《电子测量与仪器》课程电子教案（PPT教学课件）第5章 电压测量

第5章电压测量 5.1概述 52电压标准 53交流电压的测量 54电流、电压、阻抗变换技术及数字多用表 55数字电压表测量的不确定度及 自动量程技术

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 电流、电压、阻抗变换技术及数字多用表 5.5数字电压表测量的不确定度及 自动量程技术

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

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、地震浪等纳伏级(109V); 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

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。 交流测量中,输入阻抗的不匹配引起信号反射。 5测量精度的要求:10至109。 6测量速度的要求高速瞬变信号数亿次/秒(几百 MHZ) 7抗干扰性能强

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。 交流测量中，输入阻抗的不匹配引起信号反射。 5.测量精度的要求: 10-1至10-9 。 6.测量速度的要求:高速瞬变信号,数亿次/秒（几百 MHz） 7.抗干扰性能强

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

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

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

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

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

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 =  

5.2电压标准 521直流电压标准 学反应产生稳是可靠的电动势(101860V)。 音算电准固标维棉定性10 列直流毛压参考标准: 10V输出的年稳定性可达05×106; 1V和1018V输出的年稳定性可达到2×106,温 度系数为005×106

5．2 电压标准 5.2.1 直流电压标准 标准电池（实物基准，年稳定性10-6）,利用化 学反应产生稳定可靠的电动势 （1.01860V）。 齐纳管电压标准 （固态标准，年稳定性10-6）, 利用齐纳二极管的稳压特性制作,如WUK7000系 列直流电压参考标准： 10V输出的年稳定性可达0.5×10-6 ； 1V和1.018V输出的年稳定性可达到2×10-6，温 度系数为0.05×10-6

5.2.2交流电压标准 ◆原理 由直流电压标准建立。因而,需经过交流-直流变换。 ◆测热电阻桥式高频电压标准 基本原理:将高频电压通过一电阻(称为测热电阻 如热敏电阻),该电阻由于吸收高频电压功率,其阻 值将发生变化,再将一标准直流电压同样施加于该电 阻,若引起的阻值变化相等,则高频电压的有效值就 等于该直流电压 ◆双测热电阻电桥的原理图

5.2.2 交流电压标准 ◆ 原理 ➢ 由直流电压标准建立。因而，需经过交流-直流变换。 ◆ 测热电阻桥式高频电压标准 ➢ 基本原理：将高频电压通过一电阻（称为测热电阻， 如热敏电阻），该电阻由于吸收高频电压功率，其阻 值将发生变化，再将一标准直流电压同样施加于该电 阻，若引起的阻值变化相等，则高频电压的有效值就 等于该直流电压。 ◆ 双测热电阻电桥的原理图

双测热电阻电桥的原理图 S R C G RFODC RFO DC 高频电压 非

双测热电阻电桥的原理图 高频电压 V 0 V 1 R F D C R F D C R G R R RT RT C C V R F