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第三章 模拟测量方法 田宝凤 仪器科学与电气工程学院 主要内容 3.1 电压测量概述 3.2 交流电压的测量 3.3 小结 3.1电压测量概述 1 电压测量的基本要求 (1)应有足够宽的频率范围(被测电压的频率从直流到数百兆赫） (2)应有足够宽的电压测量范围（下限微伏级，上限几十千伏） (3)应有足够高的测量准确度 电压测量仪器的准确度可用以下三种方式之一来表示： 满度值的百分数，即 ； 读数值的百分数，即 ； 读数值百分数与满度值百分数之和，即 + 。 3.1电压测量概述 (4)应有足够高的输入阻抗 电压表的输入阻抗接入被测电路时，作为被测电路的额外负载，为减小测量仪表对被测电路的影响，希望仪器具有较高的输入阻抗。 (5)应有足够高的抗干扰能力 干扰可能引入较大的测量误差 3.1电压测量概述 2 电压测量仪器的分类 （1）模拟式电压表 根据功能分有：直流电压表、交流电压表、脉冲电压表和多用途电压表等。 根据使用频率范围分有：超低频电压表，低频（音频）电压表、高频电压表、超高频电压表和选频电压表等。 根据测量目的的不同，可以选用不同特性的检波器，有：峰值检波、均值检波和有效值检波三种。分别简称为峰值电压表、平均值电压表、有效值电压表。 根据电路组成形式分类：检波-放大式电压表、放大-检波式电压表、外差式电压表。 （2）数字式电压表 集成电路的发展，出现由单片A/D转换器构成的多位数字式电压表。主要优点是：准确度高，输入阻抗高，功能齐全，显示直观，可靠性好，过载能力强，耗电小，小巧轻便等。 3.2交流电压的测量 3.2.1 交流电压的表征 交流电压可以用峰值、平均值、有效值、波形系数及波峰系数来表征。 1.峰值 以零电平为参考的最大电压幅值（用Up表示 ）。 注：以直流分量为参考的最大电压幅值则称为振幅，（通常用Um表示）。 3.2.1 交流电压的表征 3.2.1 交流电压的表征 3.2.1 交流电压的表征 2.平均值 平均值在数学上的定义为： 相当于交流电压u(t)的直流分量。 显然，不含直流分量的正弦信号的电压平均值为零。 3.2.1 交流电压的表征 交流电压测量中，平均值通常指经过全波或半波整流后的波形。 3.2.1 交流电压的表征 一般若无特指，均为全波整流： 对理想的正弦交流电压u(t)=UPsin(ωt)，若ω=2π/T,则： 3.2.1 交流电压的表征 3.有效值 定义：交流电压u(t)在一个周期T内，通过某纯电阻负载R所产生的热量，与一个直流电压U在同一负载上产生的热量相等时，则该直流电压U的数值就表示了交流电压u(t)的有效值。 表达式： 直流电压U,在T内电阻R上产生的热量： 交流电压u(t),在T内电阻R上产生的热量： 由 可得： 有效值 3.2.1 交流电压的表征 对理想的正弦交流电压u(t)=Upsin(ωt)，若ω=2π/T，则： 4.波形系数和波峰系数 波形系数定义：电压的有效值与其平均值之比，用KF表示。 3.2.1 交流电压的表征 波峰系数定义：电压的峰值与其有效值之比，用KP表示。 3.2.2 交流电压的测量方法 对于交流电压的测量，最主要的是用各种检波器把交流电压转换为直流电压，然后再接到直流电压表上进行测量。 根据检波特性的不同，有峰值检波、平均值检波和有效值检波。相应的电压表简称为峰值电压表、均值电压表和有效值电压表。 1.峰值电压表 检波-放大式电子电压表(将被测电压经检波器检波变成直流电压，经直流放大器放大后驱动直流微安表偏转) 3.2.2 交流电压的测量方法 3.2.2 交流电压的测量方法 2.平均值电压表 放大-检波式电子电压表(先将被测交流信号进行放大,然后再进行检波,最后通过直流表头指示读数) 3.2.2 交流电压的测量方法 3.有效值电压表 通常采用两种方法实现： （1）热电转换法：将交流电压的有效值转换成直流电压值。 （2）公式法：利用有效值的公式进行转换。 3.2.2 交流电压的测量方法 4.外差式电压表 将被测电压信号Ux通过输入电路（包括衰减器及高频放大器）后，其输出电压与本机振荡电压在混频器中变频，获得中频信号，再经中频放大器选频并放大，然后检波，驱动微安表偏转。 3.2.3 平均值电压的测量 平均值检波器的工作原理 3.2.3 平均值电压的测量 3.2.3 平均值电压的测量 波形换算方法 由于指针偏转角α与被测电压平均值 成正比，但仪表度盘是按正弦波电压有效值刻度的。所以电表在额定频率下加正弦交流电压时的指示值： 3.2.3 平均值电压的测量 波形换算的步骤 (1)把读数Uα想象为