电压测量PPT课件2.pptx

电压测量 主讲人：授课内容一、电压标准二、电压测量概述三、直流电压的测量1、基本概念四、交流电压测量2、三种电压表1、基本概念五、数字电压表2、三种A/D转换器5.1概述/ 5.1.1 电压测量的重要性电压是电子测量的一个主要参数。电参量的基础：U=IR I=U/R R=U/I P=IU=U2/R=I2R电压的派生量，例如，调幅度，波形的非线性失真系数等等。在非电量测量中，大多数物理量（如温度、压力、振动、速度等）的传感器大多是电压作输出的。因此，电压测量是其它许多电参量、非电参数测量的基础。5.1概述/ 5.1.2 对电压测量的基本要求1. 应有足够宽的电压测量范围nV→ μV→mV→V→→kV 2. 应有足够宽的频率范围交流电压的频率范围约从几Hz到几百MHz，甚至达GHz量级。目前，模拟电压表可测量的频率范围要比数字表高得多。例如，92C型模拟射频电压表频率上限达1.2GHz，而DP100型数字多用表只能达25MHz。3. 应有足够小的测量不确定度即可达10-6微伏量级 4. 应有足够高的输入阻抗5. 应具有高的抗干扰能力模拟表----驾驶台仪表多，一目了然；高频电压表 各有千秋 数字表----精度高，输入阻抗高，便于与计算机联接5.1概述/ 5.1.3 电压测量仪器的分类1. 模拟式电压表指针式电压表：用磁电式电流表作为指示器模拟示波器： 刻度比较 2. 数字式电压表经A/D将模拟信号转换为数字信号 轴承游丝S标尺指针可动线圈K永久磁铁指针软心铁K游丝SNPPKSPSNP轴游丝S轴承吸靴可动线圈K图5.1 动圈式仪表的结构双视图5.2 模拟式直流电压的测量 / 5.2.1 三用表中的直流电流、电压测量 1.表头： 三用表中直流电流、电压通常由磁电式高灵敏度直流电流表作指示。直流电流表俗称表头，图5.1给出了动圈式电流表头结构的双视图。其工作原理是利用载流导体与磁场之间的作用来产生转动力矩，使导体框架转动而带动指针偏转，其偏转角度正比于通过线圈的被测电流。 Imr-+50μA3K-+ImIsABRs图5.2 表头等效电路I图5.3 电流量程扩展5.2 模拟式直流电压的测量 / 5.2.1 三用表中的直流电流、电压测量 I=Kθ式中K由设计决定的恒量，它与线圈匝数、线圈面积、磁场强度及游丝扭转力矩有关。K值表示电流表偏转单位角度时所需通过的电流，K值越小，电流表越灵敏。这样就可以从指针所指角度位置来测电流。 2．电流表量程扩展 允许通过的最大电流值称为量程Im，如50μA、100μA。1mA等。由于电流线圈匝数很多，其内阻较大。 设现有一表头，Im=50μA，r=3kΩ.现要测量500μA电流怎么办？ 要并联分流电阻RS以扩展量程。因两路端电压相等 r3KU1.5VIm50μA图5.4 用表头直接测电压5.2 模拟式直流电压的测量 / 5.2.1 三用表中的直流电流、电压测量 （5.1）式中n称电流量程扩大倍数，也称分流系数。 3. 直流电压测量用电流表头能否直接测量电压？能测，但测量的电压范围很小。现以图5.4，在指针指示满刻度时，它两端的电压是：即它所能测量的最大电压为0.15V。 ImRPr10v250v2.5v50vR1R3R2ReU1U2U3U0图5.5 直流电压表电路5.2 模拟式直流电压的测量 / 5.2.1 三用表中的直流电流、电压测量 为了能测量较高的电压，需串联倍压电阻RP来扩展量程。 （5.2） 图5.5给出了三用表直流电压档量程扩展的原理电路图。图中除最小量程U0=Im×r外，又增加了U1、U2、U3三个量程。根据所需扩展的量程，不难算出3个倍压电阻值： 5.2 模拟式直流电压的测量 / 5.2.1 三用表中的直流电流、电压测量 电压灵敏度 “Ω/V”通常把电压表内阻RV与量程Um之比定义为电压表的电压灵敏度(每伏欧姆数Ω/V)： （5.4） “Ω/V”数越大，表明为使指针偏转同样角度所需驱动电流越小。“Ω/V”数一般标明在磁电式电压表表盘上，可依据它推算出不同量程时的电压表内阻，即 （5.5） 例如某电压表的“Ω／V”数为20kΩ／V，则5V量程和25V量程时电压表内阻分别为100kΩ和 500kΩ。 ＋I0分压器及跟随器U1R0＋＋KAΔU－＋R1U3U2μAFETRvFET放大器Ui源极跟随器UxIUxR2＋IFμAUfRFR3－－－－图5.8 集成运放电压表原理图5.7 电子电压表框图5.2 模拟式直流电压的测量 / 5.2.2 直流电子电压表直流电子电压表通常是由磁电式表头加装跟随器（以提高输入阻抗）和直流放大器（以提高测量灵敏度）构成，当需要测量高直流电压时，输入端接入由高阻值电阻构成的分压电路。电子电压表组成框图如