电子测量原理 第5章电压测 5.1概述 52电压标准 53交流电压的测量 54直流电压的数字化测量及AD转换原理 5.5电流、电压、阻抗变换技术及数字多用表 5.6数字电压表测量的不确定度及 自动校准、自动量程技术 5.7电压测量的干扰及抑制技术 第1页
电子测量原理 第1页 第5章 电压测量 5.1 概述 5.2 电压标准 5.3 交流电压的测量 5.4 直流电压的数字化测量及A/D转换原理 5.5 电流、电压、阻抗变换技术及数字多用表 5.6 数字电压表测量的不确定度及 自动校准、自动量程技术 5.7 电压测量的干扰及抑制技术
电子测量原理 5.1概述 5.1.1电压测量的意义、特点 1)电压测量的重要性 阐述电压测量的意义、重要性及应用。 2)电压测量的特点 从电压测量的频率、范围、要求等方面阐述其 特点,这些特点也反映了电子测量的主要特点 第2页
电子测量原理 第2页 5.1 概述 5．1．1 电压测量的意义、特点 1）电压测量的重要性 ——阐述电压测量的意义、重要性及应用。 2）电压测量的特点 ——从电压测量的频率、范围、要求等方面阐述其 特点，这些特点也反映了电子测量的主要特点
电子测量原理 1)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 电路工作状态: 饱和与截止,线性度、失真度〉电压表征 ◆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3页
电子测量原理 第3页 1）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 电路工作状态： 饱和与截止，线性度、失真度——〉电压表征 ◆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
电子测量原理 2)电压测量的特点 1频率范围广:零频(直流)~109Hz 低频:1MHz以下;高频(射频):1MHz以上 测量范围宽 微弱信号:心电医学信号、地震波等纳伏级(10-9V); 超高压信号:电力系统中,数百千伏。 3电压浪形的多样化 电压信号浪形是被测量信息的载体。 各种浪形:纯正弦波、失真的正弦浪,方波,三角波,梯 形浪;随机噪声。 第4页
电子测量原理 第4页 2）电压测量的特点 1.频率范围广：零频（直流）～109Hz 低频：1MHz以下；高频（射频）：1MHz以上。 2.测量范围宽 微弱信号:心电医学信号、地震波等,纳伏级（10-9V）； 超高压信号：电力系统中，数百千伏。 3.电压波形的多样化 电压信号波形是被测量信息的载体。 各种波形：纯正弦波、失真的正弦波，方波，三角波，梯 形波；随机噪声
电子测量原理 2)电压测量的特点 4阻抗匹配 在多级系统中,输出级阻抗对下一输入级有影响 直流测量中,输入阻抗与被测信号源等效內阻形 成分压,使测量结果偏小。 如:采用电压表与电流表测量电阻, 当测量小电阻时,应采用电压表并联方案; 当测量大电阻时,应采用电流表串联方案。 交流测量中,输入阻抗的不匹配引起信号反射。 第5页
电子测量原理 第5页 2）电压测量的特点 4.阻抗匹配 在多级系统中，输出级阻抗对下一输入级有影响。 直流测量中，输入阻抗与被测信号源等效内阻形 成分压，使测量结果偏小。 如：采用电压表与电流表测量电阻， 当测量小电阻时，应采用电压表并联方案； 当测量大电阻时，应采用电流表串联方案。 交流测量中，输入阻抗的不匹配引起信号反射
电子测量原理 2)电压测量的特点 5测量精度的要求差异很大 101至109。 6测量速度的要求差异很大 静态测量:直流(慢变化信号),几次/秒; 动态测量:高速瞬变信号数亿次秒(几百MHz) 精度与速度存在矛盾,应根据需要而定。 7抗干扰性能 工业现场测试中,存在较大的千扰。 第6页
电子测量原理 第6页 2）电压测量的特点 5.测量精度的要求差异很大 10-1至10-9 。 6.测量速度的要求差异很大 静态测量：直流（慢变化信号）,几次/秒; 动态测量：高速瞬变信号,数亿次/秒（几百MHz） 精度与速度存在矛盾，应根据需要而定。 7.抗干扰性能 工业现场测试中，存在较大的干扰
电子测量原理 5.1.2电压测量的方法和分类 2.电压测量方法的分类 按对象:直流电压测量;交流电压测量 按技术:模拟测量;数字测量 1)交流电压的模拟测量方法 表征交流电压的三个基本参量:有效值、峰值和 平均值。以有效值测量为主。 方法:交流电压(有效值、峰值和平均值)-) 直流电流-)驱动表头-)指示 有效值、峰值和平均值电压表,电平表等。 第7页
电子测量原理 第7页 5．1．2 电压测量的方法和分类 2. 电压测量方法的分类 ·按对象：直流电压测量；交流电压测量 ·按技术：模拟测量；数字测量 1）交流电压的模拟测量方法 表征交流电压的三个基本参量：有效值、峰值和 平均值。以有效值测量为主。 方法：交流电压（有效值、峰值和平均值）--〉 直流电流--〉驱动表头--〉指示 ——有效值、峰值和平均值电压表，电平表等
电子测量原理 5.1.2电压测量的方法和分类 2)数字化直流电压测量方法 模拟直流电压-)AD转换器-)数字量--)数 字显示(直观) 数字电压表(DVM),数字多用表 (DMM)。 3)交流电压的数字化测量 交流电压(有效值、峰值和平均值)-)直流电 压--)A/D转换器--)数字量--)数字显示 DVM(DMM)的扩展功能 第8页
电子测量原理 第8页 5．1．2 电压测量的方法和分类 2）数字化直流电压测量方法 模拟直流电压--〉A/D转换器--〉数字量--〉数 字显示（直观） ——数字电压表（DVM），数字多用表 （DMM）。 3）交流电压的数字化测量 交流电压（有效值、峰值和平均值）--〉直流电 压--〉A/D转换器--〉数字量--〉数字显示 ——DVM（DMM）的扩展功能
电子测量原理 5.1.2电压测量的方法和分类 4)基于采样的交流电压测量方法 交流电压-)AD转换器-)瞬时采样值u(k)-- 计算,如有效值 u(k N 式中,N为u(t)的一个周期内的采样点数。 5)示波测量方法 交流电压--)模拟或数字示浪器--)显示波形--) 读出结果 第9页
电子测量原理 第9页 5．1．2 电压测量的方法和分类 4）基于采样的交流电压测量方法 交流电压--〉A/D转换器--〉瞬时采样值u(k) --〉 计算，如有效值 式中，N为u(t)的一个周期内的采样点数。 5）示波测量方法 交流电压--〉模拟或数字示波器--〉显示波形--〉 读出结果 2 1 1 ( ) N k V u k N =
电子测量原理 5.2电压标准 521直流电压标准 电压和电阻是电磁学中的两个基本量。 电压基准和电阻基准)其他电磁量基准。 电压标准有: 标准电池(实物基准,106); 齐纳管电压标准(固态标准,106) 约瑟夫森量子电压基准(量子化自然基准,1010) 电阻标准有: 精密线绕电阻(实物标准) 霍尔电阻基准(量子化自然基准,109) 第10页
电子测量原理 第10页 5．2 电压标准 5.2.1 直流电压标准 电压和电阻是电磁学中的两个基本量。 电压基准和电阻基准——〉其他电磁量基准。 电压标准有： 标准电池（实物基准， 10-6）； 齐纳管电压标准 （固态标准， 10-6）； 约瑟夫森量子电压基准 （量子化自然基准，10-10）。 电阻标准有： 精密线绕电阻（实物标准）； 霍尔电阻基准（量子化自然基准，10-9）