电子测量技术基础第七章.

电子测量原理第1页第7章电压测量7.1概述7.2模拟式直流电压测量7.3交流电压的表征和测量方法7.4低频交流电压测量7.7电压的数字式测量电子测量原理第2页7.1.17.1.2电压测量的特点1.2.3.信号波形4.被测电路的输出阻抗5.测量精度6.干扰7.1概述电子测量原理第3页7.1概述7.1.31.按显示方式分类模拟式电压表电子电压表数字式电压表2.模拟式电压表分类(1)按测量功能分类(2)按工作频段分类(3)按测量电压量级分类(4)按电压测量准确度等级分类(5)按刻度特性分类3.数字式电压表分类一般按测量功能分为直流数字电压表和交流数字电压表电子测量原理第4页7.27.2.1动圈式电压表1）示意图虚线框内为一直流动圈式高灵敏度电流表，内阻为Re，满偏电流(或满度电流)为Im，若作为直流电压表，则满度电压为Um=Re·Im电子测量原理第5页7.2.1动圈式电压表这样除了不串接倍压电阻的最小电压量程U0外，又增加了U1、U2、U3三个电压量程，不难计算出三个倍压电阻的阻值分别为电子测量原理第6页7.2.1动圈式电压表通常把内阻RV与量程U之比定义为模拟磁电式电压表的“每伏欧姆(Ω/V)数”，也称电压灵敏度。“Ω/V”数越大，表明为使指针偏转同样角度所需的驱动电流越小。“Ω/V”数一般标明在磁电式(如万用表电压挡)电压表表盘上，可依据它推算出不同量程时电压表的内阻。例：若Im=50μA，则“Ω/V”为“20kΩ/V”,用10V挡时电子测量原理第7页7.2.1动圈式电压表【例1】在下图中，虚线框内表示高输出电阻的被测电路，电压表V的“Ω/V”数为20kΩ/V，分别用5V量程和25V量程测量端电压Ux，分析电压表输入电阻的影响并用公式计算来消除负载效应对测量结果的影响。电子测量原理第8页7.2.1动圈式电压表解：如果是理想情况，则电压表内阻RV应为无穷大，此时电压表示值Ux与被测电压实际值E0相等，即Ux=E0=5V当电压表输入电阻为RV时，电压表测得值为：相对误差为电子测量原理第9页7.2.1动圈式电压表将有关数据值代入式，5V电压挡：RV1=20kΩ/V·5V=100kΩ电子测量原理第10页7.2.1动圈式电压表将有关数据值代入式，25V电压挡：RV1=20kΩ/V·25V=500kΩ电子测量原理第11页7.2.1动圈式电压表根据前式我们可以推导出消除负载效应影响的计算公式，进而计算出待测电压的近似值：同理可得：电子测量原理第12页7.2.1动圈式电压表因此解出式中电子测量原理第13页7.2.21.电子电压表的原理电子测量原理第14页7.2.2对运放进行理想化处理和分析。当运放开环放大系数A足够大时，可以认为ΔU≈0(虚短路)，Ii≈0(虚断路)，因而有UF≈UiIF≈I0所以分压器和电压跟随器的作用使Ui正比于待测电压Ux:Ui=kUx因而电子测量原理第15页7.2.22.电子测量原理第16页7.3交流电压的表征和测量方法7.3.11.峰值周期性交变电压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、负峰值不等时分别用Up+和Up－表示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。电子测量原理第17页7.3交流电压的表征和测量方法2.平均值u(t)的平均值的数学定义为电子测量原理第18页7.3交流电压的表征和测量方法3.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。用数学式可表示为电子测量原理第19页7.3交流电压的表征和测量方法4.波形因数、波峰因数波形因数KF定义为该电压的有效值与平均值之比波峰因数Kp定义为该电压的峰值与有效值之比电子测量原理第20页7.3交流电压的表征和测量方法电子测量原理第21页7.3交流电压的表征和测量方法电子测量原理第22页7.3交流电压的表征和测量方法7.3.21.利用交流/直流(AC/DC)转换电路将交流电压转换成直流电压，然后接到直流电压表上进行测量。1)根据AC/DC转换器的类型，可分成检波法和热电转换法。2)根据检波特性的不同，检波法又可分成平均值检波、峰值检波、有效值检波等。电子测量原理第23页7.3交流电压的表征和测量方法7.3.22.1)检波-放大式电子测量原理第24页7.3交流电压的表征和测量方法7.3.22.2)放大-检波式电子测量原理第25页7.3交流电压的表征和测量方法7.3.22.3)调制式电子测量原理第26页7.3交流电压的表征和测量方法7.3.22.3)外差式电子测量原理第27页7.3交流电压的表征和测量方法7.3.22.3)热偶变换式电子测量原理第28页7.3交流电压的表征和测量方法7.3.22.3)热偶变换式电子测量原理第29页7.4低频交流电压测量通常把测量低频(1MHz以下)信号电压的电压表称做交流电压表或交流毫伏表。这类电压表一般采用放大-检波式，检波器多为平均值检波器或者有效值检波器，分别构成均值电压表和有效值电压表。7.4.11.电子测量原理第30页7.4低频交流电压测量7.4.11.电子测量原理第31页7.4低频交流电压测量7.4.12.表征均值检波器工作特性的一个重要参数是检波灵敏度Sd，定义为3.输入阻抗可以证明，对于前图所示的均值整流器，其输入阻抗仍设Rd=500Ω,Rm=1kΩ(这是常规的数值)，则Ri约为1.8kΩ，可见均值检波器输入阻抗很低。电子测量原理第32页7.4低频交流电压测量7.4.14.均值电压表电子测量原理第33页7.77.7.2数字式电压表(DVM)1.直流数字式电压表2.数字多用表(DMM)电子测量原理第34页7.77.7.2数字式电压表(DVM)2.数字多用表(DMM)1)线性AC/DC变换器电子测量原理第35页7.77.7.2数字式电压表(DVM)2.数字多用表(DMM)2)I/V变换器Uo=－Rs·Ix(被测电流较小)电子测量原理第36页7.77.7.2数字式电压表(DVM)2.数字多用表(DMM)3)Ω/V变换器电子测量原理第37页7.77.7.3DVM的主要类型电子测量原理第38页7.77.7.5双积分型DVM1)准备阶段(t0~t1)2)取样阶段(t1~t2)3)比较阶段(t2~t3)在t3时刻，U0=0，因此电子测量原理第39页7.77.7.6DVM的技术指标1.测量范围测量范围包括显示位数、量程划分和超量程能力，还包括量程的选择方式是手动、自动或远控等。2.分辨力指DVM能够显示被测电压的最小变化值，即最小量程时显示器末位跳变一个字所需的最小输入电压。3.测量速度指每秒钟能完成的测量次数，它主要取决于DVM所使用的A/D。电子测量原理第40页7.77.7.6DVM的技术指标4.5.DVM的固有误差通常用绝对误差表示：ΔU=±(a%Ux+b%Um)ΔU=±a%Ux±几个字其中，Ux为测量示值；Um为该量程的满度值；a%·Ux称为读数误差；b%Um称为满度误差，它与被测电压大小无关，而与所取量程有关。当量程选定后，显示结果末位1个字所代表的电压值也就一定，因此满度误差通常用电子测量原理第41页7.7【例1】DS26A直流DVM的基本量程8V挡的固有误差为±0.02%Ux±0.005%Um，最大显示为79999，问满度误差相当于几个字?解：满度误差为ΔUFs=±0.005%×8=±0.0004V该量程每个字所代表的电压值为Ue=8/79999=0.0001V所以8V挡上的满度误差±0.005%Um也可以用±4个字表示。电子测量原理第42页7.7【例2】用4(1/2)位SX1842DVM测量1.5V电压，分别用2V挡和200V挡测量，已知2V挡和200V挡固有误差分别为±0.025%Ux±1个字和±0.03%Ux±1个字。问：两种情况下由固有误差引起的测量误差各为多少?