【正文】 式中， α 為峰值電壓表讀數(shù)，為波峰因數(shù)。但可由讀數(shù) α換算出峰值和有效值。 ? 實(shí)際應(yīng)用中，常采用峰值或均值電壓表測有效值。 ? 測量熱偶的熱電動勢 Ex∝V 2，令 Ex=k1V2 ； 平衡熱偶的熱電動勢 Ef∝V o2，及 Ef =k2Vo2 ； 假如兩對熱偶具有相同特性，即 k1=k2=k ， ==〉 則差分放大器輸入電壓 Vi=ExEf=k(V2 Vo2) ， 若放大器增益足夠大，則有 Vi=0， ==〉 Vo=V （即輸出電壓等于 u(t)有效值） ? 有效值電壓表的特點(diǎn) ? 理論上不存在波形誤差，因此也稱真有效值電壓表（讀數(shù)與波形無關(guān)）。 ? 熱電偶有效值檢波原理： 若通過被測交流電壓對熱電偶的熱端進(jìn)行加熱，則熱電動勢將反映該交流電壓的有效值，從而實(shí)現(xiàn)了有效值檢波。 2 ()ut0T? Au ( t ) V r m s1）交流 /直流電壓（ ACDC）轉(zhuǎn)換原理 ? 利用熱電偶有效值檢波 ? 熱電效應(yīng)：兩種不同導(dǎo)體的兩端相互連接在一起，組成一個閉合回路，當(dāng)兩節(jié)點(diǎn)處溫度不同時(shí)，回路中將產(chǎn)生電動勢，從而形成電流，這一現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，所產(chǎn)生的電動勢稱為 熱電動勢 。 ? 缺點(diǎn)：精度低且動態(tài)范圍小。 ? 如圖，整流電路輸出直流電流 I0，其平均值與被測輸入電壓 u(t)的平均值成正比（與 u(t)的波形無關(guān)）。 1）交流 /直流電壓（ ACDC）轉(zhuǎn)換原理 二極管峰值檢波電路（ , ,） DVpC RLu ( t)CD RLu ( t) Vpa bVPu ( t)tc1）交流 /直流電壓（ ACDC）轉(zhuǎn)換原理 ? 二極管峰值檢波電路工作原理 ? 通過二極管 正向快速充電 達(dá)到輸入電壓的峰值，而二極管 反向截止時(shí) “ 保持 ” 該峰值。由不同的檢波電路實(shí)現(xiàn)。有效值反映了交流電壓的功率，是表征交流電壓的重要參量。 注：以直流分量為參考的最大電壓幅值則稱為振幅，（通常用 Um表示）。 因而，需經(jīng)過交流 直流變換。 電壓基準(zhǔn)和電阻基準(zhǔn) —— 〉 其他電磁量基準(zhǔn)。 5． 1． 2 電壓測量的方法和分類 2）數(shù)字化直流電壓測量方法 模擬直流電壓 〉 A/D轉(zhuǎn)換器 〉 數(shù)字量 〉 數(shù)字顯示（直觀） —— 數(shù)字電壓表（ DVM），數(shù)字多用表（ DMM）。按對象：直流電壓測量；交流電壓測量 靜態(tài)測量：直流（慢變化信號） ,幾次 /秒 。 直流測量中 ，輸入阻抗與被測信號源等效內(nèi)阻形成分壓，使測量結(jié)果偏小。 微弱信號 :心電醫(yī)學(xué)信號、地震波等 ,納伏級（ 109V）； 超高壓信號：電力系統(tǒng)中，數(shù)百千伏。現(xiàn)代電子測量技術(shù) 趙志斌 電力系電信教研室 電壓測量 第 5章 電壓測量 概述 電壓標(biāo)準(zhǔn) 交流電壓的測量 直流電壓的數(shù)字化測量及 A/D轉(zhuǎn)換原理 電流、電壓、阻抗變換技術(shù)及數(shù)字多用表 數(shù)字電壓表測量的不確定度及 自動校準(zhǔn)、自動量程技術(shù) 電壓測量的干擾及抑制技術(shù) 概述 5． 1． 1 電壓測量的意義、特點(diǎn) ? 1） 電壓測量的重要性 —— 闡述電壓測量的意義、重要性及應(yīng)用。 電壓信號波形是被測量信息的載體。 如：采用電壓表與電流表測量電阻， 當(dāng)測量小電阻時(shí)，應(yīng)采用電壓表并聯(lián)方案； 當(dāng)測量大電阻時(shí)，應(yīng)采用電流表串聯(lián)方案。 動態(tài)測量：高速瞬變信號 ,數(shù)億次 /秒（幾百 MHz） 精度與速度存在矛盾，應(yīng)根據(jù)需要而定。按技術(shù)：模擬測量；數(shù)字測量 1）交流電壓的模擬測量方法 表征交流電壓的三個基本參量：有效值、峰值和平均值。 3）交流電壓的數(shù)字化測量 交流電壓（有效值、峰值和平均值） 〉 直流電壓 〉 A/D轉(zhuǎn)換器 〉 數(shù)字量 〉 數(shù)字顯示 —— DVM（ DMM）的擴(kuò)展功能。 電壓標(biāo)準(zhǔn)有： 標(biāo)準(zhǔn)電池（實(shí)物基準(zhǔn)， 106）； 齊納管電壓標(biāo)準(zhǔn) （固態(tài)標(biāo)準(zhǔn)， 106）； 約瑟夫森量子電壓基準(zhǔn) （量子化自然基準(zhǔn)， 1010）。 ? 測熱電阻橋式高頻電壓標(biāo)準(zhǔn) ? 基本原理： 將高頻電壓通過一電阻（稱為測熱電阻，如熱敏電阻），該電阻由于吸收高頻電壓功率，其阻值將發(fā)生變化，再將一 標(biāo)準(zhǔn)直流電壓 同樣施加于該電阻，若引起的阻值變化相等，則 高頻電壓的有效值 就等于該直流電壓。 tu (t)Vp0UmTU5． 3． 1 表征交流電壓的基本參量 ? 平均值（均值） ? 數(shù)學(xué)上定義為： 相當(dāng)于交流電壓 u(t)的 直流分量 。 ? 對理想的正弦交流電壓 u(t)=Vpsin(ωt) ，若 ω=2π/T ? 波峰因數(shù)和波形因數(shù) ? 波峰因數(shù)定義：峰值與有效值的比值，用 Kp表示， ~1 2 ppV V V??ppVKV??峰值有效值5． 3． 1 表征交流電壓的基本參量 ? 波峰因數(shù)和波形因數(shù) ? 對理想的正弦交流電壓 u(t)=Vpsin(ωt) ，若 ω=2π/T ? 波形因數(shù)定義：有效值與平均值的比值，用 KF表示， ? 對理想的正弦交流電壓 u(t)=Vpsin(ωt) ，若 ω=2π/T ~ 2 1 .4 1/2pppVKV? ? ?FVKV??有效值平均值~(1 / 2 ) 1 .1 12/ 22pFpVKV??? ? ?（）5． 3． 1 表征交流電壓的基本參量 ? 波峰因數(shù)和波形因數(shù) ? 常見波形的波峰因數(shù)和波形因數(shù)可查表得到： 如正弦波： Kp=， KF=； 方波： Kp=1， KF=1； 三角波： Kp=， KF=； 鋸齒波： Kp=， KF=； 脈沖波： Kp= ， KF= ， 為脈沖寬度， T為周期 白噪聲： Kp=3（較大）， KF=。 ? 峰值檢波原理 由二極管峰值檢波電路完成。 為此，要求： 式中， Rs和 rd分別為等效信號源 u(t)的內(nèi)阻和二極管正向?qū)娮瑁?C為充電電容（并聯(lián)式檢波電路中 C還起到隔直流的作用）， RL為等效負(fù)載電阻， Tmin和 Tmax為u(t)的最小和最大周期。 （電容 C用于濾除整流后的交流成分，避免指針擺動） I0u ( t)D 1 D 2D 3 D 4CCu ( t)D 1D 2I01）交流 /直流電壓（ ACDC）轉(zhuǎn)換原理 ? 平均值檢波原理 ? 以全波整流電路為例， I0的平均值為 式中， T為 u(t)的周期， rd和 rm分別為檢波二極管的正向?qū)娮韬碗娏鞅韮?nèi)阻，可視為常數(shù)（它反映了檢波器的靈敏度 ）。 ? 因此，實(shí)際應(yīng)用中，采用 分段逼近平方律 的二極管伏安特性曲線圖的電路。 ? 熱電效應(yīng)原理圖 ? 當(dāng)熱端 T和冷端 T0存在溫差時(shí)（即 T≠T0 ），則存在熱電動勢，且 熱電動勢的大小與溫差 ΔT=T T0成正比。如下圖。 1）交流 /直流電壓（ ACDC）轉(zhuǎn)換原理 ? 有效值電壓表的特點(diǎn) ? 比如，對非正弦波，可視為由基波和各次諧波構(gòu)成， 若其有效值分別為 V V V …… ，則讀數(shù) ? 但實(shí)際有效值電壓表，下面兩種情況使讀數(shù)偏?。? 對于波峰因數(shù)較大的交流電壓波形，由于電路飽和使電壓表可能出現(xiàn) “ 削波 ” ；高于電壓表 有效帶寬的波形分量將被抑制。 2212( ... )k V k V V? ? ? ? ?2）峰值電壓表原理、刻度特性和誤差分析 ? 原理 ? 峰值響應(yīng)，即： u(t)?峰值檢波 ?放大 ?驅(qū)動表頭 ? 刻度特性 ? 表頭刻度按（純） 正弦波有效值刻度 。 峰 值 檢 波表 頭 ( 讀 數(shù) = α )V pu (t)α2）峰值電壓表原理、刻度特性和誤差分析 ? 刻度特性 ? 由讀數(shù) α 換算出峰值和有效值的換算步驟如下： ? 第一步，把讀數(shù) α 想象為有效值等于 α 的純正弦波輸入時(shí)的讀數(shù)，即 ? 第二步，將 V~轉(zhuǎn)換為該純正弦波的峰值 ? 第三步，假設(shè)峰值等于 Vp~的被測波形（任意波）輸入 ，即 注： “ 對于峰值電壓表，（任意波形的）峰值相等，則讀數(shù)相等 ” 。 ? 波形誤差。 對于非正弦波的任意波形，讀數(shù) α 沒有直接意義（既不等于其均值也不等于其有效值 V）。（若式中的任意波為正弦波，則 k=1，讀數(shù) α 即為正弦波的有效值）。 波形誤差為： 1 1 .4 1 0 0 % 2 9 %1 .4??? ? ? ?(可見若不換算，波形誤差是很大的 ) 4）實(shí)例分析 [例 ] 用具有正弦有效值刻度的均值電壓表測量一個方波電壓 ， 讀數(shù)為 ，問該方波電壓的有效值為多少 ？ [解 ] 根據(jù)上述均值電壓表的刻度特性 ， 由讀數(shù) α= ， 第一步 ， 假設(shè)電壓表有一正弦波輸入 ， 其有效值 =； 第二步 ， 該正弦波的均值 == ； 第三步 ， 將方波電壓引入電壓表輸入 ， 其均值 ； 第四步 ， 查表可知 ， 方波的波形因數(shù) =1， 則該方波的有效值為 : 。 ? 檢波器 ? 決定電壓表的頻率范圍、輸入阻抗和分辨力。 ? 為減小高頻信號在傳輸過程中的損失，通常將峰值檢波器直接設(shè)計(jì)在探頭中。 —— 稱之為 “ 調(diào)制式電壓表 ” ，如國產(chǎn) HFJ8型高頻毫伏表，最低量程為 3mV，最高工作頻率 300MHz。 5）電壓表的使用 ? 了解不同電壓表的性能特點(diǎn)，根據(jù)應(yīng)用場合加以選用。 ? 讀數(shù)的換算：根據(jù)波峰因數(shù)， 將讀數(shù)換算成有效值（或峰值）。 ? 讀數(shù)的換算：根據(jù)波形因數(shù)， 將讀數(shù)換算