第二章電參量測(cè)量技術(shù)

1、n 第二章電參量測(cè)量技術(shù) 現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù) 第2章 電參量的測(cè)試 第二章電參量測(cè)量技術(shù) 主要內(nèi)容 頻率、時(shí)間和相位的測(cè)量頻率、時(shí)間和相位的測(cè)量 電壓和電流的測(cè)量電壓和電流的測(cè)量 阻抗的測(cè)量阻抗的測(cè)量 第二章電參量測(cè)量技術(shù) 頻率、時(shí)間和相位的測(cè)量頻率、時(shí)間和相位的測(cè)量 對(duì)于各種類(lèi)型的被測(cè)量測(cè)量，大多數(shù)都是直接或通過(guò)各種傳對(duì)于各種類(lèi)型的被測(cè)量測(cè)量，大多數(shù)都是直接或通過(guò)各種傳 感器、電路等轉(zhuǎn)換為與其相關(guān)的電壓、電流、頻率等電學(xué)基本參感器、電路等轉(zhuǎn)換為與其相關(guān)的電壓、電流、頻率等電學(xué)基本參 量后進(jìn)行檢測(cè)和處理的。量后進(jìn)行檢測(cè)和處理的。 n頻率以單位時(shí)間內(nèi)周期性振蕩的次數(shù)來(lái)計(jì)量，單位赫茲頻率以單位時(shí)間內(nèi)周期

2、性振蕩的次數(shù)來(lái)計(jì)量，單位赫茲(Hz)(Hz)。 n時(shí)間是國(guó)際單位制中七個(gè)基本物理量之一，單位秒時(shí)間是國(guó)際單位制中七個(gè)基本物理量之一，單位秒 (s)(s)。頻率測(cè)。頻率測(cè) 量和時(shí)間測(cè)量是緊密相聯(lián)系的。量和時(shí)間測(cè)量是緊密相聯(lián)系的。 在當(dāng)代科技中，如通信，大地測(cè)在當(dāng)代科技中，如通信，大地測(cè) 量，人造衛(wèi)星宇宙飛船，地震預(yù)報(bào)等都與頻率、時(shí)間密切地相關(guān)，量，人造衛(wèi)星宇宙飛船，地震預(yù)報(bào)等都與頻率、時(shí)間密切地相關(guān)， 準(zhǔn)確測(cè)量時(shí)間和頻率十分重要。準(zhǔn)確測(cè)量時(shí)間和頻率十分重要。 n相位是描述交流信號(hào)的三要素之一。相位差的測(cè)量是研究信號(hào)、相位是描述交流信號(hào)的三要素之一。相位差的測(cè)量是研究信號(hào)、 網(wǎng)絡(luò)特性的不可缺少的重

3、要方面。網(wǎng)絡(luò)特性的不可缺少的重要方面。 第二章電參量測(cè)量技術(shù) 頻率的測(cè)量頻率的測(cè)量 頻率測(cè)量方法可分為： -計(jì)數(shù)法 -模擬法 計(jì)數(shù)法測(cè)量精度高、操作簡(jiǎn)便，可直接顯示數(shù)字，便 于與微機(jī)結(jié)合實(shí)現(xiàn)測(cè)量過(guò)程自動(dòng)化，應(yīng)用最為廣泛； 模擬法因?yàn)楹?jiǎn)單經(jīng)濟(jì)，在某些場(chǎng)合仍有應(yīng)用。 （1）測(cè)量原理）測(cè)量原理 計(jì)數(shù)法就是在一定的時(shí)間間隔T內(nèi)，對(duì)周期性脈沖 的重復(fù)次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。若周期性脈沖的周期為 ，則 計(jì)數(shù)結(jié)果為 A T A T T N 第二章電參量測(cè)量技術(shù) 頻率（周期）的數(shù)字測(cè)量 第二章電參量測(cè)量技術(shù) 頻率（周期）的數(shù)字測(cè)量 由于由于T和和 兩個(gè)量是不相關(guān)的，兩個(gè)量是不相關(guān)的，T不一正好是不一正好是 的整數(shù)倍，即

4、的整數(shù)倍，即 T與與 之間有一定誤差。若在之間有一定誤差。若在T區(qū)間內(nèi)的計(jì)數(shù)脈沖個(gè)數(shù)為區(qū)間內(nèi)的計(jì)數(shù)脈沖個(gè)數(shù)為N（含誤（含誤 差），則：差），則： 顯然，顯然， ，故脈沖計(jì)數(shù)的最大絕對(duì)誤差，故脈沖計(jì)數(shù)的最大絕對(duì)誤差 (又稱(chēng)量化誤差又稱(chēng)量化誤差)為：為： 脈沖計(jì)數(shù)最大相對(duì)誤差為：脈沖計(jì)數(shù)最大相對(duì)誤差為： AA TtTt 21 0 ,0 1N T T NN N A 1 A T A T A T 第二章電參量測(cè)量技術(shù) 頻率（周期）的數(shù)字測(cè)量 （2 2）通用計(jì)數(shù)器的基本組成和工作方式通用計(jì)數(shù)器的基本組成和工作方式 電子計(jì)數(shù)器一般都具有測(cè)量頻率電子計(jì)數(shù)器一般都具有測(cè)量頻率(測(cè)頻測(cè)頻)和測(cè)量周期和測(cè)量周期(測(cè)

5、周測(cè)周)等兩種等兩種 測(cè)量功能，統(tǒng)稱(chēng)通用計(jì)數(shù)器。通用計(jì)數(shù)器的基本組成：測(cè)量功能，統(tǒng)稱(chēng)通用計(jì)數(shù)器。通用計(jì)數(shù)器的基本組成： 第二章電參量測(cè)量技術(shù) 頻率（周期）的數(shù)字測(cè)量 則十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)結(jié)果為：則十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)結(jié)果為： 若將被測(cè)信號(hào)若將被測(cè)信號(hào) 接到圖中接到圖中A輸入端，晶振標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)輸入端，晶振標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào) 接到接到B輸入端，則稱(chēng)計(jì)數(shù)器工作在測(cè)頻方式，此時(shí)上式變?yōu)椋狠斎攵耍瑒t稱(chēng)計(jì)數(shù)器工作在測(cè)頻方式，此時(shí)上式變?yōu)椋?若將被測(cè)信號(hào)若將被測(cè)信號(hào) 接到圖中接到圖中B輸入端，晶振標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)輸入端，晶振標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào) 接到接到 A輸入端，則稱(chēng)計(jì)數(shù)器工作在測(cè)周方式，此時(shí)上式變?yōu)椋狠斎攵?，則稱(chēng)計(jì)數(shù)器工

6、作在測(cè)周方式，此時(shí)上式變?yōu)椋?B A A B f f m T T N m x f c f 1 ,= xcxcc x cxcc fN ffffN Nmf fmfNfNf ,? cx cxx xcx fTN Nmmf TT fmfT 即 x f c f 第二章電參量測(cè)量技術(shù) 頻率（周期）的數(shù)字測(cè)量 (3)頻率頻率(周期周期)的測(cè)量誤差與測(cè)量范圍的測(cè)量誤差與測(cè)量范圍 從理論上講測(cè)量頻率與測(cè)量周期是等效的，但是從實(shí)際測(cè) 量效果來(lái)看，無(wú)論是測(cè)量誤差還是測(cè)量范圍都不一樣。 測(cè)頻方式 “測(cè)頻”的最大相對(duì)誤差為： “測(cè)頻”范圍為： 測(cè)周方式 “測(cè)周”的最大相對(duì)誤差為： “測(cè)周”范圍為： )( c c x c

7、x x f f mf f f f )( max max ff m N f m f cx c 或 )( c c c x x x f f mf f f f c x c mf N T mf max 1 被測(cè)頻率大,分頻系 數(shù)大，越精確 測(cè)量精度r決定下限，計(jì) 數(shù)器位數(shù)決定上限 被測(cè)頻率小,分頻 系數(shù)大，精確 第二章電參量測(cè)量技術(shù) 頻率（周期）的數(shù)字測(cè)量 A、所能測(cè)量的最低頻率受測(cè)量精度要求值的限 制，所能 測(cè)量的最高頻率受所采用的計(jì)數(shù)器的容量或速度 的限制。 B、若被測(cè)頻率較高（高于晶振的標(biāo)準(zhǔn)頻率）用 測(cè)頻法。 若被測(cè)頻率較低（低于晶振的標(biāo)準(zhǔn)頻率）用測(cè)周法。 C、 令兩種相對(duì)誤差表達(dá)式相等，可得相對(duì)

8、誤差相等時(shí)的 中界頻率fc 第二章電參量測(cè)量技術(shù) 頻率的模擬測(cè)量 (1)直讀法測(cè)頻直讀法測(cè)頻 電橋法測(cè)頻電橋法測(cè)頻是利用交流電橋的平衡條件和電橋電源頻率有 關(guān)這一特性來(lái)測(cè)頻的。其精度約為 (0.5-1)，適用于 10kHz以下的音頻范圍(例，零示器)。 諧振法諧振法利用電感、電容串聯(lián)諧振回路或并聯(lián)諧振回路的諧 振特性來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)頻。其精度大約在(0.25-1)范圍內(nèi)，常 作為頻率粗測(cè)。 頻率頻率-電壓轉(zhuǎn)換法電壓轉(zhuǎn)換法測(cè)頻原理是利用電路把正弦頻率轉(zhuǎn)換為周 期相等、寬度、幅度均為定值的矩形脈沖列，用低通濾波 器濾除其全部交流分量，求出平均值即直流分量讀出頻率。 最高測(cè)量頻率可達(dá)幾兆赫茲?？梢赃B續(xù)監(jiān)視頻

9、率的變化是 這種測(cè)量法的突出優(yōu)點(diǎn)。 第二章電參量測(cè)量技術(shù) (2)比較法測(cè)頻比較法測(cè)頻就是用標(biāo)準(zhǔn)頻率 與被測(cè)頻率 進(jìn)行比較，當(dāng) 把標(biāo)準(zhǔn)頻率調(diào)節(jié)到與被測(cè)頻率相等時(shí)，指零儀表(零示器) 便指零，此時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)頻率值即為被測(cè)頻率值。 (3) 示波器測(cè)量頻率示波器測(cè)量頻率有兩種方法：一種是將被測(cè)信號(hào)加到示波 器的Y通道，在熒光屏上測(cè)量被測(cè)信號(hào)的周期。另一種是將 被測(cè)信號(hào)和標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)分別加到示波器的X通道和Y通道， 觀測(cè)熒光屏上顯示的李沙育圖形。 x f c f 頻率的模擬測(cè)量 第二章電參量測(cè)量技術(shù) 時(shí)間間隔的數(shù)字測(cè)量 時(shí)間間隔和周期的測(cè)量都是測(cè)量信號(hào)或信號(hào)間的時(shí)間長(zhǎng)度。 所以，它們的測(cè)量方案基本相同，如圖

10、所示。所不同的是此處 的門(mén)控電路要求根據(jù)測(cè)量時(shí)間間隔，給出起始計(jì)數(shù)和終止計(jì)數(shù) 兩個(gè)觸發(fā)信號(hào)。 若時(shí)間間隔即門(mén)控信號(hào)的寬度(閘門(mén)時(shí)間)為 ，選用時(shí)標(biāo)周期 為 ，則計(jì)數(shù)結(jié)果為 cx c x ft T t N. x t c T 第二章電參量測(cè)量技術(shù) 相位差的數(shù)字測(cè)量 測(cè)量相位差的方法很多，主要有：示波器測(cè)量；與標(biāo)準(zhǔn) 移相器比較(零示法)；相位差轉(zhuǎn)換為電壓再測(cè)量；把相位差 轉(zhuǎn)換為時(shí)間間隔來(lái)測(cè)量等。 1相位相位-電壓轉(zhuǎn)換電壓轉(zhuǎn)換 相位-電壓轉(zhuǎn)換式數(shù)字相位計(jì)的原理框圖如圖(a)所示。 其各點(diǎn)波形如圖 (b)所示。 其相位差為： 其中 為方波的平均值即直流分量， 為方波的幅度。 g x U U 0 360

11、。 0 U g U 第二章電參量測(cè)量技術(shù) 相位差的數(shù)字測(cè)量 第二章電參量測(cè)量技術(shù) 相位差的數(shù)字測(cè)量 2相位相位-時(shí)間轉(zhuǎn)換法時(shí)間轉(zhuǎn)換法 將上述相位-電壓轉(zhuǎn)換法中鑒相器的時(shí)間間 隔，用計(jì)數(shù)法對(duì)它進(jìn)行測(cè)量，便構(gòu)成相位-時(shí)間轉(zhuǎn)換式相位計(jì)，如下 圖所示。它與時(shí)間間隔的計(jì)數(shù)測(cè)量原理基本相同，若時(shí)標(biāo)脈沖周期 為 ，則在時(shí)間 內(nèi)的計(jì)數(shù)值為 如果采用十進(jìn)制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，則時(shí)標(biāo)脈沖頻率 與被測(cè)信 號(hào)頻率 的關(guān)系為 由上式可見(jiàn)，由于時(shí)標(biāo)頻率 不允許太高，所以計(jì)數(shù)式相位計(jì) 只能用于測(cè)量低頻率信號(hào)的相位差，而且要求測(cè)量精度越高(即n越 大)，能測(cè)量的頻率越低。此外，當(dāng)被測(cè)信號(hào)頻率改變時(shí)，時(shí)標(biāo)脈沖 頻率也必須按上式相應(yīng)改變

12、。這些是計(jì)數(shù)式相位計(jì)的缺點(diǎn)。 . 360 xx cc TT N TT x n c ff10360 0 c T x f c f c f 第二章電參量測(cè)量技術(shù) 相位差的數(shù)字測(cè)量 第二章電參量測(cè)量技術(shù) 參考文獻(xiàn)：時(shí)間頻率計(jì)量測(cè)試 時(shí)間頻率是我們工作和生活中比較熟悉的概念，時(shí)間頻率是我們工作和生活中比較熟悉的概念， 又是物理量中最基本最重要的量。多種物理量的計(jì)量又是物理量中最基本最重要的量。多種物理量的計(jì)量 單位都建立在頻率基準(zhǔn)上。時(shí)間頻率與眾多科學(xué)及工單位都建立在頻率基準(zhǔn)上。時(shí)間頻率與眾多科學(xué)及工 程技術(shù)密不可分，其中包括無(wú)線電通訊導(dǎo)航技術(shù)以及程技術(shù)密不可分，其中包括無(wú)線電通訊導(dǎo)航技術(shù)以及 常規(guī)兵器

13、試驗(yàn)。在常規(guī)兵器試驗(yàn)中廣泛使用著時(shí)間頻常規(guī)兵器試驗(yàn)。在常規(guī)兵器試驗(yàn)中廣泛使用著時(shí)間頻 率測(cè)量?jī)x器設(shè)備，如：時(shí)統(tǒng)系統(tǒng)、電子計(jì)數(shù)器、頻率率測(cè)量?jī)x器設(shè)備，如：時(shí)統(tǒng)系統(tǒng)、電子計(jì)數(shù)器、頻率 計(jì)、微波頻率計(jì)、多路時(shí)間測(cè)試儀、計(jì)時(shí)儀、高穩(wěn)晶計(jì)、微波頻率計(jì)、多路時(shí)間測(cè)試儀、計(jì)時(shí)儀、高穩(wěn)晶 體振蕩器、快速預(yù)熱晶體振蕩器、體振蕩器、快速預(yù)熱晶體振蕩器、GPS接收機(jī)等，接收機(jī)等， 這些儀器均需要周期檢測(cè)和試驗(yàn)前檢測(cè)，以確保試驗(yàn)這些儀器均需要周期檢測(cè)和試驗(yàn)前檢測(cè)，以確保試驗(yàn) 數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠。數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠。 第二章電參量測(cè)量技術(shù) 參考文獻(xiàn)：時(shí)間頻率計(jì)量測(cè)試 “秒秒”定義為：銫定義為：銫-133原子基態(tài)的兩個(gè)超精細(xì)能級(jí)

14、之原子基態(tài)的兩個(gè)超精細(xì)能級(jí)之 間躍遷所對(duì)應(yīng)輻射的間躍遷所對(duì)應(yīng)輻射的9192631770周期的持續(xù)時(shí)間。周期的持續(xù)時(shí)間。 赫茲赫茲:指指1秒時(shí)間內(nèi)周期現(xiàn)象重復(fù)出現(xiàn)的次數(shù)秒時(shí)間內(nèi)周期現(xiàn)象重復(fù)出現(xiàn)的次數(shù) 1955年以前，一平太陽(yáng)日的年以前，一平太陽(yáng)日的1/86400為為1s，世界時(shí)的秒定義可，世界時(shí)的秒定義可 以復(fù)現(xiàn)到以復(fù)現(xiàn)到10-6。 1956年開(kāi)始，一回歸年的年開(kāi)始，一回歸年的1/31556925.9747為為1s，歷書(shū)時(shí)的秒，歷書(shū)時(shí)的秒 定義可以復(fù)現(xiàn)到定義可以復(fù)現(xiàn)到10-9。 1967年以后，十三屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)正式通過(guò)秒的新定義，以量年以后，十三屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)正式通過(guò)秒的新定義，以量 子力學(xué)為

15、理論基礎(chǔ)，子力學(xué)為理論基礎(chǔ)，Cs133的的9192631770周期為周期為1s。原子時(shí)的。原子時(shí)的 秒定義可以復(fù)現(xiàn)到秒定義可以復(fù)現(xiàn)到10-11，以后約每五年提高一個(gè)數(shù)量級(jí)，以后約每五年提高一個(gè)數(shù)量級(jí)， 1980年至今年至今 原子時(shí)的秒定義可以復(fù)現(xiàn)到原子時(shí)的秒定義可以復(fù)現(xiàn)到10-14，這是其它任何，這是其它任何 計(jì)量單位無(wú)法比擬的。計(jì)量單位無(wú)法比擬的。 第二章電參量測(cè)量技術(shù) 參考文獻(xiàn)：時(shí)間頻率計(jì)量測(cè)試 時(shí)間頻率計(jì)量技術(shù)的發(fā)展時(shí)間頻率計(jì)量技術(shù)的發(fā)展 基本單位復(fù)現(xiàn)的高度準(zhǔn)確基本單位復(fù)現(xiàn)的高度準(zhǔn)確復(fù)現(xiàn)到復(fù)現(xiàn)到10-14 測(cè)量裝置的高度精密測(cè)量裝置的高度精密 小型化、伺服型。由計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)、測(cè)量小型化、伺服

16、型。由計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)、測(cè)量 系統(tǒng)、傳遞系統(tǒng)綜合保證的時(shí)間頻率測(cè)量高度精密，是其它物系統(tǒng)、傳遞系統(tǒng)綜合保證的時(shí)間頻率測(cè)量高度精密，是其它物 理量難以達(dá)到的。理量難以達(dá)到的。 遙遠(yuǎn)傳遞與校準(zhǔn)的高度可靠遙遠(yuǎn)傳遞與校準(zhǔn)的高度可靠時(shí)間頻率計(jì)量是目前唯一可以時(shí)間頻率計(jì)量是目前唯一可以 用無(wú)線電信號(hào)進(jìn)行傳遞比對(duì)的量，用無(wú)線電信號(hào)進(jìn)行傳遞比對(duì)的量， 應(yīng)用相對(duì)論理論應(yīng)用相對(duì)論理論高準(zhǔn)確度的時(shí)間頻率測(cè)量要應(yīng)用相對(duì)論理高準(zhǔn)確度的時(shí)間頻率測(cè)量要應(yīng)用相對(duì)論理 論，特別在論，特別在10-13數(shù)量級(jí)以上的測(cè)量中必須考慮相對(duì)論效應(yīng)數(shù)量級(jí)以上的測(cè)量中必須考慮相對(duì)論效應(yīng) 第二章電參量測(cè)量技術(shù) 參考文獻(xiàn)：時(shí)間頻率計(jì)量測(cè)試 頻差倍增法測(cè)頻

17、原理頻差倍增法測(cè)頻原理 直接測(cè)量法直接測(cè)量法 采用電子計(jì)數(shù)器直接測(cè)量石英晶體振蕩器的輸出頻率。將采用電子計(jì)數(shù)器直接測(cè)量石英晶體振蕩器的輸出頻率。將 被校準(zhǔn)頻率源的輸出端接到電子計(jì)數(shù)器的輸入端，從計(jì)數(shù)器上被校準(zhǔn)頻率源的輸出端接到電子計(jì)數(shù)器的輸入端，從計(jì)數(shù)器上 直接讀出被校準(zhǔn)的頻率源的頻率實(shí)際值。用電子計(jì)數(shù)器直接測(cè)直接讀出被校準(zhǔn)的頻率源的頻率實(shí)際值。用電子計(jì)數(shù)器直接測(cè) 頻雖然顯示直觀、測(cè)量迅速頻雖然顯示直觀、測(cè)量迅速, ,但是它的測(cè)量精度受但是它的測(cè)量精度受1 1計(jì)數(shù)誤差計(jì)數(shù)誤差 的限制。例如測(cè)量的限制。例如測(cè)量5MHz5MHz頻率信號(hào)頻率信號(hào), , 閘門(mén)時(shí)間閘門(mén)時(shí)間=1s=1s，則測(cè)量精，則測(cè)量

18、精 度為度為: : 7 6 102 1105 11 x f f R 第二章電參量測(cè)量技術(shù) 參考文獻(xiàn)：時(shí)間頻率計(jì)量測(cè)試 倍頻測(cè)量法倍頻測(cè)量法 如果將被測(cè)量信號(hào)用倍頻器倍頻后再用計(jì)數(shù)器測(cè)頻，可 以減少計(jì)數(shù)器的1計(jì)數(shù)誤差，提高測(cè)量精度。若上述被校準(zhǔn) 頻率源的輸出頻率x=5MHz經(jīng)倍頻器倍增M倍以后，加到電子 計(jì)數(shù)器輸入端，從電子計(jì)數(shù)器讀出經(jīng)倍頻后的頻率值為M x。 如圖所示，當(dāng)倍增器倍增次數(shù)M=10000；閘門(mén)時(shí)間=1s，測(cè)量 精度為， 被 測(cè) 頻率源 倍頻器 電 子 計(jì)數(shù)器 11 64 102 110510 11 x f f R 第二章電參量測(cè)量技術(shù) 參考文獻(xiàn)：時(shí)間頻率計(jì)量測(cè)試 頻差倍增法測(cè)頻原理

19、頻差倍增法測(cè)頻原理 由于倍頻技術(shù)及計(jì)數(shù)器原因，倍頻次數(shù)m之值不能太大， 所以可以通過(guò)取不太大的m值，重復(fù)進(jìn)行n次倍頻、混頻、濾 波的過(guò)程，最后可得mn 倍的倍增。 將被校準(zhǔn)的頻率源輸出頻率和標(biāo)準(zhǔn)頻率的頻差加以放大，用 電子計(jì)數(shù)器測(cè)量倍增后的差頻，如下圖所示。 這里設(shè)f0為參考頻率，被測(cè)頻標(biāo)fx，有一個(gè)微小的頻差: f = fx - fo 通過(guò)m級(jí)倍增得到：mfx - (m-1)fo = fo+ mf 第二章電參量測(cè)量技術(shù) 參考文獻(xiàn)：時(shí)間頻率計(jì)量測(cè)試 頻差倍增法測(cè)頻原理頻差倍增法測(cè)頻原理 fx=f0+f f0+10f f0+102f f0+10nf 倍頻器 10 混頻器 混頻器 倍頻器 10 混

20、頻器 倍頻器 10 倍頻器 (10-1) f0 第二章電參量測(cè)量技術(shù) 參考文獻(xiàn)：時(shí)間頻率計(jì)量測(cè)試 頻差倍增法測(cè)頻原理頻差倍增法測(cè)頻原理 取m=10得到： 10fx-9fo=fo+10f 經(jīng)過(guò)多級(jí)倍增后，將得到fo+10f、fo+102f、 fo+103f. fo+10nf 。即將f擴(kuò)大了10n倍。由于受倍頻器本 底噪聲的影響，不能無(wú)限制的倍增。通常倍增次數(shù)在104范圍， 目前最高可達(dá)105。在差頻倍增器中，倍頻把差頻加到中心頻 率上去，混頻只把頻率拉回到歸一化的基礎(chǔ)頻率上。這樣差頻 得到倍增，再由計(jì)數(shù)器測(cè)量頻率。頻差倍增法的測(cè)量誤差用下 式計(jì)算：式中: M為被測(cè)頻率的有效倍增次數(shù)，M=mn；

21、fo為被測(cè)頻率的標(biāo)稱(chēng)值，以Hz為單位； 為取樣時(shí)間， 取1s。 11 64 0 102 110510 11 f Rf 第二章電參量測(cè)量技術(shù) 參考文獻(xiàn)：時(shí)間頻率計(jì)量測(cè)試 頻差倍增法測(cè)頻原理頻差倍增法測(cè)頻原理 頻差倍增法的方法可信度的依據(jù)： （1）信噪比相對(duì)小時(shí)，通過(guò)理想的倍頻器倍增M倍時(shí)，則 信噪比至少增加M倍。 （2）通過(guò)倍頻器的噪聲帶寬基本不擴(kuò)展。 （3）頻率標(biāo)準(zhǔn)中影響頻率穩(wěn)定度的是噪聲及由噪聲引起的 相位起伏。 （4）在輸出級(jí)帶有窄帶濾波器，頻率標(biāo)準(zhǔn)的噪聲帶寬由該 濾波器決定。 頻差倍增法主要用于：測(cè)量頻率源的頻率準(zhǔn)確度、頻率穩(wěn) 定度、日老化率、日頻率波動(dòng)、開(kāi)機(jī)特性、頻率重現(xiàn)性。 第二章電

22、參量測(cè)量技術(shù) 參考文獻(xiàn)：時(shí)間頻率計(jì)量測(cè)試 彩色副載波校頻彩色副載波校頻 與無(wú)線電廣播相比，電視信號(hào)具有一些優(yōu)點(diǎn)：容易獲取， 信號(hào)強(qiáng)度大，時(shí)間短、接收操作簡(jiǎn)單。 中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院和中央電視臺(tái)聯(lián)合提供了這種校頻服務(wù)。 它用一臺(tái)商品銫鐘控制中央電視臺(tái)的彩色同步機(jī)，而通過(guò)搬運(yùn) 鐘等手段將商品鐘的準(zhǔn)確度控制在110-12 之內(nèi)。用戶(hù)要進(jìn)行 頻率校準(zhǔn)時(shí)，只要把取自彩色電視機(jī)的副載波信號(hào)（與被校信 號(hào)源進(jìn)行頻率或周期比對(duì)即可。 應(yīng)用電視信號(hào)校頻是對(duì)其他校頻方法的一個(gè)有用補(bǔ)充，適用 于要求信號(hào)源頻率就地進(jìn)行快速校準(zhǔn)的地方。我國(guó)的彩色電視 副載波信號(hào)頻率為4.43361875MHz。 第二章電參量測(cè)量技術(shù) 參

23、考文獻(xiàn)：時(shí)間頻率計(jì)量測(cè)試 差拍比較法的彩色副載波校頻 彩 色 電視機(jī) 調(diào)諧器 隔離整 形放大 被 測(cè) 頻 標(biāo) 256 分 頻 諧 波 混頻器 數(shù)據(jù)采集 數(shù)據(jù)處理 放大整形 計(jì)數(shù)電路 第二章電參量測(cè)量技術(shù) 參考文獻(xiàn)：時(shí)間頻率計(jì)量測(cè)試 差拍比較法的彩色副載波校頻 工作原理如圖所示，其工作過(guò)程是這樣的，將被測(cè)量的5MHz頻 標(biāo)信號(hào)（存在頻率偏差f)，經(jīng)過(guò)256分頻后得到的頻率值是 （19531.25+f/256）Hz。這個(gè)信號(hào)和從彩色電視機(jī)中得到的 被鎖相同步的標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)，一同被送入一個(gè)諧波混頻器。在 諧波混頻器中，4.43361875MHz副載波信號(hào)與19531.25Hz信 號(hào)的227次諧波（是

24、4.43359375MHz）的差拍是： fm =4433618.75Hz227（19531.25+f/256) =4433618.75Hz(4433593.75 +f 227/256) Hz =(25f 227/256) Hz 11 227 25 256 m f f 差頻信號(hào)周期： 請(qǐng)計(jì)算出相對(duì)誤差 第二章電參量測(cè)量技術(shù) *參考文獻(xiàn)：時(shí)間頻率計(jì)量測(cè)試 用計(jì)數(shù)器測(cè)量頻率時(shí)，由測(cè)量原理可知測(cè)量誤差主要有兩 個(gè)方面，一是量化誤差，二是時(shí)基誤差。 頻率測(cè)量結(jié)果如下式。 其中第一項(xiàng)是計(jì)數(shù)器量化誤差，量化誤差是指在進(jìn)行頻率 的數(shù)字化測(cè)量時(shí)，被測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)單位不是正好為整數(shù)倍，再加 之閘門(mén)開(kāi)啟與關(guān)閉的時(shí)間和被

25、測(cè)信號(hào)不同步（隨機(jī)的），因此 在量化過(guò)程中有一部分時(shí)間零頭沒(méi)有被計(jì)算在內(nèi)，使計(jì)數(shù)器出 現(xiàn)n=1誤差。它是計(jì)數(shù)器的固有誤差。 n fx xx xff n nn n f 2 n n f f x x 第二章電參量測(cè)量技術(shù) 2.2 電壓和電流的測(cè)量 電量測(cè)量中的很多電參數(shù)，包括電流、功率、信號(hào) 的調(diào)幅度、設(shè)備的靈敏度等都可以視作電壓的派生量， 通過(guò)電壓測(cè)量獲得其量值。 電壓的測(cè)量可分為模擬和數(shù)字兩種方法。兩者的區(qū) 別在于后者用AD轉(zhuǎn)換器和數(shù)字顯示器取代了前者的模 擬顯示電表部分，兩者前端部分的工作原理基本相同。 模擬式電壓表的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，測(cè)量 頻率范圍較寬；缺點(diǎn)是精度、分辨力較低，不便于

26、與計(jì) 算機(jī)組成自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。 第二章電參量測(cè)量技術(shù) 電壓的測(cè)量 1直流電壓的測(cè)量直流電壓的測(cè)量 (1) 普通直流電壓表普通直流電壓表通常有動(dòng)圈式高 靈敏度直流電流表串聯(lián)適當(dāng)?shù)碾娮铇?gòu) 成，如右圖所示。設(shè)電流表的滿(mǎn)偏電 流(或滿(mǎn)度電流)為 ,電流表本身內(nèi)阻 為 串聯(lián)電阻為 。所構(gòu)成的電壓表 的滿(mǎn)度電壓為 動(dòng)圈式直流電壓表的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 使用方便，精密電壓表可達(dá)0.1。 其主要缺點(diǎn)是靈敏度不高和輸入電阻 低。在量程較低時(shí)，輸入電阻更 小其負(fù)載效應(yīng)對(duì)被測(cè)電路工作狀態(tài) 及測(cè)量結(jié)果的影響不可忽略。 )( nemm RRIU m I e R n R )( nemm RRIU 伏特?。W姆 電壓靈敏度： /

27、/ )RR(k mne U 第二章電參量測(cè)量技術(shù) 電壓的測(cè)量 (2)直流電子電壓表直流電子電壓表通常是在磁電式表頭前加裝跟隨器(以提 高輸入阻抗)和直流放大器(以提高測(cè)量靈敏度)構(gòu)成，當(dāng)需 要測(cè)量高直流電壓時(shí)，輸入端接入由高阻值電阻構(gòu)成的分 壓電路。常采用斬波穩(wěn)零式放大器或稱(chēng)調(diào)制式放大器以抑 制零點(diǎn)漂移，使電子電壓表能測(cè)量微伏級(jí)的電壓。 (3)直流數(shù)字電壓表直流數(shù)字電壓表 將直流電子電壓 表中磁電式表頭用A/D轉(zhuǎn)換器及與之 相連的數(shù)字顯示器代替即成，如圖所 示。直流數(shù)字電壓表是許多數(shù)字式電 測(cè)儀表的核心部件，用途很廣。 第二章電參量測(cè)量技術(shù) 電壓的測(cè)量 dttu T U T 0 )( 1 2交

28、流電壓的測(cè)量交流電壓的測(cè)量 (1)交流電壓的表征交流電壓的表征 交流電壓可用峰值、平均值、有效值、 波形系數(shù)以及波峰系數(shù)來(lái)表征 峰值峰值 周期性交流電壓u(t)在一個(gè)周期內(nèi)偏 離零電平的最大值稱(chēng)為峰值, 表示，u(t) 在一個(gè)周期內(nèi)偏離直流分量的最大值稱(chēng) 為幅值或振幅。如圖所示。 平均值平均值 在電子測(cè)量中，平均值通常指交流電 壓檢波(也稱(chēng)整流)以后的平均值，一般， 全波整流平均值定義為 m U 第二章電參量測(cè)量技術(shù) 電壓的測(cè)量 有效值有效值 一個(gè)交流電壓u(t)和一個(gè)直流電壓U分別加在同一電阻R上， 若它們?cè)谝粋€(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等（ ） 則交流電壓有效值等于該直流電壓U，可表示為： 波形系

29、數(shù)、波峰系數(shù)波形系數(shù)、波峰系數(shù) 交流電壓的波形系數(shù) 定義為該電壓的有效值與平均值之比 交流電壓的波峰系數(shù) 定義為該電壓的峰值與有效值之比 T dttu T U 0 2 )( 1 U U K F U U K P P P K F K TRU)/( 2 第二章電參量測(cè)量技術(shù) 電壓的測(cè)量 第二章電參量測(cè)量技術(shù) 電壓的測(cè)量 (2)交流電壓的測(cè)量方法交流電壓的測(cè)量方法 檢波檢波放大式放大式 右圖（a）為檢波一放大式電壓 表的組成方框圖，它是將被測(cè)電壓 先檢波變成直流電流，然后再用直 流放大器放大，放大后的直流電流 去驅(qū)動(dòng)電流表偏轉(zhuǎn)。 放大放大檢波式檢波式 當(dāng)被測(cè)電壓較低時(shí)，直接檢波會(huì) 顯著增大誤差。為提高

30、交流電壓表 的測(cè)量靈敏度，采用右圖(b)所示的 放大檢波式。這種電壓表的頻率 范圍主要受寬帶放大器帶寬的限制， 而靈敏度受放大器內(nèi)部噪聲的限制。 第二章電參量測(cè)量技術(shù) 電壓的測(cè)量 外差式電壓表外差式電壓表 下圖所示外差測(cè)量方法可以解決上述矛盾。輸入電路包括 輸入衰減器和高頻放大器(用于寬帶低增益放大)。 (3)低頻交流電壓的測(cè)量低頻交流電壓的測(cè)量 通常把測(cè)量低頻(1MHz以下)信號(hào)電壓的電壓表稱(chēng)作交流 電壓表或交流毫伏表。這類(lèi)電壓表一般采用放大一檢波式， 檢波器多為平均值檢波器或有效值檢波器，分別構(gòu)成均值電 壓表或有效值電壓表。 第二章電參量測(cè)量技術(shù) 電壓的測(cè)量 (4)高頻交流電壓的測(cè)量高頻交

31、流電壓的測(cè)量 高頻交流電壓的測(cè)量采用檢波放大式或外差式電壓表來(lái) 測(cè)量。最常用的檢波放大式高頻電壓表都把高頻二極管構(gòu)成 的峰值檢波器放置在屏蔽良好的探頭(探極)內(nèi)，用探頭探針直接 接觸被測(cè)點(diǎn)，把被測(cè)高頻信號(hào)首先變成直流電壓，這樣可大大 減少分布參數(shù)的影響和信號(hào)傳輸損失。注意示值是有效值！ 3高電壓測(cè)量技術(shù)高電壓測(cè)量技術(shù) (1)高壓靜電電壓表高壓靜電電壓表 在兩個(gè)持制的電極間加上電壓u，電極間就會(huì)受到靜電力f的 作用，利用f和u的關(guān)系制成的儀表即為靜電電壓表，它可以用 來(lái)測(cè)量低電壓，也可以在高電壓測(cè)量中得到應(yīng)用。 第二章電參量測(cè)量技術(shù) *電壓的測(cè)量 RC T U U d m 2 1 C I U a

32、v m (2)高壓峰值電壓表高壓峰值電壓表 利用整流電容電流來(lái)測(cè)量交流高壓 如圖2-12(a)，如果流過(guò)G的電流平均 值為Iav, 那么它與被測(cè)電壓的峰值之間存 在右式的關(guān)系，其中為頻率； 利用電容器充電電壓來(lái)測(cè)量交流高壓 如圖2-12(b)所示，被測(cè)電壓的峰值為 右式，T為周期； 采用PV或PA測(cè)試 Ud 特點(diǎn)：誤差不大于 2.5% 第二章電參量測(cè)量技術(shù) 1電流表直接測(cè)量法電流表直接測(cè)量法 在被測(cè)電流的通路中串入適當(dāng)量程的電流表，讓被 測(cè)電流的全部或一部分流過(guò)電流表。從電流表上直接讀取被測(cè)電流值或 被測(cè)電流分流值。 對(duì)于圖2-14(a)所示電路，被測(cè)電流實(shí)際值為： 在電路中串接一個(gè)內(nèi)阻為r的

33、電流表。如圖2-14(b)所示，則流過(guò)電 流表的電流即電流表讀數(shù)值為： 此時(shí)相對(duì)測(cè)量誤差為？ 電流的測(cè)量 R U RR U I L x 0 R r I rR U I x x 1 第二章電參量測(cè)量技術(shù) 2電流電流電壓轉(zhuǎn)換法電壓轉(zhuǎn)換法 可以采用在被測(cè)電流回路中串入很小的標(biāo)準(zhǔn)電阻r(稱(chēng)之 為取樣電阻)，將被測(cè)電流轉(zhuǎn)換為被測(cè)電壓為： 為了減小 的測(cè)量誤差，要求該放大電路應(yīng)具有較高的輸 入阻抗和較低的輸出阻抗，為此，一般采用電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大 電路。 電流的測(cè)量 rIrIU xxx . x U 3電流電流磁場(chǎng)轉(zhuǎn)換法磁場(chǎng)轉(zhuǎn)換法 無(wú)論用電流表直接測(cè)量電流還是用 上述轉(zhuǎn)換法間接測(cè)量電流，都需要切 斷電路接人測(cè)

34、量裝置。在不允許切斷 電路或被測(cè)電流太大的情況下，可采 取通過(guò)測(cè)量電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)的方法 來(lái)間接測(cè)得該電流的值。 圖2-15為采 用霍爾傳感器的鉗形電流表結(jié)構(gòu)示意 圖。 第二章電參量測(cè)量技術(shù) 線性集成霍爾片的輸出電壓 為： 式中， 為霍爾片控制電流； 為 霍爾片靈敏度；K為電流表靈敏度， 為電磁轉(zhuǎn)換靈敏度。 4電流互感器法電流互感器法 除上述方法外，采用電流互感器法也 可以在不切斷電路的情況下，測(cè)得電 路中的電流。電流互感器的結(jié)構(gòu)如圖 2-16所示。電流互感器輸出的是電流， 測(cè)量時(shí)，互感器二次繞組接一電阻R， 從R上取得電壓接到放大器或交直流變 換器上，R上輸出電壓為： 電流的測(cè)量 xxBHH

35、 IKIIKKBIK.UO H K B K O U I )/( 2112 NNRiRiUO 第二章電參量測(cè)量技術(shù) 參考文獻(xiàn)：電壓的測(cè)量 以運(yùn)算放大器和以運(yùn)算放大器和 MOSFET管相結(jié)合的串聯(lián)電池組測(cè)量電壓的管相結(jié)合的串聯(lián)電池組測(cè)量電壓的 新方法新方法 ,相對(duì)于目前的電壓測(cè)量電路具有電路簡(jiǎn)單、測(cè)量精度高以相對(duì)于目前的電壓測(cè)量電路具有電路簡(jiǎn)單、測(cè)量精度高以 及溫度漂移小的優(yōu)點(diǎn)。針對(duì)目前應(yīng)用廣泛的及溫度漂移小的優(yōu)點(diǎn)。針對(duì)目前應(yīng)用廣泛的 10串鋰離子電池組設(shè)串鋰離子電池組設(shè) 計(jì)了電壓測(cè)量電路計(jì)了電壓測(cè)量電路 ,結(jié)合光電繼電器使測(cè)量電路對(duì)電池組的一致性結(jié)合光電繼電器使測(cè)量電路對(duì)電池組的一致性 影響非常

36、小影響非常小 ,且功耗低。且功耗低。 串聯(lián)電池組電壓測(cè)量的新方法串聯(lián)電池組電壓測(cè)量的新方法 電壓測(cè)量電路如圖電壓測(cè)量電路如圖 1所示所示,電路主要由運(yùn)算放大器電路主要由運(yùn)算放大器A1和和 P 型型 MOSFET 管管 (metal-oxide-semiconductor field effect transistor) Q1組成組成,外圍電路只需外圍電路只需 3個(gè)電阻即可。其中個(gè)電阻即可。其中 Bn +為第為第 n節(jié)電池節(jié)電池 的正極電壓的正極電壓, Bn - 為第為第 n節(jié)電池的負(fù)極電壓節(jié)電池的負(fù)極電壓,Vn 為第為第 n節(jié)電池節(jié)電池 的電壓的電壓,V1 為參考電源。為參考電源。 第二章電參

37、量測(cè)量技術(shù) 參考文獻(xiàn)：電壓的測(cè)量 電壓測(cè)量電路圖 第二章電參量測(cè)量技術(shù) 參考文獻(xiàn)：電壓的測(cè)量 電路開(kāi)始工作時(shí)電路開(kāi)始工作時(shí),如果運(yùn)算放大器的反向輸入端電壓大于正向輸入如果運(yùn)算放大器的反向輸入端電壓大于正向輸入 端電壓端電壓,則輸出為低電平則輸出為低電平,從而使從而使 MOSFET管源極和柵極的電壓差大于管源極和柵極的電壓差大于 開(kāi)啟電壓開(kāi)啟電壓,開(kāi)始導(dǎo)通開(kāi)始導(dǎo)通;運(yùn)算放大器反向輸入端的電壓因電阻運(yùn)算放大器反向輸入端的電壓因電阻 R3的分壓的分壓 下降下降,使它的反向輸入端的電壓低于正向輸入端使它的反向輸入端的電壓低于正向輸入端,則輸出電壓上升則輸出電壓上升,達(dá)到達(dá)到 平衡后平衡后,運(yùn)算放大器的

38、正向輸入端的電壓和反向輸入的電壓相等運(yùn)算放大器的正向輸入端的電壓和反向輸入的電壓相等,則有則有: 輸出電壓為：輸出電壓為： 選擇選擇 R2 、R3阻值相同，阻值相同， 即即R2 =R3 ,則測(cè)得電池電壓則測(cè)得電池電壓: 電壓測(cè)量電路工作原理 第二章電參量測(cè)量技術(shù) 參考文獻(xiàn)：電壓的測(cè)量 其他改進(jìn)：其他改進(jìn)： 在實(shí)際使用過(guò)程中在實(shí)際使用過(guò)程中,電壓測(cè)量電路存在漏電流電壓測(cè)量電路存在漏電流,即使把運(yùn)算放大器即使把運(yùn)算放大器 的工作電源都斷開(kāi)的工作電源都斷開(kāi),但是由于電池電壓在運(yùn)算放大器的反向輸入端和但是由于電池電壓在運(yùn)算放大器的反向輸入端和 正向輸入端形成了一個(gè)回路正向輸入端形成了一個(gè)回路,實(shí)際測(cè)量

39、也大約有實(shí)際測(cè)量也大約有 0. 5 mA的漏電流的漏電流,這這 個(gè)電流在長(zhǎng)期存放過(guò)程中將導(dǎo)致電池的電量消耗和電池組的不一致個(gè)電流在長(zhǎng)期存放過(guò)程中將導(dǎo)致電池的電量消耗和電池組的不一致 因此必須在和電池組相連的地方通過(guò)開(kāi)關(guān)來(lái)控制。因此必須在和電池組相連的地方通過(guò)開(kāi)關(guān)來(lái)控制。 針對(duì)目前應(yīng)用比較廣泛的針對(duì)目前應(yīng)用比較廣泛的 10串鋰離子電池組串鋰離子電池組, 采用采用串聯(lián)電池組電串聯(lián)電池組電 壓測(cè)量壓測(cè)量的這種新電壓測(cè)量電路的這種新電壓測(cè)量電路,大大減小了測(cè)量電路的體積和成本。大大減小了測(cè)量電路的體積和成本。 采用了采用了 4集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器 LM324,如圖如圖 3所示所示,同時(shí)在測(cè)量輸

40、入端采用同時(shí)在測(cè)量輸入端采用 了光電繼電器作為開(kāi)關(guān)。了光電繼電器作為開(kāi)關(guān)。 電壓測(cè)量電路工作原理 第二章電參量測(cè)量技術(shù) 參考文獻(xiàn)：電壓的測(cè)量 由于在實(shí)際測(cè)量中因測(cè)量電路存在的漏電流由于在實(shí)際測(cè)量中因測(cè)量電路存在的漏電流,所以在測(cè)量端采用了所以在測(cè)量端采用了 光電繼電器作為開(kāi)關(guān)，光電繼電器采用光電繼電器作為開(kāi)關(guān)，光電繼電器采用 TLP52122,電路如圖電路如圖 4所示。所示。 串聯(lián)電池組電壓測(cè)量原理 TLP521 2光電繼電器為光電繼電器為 2集成器件集成器件, 一個(gè)芯片可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)芯片可以實(shí)現(xiàn) 2個(gè)開(kāi)關(guān)的作用個(gè)開(kāi)關(guān)的作用,通過(guò)通過(guò) 控制端來(lái)控制開(kāi)關(guān)的通斷。但是應(yīng)該注控制端來(lái)控制開(kāi)關(guān)的通斷。但

41、是應(yīng)該注 意的是意的是,由于光電繼電器開(kāi)關(guān)有一定的由于光電繼電器開(kāi)關(guān)有一定的 導(dǎo)通內(nèi)阻導(dǎo)通內(nèi)阻,所以在選擇電阻時(shí)應(yīng)作一些所以在選擇電阻時(shí)應(yīng)作一些 調(diào)整調(diào)整,否則會(huì)造成一定的測(cè)量誤差。否則會(huì)造成一定的測(cè)量誤差。 第二章電參量測(cè)量技術(shù) 參考文獻(xiàn)：電壓的測(cè)量 串聯(lián)電池組電壓測(cè)量原理圖 第二章電參量測(cè)量技術(shù) 參考文獻(xiàn)：電壓的測(cè)量 因第 1節(jié)電池的電壓正好在采樣范圍內(nèi),所以采用直接采樣,而第 2 節(jié)電池的電壓通過(guò)電阻分壓來(lái)測(cè)量,減去 V1即為第 2節(jié)電池的電壓。 第 3到 6節(jié)電池電壓通過(guò)一片 4集成運(yùn)算放大器來(lái)實(shí)現(xiàn),第 7到 10節(jié)電 池電壓同樣通過(guò)一片 4集成運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)。由于電路中的參考電源 為

42、兩節(jié)鋰離子電池,電壓為 5 V以上,所以能夠滿(mǎn)足運(yùn)算放大器的平衡 條件。而集成運(yùn)算放大器的工作電壓為第 6節(jié)電池的電壓,由于集成運(yùn) 算放大器的最高工作電壓為 32 V,而 6串電池電壓最大值為 25 V左右, 因此能保證運(yùn)算放大器的正常工作。對(duì)于第 7到第 10節(jié)的集成運(yùn)算放 大器,由于運(yùn)算放大器的接地端為第 6節(jié)電池的電壓,因此它的最高工 作電壓為 4串電池組的電壓,也能滿(mǎn)足運(yùn)算放大器的正常工作。 串聯(lián)電池組電壓測(cè)量原理 第二章電參量測(cè)量技術(shù) 2.3 阻抗的測(cè)量 阻抗定義阻抗定義 阻抗是描述一個(gè)元、器件或電路網(wǎng)絡(luò)中電壓、電流關(guān)系的阻抗是描述一個(gè)元、器件或電路網(wǎng)絡(luò)中電壓、電流關(guān)系的 特征參量，

43、其定義為：特征參量，其定義為： 理想的電阻只有電阻分量，沒(méi)有電抗分量；而理想電感和理想的電阻只有電阻分量，沒(méi)有電抗分量；而理想電感和 理想電容則只有電抗分量，電感電抗和電容電抗分別簡(jiǎn)稱(chēng)為感理想電容則只有電抗分量，電感電抗和電容電抗分別簡(jiǎn)稱(chēng)為感 抗和容抗，表示為：抗和容抗，表示為： 實(shí)際的電阻、電感和電容元件，不可能是理想的，存在著實(shí)際的電阻、電感和電容元件，不可能是理想的，存在著 寄生電容、寄生電感和損耗。圖寄生電容、寄生電感和損耗。圖2-17是考慮了各種因素后，實(shí)是考慮了各種因素后，實(shí) 際電阻際電阻R、電感、電感L、電容、電容C元件的等效電路。元件的等效電路。 第二章電參量測(cè)量技術(shù) 阻抗的測(cè)

44、量 n（1）電阻）電阻 同一個(gè)電阻元件在通以直流電和交流電時(shí)測(cè)得的電阻值是不同一個(gè)電阻元件在通以直流電和交流電時(shí)測(cè)得的電阻值是不 相同的。在高頻交流下，須考慮電阻元件的引線電感相同的。在高頻交流下，須考慮電阻元件的引線電感L和分布電和分布電 容容C的影響，其等效電路如圖的影響，其等效電路如圖2-17(a)所示，圖中所示，圖中R為理想電阻。為理想電阻。 由此可知此元件在頻率由此可知此元件在頻率 f 下的等效阻抗為：下的等效阻抗為： 第二章電參量測(cè)量技術(shù) 阻抗的測(cè)量 (2)電感電感 電感元件在高頻時(shí)其等效電路如圖電感元件在高頻時(shí)其等效電路如圖2-17(b)所示。其等效所示。其等效 阻抗為：阻抗為：

45、 (3)電容電容 在交流下電容元件總有一定介質(zhì)損耗，此外其引線也有一在交流下電容元件總有一定介質(zhì)損耗，此外其引線也有一 定電阻定電阻Rn。和分布電感。和分布電感Ln，因此電容元件等效電路如圖，因此電容元件等效電路如圖2- 17(c)所示。圖中所示。圖中C是元件的固有電容，是元件的固有電容，Rc是介質(zhì)損耗的等效是介質(zhì)損耗的等效 電阻。等效阻抗為：電阻。等效阻抗為： 第二章電參量測(cè)量技術(shù) 1.直流電阻測(cè)量直流電阻測(cè)量 在直流條件下測(cè)得的電阻稱(chēng)直流電阻。在直流條件下測(cè)得的電阻稱(chēng)直流電阻。 在工程和實(shí)驗(yàn)應(yīng)在工程和實(shí)驗(yàn)應(yīng) 用中，所需測(cè)量的電阻范圍很寬，約為用中，所需測(cè)量的電阻范圍很寬，約為 或更寬?；蚋?/p>

46、寬。 從測(cè)量角度出發(fā)，一般將電阻分為小電阻從測(cè)量角度出發(fā)，一般將電阻分為小電阻(1 歐歐 以下，如接觸以下，如接觸 電阻、導(dǎo)線電阻等電阻、導(dǎo)線電阻等)，中值電阻，中值電阻( 歐歐)和大電阻和大電阻( 歐歐 以上，如絕緣材料電阻以上，如絕緣材料電阻)。 電表法電表法 (1)伏伏安法安法 測(cè)量直流電阻的伏測(cè)量直流電阻的伏安法是一種間接測(cè)量法，利用電流安法是一種間接測(cè)量法，利用電流 表和電壓表同時(shí)測(cè)出流經(jīng)被測(cè)電阻的電流及其兩端電壓，根表和電壓表同時(shí)測(cè)出流經(jīng)被測(cè)電阻的電流及其兩端電壓，根 據(jù)歐姆定律，被測(cè)電阻的阻值為：據(jù)歐姆定律，被測(cè)電阻的阻值為： 伏伏安法測(cè)量電阻有兩種方案，如圖安法測(cè)量電阻有兩種方

47、案，如圖2-18所示。所示。 阻抗的測(cè)量 617 10 10 6 1 1 0 6 10 A V x I U R 第二章電參量測(cè)量技術(shù) 圖圖2-18(a)所示方案電流表示值包含了流過(guò)電壓表的電流，所示方案電流表示值包含了流過(guò)電壓表的電流， 適用于測(cè)量阻值較小的電阻；圖適用于測(cè)量阻值較小的電阻；圖2-18(b)所示方案電壓表的示所示方案電壓表的示 值包含了電流表上的壓降，適用于測(cè)量阻值較大的元件。由值包含了電流表上的壓降，適用于測(cè)量阻值較大的元件。由 于電表有內(nèi)阻，故無(wú)論用哪種方案均存在方法誤差，因此，于電表有內(nèi)阻，故無(wú)論用哪種方案均存在方法誤差，因此， 伏伏安法測(cè)量精度不高。安法測(cè)量精度不高。

48、(2)歐姆表法歐姆表法 歐姆表測(cè)量電阻的電路如圖歐姆表測(cè)量電阻的電路如圖2-19所示。所示。 數(shù)字式歐姆表一數(shù)字式歐姆表一 般是在數(shù)字式直流電壓表的輸入端加一般是在數(shù)字式直流電壓表的輸入端加一“歐姆電壓變換器歐姆電壓變換器” 后得到的，圖后得到的，圖2-20是歐姆是歐姆電壓變換器的原理。電壓變換器的原理。 阻抗的測(cè)量 第二章電參量測(cè)量技術(shù) 該電路的輸出電壓為： 從上式可知變換器的輸出直流電壓從上式可知變換器的輸出直流電壓 與被測(cè)電阻成正與被測(cè)電阻成正 比關(guān)系，故用直流數(shù)字式電壓表來(lái)測(cè)量此值并按歐姆刻度，比關(guān)系，故用直流數(shù)字式電壓表來(lái)測(cè)量此值并按歐姆刻度， 就可得到就可得到 的值。的值。 阻抗的

49、測(cè)量 O n x O U R R U O U x R x Oz n R UU R 第二章電參量測(cè)量技術(shù) 阻抗的測(cè)量 3 2 1 R R R Rx 3 2 1 R R R R x 電橋法電橋法 測(cè)量直流電阻最常用的是電橋測(cè)量直流電阻最常用的是電橋 法。電橋分為直流電橋和交流電橋兩法。電橋分為直流電橋和交流電橋兩 大類(lèi)，直流電橋主要用于測(cè)量電阻。大類(lèi)，直流電橋主要用于測(cè)量電阻。 直流電橋由四個(gè)橋臂、檢流計(jì)和電源直流電橋由四個(gè)橋臂、檢流計(jì)和電源 組成，其原理電路如圖組成，其原理電路如圖2-21所示。測(cè)所示。測(cè) 量時(shí)調(diào)節(jié)量時(shí)調(diào)節(jié)R1，R2，R3使電橋平衡。使電橋平衡。 電橋達(dá)到平衡時(shí)，檢流計(jì)電橋達(dá)到平

50、衡時(shí)，檢流計(jì)G中無(wú)電流，中無(wú)電流， 由電橋平衡條件可得被測(cè)電阻：由電橋平衡條件可得被測(cè)電阻： 這種方法實(shí)質(zhì)上是與標(biāo)準(zhǔn)電阻比較，用指零指示被測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)量是否相等(平衡)，從而 求得被測(cè)量。因此這種方法又稱(chēng)為零位式測(cè)量法或比較測(cè)量法，測(cè)量的精度幾乎等于標(biāo) 準(zhǔn)量的精度，這是它的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是在測(cè)量過(guò)程中，為獲得平衡狀態(tài)，需要進(jìn)行反復(fù)調(diào) 節(jié)，測(cè)試速度慢，不能適應(yīng)大量、快速測(cè)量的需要；也不適合于電阻型傳感器的變化 電阻的測(cè)量。 第二章電參量測(cè)量技術(shù) 阻抗的測(cè)量 2. 直流小電阻的測(cè)量直流小電阻的測(cè)量 (1)直流雙電橋直流雙電橋 又稱(chēng)開(kāi)爾文電橋，又稱(chēng)開(kāi)爾文電橋， 它是用來(lái)測(cè)量小電阻的一種比較儀它是用來(lái)測(cè)量小

51、電阻的一種比較儀 器。圖器。圖2-22為直流雙電橋原理電路。為直流雙電橋原理電路。 由電橋平衡條件可得：由電橋平衡條件可得： 直流雙電橋又稱(chēng)開(kāi)爾文電橋，它是用來(lái)測(cè)小電阻的一種比較儀器。Rx是被測(cè)電 阻，Rn是阻值已知的標(biāo)準(zhǔn)電阻，兩者均備有四端接頭以消除接線電阻、接觸電阻對(duì) 測(cè)量結(jié)果的影響。R1、R2、R3、R4是橋臂電阻，r是引線電阻。測(cè)量時(shí)調(diào)節(jié)橋臂 電阻使Io0使電橋達(dá)到平衡。 使R1/R2=R3/R4可簡(jiǎn)化上式（ 含義不同），測(cè)量 范圍110E-5歐。 則引線電阻等可消除！使，, 4 3 2 1 R R R R 第二章電參量測(cè)量技術(shù) 阻抗的測(cè)量 (2)數(shù)字微歐計(jì)數(shù)字微歐計(jì) 用直流雙電橋測(cè)量

52、小電阻有操作不便，費(fèi)時(shí)的缺點(diǎn)，且測(cè)量精用直流雙電橋測(cè)量小電阻有操作不便，費(fèi)時(shí)的缺點(diǎn)，且測(cè)量精 度除與儀器有關(guān)外還與操作人員的熟練程度有關(guān)。數(shù)字微歐計(jì)，度除與儀器有關(guān)外還與操作人員的熟練程度有關(guān)。數(shù)字微歐計(jì)， 是一種測(cè)量低值電阻的數(shù)字式儀表。是一種測(cè)量低值電阻的數(shù)字式儀表。 數(shù)字微歐計(jì)，是一種測(cè)量低值電阻的數(shù)字式儀表。它的基本原數(shù)字微歐計(jì)，是一種測(cè)量低值電阻的數(shù)字式儀表。它的基本原 理是：利用直流恒流源在被測(cè)電阻上產(chǎn)生直流電壓降，然后通過(guò)電理是：利用直流恒流源在被測(cè)電阻上產(chǎn)生直流電壓降，然后通過(guò)電 壓放大和壓放大和A/D轉(zhuǎn)換器變?yōu)閿?shù)字顯示的電阻值。數(shù)字微歐計(jì)具有操作轉(zhuǎn)換器變?yōu)閿?shù)字顯示的電阻值。數(shù)

53、字微歐計(jì)具有操作 簡(jiǎn)單，省時(shí)，數(shù)顯，對(duì)操作人員要求不高等優(yōu)點(diǎn)。簡(jiǎn)單，省時(shí)，數(shù)顯，對(duì)操作人員要求不高等優(yōu)點(diǎn)。 (3)脈沖電流測(cè)量法脈沖電流測(cè)量法 由控制電路控制由控制電路控制“大的大的”脈沖電流源的數(shù)值和啟、停時(shí)間，脈沖電流源的數(shù)值和啟、停時(shí)間， 放大器在電流源開(kāi)啟時(shí)間內(nèi)工作，使小電阻兩端的壓降加大，計(jì)算放大器在電流源開(kāi)啟時(shí)間內(nèi)工作，使小電阻兩端的壓降加大，計(jì)算 機(jī)通過(guò)機(jī)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換接口讀入壓降值并計(jì)算出小電阻值。脈沖電流法可轉(zhuǎn)換接口讀入壓降值并計(jì)算出小電阻值。脈沖電流法可 以提高測(cè)量小電阻的精度、分辨力和測(cè)量速度。以提高測(cè)量小電阻的精度、分辨力和測(cè)量速度。 第二章電參量測(cè)量技術(shù) 3. 直流大

54、電阻的測(cè)量直流大電阻的測(cè)量 沖擊電流計(jì)法沖擊電流計(jì)法 沖擊電流計(jì)法測(cè)量原理如圖所示。沖擊電流計(jì)法測(cè)量原理如圖所示。 通過(guò)控制開(kāi)關(guān)通過(guò)控制開(kāi)關(guān)S至至1，時(shí)間，時(shí)間t，電荷，電荷 指數(shù)部較小，僅考慮級(jí)數(shù)前指數(shù)部較小，僅考慮級(jí)數(shù)前2項(xiàng)得項(xiàng)得 則，則， 式中，式中， 為沖擊電流計(jì)的沖擊常數(shù)，為沖擊電流計(jì)的沖擊常數(shù)， 為電流計(jì)的最大偏轉(zhuǎn)角，為電流計(jì)的最大偏轉(zhuǎn)角， 為電源電壓。為電源電壓。 *先切到先切到1充電，經(jīng)過(guò)時(shí)間充電，經(jīng)過(guò)時(shí)間t，開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)s由切到由切到2，沖擊電流計(jì)測(cè)出，沖擊電流計(jì)測(cè)出Qc， 即得到電阻測(cè)量即得到電阻測(cè)量 阻抗的測(cè)量 ,2 SS xCQmx CQm UtUt RSQCR QC 開(kāi)關(guān) 至 ，有，有 Q C m S U Uc=(1) x t R C Cs QCCUe s C x U t Q R 第二章電參量測(cè)量技術(shù) 阻抗的測(cè)量 4.交流阻抗及交流阻抗及L、C的測(cè)量的測(cè)量 在交流條件下，在交流條件下，R、L、C元件必須考慮損耗、引線電阻、元件必須考慮損耗、引線電阻、 分布電感和分布電容的影響，分布電感和分布電容的影響，R、L、C元件的實(shí)際阻抗隨環(huán)境元件的實(shí)際阻抗隨環(huán)境 以及工作頻率的變化而變化。測(cè)量交流阻抗和以及工作頻率的變化而變化。測(cè)量交流阻抗和L、C參數(shù)的方參數(shù)的方 法可用傳統(tǒng)的交流電橋，也可以用變