電參量測量技術(shù)應(yīng)用

第2章電參量測量技術(shù)

2.1頻率、時間和相位的測量2.2電壓、電流和功率測量2.3

阻抗測量

電參量測量技術(shù)應(yīng)用在現(xiàn)代測試技術(shù)中，對于各種類型的被測量大數(shù)都是直接或通過各種傳感器、電路等轉(zhuǎn)換為與被測量相關(guān)的電壓、電流、間、頻率等電學(xué)基本參量后進行檢測和處理的，這樣即便于對被測量的檢測、處理、記錄和控制，又能提高測量的精度。因此，了解和掌握這些基本參量的測量方法是十分重要的。本章分別介紹時間、頻率和相位；電壓、電流以及阻抗等參量的測量方法。

電參量測量技術(shù)應(yīng)用2.1頻率、時間和相位的測量時間是國際單位制中七個基本物理量之一，單位是秒(s)。頻率以單位時間內(nèi)周期性振蕩的次數(shù)來計量，單位是赫茲(Hz)。因此，頻率測量和時間測量是緊密相聯(lián)系的。頻率、時間的應(yīng)用與人們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P(guān)，而在當代高科技中顯得尤為重要。例如,郵電通訊，大地測量，地震預(yù)報，人造衛(wèi)星、宇宙飛船、航天飛機的導(dǎo)航定位控制等都與頻率、時間密切相關(guān)，因此準確測量時間和頻率是十分重要的。相位是描述交流信號的三要素之一。相位差的測量是研究信號、網(wǎng)絡(luò)特性的不可缺少的重要方面。電參量測量技術(shù)應(yīng)用2.1.1頻率的測量在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中周期性現(xiàn)象十分普遍，如各種周而復(fù)始的旋轉(zhuǎn)、往復(fù)運動、各種傳感器和測量電路變換后的周期性脈沖等。周期與頻率互為倒數(shù)關(guān)系:

（2-1）目前頻率測量技術(shù)已能達到很高的精確度，因此在檢測技術(shù)中常將一些電量或電參量轉(zhuǎn)換成頻率進行測量，以提高測量的精度。頻率測量方法可分為計數(shù)法和模擬法兩類:計數(shù)法測量精度高、操作簡便，直接顯示數(shù)字，應(yīng)用最為廣泛；模擬法因為簡單經(jīng)濟，在有些場合仍然采用。電參量測量技術(shù)應(yīng)用1.頻率(周期)的數(shù)字測量⑴計數(shù)法測量原理計數(shù)法就是在一定的時間間隔T內(nèi)，對周期性脈沖的重復(fù)次數(shù)進行計數(shù)。若周期性脈沖的周期為TA，則計數(shù)結(jié)果為: （2-2）計數(shù)法原理如圖2-1(a)所示，周期為TA的脈沖①加到閘門的輸入端，寬度為T的門控信號②加到閘門的控制端，只有在閘門開通時間T內(nèi)才輸出計數(shù)脈沖③進行計數(shù)。閘門在打開前計數(shù)器先清零，關(guān)閉時，計數(shù)器的計數(shù)值N由T和TA決定。如果T和TA一為已知標準量，另一為待測量，則從計數(shù)值和已知標準量便可求得未知待測量。電參量測量技術(shù)應(yīng)用圖2-1計數(shù)法測量原理電參量測量技術(shù)應(yīng)用由于T和TA兩個量是不相關(guān)的，T不一定正好是TA的整數(shù)N倍，即T與NTA之間有一定誤差，如圖2-1(b)所示。圖中△t1,是閘門開啟時刻至第一個計數(shù)脈沖前沿的時間(假設(shè)計數(shù)脈沖前沿使計數(shù)器翻轉(zhuǎn)計數(shù))，△t2是閘門關(guān)閉時刻至下一個計數(shù)脈沖前沿的時間。處在T區(qū)間內(nèi)計數(shù)脈沖個數(shù)(即計數(shù)器計數(shù)結(jié)果)為N，則

（2-3）顯然，脈沖計數(shù)的最大絕對誤差△N=±1。電參量測量技術(shù)應(yīng)用脈沖計數(shù)最大相對誤差為：（2－4）

⑵通用計數(shù)器的基本組成和工作方式電子計數(shù)器一般都具有測頻和測周等兩種以上的測量功能，故稱通用計數(shù)器。通用計數(shù)器的基本組成如圖2-2所示。圖2-2中整形器是將頻率為fA(或fB)的正弦信號整形為周期為TA=1／fA(或TB)的脈沖信號。門控電路是將周期為mTB(fB經(jīng)m分頻)的脈沖變?yōu)殚l門時間為T=mTB的門控信號，將T=mTB代入(2-2)式可得圖2-2中十進制計數(shù)器的計數(shù)結(jié)果為：

電參量測量技術(shù)應(yīng)用（2-5）圖2-2通用計數(shù)器的基本組成電參量測量技術(shù)應(yīng)用由上式可見，圖2-2中計數(shù)結(jié)果N與A、B兩輸入端所加的信號頻率的比值fA／fB成正比，此時計數(shù)器工作在頻率比測量方式。若將被測信號fx接到圖2-2中A輸入端(fA=fx)，晶振標準頻率fc信號接到B輸入端(fB=fc)，則稱計數(shù)器工作在測頻方式，此時(2-5)式變?yōu)椋? （2-6）若將被測信號fx接到圖2-2中B輸入端(fB=fx)，晶振標準頻率fc信號接到A輸入端(fA=fc)，則稱計數(shù)器工作在測周方式，此時(2-5)式變?yōu)椋?/p>

（2-7） 電參量測量技術(shù)應(yīng)用⑶頻率(周期)的測量誤差與測量范圍由于周期與頻率互為倒數(shù)，只要測出其中一個就可求得另一個，因此，從理論上講測量頻率與測量周期是等效的，但從實際測量來看，圖2-2所示通用計數(shù)器工作在測頻方式和工作在測周方式，其測量誤差和范圍都不一樣。①測頻方式由(2-6)式可得“測頻”的相對誤差為：進一步推導(dǎo)可得測頻最大相對誤差為：電參量測量技術(shù)應(yīng)用由上式可見，被測頻率fx越高，分頻系數(shù)m越大，測頻的相對誤差△fx/fx越小，測頻的精確度越高。若采用K位十進制計數(shù)器，為使計數(shù)結(jié)果不超過計數(shù)器最大允許計數(shù)值而發(fā)生溢出，要求：

且

（2-9）

同時，最大相對誤差還應(yīng)滿足測量精度的要求，因此fx應(yīng)滿足：(2-8)電參量測量技術(shù)應(yīng)用（2-10）一般晶振的精度很高，△fc/fc可忽略，故上式簡化為：（2-11）因此可得“測頻”范圍為：

（2-12）由此可見，測頻方式所能測量的最低頻率受測量精度的限制，所能測量的最高頻率受所采用的計數(shù)器的容量(Nmax)或速度(fmax)的限制。電參量測量技術(shù)應(yīng)用②測周方式由(2-11)式可得測周的相對誤差為：將(2-10)式代入得測周的最大相對誤差為：

（2-13）因Tx=1/fx，△Tx／Tx=-△fx／fx，故由上式可測周法測頻的最大相對誤差為：

（2-14）電參量測量技術(shù)應(yīng)用由上式可見，被測頻率fx越低，分頻系數(shù)m越大，測周的相對誤差△Tx/Tx越小，即測周的精度越高測頻的精度也越高。對比(2-8)式和(2-14)式可見，直接測頻與測周法測頻的相對誤差是不一樣的。若被測頻率fx較高，則直接測頻的相對誤差較?。蝗舯粶y頻率fx較低，則用測周法測頻的相對誤差較小。令(2-8)式與(2-14)式相等，可求得測頻與測周相對誤差都一樣的中界頻率f0為：f0＝fc電參量測量技術(shù)應(yīng)用因此，從提高測量精度考慮，當被測頻率fx高于中界頻率fc時，應(yīng)采用直接測頻法測量，當被測頻率fx低于fc時應(yīng)采用測周法測量頻率。測周法的周期測量范圍，同樣也受到測量精度要求值和計數(shù)器的限制，即應(yīng)滿足故Tx的測量范圍為：

（2－15）若取fc=fmax，并忽略晶振的誤差，則上式簡化為電參量測量技術(shù)應(yīng)用圖2-2中分頻系數(shù)m一般取10的整數(shù)次冪且分擋可選，即m=10n(n=0，1，2，3…等可選)。此時改變n只是改變fx和Tx的指示數(shù)字的小數(shù)點位置。例如N=100，fc=1MHz(Tc=lμs)，若取n=2，則fx=1MHz，Tx=1μs。若取n=3，則x=0.1MHz，Tx=0.1μs。

（2－16）電參量測量技術(shù)應(yīng)用2.頻率的模擬測量簡要介紹幾種頻率的模擬測量方法：⑴直讀法測頻①電橋法測頻電橋法測頻是利用交流電橋的平衡條件和電橋電源頻率有關(guān)這一特性來測頻的，在電橋面板上將調(diào)節(jié)電橋平衡的可變電阻(或電容)的調(diào)節(jié)旋鈕(度盤)按頻率刻度調(diào)節(jié)，則在電橋指示平衡時，測試者便可從刻度上直接讀得被測信號頻率fx。

這種電橋測頻的精確度約為±(0.5～1)％。在高頻時，由于寄生參數(shù)影響嚴重，會使測量精確度大大下降，所以這種電橋測頻法僅適用于10kHz以下的音頻范圍。電參量測量技術(shù)應(yīng)用②諧振法測頻 諧振法利用電感、電容串聯(lián)諧振回路或并聯(lián)諧振回路的諧振特性來實現(xiàn)測頻。當被測頻率加到變壓器式的諧振電路中時，調(diào)節(jié)電容使諧振電路達到諧振。如果電容的調(diào)節(jié)度盤按諧振頻率刻度，則可直接從該刻度讀出被測頻率值。諧振法測量頻率的誤差大約在±(0.25～1)％范圍內(nèi)，常作為頻率粗測或某些儀器的附屬測頻部件。電參量測量技術(shù)應(yīng)用③頻率-電壓(f-V)轉(zhuǎn)換法測頻這種測頻方法的原理是利用相關(guān)電路把正弦頻率fx轉(zhuǎn)換為周期相等、寬度、幅度均為定值的矩形脈沖列，用低通濾波器濾除其全部交流分量，則平均值即直流分量為：

（2－17） 輸出的直流電壓用依照(2-17)式按頻率刻度的電壓表指示，則從電壓表指針所指刻度便可直接讀出被測頻率fx。f-V轉(zhuǎn)換式頻率計最高測量頻率可達幾兆赫?？梢赃B續(xù)監(jiān)視頻率的變化是其突出優(yōu)點。電參量測量技術(shù)應(yīng)用⑵比較法測頻 比較法測頻就是用標準頻率fc與被測頻率fx進行比較，當把標準頻率調(diào)節(jié)到與被測頻率相等時指零儀表便指零，此時的標準頻率值即被測頻率值。比較法可分為拍頻法測頻與差頻法測頻兩種。前者是將待測頻率信號與標準頻率信號在線性元件上疊加產(chǎn)生拍頻。后者是將待測頻率信號與標準頻率信號在非線性元件上進行混頻。目前拍頻法測量頻率的絕對誤差約為零點幾赫茲，差頻法測量頻率的誤差可優(yōu)于量級，最低可測信號電平達0.1μV～1μV。拍頻法和差頻法在常規(guī)場合很少采用。電參量測量技術(shù)應(yīng)用

⑶示波器測量頻率

用示波器測量頻率有兩種方法：一種是將被測信號加到示波器的Y通道，在熒光屏上測量被測信號的周期。另一種是將被測信號和標準頻率信號分別加到示波器的X，通道和Y通道，觀測熒光屏上顯示的李沙育圖形。電參量測量技術(shù)應(yīng)用2.1.2時間間隔的數(shù)字測量圖2-3時間間隔測量原理電參量測量技術(shù)應(yīng)用時間間隔和周期的測量都是測量信號或信號間的時間長度。所以，它們的測量方案基本相同，如圖2-3所示，所不同的僅是此處的門控電路不再采用計數(shù)觸發(fā)方式，而是要求根據(jù)測量時間間隔，給出起始計數(shù)和終止計數(shù)兩個觸發(fā)信號。因此，設(shè)置了B、C兩個通道，可以將起始信號UB接入B通道，使門控雙穩(wěn)電路置1，因而主閘門開啟，基準時標通過主閘門進入計數(shù)器計數(shù)；當終止信號Uc接通C通道，使門控雙穩(wěn)電路復(fù)零時，主閘門關(guān)閉，計數(shù)結(jié)束。從而得到了兩個被測信號的時間間隔。

電參量測量技術(shù)應(yīng)用若時間間隔即門控信號的寬度(閘門時間)為tx，選用時標周期為Tc(圖中Tc=1μs，10μs，…，10s分擋可選)，則計數(shù)結(jié)果為：（2－18）將上式與(2-7)式對比可見，時間間隔的測量相當于分頻系數(shù)m=1的周期Tx的測量情況。測時間間隔不能像測周期那樣把被測信號分頻即周期擴大m倍來減小量化誤差。測量時間間隔的誤差分析與測量周期的誤差分析相似，一般來說，測量時間間隔的誤差比測周期時大。電參量測量技術(shù)應(yīng)用2.1.3

相位差的數(shù)字測量 測量相位差的方法很多，主要有：用示波器測量；與標準移相器比較(零示法)；把相位差轉(zhuǎn)換為電壓來測量；把相位差轉(zhuǎn)換為時間間隔來測量等。1.相位-電壓轉(zhuǎn)換法 相位-電壓轉(zhuǎn)換式數(shù)字相位計的原理框圖如2-4(a)所示。其各點波形如2-4(b)所示。E1和E2為頻率相同、相位差φx的兩個被測正弦信號，經(jīng)限幅放大和脈沖整形后變成兩個方波，再經(jīng)微分得到兩個對應(yīng)被測信號負向過零瞬間的尖脈沖，鑒相器為非飽和型高速雙穩(wěn)態(tài)電路，被這兩組負脈沖所觸發(fā)，輸出周期為T，寬度為Tx的方波，若方波幅度為Ug，則用低通濾波器將方波中的基波和諧波分量全部濾除后，此方波的平均值即直流分量為：電參量測量技術(shù)應(yīng)用上式中T為被測信號的周期，Tx由兩信號的相位差φx決定，即

（2-20）將(2-20)式代入(2-19)式得相位差：

（2-21）（2－19）電參量測量技術(shù)應(yīng)用圖2-4相位-電壓轉(zhuǎn)換式數(shù)字相位計原理電參量測量技術(shù)應(yīng)用2.相位-時間轉(zhuǎn)換法將上述相位-電壓轉(zhuǎn)換法中鑒相器的時間間隔Tx用計數(shù)法對它進行測量，便構(gòu)成相位-時間轉(zhuǎn)換式相位計，如圖2-5所示。它與時間間隔的計數(shù)測量原理基本相同，若時標脈沖周期為Tc，則在Tx時間內(nèi)的計數(shù)值為：（2-22）電參量測量技術(shù)應(yīng)用

圖2-5相位-時間轉(zhuǎn)換式相位計原理電參量測量技術(shù)應(yīng)用如果采用十進制計數(shù)器計數(shù)，而且時標脈沖周期Tc與被測信號周期T滿足以下關(guān)系式：

（2-23）

則代入（2-22）式可得:

（2-24）相對量化誤差為:

（2-25）電參量測量技術(shù)應(yīng)用由(2-23)式可知，時標脈沖頻率fc與被測信號頻率fx的關(guān)系為:

（2-26）

由上式可見，由于時標頻率fc不允許太高，所以計數(shù)式相位計只能用于測量低頻率信號的相位差，而且要求測量精度越高(即n越大)，能測量的頻率fx越低。此外，由上式還可見，當被測信號頻率fx改變時，時標脈沖頻率fc也必須按(2-26)式相應(yīng)改變。這些是計數(shù)式相位計的缺點。電參量測量技術(shù)應(yīng)用2.2電壓和電流的測量2.2.1電壓的測量電量測量中的很多電參數(shù)，包括電流、功率、設(shè)備的靈敏度等都可以視作電壓的派生量，通過電壓測量獲得其量值。

電壓的測量分為模擬和數(shù)字兩種方法。前者采用模擬式電表顯示測量結(jié)果，后者以數(shù)字顯示器顯示測量結(jié)果。兩者的區(qū)別僅在于后者用A／D轉(zhuǎn)換器和數(shù)字顯示器取代了前者的模擬顯示部分。模擬電壓表的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜，測量頻率范圍較寬；缺點是準確度、分辨力低，不便于與計算機組成自動測試系統(tǒng)。數(shù)字式電壓表則正好相反。電參量測量技術(shù)應(yīng)用直流電壓的測量⑴普通直流電壓表普通直流電壓通常由動圈式高靈敏度直流電流表串聯(lián)適當?shù)碾娮铇?gòu)成，如圖2-6所示。設(shè)電流表的滿偏電流(或滿度電流)為Im，電流表本身內(nèi)阻為Re，串聯(lián)電阻Rn所構(gòu)成的電壓表的滿度電壓為 （2-27）所構(gòu)成的電壓表的內(nèi)阻為:

（2-28）電參量測量技術(shù)應(yīng)用圖2-6普通直流電壓表電路如圖中電流表串接3個電阻后，除最小電壓量程Uo=Im·Re外，又增加了U1、U2、U3三個量程，根據(jù)所需擴展的量程，可估算出3個擴展電阻的阻值:電參量測量技術(shù)應(yīng)用通常把內(nèi)阻Rv與量程Um之比(每伏歐姆Ω/V數(shù))定義為電壓表的電壓靈敏度。

（2-29）“Ω/V’數(shù)越大，表明為使指針偏轉(zhuǎn)同樣角度所需驅(qū)動電流越小。“Ω/V”數(shù)一般標明在磁電式電壓表表盤上，可依據(jù)它推算出不同量程時的電壓表內(nèi)阻，即

（2-30）電參量測量技術(shù)應(yīng)用動圈式直流電壓表的結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，誤差除來源于讀數(shù)誤差外，主要決定于表頭本身和擴展電阻的準確度，一般在±1％左右，精密電壓表可達±0.1％。其主要缺點是靈敏度不高和輸入電阻低。在量程較低時，輸入電阻更小，其負載效應(yīng)對被測電路工作狀態(tài)及測量結(jié)果的影響不可忽略。 在工程測量中為了滿足測量準確度的要求，常采用輸入電阻和電壓靈敏度高的模擬式直流電子電壓表進行測量。電參量測量技術(shù)應(yīng)用⑵直流電子電壓表直流電子電壓表通常是在磁電式表頭前加裝跟隨器(以提高輸入阻抗)和直流放大器(以提高測量靈敏度)構(gòu)成，當需要測量高直流電壓時，輸入端接入由高阻值電阻構(gòu)成的分壓電路。 直流電子電壓表中的直流放大器的零點漂移影響電壓靈敏度的提高，為此，電子電壓表中常采用斬波穩(wěn)零式放大器或稱調(diào)制式放大器以抑制零點漂移，使電子電壓表能測量微伏級的電壓。電參量測量技術(shù)應(yīng)用⑶直流數(shù)字電壓表 將直流電子電壓表中磁電式表頭用A／D轉(zhuǎn)換器及與之相連的數(shù)字顯示器代替，即構(gòu)成直流數(shù)字電壓表，如圖2-7所示。圖中A／D轉(zhuǎn)換器把直流電壓轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字量，送往數(shù)字顯示器顯示出來。在數(shù)字電壓表前端配接適當?shù)霓D(zhuǎn)換電路，將被測參數(shù)轉(zhuǎn)換成直流電壓，就可構(gòu)成測量該被測參數(shù)的數(shù)字儀表。因此直流數(shù)字電壓表是許多數(shù)字式電測儀表的核心部件，用途很廣。電參量測量技術(shù)應(yīng)用圖2-7

直流數(shù)字電壓表框圖電參量測量技術(shù)應(yīng)用2.交流電壓的測量⑴交流電壓的表征交流電壓可以用峰值、平均值、有效值、波形系數(shù)以及波峰系數(shù)來表征。①峰值 周期性交流電壓U(t)在一個周期內(nèi)偏離零電平的最大值稱為峰值，用Up表示，正、負峰值不等時分別用Up+和Up-表示，如圖2-8(a)所示。U(t)在一個周期內(nèi)偏離直流分量U0的最大值稱為幅值或振幅，用Um表示，正、負幅值不等時分別用Um+和Um-表示，如2-8(b)所示。圖中U0=0，且正、負幅值相等。電參量測量技術(shù)應(yīng)用圖2-8交流電壓的峰值和幅值電參量測量技術(shù)應(yīng)用②平均值

u(t)的平均值的數(shù)學(xué)定義為:

（2-31）按照這個定義，實質(zhì)上就是被測電壓的直流分量U0，如圖2-8(a)中虛線所示。在電子測量中，平均值通常指交流電壓檢波(也稱整流)以后的平均值，又可分為半波整流平均值和全波整流平均值。全波平均值定義為:

（2-32）

如不另加說明，平均值通常指全波平均值。電參量測量技術(shù)應(yīng)用③有效值 一個交流電壓和一個直流電壓分別加在同一電阻上，若它們產(chǎn)生的熱量相等，則交流電壓有效值U(或Urms)等于該直流電壓，可表示為:

即

（2-33）電參量測量技術(shù)應(yīng)用④波形因數(shù)、波峰因數(shù)交流電壓的波形因數(shù)KF定義為該電壓的有效值與平均值之比:

（2-34）交流電壓的波峰因數(shù)Kp定義為該電壓的峰值與有效值之比: （2-35）不同電壓波形，其KF、Kp值不同，表2-1列出了幾種常見電壓的有關(guān)參數(shù)。表2-1不同波形交流電壓的參數(shù)電參量測量技術(shù)應(yīng)用名稱波形圖波形系數(shù)波峰系數(shù)有效值平均值正弦波

1.111.414半波整流

1.572全波整流

1.111.414三角波

1.151.73電參量測量技術(shù)應(yīng)用方波

11鋸齒波

1.151.73脈沖波

白噪聲

1.253電參量測量技術(shù)應(yīng)用雖然電壓量值可以用峰值、有效值和平均值表征，但基于功率的概念，國際上一直以有效值作為交流電壓的表征量。例如電壓表，除特殊情況外，幾乎都按正弦波的有效值來定度。當用以正弦波的有效值定度的交流電壓表測量電壓時，如果被測電壓是正弦波，那么由表2-1很容易從電壓表讀數(shù)即有效值得知它的峰值和平均值；如果被測電壓是非正弦波，那就須根據(jù)電壓表讀數(shù)和電壓表所采用的檢波方法，進行必要的波形換算，才能得到有關(guān)參數(shù)。電參量測量技術(shù)應(yīng)用⑵交流電壓的測量方法 測量交流電壓的方法很多，依據(jù)的原理也不同，其中最主要的是利用交流/直流(AC/DC)轉(zhuǎn)換電路將交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓，然后再接到直流電壓表上進行測量。根據(jù)AC/DC轉(zhuǎn)換器的類型，可分為檢波法和熱電轉(zhuǎn)換法。根據(jù)檢波特性的不同，檢波法又可分成平均值檢波、峰值檢波、有效值檢波等。 按照AC/DC變換的先后不同，模擬式交流電壓表大致可分成下列三種類型。電參量測量技術(shù)應(yīng)用①檢波-放大式

圖2-9(a)為檢波-放大式電壓表的組成方框圖，它是將被測電壓先檢波變成直流電流，然后再用直流放大器放大，放大后的直流電流去驅(qū)動電流表偏轉(zhuǎn)。這種類型的特點是“先檢波后放大”，故測量電壓的頻率范圍只決定于檢波器的頻響(一般在0Hz～數(shù)百MHz)，通常所稱“高頻電壓表”或“超高頻電壓表”都屬于這一類型。早期的檢波-放大式電壓表，其靈敏度不高，一般約為0.1V，主要受直流放大器增益的限制。目前，采用調(diào)制式直流放大器，可把檢波-放大式電壓表的靈敏度提高到mV級。進一步提高靈敏度將受到檢波器件的非線性限制。電參量測量技術(shù)應(yīng)用圖2-9交流電壓表類型電參量測量技術(shù)應(yīng)用②放大-檢波式當被測電壓較低時，直接檢波會顯著增大誤差。為提高交流電壓表的測量靈敏度，先用寬帶放大器放大被測電壓，然后再檢波。放大-檢波式電壓表的方框圖見圖2-9(b)。這種電壓表的頻率范圍主要受寬帶放大器帶寬的限制，而靈敏度受放大器內(nèi)部噪聲的限制，一般可做到mV級，典型的頻率范圍為20Hz～10MHz，故又稱“視頻毫伏表”。電參量測量技術(shù)應(yīng)用③外差式電壓表檢波-放大式電壓表的靈敏度受檢波器件非線性的限制。而放大-檢波式電壓表，由于寬帶放大器增益和帶寬的矛盾，也很難把頻率上限提得很高，同時，兩種測量方法的靈敏度都受到儀器內(nèi)部噪聲和外部干擾的限制。圖2-10所示的外差測量方法可以解決上述矛盾。圖中，輸入電路包括輸入衰減器(用于大電壓測量)和高頻放大器(用于寬頻低增益放大)。被測信號通過輸入電路，在混頻器中與本機振蕩器(本振)頻率fL混頻，輸出頻率固定的中頻(fL-fx)信號(可改變fL以跟蹤信號頻率fx，保持fL-fx不變)，用中頻放大器選擇并放大，然后檢波，并用表頭指示。電參量測量技術(shù)應(yīng)用由于中頻放大器具有良好的頻率選擇性，是固定的，這就解決了放大器增益與帶寬的矛盾。同時，由于中頻放大器有很窄的帶通濾波特性，在高增益條件下，大大削弱內(nèi)部噪聲的影響，使測量靈敏度提高到μV級。因此，這類儀表稱為高頻微伏表。

圖2-10

外差式電壓表電參量測量技術(shù)應(yīng)用⑶低頻交流電壓的測量

通常把測量低頻(1MHz以下)信號電壓的電壓表稱作交流電壓（毫伏）表。這類電壓表一般采用放大-檢波式，檢波器多為平均值或有效值檢波器，分別構(gòu)成均值電壓表或有效值電壓表。 平均值電壓表中的檢波器是平均值檢波器，電壓表的讀數(shù)與被測電壓的平均值成正比。但其表頭卻是按正弦波的有效值定度的。一個有效值為U的正弦電壓加到平均值電壓表上時平均值電壓表的指示值也為U。由(2-34)式可知，只有將指示值U除以正弦波的波形系數(shù)KF=1.11才能求得被測正弦電壓的平均值。電參量測量技術(shù)應(yīng)用由于表頭是按正弦波的有效值定度的，因此表頭指示值并不適用于被測電壓為非正弦電壓的情況。當用平均值電壓表測非正弦電壓時，應(yīng)先將讀數(shù)值Ua除以正弦波的波形系數(shù)KF=1.11，折算成正弦波電壓的平均值。由于平均值電壓表的讀數(shù)只與被測電壓的平均值有關(guān)，所以正弦波形與非正弦波形的指示值相等，就意味著兩者的平均值也相等。折算出的正弦電壓的平均值也就是被測非正弦電壓的平均值，將此平均值乘以被測電壓的波形系數(shù)KF，即求得被測非正弦電壓的有效值Uxrms。因此，波形換算公式為：電參量測量技術(shù)應(yīng)用顯然，如果被測電壓不是正弦波時，直接將電壓表指示值作為被測電壓的有效值，必將帶來較大的誤差，通常稱作“波形誤差”，由上式可得，波形誤差計算公式為：

（2-37）（2-36）電參量測量技術(shù)應(yīng)用⑷高頻交流電壓的測量

高頻交流電壓的測量不采用放大-檢波式(以避免高頻測量受放大器通頻帶的限制)而采用檢波-放大式或外差式電壓表來測量。最常用是把高頻二極管構(gòu)成的峰值檢波器放置在屏蔽良好的探頭內(nèi)，用探頭探針直接接觸被測點，把被測高頻信號首先變成直流電壓，這樣可大大減少分布參數(shù)的影響和信號傳輸損失。采用峰值檢波器的電壓表稱峰值電壓表。峰值電壓表也是按正弦電壓的有效值定度的。只有將指示值Ua乘以正弦電壓的波峰系數(shù)才能求得被測正弦電壓的峰值Up，即：電參量測量技術(shù)應(yīng)用如果被測電壓為非正弦電壓，峰值電壓表讀數(shù)也為Ua，那就意味著該被測非正弦電壓的峰值也為 : 據(jù)(2-35)式，該被測非正弦電壓的有效值Uxrms等于其峰值Up除以其峰值系數(shù)Kp，因此非正弦電壓的波形換算公式為：（2-39）（2-38）電參量測量技術(shù)應(yīng)用3.高電壓測量技術(shù)在有些電子設(shè)備測試中，有高達萬伏的電壓；在電力系統(tǒng)中則常遇到需測量數(shù)十萬伏甚至更高電壓的問題。在電力系統(tǒng)中，廣泛應(yīng)用電壓互感器配上低壓電壓表來測量高電壓，在試驗室條件下則用高壓靜電電壓表、峰值電壓表、球隙測壓器、高壓分壓器等儀器來測量高電壓。電參量測量技術(shù)應(yīng)用⑴高壓靜電電壓表 在兩個特制的電極間加上電壓u，電極間就會受到靜電力f的作用，且f的大小與u的數(shù)值有固定的關(guān)系，因而測量f的大小或它所引起的可動極板的位移就能確定所加電壓u的大小。利用這一原理制成的儀表即為靜電電壓表，它可以用來測量低電壓，也可以在高電壓測量中得到應(yīng)用。 如果采用的是消除了邊緣效應(yīng)的平板電極，那么應(yīng)用靜電場理論，很容易求得f與u的關(guān)系式，并可得知 ，但儀表只能反映其平均值F。電參量測量技術(shù)應(yīng)用為了減小極間距離d和儀表體積，極間應(yīng)采用均勻電場，所以高壓靜電電壓表的電極均采用消除了邊緣效應(yīng)的平板電極，如圖2-11所示。為保證邊緣電場不會影響到電極1和3工作面之間電場的均勻性，固定電極3和保護電極2的外直徑D相對于它們之間的距離d來說要取得比較大，而它們的邊緣也應(yīng)具有足夠大的曲率半徑r以避免出現(xiàn)電暈放電。靜電電壓表的內(nèi)阻抗特別大，能直接測量相當高的交流和直流電壓。在大氣中工作的高壓靜電電壓表的量程上限在50～250kV的范圍內(nèi)；電極處于壓縮SF6氣體中的高壓靜電電壓表的量程上限可提高到500～600kV。電參量測量技術(shù)應(yīng)用圖2-11靜電電壓表極板結(jié)構(gòu)示意圖、實物圖

電參量測量技術(shù)應(yīng)用 規(guī)格指標： 檢測方法：振蕩型表面電位傳感器

測量范圍：正負0.1KV-50KV

測量距離：自動（100mm),超聲波自動測量型

顯示保持：手動（最大7秒）

數(shù)據(jù)儲存：最多20點（調(diào)用和顯示時間2秒，傳 輸時間約3秒）

電源：2節(jié)7號堿性電池（連續(xù)作用3.5H）

尺寸和重量：118*70*25mm,148g(含電池）

電參量測量技術(shù)應(yīng)用⑵峰值電壓表 在不少場合，只需要測量高電壓的峰值，例如絕緣的擊穿就僅僅取決于電壓的峰值?，F(xiàn)已制成的產(chǎn)品有交流峰值電壓表和沖擊峰值電壓表，它們通常均與分壓器配合起來使用。原理可分為兩類：①利用整流電容電流來測量交流高壓如圖2-12(a)，當被測電壓u隨時間而變化時，流過電容C的電流ic=cdu/dt。在t的正半波，電流經(jīng)整流元件V1及檢流計P流回電源。如果流過P的電流平均值為Iav，那么它與被測電壓的峰值Um之間存在下面的關(guān)系：（2-40）電參量測量技術(shù)應(yīng)用圖2-12峰值電壓表接線原理、實物圖電參量測量技術(shù)應(yīng)用上圖所示峰值表是智能化的一種新型峰值電壓表，它在傳統(tǒng)峰值表的基礎(chǔ)上，融合了智能儀表的特點，它能實現(xiàn)量程自動轉(zhuǎn)換，并根據(jù)用戶輸入的不同分壓比直接顯示高壓端的試驗電壓值，擴展了測試功能，使得用戶使用非常方便，不僅如此，它還具有很強的數(shù)據(jù)處理能力，當試驗電壓值大于等于用戶設(shè)備的電壓限制器預(yù)置值后，儀器可自動切斷試驗回路電源，從而保證了被試品的安全，它還具有最大峰值保持功能。并能測峰值∕2和真有效值。

電參量測量技術(shù)應(yīng)用②利用電容器充電電壓來測量交流高壓如圖2-12(b)，幅值為Um的被測交流電壓經(jīng)整流器V使電容C充電到某一電壓Ud，它可以用靜電電壓表PV或用電阻(R)串聯(lián)微安表PA測得。如用后一種測量方法，則被測電壓的峰值:

(2-41)在RC≥20T的情況下，式(2-41)的誤差≤2.5％。電參量測量技術(shù)應(yīng)用⑶球隙測壓器球隙測壓器是唯一能直接測量高達數(shù)兆伏的各類高電壓峰值的測量裝置。它由一對直徑相同的金屬球構(gòu)成，測量誤差約2％～3％，能滿足大多數(shù)工程測試的要求。它的工作原理基于一定直徑(D)的球隙在一定極間距離(d)時的放電(擊穿)電壓為一定值。若已知直徑D和極間距離d，球隙的放電電壓可從理論上推得計算公式，但因存在某些難以準確估計的影響因素，所得結(jié)果往往不能滿足測量精度的要求。通常通過實驗的方法得出不同球隙的放電電壓數(shù)據(jù)，為使用的方便，它們被制成表格或曲線備用。電參量測量技術(shù)應(yīng)用球隙在高壓試驗時的接入方式如圖2-13所示，圖中R1為限流電阻，它既限制流過試驗裝置的電流、也限制流過球隙F的電流；R2為球隙測壓器的專用保護電阻，主要防止球隙在持續(xù)作用電壓下放電時，使兩球的工作面被放電火花所灼傷。不過在測量沖擊電壓時，一般不希望接有R2，因為這時電壓的變化速率du/dt很大，流過球隙的電容電流CFdu/dt也較大(CF為兩球間的電容)，會在R2上造成一定壓降，引起較大的誤差。電參量測量技術(shù)應(yīng)用圖2-13球隙測壓器接入示意圖及實物圖電參量測量技術(shù)應(yīng)用⑷高壓分壓器當被測電壓很高時，不但高壓靜電電壓表無法直接測量，就是球隙測壓器亦將無能為力，因為球極的直徑不能無限增大(一般不超過2m)。當需要用示波器測量電壓的波形時，也不能直接將很高的被測電壓引到示波器的現(xiàn)象極板上去。在這些場合，采用高壓分壓器來分出一小部分電壓，然后利用靜電電壓表、峰值電壓表、高壓脈沖示波器等測量儀器進行測量，是最合理的解決方案。對分壓器最重要的技術(shù)要求有二：①分壓比的準確度和穩(wěn)定性(幅值誤差要小)；②分出的電壓與被測高電壓波形的相似性(波形畸變要小)。

電參量測量技術(shù)應(yīng)用 按照用途的不同，分壓器可分為交流高壓分壓器、直流高壓分壓器和沖擊高壓分壓器等；按照分壓元件的不同，又可分為電阻分壓器、電容分壓器、阻容分壓器等三種類型。每一分壓器均由高壓臂和低壓臂組成。在低壓臂上得到的就是分給測量儀器的低電壓。這里對各種分壓器不作具體介紹了，可以參考有關(guān)資料。電參量測量技術(shù)應(yīng)用2.2.2電流的測量1.電流表直接測量法

直接測量電流的方法通常是在被測電流的通路中串入適當量程的電流表，讓被測電流的全部或一部分流過電流表。從電流表上直接讀取被測電流值或被測電流分流值。對于圖2-14(a)所示電路，被測電流實際值為

（2-42）在圖2-14(a)電路中串接一個內(nèi)阻為r的電流表，則流過電流表的電流即電流表讀數(shù)值為：電參量測量技術(shù)應(yīng)用相對測量誤差為：

（2-44）為使電流表讀數(shù)值I′x盡可能接近被測電流實際值Ix就要求電流表的內(nèi)阻r盡可能接近于0。在串入電流表不方便或沒有適當量程的電流表時，可以把電流轉(zhuǎn)換成電壓、頻率、磁場強度等物理量，直接測量轉(zhuǎn)換量后根據(jù)其對應(yīng)關(guān)系求得電流值。下面介紹幾種間接測量電流的轉(zhuǎn)換方法。（2-43）電參量測量技術(shù)應(yīng)用2.電流-電壓轉(zhuǎn)換法

可以采用在被測電流回路中串入很小的標準電阻r稱之為取樣電阻，將被測電流轉(zhuǎn)換為被測電壓Ux： （2-45）當滿足條件r<<R時，由(2-43)式、(2-45)式可得

（2-46）為了減小Ux的測量誤差，要求該放大電路應(yīng)具有極高的輸入阻抗和極低的輸出阻抗，為此，一般采用電壓串聯(lián)負反饋放大電路。電參量測量技術(shù)應(yīng)用3.電流-磁場轉(zhuǎn)換法 無論用電流表直接測量電流還是用上述轉(zhuǎn)換法間接測量電流，都需要切斷電路接入測量裝置。在不允許切斷電路或被測電流太大的情況下，可采取通過測量電流所產(chǎn)生的磁場的方法來間接測得該電流的值。圖2-15為采用霍爾傳感器的鉗形電流表結(jié)構(gòu)示意圖。冷軋硅鋼片圓環(huán)的作用是將被測電流Ix產(chǎn)生的磁場集中到霍爾元件上，以提高靈敏度，作用于霍爾片的磁感應(yīng)強度B為：

（2-47）電參量測量技術(shù)應(yīng)用線性集成霍爾片的輸出電壓Uo為：

（2-48）

式中I—霍爾片控制電流；

KH—霍爾片靈敏度；

K—電流表靈敏度，霍爾式鉗形電流表可測的最大電流達100kA以上，可用來測量輸電線上的電流，也可用來測量電子束、離子束等無法用普通電流表直接進行測量的電流。圖2-15中被測電流導(dǎo)線如果在硅鋼片圓環(huán)上繞幾圈，電流表靈敏度便會減小幾倍。用這種辦法可調(diào)整霍爾式鉗形電流表的靈敏度和量程。電參量測量技術(shù)應(yīng)用4.電流互感器法

除上述方法外，采用電流互感器法也可以在不切斷電路的情況下，測得電路中的電流。電流互感器的結(jié)構(gòu)如圖2-16所示，假設(shè)被測電流(原邊電流)為i1，原邊匝數(shù)為N1，副邊匝數(shù)為N2，則副邊電流為：

可見，只要測得付邊電流i2，就可得知被測電流的大小。電流互感器在使用時副邊絕對不允許開路。否則會使原邊電流完全變成激磁電流，鐵心達到高度飽和狀態(tài)，引起互感器的熱破壞和電擊穿，對人身及設(shè)備造成傷害。此外，為了人身安全，互感器副邊一端必須可靠地接地(安全接地)。電參量測量技術(shù)應(yīng)用圖2-16電流互感器電參量測量技術(shù)應(yīng)用電流互感器輸出的是電流，測量時，互感器副邊接一電阻R，從R上取得電壓接到放大器或交直流變換器上，R的大小由互感器的容量伏安值決定(一般常用電流互感器為10VA或5VA)，R上輸出電壓Uo為：

（2-49）電參量測量技術(shù)應(yīng)用2.3阻抗的測量 電阻R、電感L和電容C是電路的3種基本元件，在測量技術(shù)中，許多傳感器如電阻式、電感式和電容式傳感器是將被測量轉(zhuǎn)換為電阻、電感和電容輸出的。本節(jié)研究R、L、C元件的阻抗及這三種元件參數(shù)的測量方法。電參量測量技術(shù)應(yīng)用2.3.1概述1.阻抗定義阻抗是描述一個元、器件或電路網(wǎng)絡(luò)中電壓、電流關(guān)系的特征參量，其定義為：

(2-50)理想的電阻只有電阻分量，沒有電抗分量；而理想電感和理想電容則只有電抗分量。電感電抗和電容電抗分別簡稱為感抗XL和容抗XC，表示為：

(2-51)電參量測量技術(shù)應(yīng)用2.電阻、電感和電容的等效電路

實際的電阻、電感和電容元件，不可能是理想的，存在著寄生電容、寄生電感和損耗。下圖是考慮了各種因素后，實際電阻R、電感L、電容C元件的等效電路：圖2-17電阻R、電感L、電容C元件的等效電路電參量測量技術(shù)應(yīng)用(1)電阻同一個電阻元件在通以直流和交流電時測得的電阻值是不相同的。在高頻交流下，須考慮電阻元件的引線電感L0和分布電容C0的影響，其等效電路如圖2-17(a)所示，圖中R為理想電阻。由圖可知此元件在頻率f下的等效阻抗為：

(2-52)電參量測量技術(shù)應(yīng)用上式中ω＝2πf，Re和Xe分別為等效電阻分量和電抗分量，且

(2-53)從上式可知Re除與f有關(guān)外，還與L0、C0有關(guān)。這表明當L0、C0不可忽略時，在交流下測此電阻元件的電阻值，得到的將是Re而非R值。電參量測量技術(shù)應(yīng)用(2)電感

電感元件除電感L外，也總是有損耗電阻RL和分布電容CL。一般情況下RL和CL的影響很小。電感元件接于直流并達到穩(wěn)態(tài)時，可視為電阻；若接于低頻交流電路則可視為理想電感L和損耗電阻RL的串聯(lián)；在高頻時其等效電路如圖2-17(b)所示。比較圖2-17(a)和圖2-17(b)可知二者實際上是相同的，電感元件的高頻等效阻抗可參照式(2-52)來確定。(2-54)電參量測量技術(shù)應(yīng)用

式中Re和Le分別為電感元件的等效電阻和等效電感，

(2-55)從上式知當CL甚小時或RL、CL和ω都不大時，Le才會等于L或接近等于L。電參量測量技術(shù)應(yīng)用(3)電容在交流下電容元件總有一定介質(zhì)損耗，此外其引線也有一定電阻Rn和分布電感Ln，因此電容元件等效電路如圖2-17(c)所示。圖中C是元件的固有電容，Rc是介質(zhì)損耗的等效電阻。等效阻抗為：(2-56)電參量測量技術(shù)應(yīng)用式中Re和Ce分別為電容元件的等效電阻和等效電容，且

(2-57)一般介質(zhì)損耗甚小可忽略(即Rc→∞)，則上式簡化為：

(2-58)從上述討論中可以看出，在交流下測量R、L、C，實際所測的都是等效值Re、Le、Ce；，在阻抗測量中應(yīng)盡量按實際工作條件(尤其是工作頻率)進行，否則，測得的結(jié)果將會有很大的誤差，甚至是錯誤的結(jié)果。電參量測量技術(shù)應(yīng)用2.3.2直流電阻測量在直流條件下測得的電阻稱直流電阻。在工程和實驗應(yīng)用中，所需測量的電阻范圍很寬，約為Ω或更寬。從測量角度出發(fā)，一般將電阻分為小電阻(1Ω以下，如接觸電阻、導(dǎo)線電阻等)，中值電阻(1～Ω)和大電阻(Ω以上，如絕緣材料電阻)。電阻的測量方法很多，按原理可分為直接測量法、比較測量法、間接測量法；也可分為電表法、電橋法、諧振法及利用變換器測量電阻等方法。電參量測量技術(shù)應(yīng)用1.電表法電表法測量電阻的原理建立在歐姆定律之上，伏特-安培表法(簡稱伏-安法)、歐姆表法及三表法是電表法的常見形式。(1)伏-安法測量直流電阻的伏-安法是一種間接測量法，利用電流表和電壓表同時測出流經(jīng)被測電阻Rx的電流及其兩端電壓，根據(jù)歐姆定律，被測電阻Rx的阻值為：

(2-59)式中UV和IA分別為電壓表和電流表的示值。電參量測量技術(shù)應(yīng)用伏-安法測量電阻有兩種方案，如圖2-18所示，圖中RV、RA分別為電壓表和電流表的內(nèi)阻。圖2-18(a)所示方案電流表示值包含了流過電壓表的電流，適用于測量阻值較小的電阻；圖2-18(b)所示方案電壓表的示值包含了電流表上的壓降，適用于測量阻值較大的元件。圖2-18伏-安法測量直流電阻電參量測量技術(shù)應(yīng)用(2)歐姆表法從式(2-70)可知，如果UV保持不變，被測電阻Rx將與通過電流表A的電流IA成單值的反比關(guān)系，而磁電系電流表指針的偏轉(zhuǎn)角θ與通過的電流IA成正比，則A的指針的偏轉(zhuǎn)角能反映Rx值大小。因此，如將電流表按歐姆值刻度，就成為可直接測量電阻值Rx的儀表，稱為歐姆表。圖2-19中RA為歐姆表內(nèi)阻，這里歐姆表實際是按歐姆值刻度的磁電系微安表；R1為限流電阻，K是短接開關(guān)；歐姆表中以電池的電壓E作為恒定電壓源，考慮到電池的電壓會逐漸降低，為了消除電壓變化對電阻測量的影響，設(shè)有調(diào)零電阻R2。被測電阻Rx串聯(lián)接入電路中。電參量測量技術(shù)應(yīng)用圖2-19歐姆表測量電阻電路測量前，先將K閉合并調(diào)節(jié)R2直至歐姆表指針正確指在0刻度，然后斷開K，接入被測電阻Rx進行測量，并從歐姆表直接讀出被測值。電參量測量技術(shù)應(yīng)用除傳統(tǒng)的指針式歐姆表外，數(shù)字式歐姆表也已普遍使用。數(shù)字式歐姆表—般是在數(shù)字式直流電壓表的輸入端加一“歐姆電壓變換器”后得到的，圖2-20是歐姆-電壓變換器的原理。圖2-20歐姆-電壓變換器原理電路電參量測量技術(shù)應(yīng)用2.電橋法測量直流電阻最常用的是電橋法。電橋分為直流電橋和交流電橋兩大類，直流電橋主要用于測量電阻。直流電橋由四個橋臂、檢流計和電源組成，其原理電路如圖2-21所示。圖中R1、R2、R3是標準電阻，Rx是被測電阻；G是靈敏度很高的微安級磁電式檢流計，用來指零。測量時調(diào)節(jié)R1、R2、R3使電橋平衡，電橋達到平衡時UBD為零，檢流計G中無電流，由電橋平衡條件可得被測電阻：(2-60)電參量測量技術(shù)應(yīng)用直流電阻電橋電參量測量技術(shù)應(yīng)用這種方法實質(zhì)上是用標準電阻與被測電阻Rx相比較，用指零儀表指示被測量與標準量是否相等(平衡)，從而求得被測量，因此又稱為零位式測量法或比較測量法，測量的準確度幾乎等于標準量的準確度，這是它的優(yōu)點。這種測量方法的缺點是在測量過程中，為獲得平衡狀態(tài)，需要進行反復(fù)調(diào)節(jié)，測試速度慢，不能適應(yīng)大量、快速測量的需要，也不適合于電阻傳感器的變化電阻的測量。直流單電橋測電阻的范圍在1Ω～1MΩ之間。電阻大于1MΩ時，電橋的漏電流對測量誤差的影響已不能忽略．而電阻小于1Ω時，接線電阻和接觸電阻的影響開始增大。電參量測量技術(shù)應(yīng)用3.直流小電阻的測量 小電阻在各種電子設(shè)備中隨處可見，例如電器觸點的接觸電阻、印制電路板金屬化孔電阻、鉚接電阻、電線電纜電阻等等。測量小電阻時，因為被測電阻本身阻值很小，在接入儀表時的接線電阻、接觸電阻不可忽略，必須采取措施減少或消除這些因素對測量結(jié)果的影響。(1)

直流雙電橋直流雙電橋又稱凱爾文電橋，它是用來測量小電阻的一種比較儀器。圖2-22中，Rx是被測電阻，Rn是阻值已知的標準電阻，Rx和Rn均備有四端接頭以消除接線電阻、接觸電阻對測量結(jié)果的影響。R1、R2、R3、R4是橋臂電阻，r是引線電阻。測量時調(diào)節(jié)橋臂電阻使I0=0，即使電橋達到平衡，則有電參量測量技術(shù)應(yīng)用解此方程組可得：

(2-62)

(2-61)單電橋測量的是二端電阻，當被測電阻(1Ω以下)很小時，測量誤差很大；雙電橋中，引線和接觸電阻都分別包括在相應(yīng)的橋臂上，橋臂電阻都選擇在10Ω以上，即遠大于引線和接觸電阻，這樣就可以消除或大大減少引線和接觸電阻對測量結(jié)果的影響。雙電橋測量小電阻的范圍一般在1～Ω之間。電參量測量技術(shù)應(yīng)用(2)數(shù)字微歐計

用直流雙電橋測量小電阻有操作不方便、費時的缺點，且測量精度除與儀器有關(guān)外，還與操作人員的熟練程度有關(guān)。近些年研究發(fā)展起來的數(shù)字微歐計，是一種測量低值電阻的數(shù)字式儀表。它的基本原理是：利用直流恒流源在被測電阻Rx上產(chǎn)生直流電壓降Ux，然后通過電壓放大和A/D轉(zhuǎn)換器變?yōu)閿?shù)字顯示的電阻值。在測量過程中，采用“四端子”（電流端子、電位端子）測量法，消除引線和接觸電阻帶來的誤差。數(shù)字微歐計具有操作簡便、省時、數(shù)顯、對操作人員要求不高等優(yōu)點。電參量測量技術(shù)應(yīng)用(3)脈沖電流測量法由于小電阻數(shù)值很小，如果采用電流-電壓降法進行測量，信噪比很低，獲得高測量精度頗為困難。如加大測量電流，被測電阻溫度就隨之升高，阻值亦相應(yīng)變化，這種現(xiàn)象稱為電阻的負載效應(yīng)。電阻的溫升是通過電流的大小和通過時間的函數(shù)，如果控制通過電流的時間得很短，則可大大減少電阻的溫升。因此，可以用脈沖大電流來測量小電阻。這種測量方法的原理是：由控制電路控制脈沖電流源的數(shù)值和啟、停時間，放大器在電流源開啟時間內(nèi)工作，放大小電阻兩端的電壓降，計算機通過A/D轉(zhuǎn)換接口讀入壓降值并計算出小電阻值。脈沖電流法可以提高測量小電阻的精度、分辨力和測量速度。電參量測量技術(shù)應(yīng)用4.直流大電阻的測量

常用的大電阻測量方法有沖擊電流計法、高阻電橋法，兆歐表法等。大阻值電阻測量時要注意防護(安全防護和測量防護)。

(1)沖擊電流計法沖擊電流計法測量原理如圖2-23所示。圖中Rx為被測電阻。當開關(guān)S倒向“1”時，電容C被充電t秒，其上的電壓和電荷量分別為：

(2-63)電參量測量技術(shù)應(yīng)用圖2-23沖擊法測量大電阻原理電參量測量技術(shù)應(yīng)用取Qc的級數(shù)展開式的前兩項，故有：

(2-64)由此得

(2-65)t秒后，開關(guān)S由“1”倒向“2”，沖擊電流計測出Qc為：

(2-66)式中CQ為沖擊電流計的沖擊常數(shù)，為電流計的最大偏轉(zhuǎn)角。于是有：

(2-67)電參量測量技術(shù)應(yīng)用(2)高阻電橋法高阻電橋法利用如圖2-24所示的六臂電橋，通過電路變換并結(jié)合四臂電橋的基本平衡條件就可推得關(guān)系式為：

(2-68)高阻電橋測量范圍為Ω。被測電阻值小于時，測量誤差為0.03％，被測電阻值為時誤差為0.1％。這種電橋的供電電壓在50～1000V范圍。電參量測量技術(shù)應(yīng)用圖2-24高阻電橋測量原理電參量測量技術(shù)應(yīng)用2.3.3交流阻抗及L、C的測量

如2.3.1節(jié)中分析，在交流條件下，R、L、C元件必須考慮損耗、引線電阻、分布電感和分布電容的影響，R、L、C元件的實際阻抗隨環(huán)境以及工作頻率的變化而變。測量交流阻抗和L、C參數(shù)的方法有傳統(tǒng)的交流電橋，也可以用變量器電橋和數(shù)字式阻抗測量儀等儀器來測量。

電參量測量技術(shù)應(yīng)用1.交流阻抗電橋圖2-25是交流阻抗電橋原理圖。由4個橋臂阻抗Z1、Z2、Z3和Z4，1個激勵源U和1個零電位指示器G組成。圖2-25交流四臂電橋電參量測量技術(shù)應(yīng)用電橋平衡條件調(diào)節(jié)各橋臂參數(shù)，使零電位指示器讀數(shù)IG=0，則電橋處于平衡，可得：

(2-69)設(shè)Z1為被測阻抗Zx，則電橋平衡后Zx可從其他三個橋臂阻抗求得。根據(jù)復(fù)數(shù)相等的定義，上式必須同時滿足：(2-70)電參量測量技術(shù)應(yīng)用因此，在交流情況下，電橋四個橋臂阻抗的大小和性質(zhì)必須按一定條件配置，否則可能不能實現(xiàn)電橋平衡。在實用電橋中，為了使結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)節(jié)方便，通常有兩個橋臂采用純電阻。由式(2-69)可知，若相鄰兩臂(如Z3和Z4)為純電阻，則另外兩臂的阻抗性質(zhì)必須相同(即同為容性或感性)，若相對兩臂(如Z2和Z4)采用純電阻，則另外兩臂必須一個是電感性阻抗，另一個是電容性阻抗。交流電橋至少應(yīng)有兩個可調(diào)節(jié)的標準元件，通常是用一個可變電阻和一個可變電抗，大多采用標準電容器作為標準電抗器。需反復(fù)調(diào)節(jié)可調(diào)標準元件，以使(2-70)式成立，調(diào)節(jié)交流電橋平衡要比調(diào)節(jié)直流電橋平衡麻煩得多。電參量測量技術(shù)應(yīng)用(2)電橋電路及元件參數(shù)的測量交流阻抗電橋有多種配置形式，各有特點和適用范圍。此處僅以串聯(lián)電容電橋為例說明。圖2-25中，若Z1和Z2為串聯(lián)電容，Z3和Z4為純電阻，則構(gòu)成串聯(lián)電容電橋或稱維恩電橋。根據(jù)電橋平衡條件得：上式兩邊必須同時滿足