第四章电磁量测量技术 第一节电压的测量 第二节电流的测量 第三节阻抗的测量 第四节功率的测量 第五节频率的测量 第六节磁场的测量 上泽充通大￥
1 第四章 电磁量测量技术 第一节 电压的测量 第二节 电流的测量 第三节 阻抗的测量 第四节 功率的测量 第五节 频率的测量 第六节 磁场的测量
第一节电压的测量 一、电压测量的重要性 ◆电压测量是电测量与非电测量的基础； ◆电测量中，许多电量的测量可以转化为电压测量： 表征电信号能量的三个基本参数：电压、电流、功率 其中：电流、功率电压，再进行测量 ◆非电测量中，物理量一→电压信号，再进行测量 如：温度、压力、振动、（加）速度 上泽充夏大￥ 2
2 ◆电压测量是电测量与非电测量的基础； ◆电测量中，许多电量的测量可以转化为电压测量： 表征电信号能量的三个基本参数：电压、电流、功率 其中：电流、功率 电压，再进行测量 ◆非电测量中，物理量 电压信号，再进行测量 如：温度、压力、振动、（加）速度 第一节 电压的测量 一、电压测量的重要性
第一节电压的测量 二、直流电压的测量 1、直流电压测量系统组成： 输入电路 A/D转换器 数字 显示器 逻辑控制 时钟 电略 发生器 模拟部分 数字部分 输入电路：对输入电压衰减/放大、变换、钳位等。 A/D转换器：实现模拟电压到数字量的转换，核心部件。 数字显示器：显示模拟电压的数字量结果； 逻辑控制电路：在统一时钟作用下，完成内部电路的协调有序工作。 上产道大￥ 3
3 第一节 电压的测量 二、直流电压的测量 1、直流电压测量系统组成： 输入电路 A/D转换器 数字 显示器 逻辑控制 电路 时钟 发生器 模拟部分 数字部分 V x 输入电路：对输入电压衰减/放大、变换、钳位等。 A/D转换器：实现模拟电压到数字量的转换，核心部件。 数字显示器：显示模拟电压的数字量结果； 逻辑控制电路：在统一时钟作用下，完成内部电路的协调有序工作
2、输入电路 输入电路：放大、衰减、量程切换、钳位保护、滤波 10倍放大器电路 200mV DCVO~200mV 2K DCVO~2V OP07 2V 18K 900K 20V 470K 90K 200\ 放大电路：0P07,10倍 9K 1000V: R R RC有源滤波器： (二阶低通滤波器) u(1) u(t 衰减网络：1KV~200mV 上泽充夏大学 4
4 2、输入电路 放大电路：OP07，10倍 衰减网络：1KV～200mV 输入电路：放大、衰减、量程切换、钳位保护、滤波 ∞ + - + N R R0 uo (t) ui (t) C1 C2 R1 R2 RC有源滤波器： (二阶低通滤波器)
3、模数转换器(AD574): +V 01 28 STS DB11MSB 分辨率：12位（逐次比较)； D810 04 非线性误差：小于±1/2LSB或±1LSB; 06 REFOUT 转换速率：25us; AGND REF IN 10 0 电压输入范围：10V、20V、±5V和±10V; 12 93 8 10V IN 01 20V IN 014 15 DGND 电源电压：±15V和5V; 数据输出格式：12位/8位； 5 12y+ CE DBI Vx TO:DISPLAY 5
5 3、模数转换器(AD574)： 分辨率：12位（逐次比较）； 非线性误差：小于±1/2LSB或±1LSB； 转换速率：25us； 电压输入范围：10V、20V、±5V和±10V； 电源电压：±15V和5V； 数据输出格式：12位/8位；
4、直流电压表主要性能指标 ■显示位数 。完整显示位：能够显示0-9的数字。 非完整显示位（俗称半位）：只能显示0和1（在最高位上)。 ·如4位电压表，具有4位完整显示位，其最大显示数字为 9999。 。而4拉(4位半)电压表，具有4位完整显示位，1位非完整 显示位，其最大显示数字为19999。 上涤充夏大￥ 6
6 ◼ 显示位数 ◼ 完整显示位：能够显示0-9的数字。 ◼ 非完整显示位(俗称半位)：只能显示0和1（在最高位上）。 ◼ 如4位电压表，具有4位完整显示位，其最大显示数字为 9999。 ◼ 而 位（4位半）电压表，具有4位完整显示位，1位非完整 显示位，其最大显示数字为19999。 4、直流电压表主要性能指标 1 4 2
4、直流电压表主要性能指标 量程 。基本量程：无衰减或放大时的输入电压范围，由AWD转换 器量程范围确定。 ·通过对输入电压（按10倍）放大或衰减，可扩展其他量 程。 ·分辨力 ·用每个字对应的电压值来表示，即V/字。 。不同的量程上能分辨的最小电压变化的能力不同，显然， 在最小量程上具有最高分辨力。 。例如，3位半的电压表，在200mV最小量程上，可以测 量的最大输入电压为199.9mV,其分辨力为0.1mV/字 (即当输入电压变化0.1mV时，显示的末尾数字将变化 “1个”) 上泽充通大￥ 7
7 ◼ 量程 ◼ 基本量程：无衰减或放大时的输入电压范围，由A/D转换 器量程范围确定。 ◼ 通过对输入电压（按10倍）放大或衰减，可扩展其他量 程。 ◼ 分辨力 ◼ 用每个字对应的电压值来表示，即V/字。 ◼ 不同的量程上能分辨的最小电压变化的能力不同，显然， 在最小量程上具有最高分辨力。 ◼ 例如，3位半的电压表，在200mV最小量程上，可以测 量的最大输入电压为199.9mV，其分辨力为0.1mV/字 （即当输入电压变化0.1mV时，显示的末尾数字将变化 “1个字” ）。 4、直流电压表主要性能指标
三、交流电压的测量 1、交流电压的表征方法 u 峰值：以零电平为参考的最大电压幅值 (用Vp表示)。 U 平均值：数学上定义 U u(t)dt 相当于交流电压u(t)的直流分量。 从测量角度定义： =aol边 有效值：交流电压在一个周期T内，通过某纯电阻负载R所产生的热量， 与一个直流电压在同一负载上产生的热量相等时， 则该直流电压的数值就表示了交流电压的有效值。 u(t)dr 上泽充夏大￥ 8
8 三、交流电压的测量 1、交流电压的表征方法 峰值：以零电平为参考的最大电压幅值 （用Vp表示 ）。 t u(t) V p 0 U m T U 平均值：数学上定义 相当于交流电压u(t)的直流分量。 0 1 ( ) T U u t dt T = 有效值：交流电压在一个周期T内，通过某纯电阻负载R所产生的热量， 与一个直流电压在同一负载上产生的热量相等时， 则该直流电压的数值就表示了交流电压的有效值。 2 0 1 ( ) T V u t dt T = 0 1 ( ) T U u t dt T = 从测量角度定义：
为表征同一信号的峰值、有效值及平均值的关系，引入 波形系数及波峰系数。 交流电压的波形系数K: KE 交流电压的波峰系数Kp: KP 上泽充通大￥ 9
9 交流电压的波形系数KF： F U K U = 交流电压的波峰系数KP： P P U K U = 为表征同一信号的峰值、有效值及平均值的关系，引入 波形系数及波峰系数
波峰系数和波形系数 ·对理想的正弦交流电压u(t)=Vpsin(ot),若 0=2n/T =2≈1.41 V./N2 ·对理想的正弦交流电压u(t)=Vpsin(ot),若 0=2n/T a/2)V。 ≈1.11 (2/π)'。2√2 上游充夏大￥ 10
10 波峰系数和波形系数 ◼ 对理想的正弦交流电压u(t)=Vpsin(ωt)，若 ω=2π/T ◼ 对理想的正弦交流电压u(t)=Vpsin(ωt)，若 ω=2π/T ~ 2 1.41 / 2 p p p V K V = = ~ (1/ 2) 1.11 2 / 2 2 p F p V K V = = （ ）