第6章电压测量.

Practiceisabestwaytolearnig电子测量技术第6章电压测量本章主要内容•电压测量的特点、方法与分类•交流电压的表征量•电压表的分类•模拟式电压表组成原理•数字式电压表的组成及性能指标Practiceisabestwaytolearnig电子测量技术第6章电压测量1、电压测量的特点从直流到上千MHz范围（1）频率范围广从nV级微弱信号到数百kV的高电压（2）量程宽电压测量仪表的输入阻抗是被测电路的附加并联负载，为减小电压测量仪表对测量结果的影响，要求电压表的输入阻抗很高（3）输入阻抗高（4）被测波形多种多样（5）抗干扰能力强,测量精度不高Practiceisabestwaytolearnig电子测量技术2、电压测量方法的分类直流电压测量和交流电压测量（1）按照频率范围分类脉冲电压测量、有效值电压测量等（2）按照被测信号特点分类模拟式电压测量和数字式电压测量（3）按照测量原理分类第6章电压测量Practiceisabestwaytolearnig电子测量技术3、交流电压表征量•电量测量中的很多电参数，包括电流、功率、设备的灵敏度等都可以视作电压的派生量，通过电压测量获得其量值。•交流电压的表征量包括平均值、峰值、有效值以及波峰因数KP、波形因数KF。第6章电压测量Practiceisabestwaytolearnig电子测量技术3、交流电压表征量——峰值u(t)t0a）UP-PPUPUtu(t)0b）UUP-PUmPUU•定义：周期性交流电压在一个周期内偏离零电压的最大值称为峰值，记为UP•分类：正峰值UP+、负峰值UP–。•振幅Um定义：交流电压在一个周期内偏离直流分量U0的最大值称为幅值或振幅。•说明：表征量还有谷值和峰峰值UP–P。U注意：关于坐标轴对称的纯交流电压，数值上存在UP+=UP-第6章电压测量Practiceisabestwaytolearnig电子测量技术•u(t)在一个周期内偏离直流分量U0的最大值称为幅值或振幅，用Um表示，正、负幅值不等时分别用Um+和Um-表示，如图(b)所示，图中U0=0，且正、负幅值相等。图交流电压的峰值与幅值Practiceisabestwaytolearnig电子测量技术3、交流电压表征量——有效值交流电压的大小通常是指它的有效值U，有效值又称为均方根值，是根据它的物理定义来确定的。数学计算式为：TdttuTU02)(1第6章电压测量在电工理论中曾定义：某一交流电压的有效值等于这样一个直流电压的数值U，即当该交流电压和数值为U的直流电压分别施加于同一个电阻上时，在一个周期内两者消耗的电能相等，Practiceisabestwaytolearnig电子测量技术3、交流电压表征量——平均值•平均值通常指交流电压检波(也称整流)以后的平均值•物理意义：波形中的直流成分。•分类：半波平均值和全波平均值。•计算式0≤t＜T•对于纯交流电压，存在关系：dttuTUT0)(122121UUUtu(t)0b）U第6章电压测量Practiceisabestwaytolearnig电子测量技术图半波和全波整流Practiceisabestwaytolearnig电子测量技术3、交流电压表征量练习1：下图三个电压量，应该分别标注为什么量？??？UUpUm第6章电压测量Practiceisabestwaytolearnig电子测量技术3、交流电压表征量•波形因数KF–交流电压的波形因数KF定义为交流电压的有效值U与平均值之比，即•波峰因数KP–交流电压的波峰因数KP定义为交流电压的峰值UP与有效值U之比，即UUKFUUUKPP不同波形的波形因数和波峰因数具有不同的定值。交流电压的有效值、平均值和峰值间有一定的关系，可分别用波形因数(或称波形系数)及波峰因数(或称波峰系数)表示Practiceisabestwaytolearnig电子测量技术Practiceisabestwaytolearnig电子测量技术3、交流电压表征量常见波形的波峰因数和波形因数可查表6-1得到（P204）如:正弦波：Kp=1.41KF=1.11方波：Kp=1KF=1三角波：Kp=1.73KF=1.15锯齿波：Kp=1.73KF=1.15白噪声：Kp=3（较大）KF=1.25第6章电压测量Practiceisabestwaytolearnig电子测量技术3、交流电压表征量常见波形的波峰因数和波形因数可查表6-1得到（P204）如:正弦波：Kp=1.41KF=1.11方波：Kp=1KF=1三角波：Kp=1.73KF=1.15锯齿波：Kp=1.73KF=1.15白噪声：Kp=3（较大）KF=1.25提示•国际上一直以有效值作为交流电压的表征量。例如电压表，除特殊情况外，几乎都按正弦波的有效值来刻度的。•如果被测电压是有效值，可以由表6-1很容易地推导出该电压的峰值和平均值。第6章电压测量Practiceisabestwaytolearnig电子测量技术4、电子电压表的分类第6章电压测量主方向可分模拟式和数字式，其下又有细分。1）模拟式电压表•定义：用磁电式直流电流表作为指示器。•检波器分类：均值、峰值和有效值检波器•交流电压表分类：均值、峰值和有效值电压表均值电压表：平均值相等则示值也相等峰值电压表：示值相等则峰值也相等Practiceisabestwaytolearnig电子测量技术练习题1、如果已知三角波、方波、正弦波的峰值都是20V，则他们的有效值是多少？Practiceisabestwaytolearnig电子测量技术练习题2、如果已知三角波、方波、正弦波的峰值都是20V，则他们的平均值是多少？Practiceisabestwaytolearnig电子测量技术•P231第3、4题Practiceisabestwaytolearnig电子测量技术例6-2：P209用峰值电压表分别测量正弦波、方波和三角波电压，示值均为20V。求被测三种电压的有效值。解：被测电压为正弦波时，U正弦波=Ua=20V。峰值电压表：示值相等则峰值也相等被测电压为方波时，U方波=UP方波=28.2V被测电压为三角波时，U三角波=UP三角波/1.732=16.4VUP正弦波=UP方波=UP三角波UP正弦波≈1.414×U正弦波=28.2VPracticeisabestwaytolearnig电子测量技术4、电子电压表的分类第6章电压测量主方向可分模拟式和数字式，其下又有细分。2）数字式电压表（DVM）•定义：利用A/D转换技术将被测模拟电压量转换为数字量，并将测量结果以十进制形式显示出来。•分类1：直流、交流。•分类2：积分式、比较式和复合式。应用较多的是双积分式DVM，其次是逐次比较式DVM。•组成：模拟电路、数字逻辑电路、显示电路•特点：测量准确度高、分辨力强、测速快、输入阻抗高、过载能力强、抗干扰能力强。Practiceisabestwaytolearnig电子测量技术4、电子电压表的分类第6章电压测量主方向可分模拟式和数字式，其下又有细分。2）数字式电压表（DVM）•组成：模拟电路、数字逻辑电路、显示电路Practiceisabestwaytolearnig电子测量技术4、电子电压表的分类第6章电压测量主方向可分模拟式和数字式，其下又有细分。2）数字式电压表（DVM）•性能指标：量程、显示位数、超量程能力、分辨力、测量误差、输入电阻和输入零电流、测量速度及抗干扰能力–显示位数表征数字电压表性能的最基本参数。•表示方法：用1位整数加分数的形式。•整数位：能完整显示0~9这10个数字的位数；•半位：不能完整显示0~9这10个数字的位数最大显示数字为9999的数字式电压表，称为4位数字式电压表433Practiceisabestwaytolearnig电子测量技术4、电子电压表的分类第6章电压测量主方向可分模拟式和数字式，其下又有细分。2）数字式电压表（DVM）•性能指标：量程、显示位数、超量程能力、分辨力、测量误差、输入电阻和输入零电流、测量速度及抗干扰能力–显示位数表征数字电压表性能的最基本参数。•整数位：能完整显示0~9这10个数字的位数；•半位：不能完整显示0~9这10个数字的位数分数位的数值：以最大计数个数为分母，以能显示的最大数字为分子。例如最大显示数字为3999的数字式电压表，称为位数字式电压表，也称为三位半数字式电压表433Practiceisabestwaytolearnig电子测量技术4、电子电压表的分类第6章电压测量主方向可分模拟式和数字式，其下又有细分。2）数字式电压表（DVM）•性能指标：量程、显示位数、超量程能力、分辨力、测量误差、输入电阻和输入零电流、测量速度及抗干扰能力–显示位数分数位的数值：以最大计数个数为分母，以能显示的最大数字为分子。练习2：最大显示数字是19、999、39.999、11.999的数字式电压表分别是几位表呢？统称为4位半数字式电压表Practiceisabestwaytolearnig电子测量技术4、电子电压表的分类第6章电压测量主方向可分模拟式和数字式，其下又有细分。2）数字式电压表（DVM）•性能指标：量程、显示位数、超量程能力、分辨力、测量误差、输入电阻和输入零电流、测量速度及抗干扰能力–分辨力反映数字式电压表能够显示的被测电压的最小变化值。•计算公式：分辨力=量程÷（最大显示数字+1）分辨率不同于分辨力，前者与量程无关，常用百分数表示。Practiceisabestwaytolearnig电子测量技术4、电子电压表的分类第6章电压测量主方向可分模拟式和数字式，其下又有细分。2）数字式电压表（DVM）•性能指标：量程、显示位数、超量程能力、分辨力、测量误差、输入电阻和输入零电流、测量速度及抗干扰能力–测量误差也称为固有误差•表示方法：ΔU=±(α%Ux+β%Um)或者ΔU=±α%Ux±n个字–±α%Ux：读数误差；±α％：称为相对项系数；–±β%Um=±n字：满度误差；±β％：固定项系数读数误差：仪器各电路单元引起的误差，按随机误差处理。满度误差：不随被测电压变化的固定成分；属于系统误差。Practiceisabestwaytolearnig电子测量技术4、电子电压表的分类第6章电压测量主方向可分模拟式和数字式，其下又有细分。2）数字式电压表（DVM）•性能指标：量程、显示位数、超量程能力、分辨力、测量误差、输入电阻和输入零电流、测量速度及抗干扰能力–测量误差练习3已知ΔU=±（0.1Ux+0.01Um)则其中的读数误差为，α=，β=。Practiceisabestwaytolearnig电子测量技术小结•电压测量具有频率范围宽、输入阻抗高、被测波形多样、抗干扰能力强等特点。根据测量频率范围分为直流电压测量和交流电压测量；根据测量原理分为模拟式电压测量和数字式电压测量。•峰值、平均值、有效值以及波峰因数和波形因数是交流电压表征量。根据表征量的不同，模拟式电压表可以分为峰值电压表、平均值电压表和有效值电压表三种类型。对于峰值电压表，其示值相等峰值也相等；对于平均值电压表，满足平均值相等示值也相等。•数字式电压表核心是A/D转换器，数字电压表分为斜坡式、双积分式、比较式和复合式三种类型。表征数字电压表工作特性的技术指标主要有量程、显示位数、分辨力和测量误差等。