第2章-电工电子测量基础

1第2章电工电子测量基础2.1基本电量的测量电工测量——测定电流、电压、电功率、电阻等。大多采用直接测量法。电子测量——除测定电压、电流、功率外，还要测量增益、频率特性等。往往采用间接测量法。电压是最基本的参数之一，很多物理量都可以通过测量电压来间接得到。2.1.1电工基本电量的测量1.电压的测量（电压表）传统上，测直流电压用磁电系电压表，测交流电压用电磁系电压表。也可以用万用表来测量。但注意不能用万用表测量非正弦电压，也不能测量超出其频率范围的交流电压，否则都会产生较大误差。测量电压时，电压表必须与被测电路并联，为了避免对电路的影响，其内阻必须尽可能高。模拟式的测量机构一般其内阻都不大，所以必须和它串联一个称为“倍压器”的高阻值电阻来扩大量程。2第2章电工电子测量基础2.1基本电量的测量2.1.1电工基本电量的测量1.电压的测量（电压表）当测量几百伏以上的交流高电压时，通常需要用电压互感器来扩大电压表的量程。V负载电压互感器UV负载电压互感器U电压表的一次绕组并联于被测电路的两端，二次绕组接电压表。测量时将电压表的实际读数乘以互感器的电压比，就可得到被测电压U的值。3第2章电工电子测量基础2.1基本电量的测量2.1.1电工基本电量的测量1.电流的测量（电流表）测量直流电流、交流电流可分别采用磁电系、电磁系电流表，也可以用万用表测量。测量电流时，电流表必须串联在电路中，所以其内阻应尽可能的小，才不会使电路受到影响。采用磁电系电流表测直流电流时，因其测量机构允许流过的电流很小（一般不超过150～200mA），所以测大电流时，常采用给电流表表头并联低值电阻Rf（称分流器）来分流的方法以扩大量程。IfRfR0I'IIfRfR0I'I4第2章电工电子测量基础2.1基本电量的测量2.1.1电工基本电量的测量2.电流的测量（电流表）当用电磁系电流表测交流电压时，一般不用分流器来扩大量程。通常采用两个方法扩大量程，一是改变固定线圈的联接方法；二是使用电流互感器。1A1A2A2A改变固定线圈的连接方法两线圈串联两线圈并联5第2章电工电子测量基础2.1基本电量的测量2.1.1电工基本电量的测量2.电流的测量（电流表）当用电磁系电流表测交流电压时，一般不用分流器来扩大量程。通常采用两个方法扩大量程，一是改变固定线圈的联接方法；二是使用电流互感器。A负载电流互感器IA负载电流互感器I测交流大电流用电流互感器电流互感器的一次绕组串入被测电路，二次绕组与电流表连接。测量时将电流表的实际读数乘以互感器的电流比，就得到被测电流I的值。6第2章电工电子测量基础2.1基本电量的测量2.1.1电工基本电量的测量3.功率的测量（功率表/瓦特计）不管是直流电路，还是交流电路，其功率都可以采用电动式功率表（瓦特计）直接进行测量。对直流电路，因功率P=UI，所以还可以用间接的方法，用电压表测电压U、用电流表测电流I，然后两者相乘得功率P。负载＋AV－＋－负载＋AV－＋－负载＋AV－＋－负载＋AV－＋－用间接法测直流功率负载电阻小负载电阻大7第2章电工电子测量基础2.1基本电量的测量2.1.1电工基本电量的测量3.功率的测量（功率表/瓦特计）交流有功功率的测量一般用电动式功率表。接线时，功率表的电压线圈应与负载相并联，电流线圈应与负载相串联，两个线圈标有“*”标记的一端是同名端，必须把它们接到电源的同一根线，否则指针反转，甚至损坏。单相交流电路中，用单相功率表测功率。测单相交流功率接线图电流线圈同名端电压线圈同名端W**交流电源负载W**交流电源负载8第2章电工电子测量基础2.1基本电量的测量2.1.1电工基本电量的测量3.功率的测量（功率表/瓦特计）三相交流电路中，三相功率可以用单相功率表测量，也可以直接用三相功率表。用单相功率表测三相功率时，根据三相电路的不同情况（三线制或四线制，对称与不对称），可分为一表法、两表法、三表法等。（1）一表法对称负载，只要用一只单相功率表测出某一相的有功功率，乘以三就得到三相总功率。W**ZZZW**ZZZW**ZZZW**ZZZW**R0三相对称负载R0W**R0三相对称负载R0Y接对称负载△接对称负载人工中性点法9第2章电工电子测量基础2.1基本电量的测量2.1.1电工基本电量的测量3.功率的测量（功率表/瓦特计）三相交流电路中，三相功率可以用单相功率表测量，也可以直接用三相功率表。用单相功率表测三相功率时，根据三相电路的不同情况（三线制或四线制，对称与不对称），可分为一表法、两表法、三表法等。（2）二表法若三相负载不对称，就不能采用一表法。在三相三线制中，不论负载对称与否，都可以采用两表法测量三相功率。W**uAC三相三线制负载iAW**ＡＢＣ１２uBCiBiCW**uAC三相三线制负载iAW**ＡＢＣ１２uBCiBiC两表法测三相三线制电路功率两功率表的读数之和，等于三相电路总的有功功率P。单个功率表的读数本身没有物理意义10第2章电工电子测量基础2.1基本电量的测量2.1.1电工基本电量的测量3.功率的测量（功率表/瓦特计）三相交流电路中，三相功率可以用单相功率表测量，也可以直接用三相功率表。用单相功率表测三相功率时，根据三相电路的不同情况（三线制或四线制，对称与不对称），可分为一表法、两表法、三表法等。（3）三表法若负载不对称，且又是三相四线制，则一表法和二表法均不能用；这时可以用三个单相功率表分别测出三个相的有功功率，将三表读数相加，就得到三相电路总的有功功率。用三表法测三相四线制电路功率W**ZAZCZBW**W**ABCABCNW**ZAZCZBW**W**ABCABCN三相功率表的依据就是二表法或三表法11第2章电工电子测量基础2.1基本电量的测量2.1.1电工基本电量的测量3.功率的测量（功率表/瓦特计）使用功率表时，还要特别注意它的量程。功率表有三个量程：电流量程、电压量程、功率量程，其中功率量程是电压量程和电流量程的乘积，相当于负载功率因数等于1时的功率值，也是仪表满刻度偏转时的功率值。选择功率表的量程时，不是根据所测功率值来选，而是要保证电流量程应容许通过负载的最大工作电流，同时电压量程能承受负载电压，按这样的原则选取，功率量程必然也是足够的。如果只注意测量功率的量程是否足够，而忽视电压、电流量程是否和负载电压、电流相适应，就很容易造成单个电压线圈或电流线圈过载而损坏功率表。另外，还需指出，若交流电路的功率因数较低而又需测量其消耗的有功功率时，必须使用专门的低功率因数功率表，使用普通功率表将会产生造成较大的测量误差。低功率因数表的接线和使用方法同普通功率表。12第2章电工电子测量基础2.1基本电量的测量2.1.2电子基本电量的测量2.1.2.1电压的测量电子电路中的电压频率范围宽，从直流到数百兆赫兹；数值范围宽，从几微伏到千伏以上；还具有非正弦电压、交直流电压并存的特点。而每种仪表，都有它的适用范围，所以在电子测量中，选择正确的仪表类型，特别重要。1.直流电压的测量可以用万用表的直流电压档（DCV）测直流电压。数字万用表的输入电阻高达10MΩ以上，对被测电路影响很小，而且操作很方便。模拟式万用表的输入电阻一般不大，且量程不同内阻也不一样，因此只适用于被测电路等效内阻很小或信号源内阻很小的情况。用示波器也可测量直流电压。具体使用参加示波器的说明。注意使用中“锁定Y轴灵敏度的微调”非常重要，就是要把此微调开关置为校准位置，否则将造成所测结果不准确。13第2章电工电子测量基础2.1基本电量的测量2.1.2电子基本电量的测量2.1.2.1电压的测量2.交流电压的测量可以用万用表的交流电压档（ACV）测交流电压。除了考虑内阻外，测交流电压时，还要考虑它们的频率范围。模拟式一般只能测1kHz以下的信号，数字式一般也不能用它们测高频信号。晶体管毫伏表是测量交流电压的常用仪表。与万用表相比，它的输入阻抗高、量程范围广、频率范围宽。但要特别注意：不论是万用表还是晶体管毫伏表，都只是测正弦交流电压的有效值，若被测量为非正弦电压，则误差很大。也可以用示波器来测量交流电压。用示波器的最大优点是能测各种波形的电压，还能测瞬时电压。14第2章电工电子测量基础2.1基本电量的测量2.1.2电子基本电量的测量2.1.2.2时间、频率、相位的测量1.时间的测量包括对时刻和时间间隔的测量，可以用具有时间测试功能的频率计和示波器来完成。（1）周期的测量uytTOuytTOuytTOuytTOuytTO4TuytTO4TBStSBT)div/()div(也可以读出若干个周期的时间间隔，然后再除以周期的数目，以减少读数误差、提高测量准确度。15第2章电工电子测量基础2.1基本电量的测量2.1.2电子基本电量的测量2.1.2.2时间、频率、相位的测量1.时间的测量包括对时刻和时间间隔的测量，可以用具有时间测试功能的频率计和示波器来完成。（2）脉冲上升时间tr和下降时间tf、脉冲宽度tw的测量twUm0.9Um0.5Um0.1UmTtrtfOtutwUm0.9Um0.5Um0.1UmTtrtfOtu16第2章电工电子测量基础2.1基本电量的测量2.1.2电子基本电量的测量2.1.2.2时间、频率、相位的测量2.频率的测量频率是电信号每秒钟重复变化的次数，可以用示波器也可以用数字频率计来测量。（1）用示波器测量频率属间接测量法，先测出周期T，然后计算出频率f。（2）用数字频率计测量频率在某个已知标准时间间隔内Ta，计出被测信号重复出现的次数N，则频率为aTNfTf1要求很准确17第2章电工电子测量基础2.1基本电量的测量2.1.2电子基本电量的测量2.1.2.2时间、频率、相位的测量3.相位的测量就是测量两个同频率正弦量之间的相位差。可以用示波器测量，也可以用数字相位计直接测量。（1）双踪示波法utmOnutmOn)div(360)div(mn注意：两个被观测信号必须有公共观测点。18第2章电工电子测量基础2.1基本电量的测量2.1.2电子基本电量的测量2.1.2.2时间、频率、相位的测量3.相位的测量就是测量两个同频率正弦量之间的相位差。可以用示波器测量，也可以用数字相位计直接测量。（2）李沙育图形法置示波器为X—Y工作方式，将两个频率相同而初相位不同的被测信号分别接入示波器的“Y轴输入”（即CH1或CH2）和示波器的“X轴输入”，这时屏幕上将出现一个稳定的合成波形，称为李沙育图形。0ºOxy0ºOxy45º或-135ºOxy45º或-135ºOxy±90ºOxy±90ºOxy19第2章电工电子测量基础2.1基本电量的测量2.1.2电子基本电量的测量2.1.2.2时间、频率、相位的测量3.相位的测量就是测量两个同频率正弦量之间的相位差。可以用示波器测量，也可以用数字相位计直接测量。（2）李沙育图形法置示波器为X—Y工作方式，将两个频率相同而初相位不同的被测信号分别接入示波器的“Y轴输入”（即CH1或CH2）和示波器的“X轴输入”，这时屏幕上将出现一个稳定的合成波形，称为李沙育图形。135º或-45ºOxy135º或-45ºOxy180ºOxy180ºOxy20第2章电工电子测量基础2.1基本电量的测量2.1.2电子基本电量的测量2.1.2.3放大电路输入阻抗、输出阻抗的测量1.输入电阻的测量被测放大电路信号源示波器RLriRPV12S被测放大电路信号源示波器RLriRPV12S放大电路输入电阻的测量电路1注意：以上测量首先应将信号的频率调在中频段，并用示波器监测输出信号的波形，输入信号大小的调整应保证输出信号不失真。21第2章电工电子测量基础2.1基本电量的测量2.1.2电子基本电量的测量2.1.2.3放大电路输入阻抗、输出阻抗的测量1.输入电阻的测量放大电路输入电阻的测量电路2被测放大电路信号源示波器RLriRS+–毫伏表uSuiii+–被测放大电路信号源示波器RLriRS+–毫伏表uSuiii+–SiSiiiiRUUUIUr22第2章电工电子测量基础2.1基本电量的测量2.1.2电子基本电量的测量2.1.2.