第7章-电压的测量.ppt
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电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第1页第第77章章电压的测量电压的测量7.1概述7.2电压标准7.3交流电压的测量7.4直流电压的数字化测量及A/D转换原理7.5电流、电压、阻抗变换技术及数字多用表电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第2页7.17.1概述概述771111电压测量的意义、特点电压测量的意义、特点1111)电压测量的重要性电压测量的重要性阐述电压测量的意义、重要性及应用。
阐述电压测量的意义、重要性及应用。
阐述电压测量的意义、重要性及应用。
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2222)电压测量的特点)电压测量的特点)电压测量的特点)电压测量的特点从电压测量的频率、范围、要求等方面阐述其从电压测量的频率、范围、要求等方面阐述其从电压测量的频率、范围、要求等方面阐述其从电压测量的频率、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。
特点,这些特点也反映了电子测量的主要特点。
特点,这些特点也反映了电子测量的主要特点。
特点,这些特点也反映了电子测量的主要特点。
电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第3页11)电压测量的重要性电压测量的重要性电压测量是电测量与非电测量的基础;电压测量是电测量与非电测量的基础;电压测量是电测量与非电测量的基础;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:
电测量中,许多电量的测量可以转化为电压测量:
电测量中,许多电量的测量可以转化为电压测量:
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、功率表征电信号能量的三个基本参数:
电压、电流、功率表征电信号能量的三个基本参数:
电压、电流、功率表征电信号能量的三个基本参数:
电压、电流、功率其中:
电流、功率其中:
电流、功率其中:
电流、功率其中:
电流、功率电压,再进行测量电压,再进行测量电压,再进行测量电压,再进行测量电路工作状态:
电路工作状态:
电路工作状态:
电路工作状态:
饱和与截止,线性度、失真度饱和与截止,线性度、失真度饱和与截止,线性度、失真度饱和与截止,线性度、失真度电压表征电压表征电压表征电压表征非电测量中,物理量非电测量中,物理量非电测量中,物理量非电测量中,物理量电压信号,再进行测量电压信号,再进行测量电压信号,再进行测量电压信号,再进行测量如:
温度、压力、振动、(加)速度如:
温度、压力、振动、(加)速度如:
温度、压力、振动、(加)速度如:
温度、压力、振动、(加)速度电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第4页22)电压测量的特点)电压测量的特点1.1.1.1.频率范围广:
零频(直流)频率范围广:
零频(直流)频率范围广:
零频(直流)频率范围广:
零频(直流)101010109999HzHzHzHz低频:
低频:
低频:
低频:
1MHz1MHz1MHz1MHz以下;高频(射频):
以下;高频(射频):
以下;高频(射频):
以下;高频(射频):
1MHz1MHz1MHz1MHz以上。
以上。
以上。
以上。
2.2.2.2.测量范围宽测量范围宽测量范围宽测量范围宽微弱信号微弱信号微弱信号微弱信号:
心电医学信号、地震波等心电医学信号、地震波等心电医学信号、地震波等心电医学信号、地震波等,纳伏级(纳伏级(纳伏级(纳伏级(10101010-9-9-9-9VVVV););););超高压信号:
电力系统中,数百千伏。
超高压信号:
电力系统中,数百千伏。
超高压信号:
电力系统中,数百千伏。
超高压信号:
电力系统中,数百千伏。
3.3.3.3.电压波形的多样化电压波形的多样化电压波形的多样化电压波形的多样化电压信号波形是被测量信息的载体。
电压信号波形是被测量信息的载体。
电压信号波形是被测量信息的载体。
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,梯各种波形:
纯正弦波、失真的正弦波,方波,三角波,梯各种波形:
纯正弦波、失真的正弦波,方波,三角波,梯各种波形:
纯正弦波、失真的正弦波,方波,三角波,梯形波;随机噪声。
形波;随机噪声。
形波;随机噪声。
形波;随机噪声。
电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第5页22)电压测量的特点)电压测量的特点4.4.4.4.阻抗匹配阻抗匹配阻抗匹配阻抗匹配在多级系统中,输出级阻抗对下一输入级有影响。
在多级系统中,输出级阻抗对下一输入级有影响。
在多级系统中,输出级阻抗对下一输入级有影响。
在多级系统中,输出级阻抗对下一输入级有影响。
直流测量中直流测量中直流测量中直流测量中,输入阻抗与被测信号源等效内阻形,输入阻抗与被测信号源等效内阻形,输入阻抗与被测信号源等效内阻形,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。
成分压,使测量结果偏小。
成分压,使测量结果偏小。
成分压,使测量结果偏小。
如:
采用电压表与电流表测量电阻,如:
采用电压表与电流表测量电阻,如:
采用电压表与电流表测量电阻,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;当测量小电阻时,应采用电压表并联方案;当测量小电阻时,应采用电压表并联方案;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。
当测量大电阻时,应采用电流表串联方案。
当测量大电阻时,应采用电流表串联方案。
当测量大电阻时,应采用电流表串联方案。
交流测量中交流测量中交流测量中交流测量中,输入阻抗的不匹配引起信号反射。
,输入阻抗的不匹配引起信号反射。
,输入阻抗的不匹配引起信号反射。
,输入阻抗的不匹配引起信号反射。
电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第6页22)电压测量的特点)电压测量的特点5.5.测量精度的要求差异很大测量精度的要求差异很大10101010-1-1-1-1至至至至10101010-9-9-9-9。
6.6.测量速度的要求差异很大测量速度的要求差异很大静态测量:
直流(慢变化信号)静态测量:
直流(慢变化信号)静态测量:
直流(慢变化信号)静态测量:
直流(慢变化信号),几次几次几次几次/秒秒秒秒;动态测量:
高速瞬变信号动态测量:
高速瞬变信号动态测量:
高速瞬变信号动态测量:
高速瞬变信号,数亿次数亿次数亿次数亿次/秒(几百秒(几百秒(几百秒(几百MHzMHzMHzMHz)精度与速度存在矛盾,应根据需要而定。
精度与速度存在矛盾,应根据需要而定。
精度与速度存在矛盾,应根据需要而定。
精度与速度存在矛盾,应根据需要而定。
7.7.抗干扰性能抗干扰性能工业现场测试中,存在较大的干扰。
工业现场测试中,存在较大的干扰。
工业现场测试中,存在较大的干扰。
工业现场测试中,存在较大的干扰。
电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第7页771122电压测量的方法和分类电压测量的方法和分类2.2.2.2.电压测量方法的分类电压测量方法的分类电压测量方法的分类电压测量方法的分类按对象:
直流电压测量;交流电压测量按对象:
直流电压测量;交流电压测量按对象:
直流电压测量;交流电压测量按对象:
直流电压测量;交流电压测量按技术:
模拟测量;数字测量按技术:
模拟测量;数字测量按技术:
模拟测量;数字测量按技术:
模拟测量;数字测量电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第8页7.2模拟式直流电压测量模拟式直流电压测量一、动圈式电压表一、动圈式电压表一、动圈式电压表一、动圈式电压表图图图图7.2-17.2-1是动圈式电压表示意图。
图中虚框是动圈式电压表示意图。
图中虚框是动圈式电压表示意图。
图中虚框是动圈式电压表示意图。
图中虚框内为一直流动圈式高灵敏度电流表,内阻为内为一直流动圈式高灵敏度电流表,内阻为内为一直流动圈式高灵敏度电流表,内阻为内为一直流动圈式高灵敏度电流表,内阻为RRee,满偏电流,满偏电流,满偏电流,满偏电流(或满度电流或满度电流或满度电流或满度电流)为为为为IImm,若作为直流,若作为直流,若作为直流,若作为直流电压表,满度电压电压表,满度电压电压表,满度电压电压表,满度电压(7.2-1)电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第9页u例如满偏电流为例如满偏电流为例如满偏电流为例如满偏电流为50A50A,电流表内阻为,电流表内阻为,电流表内阻为,电流表内阻为20k20k,则满偏电压为,则满偏电压为,则满偏电压为,则满偏电压为1V1V。
为了扩大量程,通。
为了扩大量程,通。
为了扩大量程,通。
为了扩大量程,通常串接若干倍压电阻,如图常串接若干倍压电阻,如图常串接若干倍压电阻,如图常串接若干倍压电阻,如图772121中中中中。
这样除了不串接倍压电阻的最小电压量程。
这样除了不串接倍压电阻的最小电压量程。
这样除了不串接倍压电阻的最小电压量程。
这样除了不串接倍压电阻的最小电压量程UU00外,又增加了外,又增加了外,又增加了外,又增加了三个电压量程,不三个电压量程,不三个电压量程,不三个电压量程,不难计算出三个倍压电阻的阻值分别为难计算出三个倍压电阻的阻值分别为难计算出三个倍压电阻的阻值分别为难计算出三个倍压电阻的阻值分别为(7.2-2)电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第10页图7.21直流电压表电路电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第11页例例例例11在图在图在图在图772222中,虚框内表示高输出中,虚框内表示高输出中,虚框内表示高输出中,虚框内表示高输出电阻的被测电路,电压表电阻的被测电路,电压表电阻的被测电路,电压表电阻的被测电路,电压表VV的的的的“VV数为数为数为数为20k20kVV,分别用,分别用,分别用,分别用5V5V量程和量程和量程和量程和25V25V量程测量端量程测量端量程测量端量程测量端电压电压电压电压UUxx,分析输入电阻的影响及用公式计算,分析输入电阻的影响及用公式计算,分析输入电阻的影响及用公式计算,分析输入电阻的影响及用公式计算来消除负载效应对测量结果的影响。
来消除负载效应对测量结果的影响。
来消除负载效应对测量结果的影响。
来消除负载效应对测量结果的影响。
解:
如果是理想情况,电压表内阻解:
如果是理想情况,电压表内阻解:
如果是理想情况,电压表内阻解:
如果是理想情况,电压表内阻RRvv应为无应为无应为无应为无穷大,此时电压表示值穷大,此时电压表示值穷大,此时电压表示值穷大,此时电压表示值UUxx,与被测电压实际,与被测电压实际,与被测电压实际,与被测电压实际值值值值EE00相等:
相等:
相等:
相等:
电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第12页u当电压表输入电阻为当电压表输入电阻为当电压表输入电阻为当电压表输入电阻为RRvv时,电压表测得时,电压表测得时,电压表测得时,电压表测得值:
值:
值:
值:
(7.2-3)直流电压(7.2-4)将有关数据值代入上面两式,可得5V电压档:
Rv120kV5V100k,电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第13页图7.22测量高输出电阻电路的电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第14页25V电压档:
Rv220kV.25V500k,由此不难看出电压表输入电阻尤其是低电压档时输入电阻对测量结果的影响。
电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第15页u根据式根据式根据式根据式(7(723)23),我们可以推导出消,我们可以推导出消,我们可以推导出消,我们可以推导出消除负载效应影响的计算公式,进而计算出待除负载效应影响的计算公式,进而计算出待除负载效应影响的计算公式,进而计算出待除负载效应影响的计算公式,进而计算出待测电压的近似值:
测电压的近似值:
测电压的近似值:
测电压的近似值:
(7.2-5)电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第16页同理可得因此解出式中(7.2-6)(7.2-7)(7.2-8)电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第17页u因此,如果用内阻不同的两只电压表因此,如果用内阻不同的两只电压表因此,如果用内阻不同的两只电压表因
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- 电压 测量