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1、第一章 电压、电流和功率的测量,1.1 电流的测量,1.1.1 电流表直接测量法,图 1-1-1 动圈式磁电系测量机构,原理：在被测电流的通路中串入适当量程的电流表，让被测电流的全部或一部分流过电流表，从电流表上直接读取被测电流值或被测电流分流值,静态方程：,静态灵敏度：So,图1-1-2 单量程电流表原理图,磁电系电流表头的基本参数有：动圈内阻Rg、动圈满偏电流Im和动圈满偏电压Um。Um=Rg*Im,扩展量程、减小内阻的方法,图1-1-3 多量程电流表原理图,量程满偏电流 * 量程分流电阻 = 表头满偏电流 * 环路总电阻,从保护表头的角度，多采用闭路抽头式,图1-1-4 整流式交流电流表
2、电路,交流电流表：,图1-1-5 用电流表测量电流,测量误差：,测量误差：,1.1.2 电流-电压转换法,U1,U2,U-,U+,U3,U4,适合测较大电流,取样电阻法：在被测电流回路中串入很小的取样电 阻，将被测电流转换为被测电压,图1-1-7 反馈电阻法,反馈电阻法被测电流回路中串入电压并联负反馈电路,i3,i2,VA,适合测量小电流,1.1.3 电流-频率转换法,图1-1-8 简单的电流-频率转换器,触发端,阈值端,放电端,可用于各种恒流源场合，对微电流（如光电流）检测尤为合适,1.1.4 电流-磁场转换法 用处：不允许切断电路或被测电流太大时。,霍尔效应：如，霍尔钳形电流表 磁位计法
3、磁光效应法 核磁共振法,1.1.5 电流互感器法,图1-1-9 电流互感器,使用注意：副边绝对不允许开路，且副边必须可靠接地,图1-1-10 电流互感器的电流-电压转换电路,1.2 电压的测量,1.2.1 直流电压的测量,动圈式高灵敏度直流电流表头,电压灵敏度,普通直流电压表电路,普通直流电压表 （表头指针偏转角度与被测电压成正比）,用普通电压表测量高输出电阻电路的直流电压,电压表测得数：,测量误差：,误差来源： 读数误差 表头本身、扩展电阻精确度,缺点： 灵敏度不高 输入电阻低,消除误差办法,1. 使,2. 二量程测量法：,设量程,时的读数为,，量程,时的读数为,则：,其中：,例1：在下图中
4、，电压表V的“/V”数为20K/V，分别用5V量程和25V量程测量端电压Uo的读数值分别为多少伏？怎样从两次测量读数计算出Eo的精确值？,图1-2-3 电子电压表框图,磁电式电流表头,直流电子电压表,组成：磁电式电流表头 + 跟随器 + 放大器,图1-2-4 集成运放电压表原理,图1-2-4 集成运放电压表原理,直流数字电压表,图1-2-5 直流数字电压表框图,1、构成将直流电子电压表的模拟表头用A/D转换器及与之相连的数字显示器代替，即构成直流数字电压表。,2、功能扩展： 通过切换开关，更换不同的测量电路，就可利用这种数字表头构成数字式万用电表。 通过切换开关，更换不同的传感器和测量电路，将
5、被测参数转换成直流电压，就可利用这种数字表头构成非电量的数字测量仪表。,1.2.2 交流电压的测量,正峰值,负峰值,幅值,平均值,交流电压的表征 （峰值、平均值、有效值、波形系数、波峰系数）,1峰值,2平均值 1）“信号平均值”是“信号的直流分量” 2）“交流电压平均值”常指其“全波整流平均值” 有效值 波形系数 波峰系数,基于功率的概念，国际上一直以有效值做为交流电压的表征量,交流电压的测量方法 思路：将交流电压转化为直流电压。 常用方法：检波法 定度：所有电压表几乎都按正弦波有效值定度,检波法,平均值检波输出直流电压等于输入交流电压平均值 有效值检波输出直流电压等于输入交流电压有效值 峰值
6、检波输出直流电压等于输入交流电压峰值,图1-2-7 交流电压表类型,模拟式交流电压表（检波放大式、放大检波式、外差式）,检波-放大式,放大检波式,图1-2-8 外差式电压表,三种模拟式交流电压表的比较：,低频交流电压的测量 -多采用均值电压表或有效值电压表测量 1.均值电压表的特点 放大检波式组成结构 采用平均值检波测两电压时，若电压表的读数相同， 则两电压的平均值相同 按正弦电压有效值刻度（有效值为U的正弦电压的读数也为U） 2、测量数据换算波形换算（从读数值Ua求平均值和有效值U）,例2.用全波整流均值电压表分别测量正弦波、三角波和方波，若电压表指示值均为10V，问3种波形被测电压的有效值
7、各为多少？（注：正弦波波形系数为1.11，三角波波形系数为1.15，方波波形系数为1）,高频交流电压的测量采用峰值电压表 1、峰值电压表特点 检波放大式组成结构 采用峰值检波：测两电压时，若电压表读数相同，则两 被测电 压峰值相同 采用正弦有效值刻度（有效值为U的正弦电压的读数也为U） 2、测量数据换算从读数值Ua求有效值U和峰值Up,1.3 功率的测量,功率概念的复习 直流功率：P = U*I 交流功率：,各电路元件的功率比较：,电动系测量机构的工作原理 利用两个载流线圈电磁力作用而产生转动力矩的测量机构。 固定线圈电流产生的磁场对活动线圈产生电磁力的作用。,电动系功率表原理图,将电动系测量
8、机构中的动圈和定圈串联或并联，并配置一定的分流电阻，便可构成电动系电流表。 将电动系测量机构中的动圈和定圈串联以后再与一定的附加电阻串联，便可构成电动系电压表。,电动系功率表原理：,用电动系功率表测量功率 1正确选择量程： 电压、电流、功率三者均不应超过量限 2正确接线 图1-3-2 1电流线圈与负载串联，电压线圈与负载并联 2两线圈端同接高电位端（或同接低电位端） 3两线圈端同接电流引入端（或同接电流引出端） （a）（b）适于吸收功率测量正转表示Z吸收功率 （c）（d）适于发出功率测量反转表示Z发出功率 4（a）（c）适于ZZA ZA电流线圈阻抗 （b）（d）适于ZZV ZV电压线圈阻抗,图1-3-2 功率表的接线方式,(a) 、(b) 、(c) 、 (d)正确接法；(e) 、(f) 、(g) 、(h)不正确接法,电动系功率表的局限：只适合于从直流到几百赫兹的功率测量,1.3.2 用时分割乘法器测量功率,图1-3-3 时分割乘法器原理示意图,由于一个周期T内积分器输出电压变化为0，所以得：,整理可得：,+Uy被开关S2切换产生的方波Us经过低通滤波后得到的平均值Eo为： 将上式代入可得：,若Uy是被测电流Ix流经的取样电阻RN两端的电压，即Uy=RNIx则：,设 可得：,故：只需测出输出电压Eo即可求出被测功率,
