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1、电工量计及检测技术第七章本讲稿第一页，共二十七页1.1.电压测量电压测量 电压大小电压大小 峰值UP、有效值U、平均值（1 1）表征电压的特征量）表征电压的特征量波形系数波峰系数直流电压（直流电压（V）交流电压（交流电压（V）高电压中电压低电压高电压中电压低电压10610210210-410-410-910510310310-310-310-7 电压波形电压波形正弦波；非正弦波（三角波、方波、脉冲波、锯齿波）电压频率电压频率低频（小于1kHz）；音频（1kHz20kHz）；高频本讲稿第二页，共二十七页（2 2）电压测量的常用仪器）电压测量的常用仪器 a.电磁式（或磁电式）电压表、整流式电压表b
2、.万用表（交、直两用）c.示波器（交、直两用）d.感应式电压表e.静电式电压表（交、直两用，用于测量高压）f.热电式电压表（交、直两用，主要用于电量有效值测量）a.分压器b.电压互感器c.电压传感器d.基准电压源 常用仪表常用仪表 常用器具常用器具 仪器选用仪器选用a.常用测量电压仪表的频率适用范围 b.常用测量电压仪器的测量范围与误差 本讲稿第三页，共二十七页 10 50 100 500 1k 10k 100k 1M 10MHZ（工频）（工频）（音频）（音频）（高频）（高频）电磁式仪表电磁式仪表感应式仪表感应式仪表电动式仪表电动式仪表整流式仪表整流式仪表热电式仪表热电式仪表电子式仪表电子式仪
3、表表表2 交流仪表的频率适应范围交流仪表的频率适应范围示波器示波器本讲稿第四页，共二十七页仪器、仪表仪器、仪表或扩大量限器具或扩大量限器具测量范围测量范围（V）误差范围误差范围（%）指示式仪表指示式仪表直流直流10-3 105交流交流10-3 1052.50.12.50.1电位差计电位差计直流直流10-5 2交流交流10-5 20.10.0010.50.1数字电压表数字电压表直流直流10-4 103交流交流10-4 1030.10.0020.10.05检流计检流计直流直流10-9 10-7分压器分压器直流直流10 104交流交流10 1040.50.0010.50.001电压互感器电压互感器交
4、流交流102 1050.50.005表表3 测量电压仪器的测量范围与误差测量电压仪器的测量范围与误差本讲稿第五页，共二十七页(3)(3)电压测量的常用电路电压测量的常用电路 平均值检波器平均值检波器RRLCCDUU（a）图图7.1 平均值检波器平均值检波器RRLCCDUU（b）a.R-C-D型平均值检波器型平均值检波器 K1整流系数整流系数K2滤波系数滤波系数存在问题：存在问题：波形、频率、二极管非线性波形、频率、二极管非线性适用场合适用场合：测量准确度要求不高，或被测电压比较高而又基本不变或变化测量准确度要求不高，或被测电压比较高而又基本不变或变化 范围不大的情况下采用。范围不大的情况下采用
5、。解决办法：解决办法：“线性检波器线性检波器”本讲稿第六页，共二十七页R2图图7.2 线性检波器线性检波器线性检波器特性线性检波器特性R1-D2uiAD1uou1+uoui0线性检波器电路线性检波器电路b.线性检波器线性检波器 本讲稿第七页，共二十七页 峰值检波器峰值检波器 参数条件：参数条件：Tmax被测交流电压的最大周期Tmin被测交流电压的最小周期r 信号源内阻与二极管正向电阻之和 适用场合：适用场合：被测电压频率比较高被测电压频率比较高存在问题：存在问题：检波检波器的误差随频率的变化而改变器的误差随频率的变化而改变 二极管存在二极管存在非线性特性非线性特性和和管压降管压降解决办法：解决
6、办法：采用采用“运放构成的峰值检波电路运放构成的峰值检波电路”慢慢 放放快快 充充RLCDUUP图图7.3 串联式峰值检波器串联式峰值检波器a.基本峰值检波器基本峰值检波器 本讲稿第八页，共二十七页b.正峰值检波器正峰值检波器 D2图图7.4 正峰值检波器正峰值检波器-CuiAD1uou1+本讲稿第九页，共二十七页 有效值检波器有效值检波器物理定义：有效值是根据电流热效应来规定的.数学定义：时变量的瞬时值在给定时间间隔内的均方根值.【有效值的定义有效值的定义】真有效值检波器真有效值检波器 热电式变换器的结构本讲稿第十页，共二十七页精密精密整流器整流器对数对数放大器放大器反对数反对数放大器放大器
7、对数对数放大器放大器对数对数放大器放大器滤波滤波uxu1u2Urms-+12 23 3图图7.5 7.5 模拟有效值检波器模拟有效值检波器本讲稿第十一页，共二十七页(4)(4)测量举例测量举例 微小电压的测量微小电压的测量 采用检流计采用检流计电位差计电位差计 高电压的测量高电压的测量 高压表高压表 分压器分压器+数字万用表数字万用表 脉冲电压的测量脉冲电压的测量 脉冲电压表脉冲电压表 脉冲分压器脉冲分压器 示波器示波器 电压互感器电压互感器 在控制电路中的电压检测在控制电路中的电压检测(5)(5)注意事项注意事项 测量范围、精度 频率、波形 仪表的负载效应等.本讲稿第十二页，共二十七页2.2
8、.电流测量电流测量(1)(1)电流测量常用仪器的测量范围与误差电流测量常用仪器的测量范围与误差 仪器、仪表仪器、仪表或扩大量限器具或扩大量限器具测量范围测量范围（V）误差范围误差范围（%）指示式仪表指示式仪表直流直流10-7102交流交流10-41022.50.12.50.1电位差计电位差计直流直流10-710-20.10.005霍尔效应霍尔效应大电流仪大电流仪直流直流10-210520.2检流计检流计直流直流10-1110-60.50.005分流器分流器直流直流101040.50.02电流互感器电流互感器交流交流10-11040.50.005本讲稿第十三页，共二十七页电流互感器电流互感器分分
9、流流器器(2)(2)测量方法测量方法 互感器法互感器法 分流器法分流器法 磁位计法磁位计法 霍尔效应法霍尔效应法本讲稿第十四页，共二十七页(3)(3)测量举例测量举例 直流大电流的测量直流大电流的测量 交流大电流的测量交流大电流的测量 微小电流的测量微小电流的测量 不切断电路时电流的测量不切断电路时电流的测量 控制电路中的电流检测控制电路中的电流检测 被测电流被测电流钳式铁心钳式铁心量程转换量程转换整流式电流表整流式电流表A+图图7.9 配有钳式电流互感器的电流表测量原理配有钳式电流互感器的电流表测量原理图图7.10 常用电流检测电路常用电流检测电路RR1C1D1I（a）半波）半波控制电路控制
10、电路IC1R1RQ（b）全波）全波控制电路控制电路本讲稿第十五页，共二十七页3.3.频率测量频率测量数字频率计数字频率计(1)(1)用 途(2)(2)组 成测量信号的频率和周期晶体振荡器（时基电路）门电路与门控电路计数与显示电路 整形放大电路等数字计数器数字计数器门控电路门控电路时基电路时基电路显示电路显示电路与与显示器显示器主门主门整形放大整形放大门控信号门控信号输入信号输入信号输出信号输出信号ViVdVoViVdVoTdTXnx个个图图7.11 数字频率计的原理示意图数字频率计的原理示意图本讲稿第十六页，共二十七页(3)(3)工作方式 频率测量工作方式适用于测量高频信号 周期测量工作方式适
11、用于测量低频信号本讲稿第十七页，共二十七页（4 4）频率测量工作方式分析）频率测量工作方式分析 特特 点点 ：门控信号由时基信号直接或分频后提供门控信号由时基信号直接或分频后提供.f x=n x/Td 误误 差差 ：适用性：适用性：被测信号频率较高 （或 f x T d 1）数字计数器数字计数器门控电路门控电路时基电路时基电路显示电路显示电路与与显示器显示器主门主门整形放大整形放大门控信号门控信号输入信号输入信号输出信号输出信号ViVdVoViVdVoTdTXnx个个图图7.11 数字频率计以频率测量方式时的原理示意图数字频率计以频率测量方式时的原理示意图本讲稿第十八页，共二十七页 特特 点点
12、：门控信号由被测信号提供：门控信号由被测信号提供.误误 差差：T x=n x Td 适用性：适用性：被测信号频率较低 （或 f d f x）（5）周期测量工作方式分析周期测量工作方式分析 数字计数器数字计数器门控电路门控电路时基电路时基电路显示电路显示电路与与显示器显示器主门主门整形放大整形放大门控信号门控信号时钟信号时钟信号输出信号输出信号VdViVoVdViVoTXTd图图7.12 数字频率计以周期测量方式时的原理示意图数字频率计以周期测量方式时的原理示意图nx个个本讲稿第十九页，共二十七页若采用频率测量工作方式测量，结果如何？若采用频率测量工作方式测量，结果如何？例:设一台频率计数器的计
13、时时钟为10MHz,若被测输入信号的周期为 1ms，试分析应采用何种方式测量输入信号的周期？解答解答f x=1kHz,T x=1ms,f d=10MHz,Td=100nsf d f x采用周期测量工作方式测量测量时间取被测信号的一个周期1ms计数器记录的是输入波形的一周时间对应的计时时钟数104计数器的计数误差为 d n x=1,n x=1/104,T=100 ns本讲稿第二十页，共二十七页4 4磁参数测量磁参数测量 (1)(1)磁感应强度的基本测量方法磁感应强度的基本测量方法“电磁感应法电磁感应法”冲击检流计、磁通计冲击检流计、磁通计“霍尔效应法霍尔效应法”高斯计高斯计 本讲稿第二十一页，共
14、二十七页电磁感应法电磁感应法用磁通计测量磁感应强度用磁通计测量磁感应强度NS软软铁铁芯芯可动线圈可动线圈B探测线圈探测线圈银线银线图图7.11 磁电式磁通计结构原理图磁电式磁通计结构原理图霍尔效应法霍尔效应法用高斯计测量磁感应强度用高斯计测量磁感应强度放大放大整流整流被测磁场被测磁场霍尔元件霍尔元件交流定流电源（通常，交流定流电源（通常，1kHz）图图7.13 高斯计的原理图高斯计的原理图T本讲稿第二十二页，共二十七页(2)(2)磁化曲线的测量磁化曲线的测量静态磁化曲线的测量（直流）静态磁化曲线的测量（直流）A电子式电子式磁通计磁通计EE+E-E0试样试样磁化线圈磁化线圈探测线圈探测线圈平均磁
15、路平均磁路l磁化电流磁化电流I1n1n2K截面积截面积A图图7.15 静态磁化曲线的测量电路静态磁化曲线的测量电路图7.16 静态磁化曲线H A/m B T 本讲稿第二十三页，共二十七页动态磁化曲线动态磁化曲线磁滞回线的测量（交流）磁滞回线的测量（交流）A图图7.17 用示波器观测铁芯的用示波器观测铁芯的BH曲线曲线CY B试样试样X HR1积分电路积分电路n1n2R示波器示波器R WVR1B m：最大磁感应强度：最大磁感应强度H m：最大磁场强度：最大磁场强度B r ：剩磁：剩磁H c：矫：矫顽力顽力B mB rH m 0-H c图图7.18 7.18 铁芯的磁滞回线铁芯的磁滞回线本讲稿第二
16、十四页，共二十七页电电 机机变压器变压器继电器继电器的铁芯的铁芯 永久磁钢永久磁钢 存储器的磁芯存储器的磁芯 BB rH 0H c(b)矩磁材料的磁滞回线矩磁材料的磁滞回线BB rH 0H c(a)软磁材料的磁滞回线软磁材料的磁滞回线BB rH 0H c(c)硬磁材料的磁滞回线硬磁材料的磁滞回线 不同磁材料的磁滞回线不同磁材料的磁滞回线本讲稿第二十五页，共二十七页5 5本章要求本章要求（1）掌握电压、电流测量的基本方法、常用仪器、变换电路；（2）掌握数字频率计的工作原理和两种测量方式的分析;本讲稿第二十六页，共二十七页思考题思考题从b组中选出与a组关系密切的仪表，用对应的数字回答 a组 b组 直流电压测量（）静电式仪表 高电压测量（）磁电式仪表 电动势测量（）电位差计本讲稿第二十七页，共二十七页