第6章電壓測量

第6章電壓測量本章主要內容電壓測量的特點、方法與分類交流電壓的表征量電壓表的分類模擬式電壓表組成原理數字式電壓表的組成及性能指標第6章電壓測量1、電壓測量的特點從直流到上千MHz范圍（1）頻率范圍廣從nV級微弱信號到數百kV的高電壓（2）量程寬電壓測量儀表的輸入阻抗是被測電路的附加并聯負載，為減小電壓測量儀表對測量結果的影響，要求電壓表的輸入阻抗很高（3）輸入阻抗高（4）被測波形多種多樣（5）抗干擾能力強,測量精度不高2、電壓測量方法的分類直流電壓測量和交流電壓測量（1）按照頻率范圍分類脈沖電壓測量、有效值電壓測量等（2）按照被測信號特點分類模擬式電壓測量和數字式電壓測量（3）按照測量原理分類第6章電壓測量3、交流電壓表征量

電量測量中的很多電參數，包括電流、功率、設備的靈敏度等都可以視作電壓的派生量，通過電壓測量獲得其量值。交流電壓的表征量包括平均值、峰值、有效值以及波峰因數KP、波形因數KF。第6章電壓測量3、交流電壓表征量——峰值

u(t)t0a）

UP-P

tu(t)0b）UP-PUm定義：周期性交流電壓在一個周期內偏離零電壓的最大值稱為峰值，記為UP分類：正峰值UP+、負峰值UP–。振幅Um定義：交流電壓在一個周期內偏離直流分量U0的最大值稱為幅值或振幅。說明：表征量還有谷值和峰峰值UP–P。注意：關于坐標軸對稱的純交流電壓，數值上存在UP+=UP-第6章電壓測量u(t)在一個周期內偏離直流分量U0的最大值稱為幅值或振幅，用Um表示，正、負幅值不等時分別用Um+和Um-表示，如圖(b)所示，圖中U0=0，且正、負幅值相等。圖

交流電壓的峰值與幅值3、交流電壓表征量——有效值交流電壓的大小通常是指它的有效值U，有效值又稱為均方根值，是根據它的物理定義來確定的。數學計算式為：第6章電壓測量在電工理論中曾定義：某一交流電壓的有效值等于這樣一個直流電壓的數值U，即當該交流電壓和數值為U的直流電壓分別施加于同一個電阻上時，在一個周期內兩者消耗的電能相等，3、交流電壓表征量——平均值平均值通常指交流電壓檢波(也稱整流)以后的平均值物理意義：波形中的直流成分。分類：半波平均值和全波平均值。計算式0≤t＜T對于純交流電壓，存在關系：

tu(t)0b）第6章電壓測量圖

半波和全波整流3、交流電壓表征量練習1：下圖三個電壓量，應該分別標注為什么量？??？UpUm第6章電壓測量3、交流電壓表征量波形因數KF交流電壓的波形因數KF定義為交流電壓的有效值U與平均值之比，即波峰因數KP交流電壓的波峰因數KP定義為交流電壓的峰值UP與有效值U之比，即不同波形的波形因數和波峰因數具有不同的定值。交流電壓的有效值、平均值和峰值間有一定的關系，可分別用波形因數(或稱波形系數)及波峰因數(或稱波峰系數)表示3、交流電壓表征量常見波形的波峰因數和波形因數可查表6-1得到（P204） 如:正弦波：Kp=1.41

KF=1.11

方波：Kp=1

KF=1 三角波：Kp=1.73

KF=1.15

鋸齒波：Kp=1.73KF=1.15 白噪聲：Kp=3（較大）KF=1.25第6章電壓測量3、交流電壓表征量常見波形的波峰因數和波形因數可查表6-1得到（P204） 如:正弦波：Kp=1.41

KF=1.11

方波：Kp=1

KF=1 三角波：Kp=1.73

KF=1.15

鋸齒波：Kp=1.73KF=1.15 白噪聲：Kp=3（較大）KF=1.25提示國際上一直以有效值作為交流電壓的表征量。例如電壓表，除特殊情況外，幾乎都按正弦波的有效值來刻度的。如果被測電壓是有效值，可以由表6-1很容易地推導出該電壓的峰值和平均值。第6章電壓測量4、電子電壓表的分類第6章電壓測量主方向可分模擬式和數字式，其下又有細分。1）模擬式電壓表定義：用磁電式直流電流表作為指示器。檢波器分類：均值、峰值和有效值檢波器交流電壓表分類：均值、峰值和有效值電壓表均值電壓表：平均值相等則示值也相等峰值電壓表：示值相等則峰值也相等練習題1、如果已知三角波、方波、正弦波的峰值都是20V，則他們的有效值是多少？練習題2、如果已知三角波、方波、正弦波的峰值都是20V，則他們的平均值是多少？P231第3、4題例6-2：P209用峰值電壓表分別測量正弦波、方波和三角波電壓，示值均為20V。求被測三種電壓的有效值。解：被測電壓為正弦波時，U正弦波=Ua=20V。峰值電壓表：示值相等則峰值也相等

被測電壓為方波時，U方波=UP方波=28.2V被測電壓為三角波時，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=28.2V4、電子電壓表的分類第6章電壓測量主方向可分模擬式和數字式，其下又有細分。2）數字式電壓表（DVM）定義：利用A/D轉換技術將被測模擬電壓量轉換為數 字量，并將測量結果以十進制形式顯示出來。分類1：直流、交流。分類2：積分式、比較式和復合式。應用較多的是雙積分式DVM，其次是逐次比較式DVM。組成：模擬電路、數字邏輯電路、顯示電路特點：測量準確度高、分辨力強、測速快、輸入阻抗高、過載 能力強、抗干擾能力強。4、電子電壓表的分類第6章電壓測量主方向可分模擬式和數字式，其下又有細分。2）數字式電壓表（DVM）組成：模擬電路、數字邏輯電路、顯示電路4、電子電壓表的分類第6章電壓測量主方向可分模擬式和數字式，其下又有細分。2）數字式電壓表（DVM）性能指標：量程、顯示位數、超量程能力、分辨力、測量 誤差、輸入電阻和輸入零電流、測量速度及抗干擾能力顯示位數表征數字電壓表性能的最基本參數。表示方法：用1位整數加分數的形式。整數位：能完整顯示0~9這10個數字的位數； 半位：不能完整顯示0~9這10個數字的位數

最大顯示數字為9999的數字式電壓表，稱為4位數字式電壓表4、電子電壓表的分類第6章電壓測量主方向可分模擬式和數字式，其下又有細分。2）數字式電壓表（DVM）性能指標：量程、顯示位數、超量程能力、分辨力、測量 誤差、輸入電阻和輸入零電流、測量速度及抗干擾能力顯示位數表征數字電壓表性能的最基本參數。整數位：能完整顯示0~9這10個數字的位數； 半位：不能完整顯示0~9這10個數字的位數

分數位的數值：以最大計數個數為分母，以能顯示的最 大數字為分子。例如最大顯示數字為3999的數字式電壓表，稱為位數字式電壓表，也稱為三位半數字式電壓表4、電子電壓表的分類第6章電壓測量主方向可分模擬式和數字式，其下又有細分。2）數字式電壓表（DVM）性能指標：量程、顯示位數、超量程能力、分辨力、測量 誤差、輸入電阻和輸入零電流、測量速度及抗干擾能力顯示位數分數位的數值：以最大計數個數為分母，以能顯示的最 大數字為分子。練習2：最大顯示數字是19、999、39.999、11.999的數字式電壓表分別是幾位表呢？統稱為4位半數字式電壓表4、電子電壓表的分類第6章電壓測量主方向可分模擬式和數字式，其下又有細分。2）數字式電壓表（DVM）性能指標：量程、顯示位數、超量程能力、分辨力、測量 誤差、輸入電阻和輸入零電流、測量速度及抗干擾能力分辨力反映數字式電壓表能夠顯示的被測電壓的最小變化值。計算公式：分辨力=量程÷（最大顯示數字+1）分辨率不同于分辨力，前者與量程無關，常用百分數表示。4、電子電壓表的分類第6章電壓測量主方向可分模擬式和數字式，其下又有細分。2）數字式電壓表（DVM）性能指標：量程、顯示位數、超量程能力、分辨力、測量 誤差、輸入電阻和輸入零電流、測量速度及抗干擾能力測量誤差也稱為固有誤差表示方法：ΔU=±(α%Ux+β%Um) 或者 ΔU=±α%Ux±n個字±α%Ux：讀數誤差；±α％：稱為相對項系數；±β%Um=±n字：滿度誤差；±β％：固定項系數讀數誤差：儀器各電路單元引起的誤差，按隨機誤差處理。滿度誤差：不隨被測電壓變化的固定成分；屬于系統誤差。4、電子電壓表的分類第6章電壓測量主方向可分模擬式和數字式，其下又有細分。2）數字式電壓表（DVM）性能指標：量程、顯示位數、超量程能力、分辨力、測量 誤差、輸入電阻和輸入零電流、測量速度及抗干擾能力測量誤差練習3已知ΔU=±（0.1Ux+0.01Um) 則其中的讀數誤差為

， α=

，β=

。

小結電壓測量具有頻率范圍寬、輸入阻抗高、被測波形多樣、抗干擾能力強等特點。根據測量頻率范圍分為直流電壓測量