2-电参量测量技术.pptVIP

第二课：电参量测量技术 2.1 频率、时间和相位的测量 2.2 电压、电流和功率测量 2.3 阻抗测量 在现代测试技术中，对于各种类型的被测量大多数都是直接或通过各种传感器、电路等转换为与被测量相关的电压、电流、时间、频率等电学基本参量后进行检测和处理的，这样即便于对被测量的检测、处理、记录和控制，又能提高测量的精度。因此，了解和掌握这些基本参量的测量方法是十分重要的。本章分别介绍时间、频率和相位；电压、电流以及阻抗等参量的测量方法。 2.1 频率、时间和相位的测量 时间是国际单位制中七个基本物理量之一，单位是秒(s)。频率以单位时间内周期性振荡的次数来计量，单位是赫兹(Hz)。因此，频率测量和时间测量是紧密相联系的。 频率、时间的应用与人们日常生活息息相关，而在当代高科技中显得尤为重要。例如,邮电通讯，大地测量，地震预报，人造卫星、宇宙飞船、航天飞机的导航定位控制等都与频率、时间密切相关，因此准确测量时间和频率是十分重要的。 相位是描述交流信号的三要素之一。相位差的测量是研究信号、网络特性的不可缺少的重要方面。 2.1.1 频率的测量 在工业生产领域中周期性现象十分普遍，如各种周而复始的旋转运动、往复运动、各种传感器和测量电路变换后的周期性脉冲等。周期性过程重复出现一次所需要的时间称为周期，用符号T(单位是s)表示；单位时间内周期性过程重复出现的次数称为频率，记为f(单位是Hz)。周期与频率互为倒数关系 （2-1） 目前频率测量技术已能达到很高的精确度，因此在检测技术中，常将一些电量或其他电参量转换成频率进行测量，以提高测量的精度。 频率测量方法可分为计数法和模拟法两类。计数法测量精度高、操作简便，直接显示数字，便于与微机结合实现测量过程自动化，应用最为广泛；模拟法因为简单经济，在有些场合仍然采用。 1. 频率(周期)的数字测量 ⑴计数法测量原理 计数法就是在一定的时间间隔T内，对周期性脉冲的重复次数进行计数。若周期性脉冲的周期为TA，则计数结果为 （2-2） 计数法原理如图2-1(a)所示，周期为TA的脉冲①加到闸门的输入端，宽度为T的门控信号②加到闸门的控制端控制闸门的开、闭时间，只有在闸门开通时间T内闸门才输出计数脉冲③到十进制计数器进行计数。在闸门打开前计数器先清零，闸门关闭时，计数器的计数值N由T和TA决定。如果T和TA一为已知标准量，另一为待测量，则从计数值N和已知标准量便可求得未知待测量。 由于T和TA两个量是不相关的，T不一定正好是TA的整数N倍，即T与NTA之间有一定误差，如图2-1(b)所示。图中△t1,是闸门开启时刻至第一个计数脉冲前沿的时间(假设计数脉冲前沿使计数器翻转计数)，△t2是闸门关闭时刻至下一个计数脉冲前沿的时间。处在T区间内计数脉冲个数(即计数器计数结果)为N，则 （2-3） 式中 （2-4） 显然，0≤△t1≤TA，0≤△t2≤TA。若△t1=△t2，则△N=0；若△t1=TA，△t2=0，则△N=1；若△t1= 0，△t2=TA，则△N=-1，因此脉冲计数的最大绝对误差(又称量化误差)为 △N=±1 （2-5） 脉冲计数最大相对误差为 (2-6) ⑵通用计数器的基本组成和工作方式 电子计数器一般都具有测量频率(测频)和测量周期(测周)等两种以上的测量功能，故统称通用计数器。通用计数器的基本组成如图2-2所示。 图2-2中整形器是将频率为fA(或fB)的正弦信号整形为周期为TA=1／fA (或TB=1／fB)的脉冲信号。门控电路是将周期为mTB (fB经m分频)的脉冲变为闸门时间为T=mTB的门控信号，将T=mTB代入(2-2)式可得图2-2中十进制计数器的计数结果为 （2-7） 由上式可见，图2-2中计数结果N与A、B两输入端所加的信号频率的比值fA／fB成正比，因此图2-2所示计数器可用于频率比的测量，即工作在频率比测量方式。 由上式可见，图2-2中计数结果N与A、B两输入端所加的信号频率的比值fA／fB成正比，因此图2-2所示计数器可用于频率比的测