第3章电流、电压与功率测量(电子测量技术课件)

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1、第第3章章 电流、电压与功率测量电流、电压与功率测量 第第3章章 电流、电压与功率测量电流、电压与功率测量3.1 直流电流的测量直流电流的测量3.2 交流电流的测量交流电流的测量3.3 直流电压的测量直流电压的测量3.4 交流电压的测量交流电压的测量 3.5 功率测量功率测量3.6 数字万用表的特点与技术原理数字万用表的特点与技术原理思考题思考题3第第3章章 电流、电压与功率测量电流、电压与功率测量 3.1 直流电流的测量直流电流的测量3.1.1 直流电流测量的原理与方法 其过程如图3.1所示。 第第3章章 电流、电压与功率测量电流、电压与功率测量 图3.1 直流电流测量A第第3章章 电流、电

2、压与功率测量电流、电压与功率测量 设电流表的内阻为r，在图3.2（a）所示的测量电路中，原电路中电流I=E/R，而在图3.2（b）所示的电路中，电流改变为I=E/(R+r) ，两者的误差为rRRErRRErrREREI/11)(第第3章章 电流、电压与功率测量电流、电压与功率测量 IER(a)EAR(b)I第第3章章 电流、电压与功率测量电流、电压与功率测量 3.1.2 模拟直流电流表的工作原理直流电流表多数为磁电式仪表，磁电式仪表一般由可动线圈、游丝和永久磁铁组成。线圈框架的转轴上固定一个读数指针，当线圈流过电流时，在磁场的作用下，可动线圈发生偏转，带动上面固定的读数指针偏转，偏转的角度与通

3、过可动线圈的电流成正比。模拟直流电流表具有不需电池驱动、显示稳定等优点，同时亦存在非线性误差大、容易损坏等缺点。3.1.3 数字万用表测量直流电流的原理数字万用表是用电子技术来检测直流电流的。通常在直流电流挡，对外电路来说，数字万用表仅相当于一个取样电阻RN（不同的量程RN的值不同），测量时RN上有电压信号Ui=IRN，其测量过程如图3.3所示。 第第3章章 电流、电压与功率测量电流、电压与功率测量 图3.3 数字万用表测量原理框图预处理A/D转换器数字量显示Ui第第3章章 电流、电压与功率测量电流、电压与功率测量 3.2 交流电流的测量交流电流的测量 3.2.1 低频交流电流的测量原理和方法

4、图3.4所示的交直流转换电路。第第3章章 电流、电压与功率测量电流、电压与功率测量 图3.4 交直流转换电路A第第3章章 电流、电压与功率测量电流、电压与功率测量 3.2.2 高频交流电流的测量原理和方法我们可以通过测量这种与高频电流密切相关的直流电流的大小，间接地检测出高频电流的大小，具体原理如图3.5所示。第第3章章 电流、电压与功率测量电流、电压与功率测量 图3.5 热电偶电表原理GAECDB第第3章章 电流、电压与功率测量电流、电压与功率测量 3.3 直流电压的测量直流电压的测量3.3.1 直流电压的测量原理与方法一般来说，直流电压测量是将直流电压表直接跨接在被测电压的两端，由直流电压

5、表读出被测电压的值。因此，电压测量是一种最简便的电参数测量，其过程如图3.6所示。第第3章章 电流、电压与功率测量电流、电压与功率测量 图3.6 电压测量 电压表Ux第第3章章 电流、电压与功率测量电流、电压与功率测量 当其与适当的分压电阻相配合时，即组成了直流电压表，如图3.7所示。第第3章章 电流、电压与功率测量电流、电压与功率测量 图3.7 基于直流表的直流电压表构成框图 ARg直流电流表R1R2R3R4R5Ux第第3章章 电流、电压与功率测量电流、电压与功率测量 设被测电路可等效为内阻为Rx，开路电压为Ux的电压源，直流电压表的等效内阻为R0，则测量的完整电路简化为图3.8。第第3章章

6、 电流、电压与功率测量电流、电压与功率测量 图3.8 直流电压表测量电路AR0RxE直流电压表第第3章章 电流、电压与功率测量电流、电压与功率测量 由图3.8可知，当直流电压表并接于被测电路两端时，由于R0的存在，电压表所测得的电压由原来的Ux改变为： xxxxURRURRR)/11(000(3-1)第第3章章 电流、电压与功率测量电流、电压与功率测量 3.3.2 直流电压测量仪表1.模拟式万用表在图3.9所示分压电路中，使用MF500-B型万用表的100 V挡进行测量，该仪表的灵敏度为10 k/V，可以推算出在100 V挡的输入电阻为10010=1000 k=1 M，实际测得的电压为VRRR

7、RRii401005001000500100050050010005001000100/212第第3章章 电流、电压与功率测量电流、电压与功率测量 图3.9 高内阻电路的电压测量V100 VR1500 kR2500 k第第3章章 电流、电压与功率测量电流、电压与功率测量 2.数字式万用表数字万用表均有电流电压测量挡。与模拟式万用表相比，主要优点是： (1) 输入阻抗高，一般直流输入阻抗可达20 M以上。(2) 分辨力高，可精确到百分之一，即在10 V挡，可分辨到0.1 V，而指针式的模拟万用表的分辨力为最小刻度间隔所代表的电压值的一半，量程越大，分辨力越低。第第3章章 电流、电压与功率测量电流

8、、电压与功率测量 3.示波器示波器的直流电压挡特别适用于观察较大幅度的直流电压信号或含有交流成份的直流电压信号。4.电子电压表电子电压表一般为数字式仪表，输入端设有由场效应管电路组成的阻抗隔离电路和放大电路，因而具有较高的输入阻抗和灵敏度，适用于在电子电路中测量高内阻电路的电压。第第3章章 电流、电压与功率测量电流、电压与功率测量 3.4 交流电压的测量交流电压的测量 3.4.1 交流电压的特征与量值表示常见电压的波形如图3.10所示。第第3章章 电流、电压与功率测量电流、电压与功率测量 图3.10 常见电压的波形正弦波脉冲波方波三角波低频噪声波阶梯波第第3章章 电流、电压与功率测量电流、电压

9、与功率测量 2.交流电压的表示量值交流电压幅度值的相对大小常用峰-峰值、平均值和有效值来表示。1) 峰-峰值UP-P峰-峰值表示信号的最大值与最小值的差。对于对称的正弦信号来说，更常用的是峰值UP，其等于1/2的UP-P。如U(t)=Acosct，则有UP-P=2 A，UP=1 A。第第3章章 电流、电压与功率测量电流、电压与功率测量 2) 平均值设电压信号为U（t），其周期为T，则平均值为（3-2）这时平均值的意义为 UTdttUTU0)(1TdttUTU0)(1（3-3）第第3章章 电流、电压与功率测量电流、电压与功率测量 3) 有效值URMS有效值指的是信号的均方根值（RMS）。电压信号

10、的有效值用URMS表示，其数学表达式为对于正弦波U(t)=Um cosct来说： （3-5） TKMSdttUTU02)(1（3-4）PPRMSUUU707. 02第第3章章 电流、电压与功率测量电流、电压与功率测量 工程上定义如下两个参数： （1） 波形因数KF: 表示电压的有效值与平均值之比，即 （3-6） （2） 波峰因数KP: 表示交流电压的峰值与有效值之比，即uuKRMSFRMSPPuuK （3-7）第第3章章 电流、电压与功率测量电流、电压与功率测量 3.4.2 交流电压的测量原理与方法1. 测量方法交流电压测量与直流电压测量相类似，都是将电压表并联于被测电路上，其测量的连接如图3

11、.11所示。 第第3章章 电流、电压与功率测量电流、电压与功率测量 图3.11 交流电压的测量VR1R2U(t)第第3章章 电流、电压与功率测量电流、电压与功率测量 2. 测量原理1） 交流电压的模拟测量用模拟电路的技术和方法测量交流电压，最常用的转换器有峰值检波器、平均值检波器和有效值直流变换电路。其工作原理如图3.12（a）、（b）、（c）所示。第第3章章 电流、电压与功率测量电流、电压与功率测量 图3.12 测量原理（a） 峰值检波电路；（b） 平均值检波器； （c） 热电偶式变换电路ux12VDCRuoux uo(a)(b)RuxDABEuA(c)第第3章章 电流、电压与功率测量电流、