第五章电压测量

1、电子测量原理电子测量原理第1页第第5 5章章 电压测量电压测量5.1 概述5.2 电压标准5.3 交流电压的测量5.4 直流电压的数字化测量及A/D转换原理5.5 电流、电压、阻抗变换技术及数字多用表5.6 数字电压表测量的不确定度及 自动校准、自动量程技术5.7 电压测量的干扰及抑制技术电子测量原理电子测量原理第2页电子测量原理电子测量原理第3页电子测量原理电子测量原理第4页电子测量原理电子测量原理第5页电子测量原理电子测量原理第6页电子测量原理电子测量原理第7页电子测量原理电子测量原理第8页电子测量原理电子测量原理第9页211()NkVukN电子测量原理电子测量原理第10页电子测量原理电子

2、测量原理第11页电子测量原理电子测量原理第12页23204639.94(20)0.929(20)0.0092(20)0.00006(20) 10( )tEEttttV电子测量原理电子测量原理第13页电子测量原理电子测量原理第14页+-V1V2V3V4R1R2R3R4R5R6(R1=R2=R3=R4)1234V +V +V +VV=4561oRVVR电子测量原理电子测量原理第15页312412340VVVVVVVVRRRR12344VVVVVV561oRVVR电子测量原理电子测量原理第16页电子测量原理电子测量原理第17页电子测量原理电子测量原理第18页2JefVK VhnJfVnK电子测量原理

3、电子测量原理第19页电子测量原理电子测量原理第20页电子测量原理电子测量原理第21页电子测量原理电子测量原理第22页高高频频电电压压V0V1RFDCDCRFR RGR RR RR RT TR RT TC CC CVRF电子测量原理电子测量原理第23页电子测量原理电子测量原理第24页2201222222RFTTTVVVRRR22014RFVVV电子测量原理电子测量原理第25页1RC电子测量原理电子测量原理第26页t tu(t)Vp0UmTU电子测量原理电子测量原理第27页01( )TUu t dtT01( )TUu t dtT20.637ppUVV电子测量原理电子测量原理第28页2VTR20(

4、)Tu tdtR201( )TVu t dtT电子测量原理电子测量原理第29页10.7072ppVVVppVKV峰值有效值电子测量原理电子测量原理第30页21.41/2pppVKVFVKV有效值平均值(1/2)1.112/2 2pFpVKV（）电子测量原理电子测量原理第31页TT电子测量原理电子测量原理第32页电子测量原理电子测量原理第33页DVpCRLu(t)CDRLu(t)VpabVPu(t)tc电子测量原理电子测量原理第34页minmax(),sdLRr CTR CT电子测量原理电子测量原理第35页I0u(t)D1D2D3D4CCu(t)D1D2I0电子测量原理电子测量原理第36页01(

5、 )( )22Todmdmu tu tIdtTrrrroI( )u t电子测量原理电子测量原理第37页201( )TVu t dtT电子测量原理电子测量原理第38页2( )ut0TAu(t)Vrms电子测量原理电子测量原理第39页冷冷端端T T0 0热热端端T T电子测量原理电子测量原理第40页电子测量原理电子测量原理第41页2IVR Ru u( (t t) )冷冷端端T T0 0加加热热丝丝热热端端T T热热偶偶M Mu uA A连连接接导导线线I I电子测量原理电子测量原理第42页R Ru u( (t t) )冷冷端端T T0 0加加热热丝丝热热端端T T测测量量热热偶偶电电流流表表平平衡

6、衡热热偶偶+ +- -V Vo oE Ex xE Ef fV Vi i热热端端T T连连接接导导线线差差分分放放大大器器电子测量原理电子测量原理第43页电子测量原理电子测量原理第44页2212(.)kVkVV电子测量原理电子测量原理第45页峰峰值值检检波波表表头头( (读读数数= =) )Vpu(t)电子测量原理电子测量原理第46页V22pVV2ppVV任意pV任意2pppVVKK任意任意任意任意电子测量原理电子测量原理第47页2,pppppppppVVK VKVkkKKKKK任意任意任意任意任意任意任意电子测量原理电子测量原理第48页21.4121.41ppKKp（任意波）峰值V（任意波）有

7、效值V221222ppppKKKK电子测量原理电子测量原理第49页V平平均均值值检检波波表表头头( (读读数数= =) )u(t)电子测量原理电子测量原理第50页V0.91.112 2FVVVKV0.9VV任意V任意0.9FFVKVK任意任意任意任意V电子测量原理电子测量原理第51页,FFFFVVKVKVKkK任意任意任意任意任意0.91.11FFFFKKkKK任意任意任意电子测量原理电子测量原理第52页0.90.9FK（任意波）均值V（任意波）有效值V0.910.91.1110.90.9FFFFFKKKKK电子测量原理电子测量原理第53页1 1.4100%29%1.4 电子测量原理电子测量原

8、理第54页FVKV方波VVVVFK方波1 0.9100%11%0.9电子测量原理电子测量原理第55页411( )(sinsin3sin5.)35pu tVtttVP0T=1uStu(t)电子测量原理电子测量原理第56页224111.352ppVVV1pPVKV方波22224111110.9735792ppVV电子测量原理电子测量原理第57页100%3%VV 电子测量原理电子测量原理第58页电子测量原理电子测量原理第59页峰峰值值检检波波器器步步进进分分压压器器直直流流放放大大器器uA步步进进分分压压器器斩斩波波稳稳零零式式放放大大器器uA(a)峰峰值值检检波波器器( (探探头头内内) )(b)

9、电子测量原理电子测量原理第60页电子测量原理电子测量原理第61页电子测量原理电子测量原理第62页步步进进分分压压器器宽宽带带交交流流放放大大器器均均值值检检波波器器uA电子测量原理电子测量原理第63页1210lgPdBP2111VPR2222VPR1220lgVdBV电子测量原理电子测量原理第64页10lgwmxP dBP mW电子测量原理电子测量原理第65页20.7751600mW 20lg0.775xVVV VP dBxxmP mWP dB xxVV VV dB电子测量原理电子测量原理第66页输输入入衰衰减减器器宽宽带带交交流流放放大大器器均均值值检检波波器器uAd dB B“输输入入电电

10、平平”选选择择标标准准电电平平震震荡荡器器“输输入入阻阻抗抗”选选择择“电电平平校校准准”dB电子测量原理电子测量原理第67页103.162120lg1010dB 电子测量原理电子测量原理第68页电子测量原理电子测量原理第69页20 lg700.775xVdB 0.77520 lg70|ooVVxVdBV电子测量原理电子测量原理第70页0 10lgWmViZP dBP dBZ电子测量原理电子测量原理第71页电子测量原理电子测量原理第72页输输入入电电路路中中频频放放大大器器均均值值检检波波器器dB混混频频器器2 2fZ2(固固定定)f2(固固定定)带带通通滤滤波波器器窄窄带带滤滤波波器器混混频

11、频器器1 1f1(可可调调)fZ1(固固定定)fx(第第一一本本振振)(第第二二本本振振)电子测量原理电子测量原理第73页电子测量原理电子测量原理第74页电子测量原理电子测量原理第75页电子测量原理电子测量原理第76页010lgiZZ电子测量原理电子测量原理第77页输输入入电电路路A A/ /D D转转换换器器数数字字显显示示器器逻逻辑辑控控制制电电路路时时钟钟发发生生器器模模拟拟部部分分数数字字部部分分Vx电子测量原理电子测量原理第78页电子测量原理电子测量原理第79页电子测量原理电子测量原理第80页142电子测量原理电子测量原理第81页电子测量原理电子测量原理第82页0.1mV100%0.

12、05%200mV1100%0.05%2000电子测量原理电子测量原理第83页( %)xmVVV ( %)mxxVVVV %xV%mV电子测量原理电子测量原理第84页%mV( %)xVVn 字V%mV%(0.01%0.005%)mxVV 电子测量原理电子测量原理第85页电子测量原理电子测量原理第86页电子测量原理电子测量原理第87页111112481625V+2.5V+1.25V+0.625V+=10VrrrrrrnVVVVVV52.51.250.6259.375rVVVVVV电子测量原理电子测量原理第88页电子测量原理电子测量原理第89页10.6252电子测量原理电子测量原理第90页逐逐次次逼

13、逼近近移移位位寄寄存存器器( (S SA AR R) )D/A转转换换器器Vx+-比比较较器器C CL LK KSTARTA/D转转换换结结果果2-12-nMSBLSBVrN N电子测量原理电子测量原理第91页2xrnNVV电子测量原理电子测量原理第92页241101)108.1252xVVV（电子测量原理电子测量原理第93页斜斜波波电电压压发发生生器器QQSETCLRSR&000时时钟钟计计数数器器主主门门VrVx+-+-门门控控信信号号输输入入比比较较器器接接地地比比较较器器a计计数数输输入入电子测量原理电子测量原理第94页0VxVx、V Vr r门门控控信信号号计计数数输输入入N

14、V Vr rt1bT0T电子测量原理电子测量原理第95页0 xVkTkT NrVkRC电子测量原理电子测量原理第96页rVkRC0 xVkTkT N0rxVVT NRC0rVTRCxVN电子测量原理电子测量原理第97页电子测量原理电子测量原理第98页010000100 Hz100fkms00512351.23ms100kHzNTNTf10V/100ms 51.23ms=5.123VxVkT电子测量原理电子测量原理第99页电子测量原理电子测量原理第100页主主门门计计数数器器逻逻辑辑控控制制电电路路数数字字输输出出时时钟钟S1S2CRVx-VrVr积积分分器器比比较较器器-+-+S S1 1 S

15、 S2 2Vot0t1复复零零t2t3VoVomT1T2N1N2t积积分分波波形形计计数数器器输输入入a.b.清清零零T0f0T011T0电子测量原理电子测量原理第101页2111tomxxtTVV dtVRCRC 10TxxVV dt1TRC电子测量原理电子测量原理第102页32210()tomromrtTVV dtVVRCRC21xrTVVT221xrNVVeNN121xxrNNVVVe1rVeN电子测量原理电子测量原理第103页电子测量原理电子测量原理第104页21111()tsmomxsmxtTTVVvdtVvRCRCRC 电子测量原理电子测量原理第105页电子测量原理电子测量原理第1

16、06页主主门门高高位位计计数数器器A A逻逻辑辑控控制制电电路路数数字字输输出出时时钟钟S1S2CRVx-Vr积积分分器器比比较较器器-+-+S S1 1S S2 2Vot0t1复复零零t2t31VoVomT1T2N1N2t积积分分波波形形计计数数器器输输入入a.b.清清零零低低位位计计数数器器B B主主门门清清零零-+ABR1R2R3t32T3N3VtVr/10nVtN N2 2N3f0T0T0T0电子测量原理电子测量原理第107页电子测量原理电子测量原理第108页231110nxrTTTVVRCRC11 022033 0,TN TTN T TN T2311()10rxnVVNNeNN1rV

17、eN23110nNNN电子测量原理电子测量原理第109页电子测量原理电子测量原理第110页Ix9009090.90.1(200mV)200A A(200mV)2mA A(200mV)20mA A(200mV)200mA A(200mV)2A A电子测量原理电子测量原理第111页恒恒流流源源( (可可调调) )A A/ /D DR Rx xIr-+A Am mp p恒恒流流源源( (可可调调) )A A/ /D D-+A Am mp pIrVrR1Rx精精密密电电阻阻VoVr取取样样电电阻阻电子测量原理电子测量原理第112页1xorRVVR 1oxrVRRV 电子测量原理电子测量原理第113页A

18、 AC C/ /D DC CI I/ /V VZ Z/ /V VD DV VM MC CP PU UD DC CA AC CI IZ Z电子测量原理电子测量原理第114页电子测量原理电子测量原理第115页12,xlxlRRRR34,linlinRRRRR Rx xIrIrVxDMMRl1Rl2R Rx xIrIrVxDMMRl1Rl2Rl3Rl4电子测量原理电子测量原理第116页电子测量原理电子测量原理第117页( %)xmVVV ( %)xVVn 字%xV%mV电子测量原理电子测量原理第118页1234()xxNk k k k VkV1234kk k k k电子测量原理电子测量原理第119页

19、1234kk k k k31241234%kkkkkkkkkk电子测量原理电子测量原理第120页12341121231234ooooVVVVVkk kk k kk k k k%mVV电子测量原理电子测量原理第121页VxN0理理想想特特性性转转换换误误差差影影响响下下的的特特性性满满度度误误差差影影响响下下的的特特性性（平平行行于于理理想想特特性性）读读数数误误差差和和满满度度误误差差共共同同影影响响下下的的实实际际转转换换特特性性V 电子测量原理电子测量原理第122页HLI0DVMRsVxRi电子测量原理电子测量原理第123页iixxxHLxsissRxxxsiiRVVVVVRRRRVVVR

20、RR 000()xHLxsxxsIxxxxVVVI RVVI RVVVV( %)/xmVV电子测量原理电子测量原理第124页0.015100%100%0.3%5.00 xxxVV 电子测量原理电子测量原理第125页0.025100%100%0.17%15.00 xxxVV 电子测量原理电子测量原理第126页001iRIsixIRRV 936611 102 103 101000 102 935611 102 101.2 101000 100.2 电子测量原理电子测量原理第127页电子测量原理电子测量原理第128页UosIB-+RC积积分分器器ViVoUosVot实实际际积积分分器器输输出出理理想

21、想积积分分器器输输出出电子测量原理电子测量原理第129页12LSB电子测量原理电子测量原理第130页Uos+-AViVo=A(Vi+Uos)Uos+-AViVo=AVi+Uos+-+-K1K2K3+-C0A1+AosU电子测量原理电子测量原理第131页1oososAVUUA11oiososiosiosAAVA VUUAVUAVUAA电子测量原理电子测量原理第132页电子测量原理电子测量原理第133页0osNkU000A/D转转换换器器VxVr0VNxNrN0衰衰减减/ /放放大大器器转转换换系系数数k k总总漂漂移移U Uo os sS1S2S3电子测量原理电子测量原理第134页()rrosN

22、k VU()xxosNk VU00()()xxososxrrososrNNk VUkUVNNk VUkUV00 xxrrNNVVNN电子测量原理电子测量原理第135页( %)xmVVV %mxxVVVV VxVm0%mxVV %电子测量原理电子测量原理第136页0199.9mV180mV1.999V1.8V19.99V18V199.9V180V1200V电子测量原理电子测量原理第137页干干扰扰信信号号un被被测测电电压压VxHLDVM被被测测电电压压VxHLDVM干干扰扰信信号号ucm电子测量原理电子测量原理第138页电子测量原理电子测量原理第139页HLDVMHLDVMunun外外部部感感

23、应应信信号号Vx存存在在干干扰扰的的信信号号源源+Eucm电子测量原理电子测量原理第140页电子测量原理电子测量原理第141页sin()nnnuUt1101()TomxnxnTVVu dtVuRCRC101111111111sin()cos()cos22sinsin222sinsin()TnmnnnnnnnnnnnnnnuUtdtTUTTUTTTU TTTTTTT 由电子测量原理电子测量原理第142页nu1sinnTT1(0,1,2,)nTkTk1sinnTT1(0,1,2,)nTnnTnunu1max1sinnnnnU TTuTT电子测量原理电子测量原理第143页max()20lgnnUNMR dBu11()20lgsinnnTTNMR dBTT电子测量原理电子测量原理第144页5 50 06 60 01 10 00 02 20 00 05 50 00 00 02 20 04 40 0N NM MR R( (d dB B) )f fn n= =1 1/ /T Tn n( (H Hz z) )T T1