应用的。
? 如： 一个三极管放大电路，要测量三极管的电流放大倍数β， β = Ic / Ib ,，如采用直接测量将非常不便，…………………
第7章 电气参数的测量
I
＋
E
R
－
(a )
I＋ － A
＋
E
R
－
(b )
图7.2 电流表内阻的影响
第7章 电气参数的测量
1 模拟直流电流表的工作原理 模拟 直流电流表多数为磁电式仪表，磁电式仪表一般由可动线圈、游丝和
永久磁铁组成。线圈框架的转轴上固定一个读数指针，当线圈流过电流时，在磁 场的作用下，可动线圈发生偏转，带动上面固定的读数指针偏转，偏转的角度与 通过可动线圈的电流成正比。模拟直流电流表具有不需电池驱动、显示稳定等优 点，同时亦存在非线性误差大、容易损坏等缺点。
2A
R26 1Ω
IC1 ICL7106
当量程在20mA—1A 时,电阻R23—R25分别串入运放输入回路,但由于运 放为同相放大电路，输入阻抗极高，因而不会对电路有不良影响。
第7章 电气参数的测量 二. 交流电流的测量
低频交流电流的测量原理和方法：
交流电流的测量和直流电流的测量基本类似，所不同的只是先将交流信号整流 为直流信号，再对这个直流信号进行测量并加以适当修正和显示。
当电磁力产生的转矩与游丝产生的反抗力矩相等时，指针就停止在某个θ 角度 上，此时
? ? BNS
i
W
= 常数（表头灵敏度 ，即单位电流的偏转角度）
表头的基本参数： 内阻-----线圈阻抗
满偏电流-----指针产生满度偏转时所需电流
满偏电压-----内阻×满偏电流
第7章 电气参数的测量
2.多档直流电流表
由于电流表表头灵敏度极高（毫安或微安级） ，因此实际应 用中往往需进行量程扩展。
一般均通过并联分流电阻的方法来进行电流扩展。
例： 已知电流表表头满偏电流为0.1mA，内阻800Ω，设计量程扩展为
100mA的电流表。
解：Ｒg * 0.1 mA = r1 * 99.9mA r1 = 0.801Ω
Ig
Rg
Ui
预处理
数字量
A/D转换器
显示
预处理电路包括： I/U转换，放大电路等
第7章 电气参数的测量
DT-1型数字万用表的电流测量电路 电路由分流电阻和
阻抗变换隔离电路I+
2mA
组成
分流总阻１ＫΩ
20mA 200mA
R5 100KΩ
R23 900Ω R24 90Ω
源自文库
分流电阻压降2V 对电路影响较大
R25 9Ω
第7章 电气参数的测量
设线圈的匝数为N，每匝导线流过的电流为 i ，线圈的长和宽分别为l和b，则线 圈在磁场中所受的电磁力F
F=BNli 电磁力矩 Fb = B N i l b = B N i S (S=l b) 由于B ，N，S 均为常数，因此转动力矩与电流i成正比。
当载流线圈受力矩作用而偏转 θ 角度，游丝也产生一反抗力矩 W θ，（W--游 丝的弹性系数）。
Ux ' = Ux * R0/(R0+Rx) 只有当R0远大于Rx时，才能 Ux ‘= Ux ，因此当用电压表测量一些高内阻的电
一. 直流电流测量的原理与方法 可用来测量直流电流的仪表有很多,早期有模拟直流电流表，近期则
主要采用数字式直流电流表 其过程如图7.1
A
第7章 电气参数的测量
在进行直流电流测量时要注意两个问题：
1 . 要注意电流表内阻对测量精度的影响。
设电流表的内阻为 r，在图 7.2（a）所示的测量电路中，原电路中电流 I=E/R，而在图7.2（b）所示的电路中，电流改变为 I′=E/(R+r) ，两者的误差 为
1.二极管整流电路
U0
i
UR
D
由于二极管导通电压的存在 (约0.6V)，因此当取样电阻较小时，对于小电
流在电阻上产生的压降，二极管将无法导通，因而对于小电流测量电路，二 极管检波电路是不合适的 。
第7章 电气参数的测量
2.线形检波器（交直流转换电路）
－ A
＋
分析：利用了运放的高增益特性，抵消了二极管的导通压降，构成一个反向的 交直流变换电路。
4档：满偏电流最小
r1
Rg Rg' r2 r3 r4
1
2
3
4
量程电流×分流电阻=表头满偏电流×环路总阻
例：以知表头满偏电流0.1mA，内阻800Ω，设计一个多档电流表，满偏 电流5mA，50mA, 500mA。……..
第7章 电气参数的测量
2 数字万用表测量直流电流的原理
数字万用表是用电子技术来检测直流电流的。通常在直流电流挡，对外电路来说， 数字万用表仅相当于一个取样电阻 RN（不同的量程 RN的值不同），测量时 RN上有电压 信号 Ui=IR N，其测量过程如图所示。
注意：有时也可先设好r1，
增加Ｒg‘ ………
r1
100mA
第7章 电气参数的测量
可通过接入不同大小的分流电阻的办法，来设计一个多档电流表。
Ig
Rg Rg'
10mA
r1
r2
100mA
1000mA
r3
问题：换档时，分流电阻悬空，可能导致表头烧毁。
第7章 电气参数的测量
实际的多档电流表设计
Ig
1档：满偏电流最大