第6章电压测量

第6章电压测量本章主要内容电压测量的特点、方法与分类交流电压的表征量电压表的分类模拟式电压表组成原理数字式电压表的组成及性能指标第6章电压测量1、电压测量的特点从直流到上千MHz范围（1）频率范围广从nV级微弱信号到数百kV的高电压（2）量程宽电压测量仪表的输入阻抗是被测电路的附加并联负载，为减小电压测量仪表对测量结果的影响，要求电压表的输入阻抗很高（3）输入阻抗高（4）被测波形多种多样（5）抗干扰能力强,测量精度不高2、电压测量方法的分类直流电压测量和交流电压测量（1）按照频率范围分类脉冲电压测量、有效值电压测量等（2）按照被测信号特点分类模拟式电压测量和数字式电压测量（3）按照测量原理分类第6章电压测量3、交流电压表征量

电量测量中的很多电参数，包括电流、功率、设备的灵敏度等都可以视作电压的派生量，通过电压测量获得其量值。交流电压的表征量包括平均值、峰值、有效值以及波峰因数KP、波形因数KF。第6章电压测量3、交流电压表征量——峰值

u(t)t0a）

UP-P

tu(t)0b）UP-PUm定义：周期性交流电压在一个周期内偏离零电压的最大值称为峰值，记为UP分类：正峰值UP+、负峰值UP–。振幅Um定义：交流电压在一个周期内偏离直流分量U0的最大值称为幅值或振幅。说明：表征量还有谷值和峰峰值UP–P。注意：关于坐标轴对称的纯交流电压，数值上存在UP+=UP-第6章电压测量u(t)在一个周期内偏离直流分量U0的最大值称为幅值或振幅，用Um表示，正、负幅值不等时分别用Um+和Um-表示，如图(b)所示，图中U0=0，且正、负幅值相等。图

交流电压的峰值与幅值3、交流电压表征量——有效值交流电压的大小通常是指它的有效值U，有效值又称为均方根值，是根据它的物理定义来确定的。数学计算式为：第6章电压测量在电工理论中曾定义：某一交流电压的有效值等于这样一个直流电压的数值U，即当该交流电压和数值为U的直流电压分别施加于同一个电阻上时，在一个周期内两者消耗的电能相等，3、交流电压表征量——平均值平均值通常指交流电压检波(也称整流)以后的平均值物理意义：波形中的直流成分。分类：半波平均值和全波平均值。计算式0≤t＜T对于纯交流电压，存在关系：

tu(t)0b）第6章电压测量图

半波和全波整流3、交流电压表征量练习1：下图三个电压量，应该分别标注为什么量？??？UpUm第6章电压测量3、交流电压表征量波形因数KF交流电压的波形因数KF定义为交流电压的有效值U与平均值之比，即波峰因数KP交流电压的波峰因数KP定义为交流电压的峰值UP与有效值U之比，即不同波形的波形因数和波峰因数具有不同的定值。交流电压的有效值、平均值和峰值间有一定的关系，可分别用波形因数(或称波形系数)及波峰因数(或称波峰系数)表示3、交流电压表征量常见波形的波峰因数和波形因数可查表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

锯齿波：Kp=1.73KF=1.15 白噪声：Kp=3（较大）KF=1.25第6章电压测量3、交流电压表征量常见波形的波峰因数和波形因数可查表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

锯齿波：Kp=1.73KF=1.15 白噪声：Kp=3（较大）KF=1.25提示国际上一直以有效值作为交流电压的表征量。例如电压表，除特殊情况外，几乎都按正弦波的有效值来刻度的。如果被测电压是有效值，可以由表6-1很容易地推导出该电压的峰值和平均值。第6章电压测量4、电子电压表的分类第6章电压测量主方向可分模拟式和数字式，其下又有细分。1）模拟式电压表定义：用磁电式直流电流表作为指示器。检波器分类：均值、峰值和有效值检波器交流电压表分类：均值、峰值和有效值电压表均值电压表：平均值相等则示值也相等峰值电压表：示值相等则峰值也相等练习题1、如果已知三角波、方波、正弦波的峰值都是20V，则他们的有效值是多少？练习题2、如果已知三角波、方波、正弦波的峰值都是20V，则他们的平均值是多少？P231第3、4题例6-2：P209用峰值电压表分别测量正弦波、方波和三角波电压，示值均为20V。求被测三种电压的有效值。解：被测电压为正弦波时，U正弦波=Ua=20V。峰值电压表：示值相等则峰值也相等

被测电压为方波时，U方波=UP方波=28.2V被测电压为三角波时，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、电子电压表的分类第6章电压测量主方向可分模拟式和数字式，其下又有细分。2）数字式电压表（DVM）定义：利用A/D转换技术将被测模拟电压量转换为数 字量，并将测量结果以十进制形式显示出来。分类1：直流、交流。分类2：积分式、比较式和复合式。应用较多的是双积分式DVM，其次是逐次比较式DVM。组成：模拟电路、数字逻辑电路、显示电路特点：测量准确度高、分辨力强、测速快、输入阻抗高、过载 能力强、抗干扰能力强。4、电子电压表的分类第6章电压测量主方向可分模拟式和数字式，其下又有细分。2）数字式电压表（DVM）组成：模拟电路、数字逻辑电路、显示电路4、电子电压表的分类第6章电压测量主方向可分模拟式和数字式，其下又有细分。2）数字式电压表（DVM）性能指标：量程、显示位数、超量程能力、分辨力、测量 误差、输入电阻和输入零电流、测量速度及抗干扰能力显示位数表征数字电压表性能的最基本参数。表示方法：用1位整数加分数的形式。整数位：能完整显示0~9这10个数字的位数； 半位：不能完整显示0~9这10个数字的位数

最大显示数字为9999的数字式电压表，称为4位数字式电压表4、电子电压表的分类第6章电压测量主方向可分模拟式和数字式，其下又有细分。2）数字式电压表（DVM）性能指标：量程、显示位数、超量程能力、分辨力、测量 误差、输入电阻和输入零电流、测量速度及抗干扰能力显示位数表征数字电压表性能的最基本参数。整数位：能完整显示0~9这10个数字的位数； 半位：不能完整显示0~9这10个数字的位数

分数位的数值：以最大计数个数为分母，以能显示的最 大数字为分子。例如最大显示数字为3999的数字式电压表，称为位数字式电压表，也称为三位半数字式电压表4、电子电压表的分类第6章电压测量主方向可分模拟式和数字式，其下又有细分。2）数字式电压表（DVM）性能指标：量程、显示位数、超量程能力、分辨力、测量 误差、输入电阻和输入零电流、测量速度及抗干扰能力显示位数分数位的数值：以最大计数个数为分母，以能显示的最 大数字为分子。练习2：最大显示数字是19、999、39.999、11.999的数字式电压表分别是几位表呢？统称为4位半数字式电压表4、电子电压表的分类第6章电压测量主方向可分模拟式和数字式，其下又有细分。2）数字式电压表（DVM）性能指标：量程、显示位数、超量程能力、分辨力、测量 误差、输入电阻和输入零电流、测量速度及抗干扰能力分辨力反映数字式电压表能够显示的被测电压的最小变化值。计算公式：分辨力=量程÷（最大显示数字+1）分辨率不同于分辨力，前者与量程无关，常用百分数表示。4、电子电压表的分类第6章电压测量主方向可分模拟式和数字式，其下又有细分。2）数字式电压表（DVM）性能指标：量程、显示位数、超量程能力、分辨力、测量 误差、输入电阻和输入零电流、测量速度及抗干扰能力测量误差也称为固有误差表示方法：ΔU=±(α%Ux+β%Um) 或者 ΔU=±α%Ux±n个字±α%Ux：读数误差；±α％：称为相对项系数；±β%Um=±n字：满度误差；±β％：固定项系数读数误差：仪器各电路单元引起的误差，按随机误差处理。满度误差：不随被测电压变化的固定成分；属于系统误差。4、电子电压表的分类第6章电压测量主方向可分模拟式和数字式，其下又有细分。2）数字式电压表（DVM）性能指标：量程、显示位数、超量程能力、分辨力、测量 误差、输入电阻和输入零电流、测量速度及抗干扰能力测量误差练习3已知ΔU=±（0.1Ux+0.01Um) 则其中的读数误差为

， α=

，β=

。

小结电压测量具有频率范围宽、输入阻抗高、被测波形多样、抗干扰能力强等特点。根据测量频率范围分为直流电压测量