電參數(shù)的測量

第2章電參數(shù)測量2.1電壓的測量

電量測量中的很多電參數(shù)，包括電流、功率、設(shè)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。

電壓的測量分為模擬和數(shù)字兩種方法。模擬電壓表的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜，測量頻率范圍較寬；缺點是準(zhǔn)確度、分辨力低，不便于與計算機組成自動測試系統(tǒng)。數(shù)字式電壓表則正好相反。直流電壓的測量⑴普通直流電壓表

普通直流電壓通常由動圈式高靈敏度直流電流表串聯(lián)適當(dāng)?shù)碾娮铇?gòu)成，如圖2-6所示。設(shè)電流表的滿偏電流(或滿度電流)為Im，電流表本身內(nèi)阻為Re，串聯(lián)電阻Rn所構(gòu)成的電壓表的滿度電壓為 （2-27）所構(gòu)成的電壓表的內(nèi)阻為:

（2-28）圖2-6

普通直流電壓表電路

如圖中電流表串接3個電阻后，除最小電壓量程Uo=Im·Re外，又增加了U1、U2、U3三個量程，根據(jù)所需擴展的量程，可估算出3個擴展電阻的阻值:通常把內(nèi)阻Rv與量程Um之比(每伏歐姆Ω/V數(shù))定義為電壓表的電壓靈敏度。

（2-29）“Ω/V’數(shù)越大，表明為使指針偏轉(zhuǎn)同樣角度所需驅(qū)動電流越小?！唉?V”數(shù)一般標(biāo)明在磁電式電壓表表盤上，可依據(jù)它推算出不同量程時的電壓表內(nèi)阻，即

（2-30）動圈式直流電壓表的結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，缺點是靈敏度不高和輸入電阻低。工程測量中為了滿足測量準(zhǔn)確度的要求，常采用輸入電阻和電壓靈敏度高的模擬式直流電子電壓表進行測量。⑵直流電子電壓表⑶直流數(shù)字電壓表圖2-7

直流數(shù)字電壓表框圖2.交流電壓的測量⑴交流電壓的表征：交流電壓可以用峰值、平均值、有效值、波形系數(shù)以及波峰系數(shù)來表征。①峰值 周期性交流電壓U(t)在一個周期內(nèi)偏離零電平的最大值稱為峰值，用Up表示，正、負(fù)峰值不等時分別用Up+和Up-表示，如圖2-8(a)所示。

U(t)在一個周期內(nèi)偏離直流分量U0的最大值稱為幅值或振幅，用Um表示，正、負(fù)幅值不等時分別用Um+和Um-表示，如2-8(b)所示。圖中U0=0，且正、負(fù)幅值相等。圖2-8

交流電壓的峰值和幅值②平均值

u(t)的平均值的數(shù)學(xué)定義為:

（2-31）實質(zhì)上就是被測電壓的直流分量U0，如圖2-8(a)中虛線所示。在電子測量中，平均值通常指交流電壓檢波(也稱整流)以后的平均值，又可分為半波整流平均值和全波整流平均值。全波平均值定義為:

（2-32）

如不另加說明，平均值通常指全波平均值。③有效值

一個交流電壓和一個直流電壓分別加在同一電阻上，若它們產(chǎn)生的熱量相等，則交流電壓有效值U(或Urms)等于該直流電壓，可表示為:

即

（2-33）④波形因數(shù)、波峰因數(shù)交流電壓的波形因數(shù)KF定義為該電壓的有效值與平均值之比:

（2-34）交流電壓的波峰因數(shù)Kp定義為該電壓的峰值與有效值之比:

（2-35）不同電壓波形，其KF、Kp值不同，下表列出了幾種常見電壓的有關(guān)參數(shù)。名稱波形圖波形系數(shù)波峰系數(shù)有效值平均值正弦波

1.111.414半波整流

1.572全波整流

1.111.414三角波

1.151.73方波

11鋸齒波

1.151.73脈沖波

白噪聲

1.253注意點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定度。如果被測電壓是正弦波，那么由表2-1很容易從電壓表讀數(shù)即有效值得知它的峰值和平均值。如果被測電壓是非正弦波，那就須根據(jù)電壓表讀數(shù)和電壓表所采用的檢波方法，進行必要的波形換算，才能得到有關(guān)參數(shù)。⑵交流電壓的測量方法 按AC/DC轉(zhuǎn)換器的類型分為：1.檢波法2.熱電轉(zhuǎn)換法。

按檢波特性的不同，檢波法又可分成1.平均值檢波2.峰值檢波3.有效值檢波等。按照AC/DC變換的先后不同，模擬式交流電壓表大致可分成下列三種類型。①檢波-放大式

②放大-檢波式③外差式電壓表

⑶低頻交流電壓(1MHz以下)的測量

這類電壓表一般采用放大-檢波式，

檢波器類型分為：1.平均值2.有效值檢波器，

分別構(gòu)成兩種測量表：1.均值電壓表2.有效值電壓表。⑷高頻交流電壓的測量

高頻交流電壓的測量不采用放大-檢波式(以避免高頻測量受放大器通頻帶的限制)而采用檢波-放大式或外差式電壓表來測量。

采用峰值檢波器的電壓表稱峰值電壓表。峰值電壓表也是按正弦電壓的有效值定度的。被測正弦電壓的峰值（2-38）如果被測電壓為非正弦電壓，峰值電壓表讀數(shù)也為Ua，那就意味著該被測非正弦電壓的峰值也為 : 據(jù)(2-35)式，該被測非正弦電壓的有效值Uxrms等于其峰值Up除以其峰值系數(shù)Kp，因此非正弦電壓的波形換算公式為：（2-39）3.高電壓測量技術(shù)

在有些電子設(shè)備測試中，有高達(dá)萬伏的電壓；在電力系統(tǒng)中則常遇到需測量數(shù)十萬伏甚至更高電壓的問題。在電力系統(tǒng)中，廣泛應(yīng)用電壓互感器配上低壓電壓表來測量高電壓，在試驗室條件下則用高壓靜電電壓表、峰值電壓表、球隙測壓器、高壓分壓器等儀器來測量高電壓。圖2-11

靜電電壓表極板結(jié)構(gòu)示意圖、實物圖

⑴高壓靜電電壓表

⑵峰值電壓表

圖2-12

峰值電壓表接線原理、實物圖⑶球隙測壓器

圖2-13

球隙測壓器接入示意圖及實物圖⑷高壓分壓器

當(dāng)被測電壓很高時，采用高壓分壓器來分出一小部分電壓，然后利用靜電電壓表、峰值電壓表、高壓脈沖示波器等測量儀器進行測量，是最合理的解決方案。對分壓器最重要的技術(shù)要求有二：①分壓比的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性(幅值誤差要小)；②分出的電壓與被測高電壓波形的相似性(波形畸變要小)。

真有效值測量AD536是單片集成的有效值變換器，具有精度高，可靠性好，轉(zhuǎn)換頻率范圍寬的特點，而且具有分貝輸出功能.2.2電流的測量

電流表直接測量法

電流-電壓轉(zhuǎn)換法電流-磁場轉(zhuǎn)換法電流互感器法

2.

電流-電壓轉(zhuǎn)化一、取樣電阻法適合測量較大電流，取樣電阻不宜太大。二、反饋電阻法適合測量小電流三、電流互感器法（工頻交流）2.電流電壓變換電路1.電流互感器鉗形表（鉗形互感式電流表）2.3功率的測量2.3.1直流功率測量 由電工學(xué)可知，功率即為單位時間內(nèi)所做的功。具體表達(dá)式為

式中，Q—電荷，單位為C(庫侖)；U—電壓，單位為V(伏特)；I—電流，單位為A(安培)。

在電阻電路中，還可導(dǎo)出：2.3.2交流功率測