电子测量技术（主编田华、刘斌、袁振东 第二版 西安电子科大版）课件：第3章 电流、电压与功率测量01.pptVIP

第3章　电流、电压与功率测量 3.1　直流电流的测量 3.1.1　直流电流测量的原理与方法　　在考察直流电源的状态及电子电路的电源消耗情况等场合，往往需要对直流电流进行测量。 　　从原理上来讲，直流电流测量是一种最基本的电子测量。它是让直流电流经过一种叫电流表的电磁装置或电子装置，在这些装置上以指针的偏转角度或数字的大小，表示出被测电流量的大小。其过程如图3.1所示。 图3.1　直流电流测量 　　可以用来测量直流电流的仪表有许多，最常用的有模拟直流电流表、模拟万用表、数字多用表等。用电流表进行电流测量要注意两个方面的问题。首先，由于实际电路的外在条件会影响被测电流的大小，因此，为了保证足够的精度，电流表的内阻必须足够小。设电流表的内阻为r，在图3.2(a)所示的测量电路中，原电路中电流I=E/R，而在图3.2(b)所示的电路中，电流改变为I=E/(R+r)，两者的误差为 图3.2　电流表内阻的影响 　　另一方面，实际电路一般是密合的整体，要测定其中某一支路中的电流，必须将其断开，插入电流表，这是很不方便的，甚至是很危险的，一旦搞错极易造成电路中其他回路电流的不正常增加或减少，引起电子元件的意外损坏，或者造成测量仪表的损坏，这时可以选用间接测量法进行测量。间接测量法是通过测量被测电流所流过的电阻上产生的电压，由公式I=E/R推算出电流的值。在有些工作时不能中断的电路中，可以增设一个电阻，工作时只需检测该电阻上的电压，即可监测其电路中电流的情况，这样的电阻称为取样电阻。取样电阻阻值较小，一般为零点几欧到几十欧。 3.1.2　模拟直流电流表的工作原理　　直流电流表多数为磁电式仪表，磁电式仪表一般由可动线圈、游丝和永久磁铁组成。线圈框架的转轴上固定一个读数指针，当线圈流过电流时，在磁场的作用下，可动线圈发生偏转，带动上面固定的读数指针偏转，偏转的角度与通过可动线圈的电流大小成正比。模拟直流电流表具有不需电池驱动、显示稳定等优点，同时亦存在非线性误差大、容易损坏等缺点。3.1.3　数字万用表测量直流电流的原理　　数字万用表是用电子技术来检测直流电流的。通常在直流电流挡，对外电路来说，数字万用表仅相当于一个取样电 电阻RN(不同的量程RN的值不同)，测量时RN上有电压信号Ui= IRN，其测量原理如图3.3所示。　　取样信号经过预处理电路放大调理到合适的电平后送给A/D转换器进行量化，在单片计算机的控制下，对数据经过推演求得对应被测电流的值，然后在液晶或数码管上显示出来。数字万用表具有体积小、分辨率高、易于维护等优点。与模拟万用表相同的是，数字万用表的取样电阻也会对被测电流产生影响。 3.2　交流电流的测量 3.2.1　低频交流电流的测量原理和方法　　对于工频(50 Hz)和低频交流电流的测量，完全类同于直流电流的测量。区别仅仅是将采样信号先进行检波，转换为直流电压再进行测量。以磁电式万用表为例，其交流电流挡比直流电流挡增加了一个二极管整流和滤波电路。被测交流电流经过二极管被整流成单向脉动电流，再经过电容与电阻组成的低通滤波电路，最后成为近似的直流电压，并加以适当修正，送给后续直流电压测量机构进行测量与显示。与磁电式万用表相比，数字万用表可以测量频率更高的交流电流，可以达到几千赫至几十千赫，其交流电流测量电路比直流电流测量电路多一个图3.4所示的交、直流转换电路。 图3.4　交、直流转换电路 3.2.2　高频交流电流的测量原理和方法　　从理论上来说，参照低频电流测量的模式，精心挑选高频特性好的检波二极管和电容器，实现高频电流的检测是完全可行的。但是，由于在高频情况下，元件的特性是以分布参数的形式表现的，分布电感与分布电容均不可忽略，想通过类似于低频电流测量的方式进行准确的检测，几乎是不可能的。 　　高频电流的测量，特别是在频率特别高的情况下，可以采用热电偶电表来实现。这种方法的理论依据是：在高频电流流过的导体附近的闭合线路内有直流电流产生。因此，我们可以通过测量这种与高频电流密切相关的直流电流的大小,间接地检测出高频电流的大小，具体原理如图3.5所示。 图3.5　热电偶电表原理 　　图中AB为高频电流流过的金属导体，由于电流的热效应，使AB导线的温度上升。DCE是一热电偶，在DE之间接有一磁电式电流表，C点焊接在AB上。当AB导线因电流通过而温度上升时，C点的温度也上升。由于DC和EC是由两种热电特性不同的材料做成的导体，在DE之间由于温差的存在而产生热电动势，这样在整个闭合电路中就产生了热电流，使电流表G的指针发生偏转，间接地指示了导体AB中流过的电流的大小。 　　由于热电式电流表的读数与发热器的功率成正比，即与流过加热导体的电流有效值的平方成正比，因此电表按平方律划分刻度，且有较大