項目一電子測量基礎(chǔ)知識

項目一電子測量基礎(chǔ)知識

1、電子測量概述

(1)電子測量的意義

①概念

測量定義：測量是為了獲取被測量對象而進行的實驗過程。

測量結(jié)果=數(shù)值+相應(yīng)的單位

注意：無單位的量值無意義。

測量意義：測量是發(fā)現(xiàn)新問題、提出新理論的依據(jù)；科學(xué)的進步

和生產(chǎn)的發(fā)展與測量技術(shù)手段的發(fā)展和進步是相互依賴、相互促進的。

研究誤差的目的，就是要正確認識誤差的性質(zhì)，分析誤差產(chǎn)生的

原因及其發(fā)生規(guī)律，尋求減小或消除測量誤差的方法，識別出測量結(jié)

果中存在的各種性質(zhì)的誤差，學(xué)會數(shù)據(jù)處理的方法，使測量結(jié)果更接

近于真值。

②電子測量

電子測量：即以電子技術(shù)為手段的測量。它是衡量一個國家科學(xué)

技術(shù)發(fā)展的標志。

③電子測量的意義

電子測量已成為一門發(fā)展迅速、應(yīng)用廣泛、精確度越來越高、對

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展起著巨大推動作用的獨立學(xué)科。電子測量不僅應(yīng)

用于電學(xué)各專業(yè)，也廣泛應(yīng)用于物理學(xué)、化學(xué)、光學(xué)、機械學(xué)、生物

學(xué)、醫(yī)學(xué)等科學(xué)領(lǐng)域以及生產(chǎn)、國防、交通、信息技術(shù)、貿(mào)易、環(huán)保

乃至日常生活領(lǐng)域等各個方面。

(2)電子測量的內(nèi)容

電子測量的范圍十分寬廣，從狹義上來看，是電子學(xué)中測量有關(guān)

電的量值，其內(nèi)容主要有以下兒個方面：

①電能量的測量，如測量I、U、P、電場強度等。

②電子元器件參數(shù)的測量,如測量R、L、C、Q、電子器件的參數(shù)D等。

③電信號的特性和質(zhì)量的測量如測量信號的波形、頻譜、F、T、時

間、相位、失真度、調(diào)制度、信噪比及邏輯狀態(tài)等。

④電子電路性能的測量如測量放大倍數(shù)、衰減量、靈敏度、通頻帶、

噪聲系數(shù)等。

⑤特性曲線的測量，如測量放大器的幅頻特性曲線與相頻特性曲線等。

(3)電子測量的特點

同其他的測量相比，電子測量具有以下幾個突出的特點：

①測量頻率范圍寬；

②測量量程寬；

③測量準確度高；

④測量速度快；

⑤可以實現(xiàn)遙測并實現(xiàn)測試過程的自動化；

2、電子測量的方法及儀器的分類

(1)測量方法

①按測量手段不同分類

>直接測量法：用預(yù)先按已知標準量定度好的測量儀器，對某一未

知量直接進行測量，從而得到被測量值的測量方法稱為直接測量。

>間接測量：對一個與被測量有確切函數(shù)關(guān)系的物理量進行直接測

量，然后通過代表該函數(shù)關(guān)系的公式、曲線或表格，求出被測量

值的方法，

②按測量的性質(zhì)分類

>時域測量：時域測量是測量被測對象在不同時間的特性。這時把

被測量對象看成時間的函數(shù)；

>頻域測量：頻域測量是測量被測對象在不同頻率時的特性。這時

把被測量對象看成頻率的函數(shù)；

>數(shù)據(jù)域測量：數(shù)據(jù)域測量是指對數(shù)字系統(tǒng)邏輯狀態(tài)進行的測量，

即測量數(shù)字信號是“1”還是“0"，又稱數(shù)字測量技術(shù)。

>隨機測量：主要是對各類噪聲信號、干擾信號進行動態(tài)測量和統(tǒng)

計分析。最普遍存在、最有用的隨機信號是各類噪聲。所以隨機

測量技術(shù)又稱為噪聲測試技術(shù)。

（2）測量方法的選擇原則

在選擇測量方法時，主要考慮以下幾個因素：

①被測量本身的特性；

②所要求的測量準確度；

③測量環(huán)境；

④現(xiàn)有測量設(shè)備。

（3）電子測量儀器的分類

電子測量儀器按功能分為：

①電平測量儀器類：如電壓表，毫伏表等。

②電路參數(shù)測量儀器類：如Q表，晶體管圖形測試儀等。

③頻率、時間、相位測量儀器：如頻率計，相位計等。

④波形測量儀器：主要指各類示波器。

⑤信號分析儀器：如頻譜分析等。

⑥模擬電路特性測試儀器：如掃頻儀等。

⑦數(shù)字電路特性測試儀器：如邏輯分析儀等。

⑧測試用信號源：如高、低頻信號發(fā)生器等。

3、測量誤差及處理

（1）電子測量誤差的表示方法

①相關(guān)概念

真實值：在一定的時間和環(huán)境下，被測量本身具有的客觀大小或

真實數(shù)值。（實際中不可知）

>實際值：在實際測量中，用高?級標準儀器的測量值來代替的真

實值。也叫相對真實值。（實際應(yīng)用中可代替真值）

>標稱值：被測對象上標定的數(shù)值。

>示值：指儀器的測量值。

例：用一電流表測量某電流值，量程選擇10mA檔。刻度盤指示如下圖

所示：

其讀數(shù)為：8；

示值為：8mA

②誤差的表示方法

測量誤差的表示方法

測量誤差有絕對誤差和相對誤差兩種表示方法。

1.絕對誤差

（1）定義：山測量所得到的被測量值x與其真值4之差，稱為絕

對誤差，即

=（1-1）

式中，—為絕對誤差。因此Av既有大小，又有符號和量綱。

式（1—1）中的真值4是一個理想的概念，一般來說是無法得到

的，所以實際應(yīng)用中通常用十分接近被測量真值的實際值A(chǔ)來代替真

值4。實際值也稱為約定真值，它是根據(jù)測量誤差的要求，用高一級

以上的測量儀器或計量器具測量所得之值作為約定真值，即實際值4。

因而絕對誤差更有實際意義的定義是：

Ax=x-A(1—2)

絕對誤差表明了被測量的測量值與被測量的實際值間的偏離程度

和方向。

(2)修正值

與絕對誤差的絕對值大小相等，但符號相反的量值，稱為修正值，

用C表示為C=-Ar=A-x(1—3)

測量儀器的修正值可以通過上一級標準的檢定給出，修正值可以

是數(shù)值表格、曲線或函數(shù)表達式等形式。在日常測量中，利用其儀器

的修正值C和該已檢儀器的示值x,可求得被測量的實際值

A=x+C(1—4)

例如：某電流表測得的電流示值為0.83mA,查該電流表的檢

定證書，得知該電流表在0.8mA及其附近的修正值都為

-0.02mA,則被測電流的實際值為A/=x+C

=[0.83+(-0.02)]mA=0.81mA

2.相對誤差

絕對誤差雖然可以說明測量結(jié)果偏離實際值的情況，但不能完全

科學(xué)地說明測量的質(zhì)量(測量結(jié)果的準確程度)，不能評估整個測量結(jié)

果的影響。因為一個量的準確程度，不僅與它的絕對誤差的大小，而

且與這個量本身的大小有關(guān)。當(dāng)絕對誤差相同時，這個量本身的絕對

值越大，則準確程度相對地越高，因此測量的準確程度需用誤差的相

對值來說明。

(1)相對誤差,、實際相對誤差〃、示值相對誤差九

絕對誤差與被測量的真值之比，稱為相對誤差(或稱為相對真誤

差)，用/表示

Ar

z=_xlOO%

4(1-5)

相對誤差只有大小和符號，沒有單位。由于真值是不能確切得到

的，通常用實際值4代替真值4來表示相對誤差，用心表示為

式中，〃為實際相對誤差

在誤差較小、要求不太嚴格的場合，也可以用測量值X代替實際值A(chǔ),

稱為示值相對誤差九

Ar

y*=一xlOO%

x(1-7)

當(dāng)Ar很小時，x=A,有心"力。

［例1—1］多級彈導(dǎo)火箭的射程為10000km時，其射擊偏離預(yù)定點

不超過0.1km,優(yōu)秀射手能在距離50m遠處準確地射擊，偏離靶心不

超過2cm,試問哪個射擊精度高？

*100%=0.001%

解火箭的命中目標的相對誤差為10000km

=2cm*100%=0.04%

射手的命中目標的相對誤差為50xl02cm

火箭的射擊精度（十萬分之一）比射手的射擊精度（萬分之四）

高。

（2）滿度相對誤差（引用相對誤差）九"

實際中，也常用測量儀器在一個量程范圍內(nèi)出現(xiàn)的最大絕對誤差

與該量程的滿刻度值（該量程的上限值與下限值之差）4之比來

表示的相對誤差,稱為滿度相對誤差（或稱引用相對誤差），用％，，表

Ax

ym=-^x100%

示為%(1-8)

由式（1—8）可知，通過滿度誤差實際上給出了儀表各量程內(nèi)絕

對誤差的最大值

7=,4,,(1-9)

電工儀表就是按引用誤差%之值進行分級的。4是儀表在工作條

件下不應(yīng)超過的最大引用相對誤差，它反映了該儀表的綜合誤差大小。

我國電工儀表共分七級：0.1,0.2,0.5,1.0,1.5,2.5及5.0。如果儀

表為S級，則說明該儀表的最大引用誤差不超過S%,即I%"4S%則

九=&%

電表在該測量點的最大相對誤差心可表示為x（1-10）

因故當(dāng)x越接近于時，九越接近S%,其測量準確度

越高。因此，在使用這類儀表測量時，應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)牧砍?，使示值盡

可能接近于滿度值，指針最好能偏轉(zhuǎn)在不小于滿度值2/3以上的區(qū)域。

［例1-2］某待測電流約為100mA,現(xiàn)有0.5級量程為0~400mA和

1.5級量程為0~100mA的兩個電流表，問用哪一個電流表測量較好？

解用0.5級量程為0~400mA電流表測100mA時，最大相對誤差為

九=^-5%=—x0.5%=2%

x100

用1.5級量程為0~100mA電流表測量100mA時的最大相對誤差為

③允許誤差（容許誤差）：儀器在規(guī)定的條件下，可能產(chǎn)生的最大

誤差范圍。

（2）誤差的分類

1.系統(tǒng)誤差

定義：相同條件下多次測量同一量，誤差的絕對值和符號保持恒

定，或在條件改變時按一定規(guī)律變化的誤差，叫系統(tǒng)誤差。系統(tǒng)誤差

簡稱“系差”，用e來表示。

產(chǎn)生原因：測量儀器設(shè)備在設(shè)計和制作上有缺陷，測量時環(huán)境條

件與儀器要求不一致，測量方法不完善，測量設(shè)備的安裝、放置和

使用不當(dāng)，測量人員的不良習(xí)慣及生理上的限制。

特點：

恒差系：就是當(dāng)測量條件一經(jīng)確定，系統(tǒng)誤差就是一個客觀上恒

定的值，多次測量取平均值并不能改變其大小。

變系差：就是在測量條件改變時，一般來說系統(tǒng)誤差是變化的，其

規(guī)律有累進性的，也有周期性的，還有復(fù)雜規(guī)律變化的。

處理方法：采用一定的技術(shù)措施來削弱或消除。（由特點決定的）

2.隨機誤差

定義：相同條件下多次測量同一。量，誤差的絕對值和符號均以不

可預(yù)定方式變化的誤差，叫隨機誤差。隨機誤差簡稱“隨差”，用;

表示，一般是絕對誤差形式。

產(chǎn)生原因：主要是那些對測量影響微小而又互不相關(guān)的多種因素共

同造成的，也就是隨機因素的影響。

就一次測量而言，隨差沒有規(guī)律、不可預(yù)定、不能控制，也不能

用實驗的方法加以消除。但當(dāng)測量次數(shù)足夠多時，隨差總體服從統(tǒng)計

規(guī)律，多數(shù)情況下接近正態(tài)分布，部分屬均勻分布或其它分布。

特點:在多次測量中，隨機誤差的絕對值不會超過一定的界限，即

有界性；絕對值相等的正負誤差出現(xiàn)的機會相同，即對稱性；隨機誤

差的算術(shù)平均值隨著測量次數(shù)的無限增加而趨于零，也就是說多次測

量中隨機誤差有相互抵消的特性，即抵償性。

處理方法：多次測量取平均值來削弱，即數(shù)據(jù)處理，而非測量技術(shù)。

3.粗大誤差

定義：在一定測量條件下，測量示值明顯偏離被測實際值所形成的

誤差。粗大誤差又叫疏失誤差。

產(chǎn)生原因：有測量條件突然變化的客觀原因，如測量過程中供電電

源的瞬時跳變；也有測量人員疏忽的原因，如測錯、讀錯、記錯等。（就

其性質(zhì)而言，粗大誤差可能是過分大的系差，也可能是過分大的隨差,

因其誤差值太大分類時被單獨劃分為一類誤差。）

處理方法：粗大誤差對應(yīng)的測量值稱為壞值，在測量結(jié)果中應(yīng)予以

剔除。

產(chǎn)生測量誤差的原因有以下方面：

1、儀器誤差：由于測量儀器及其附件的設(shè)計、制造、檢定等不完

善，以及儀器使用過程中老化、磨損、疲勞等因素而使儀器帶有的誤

差。

2、影響誤差：由于各種環(huán)境因素（溫度、濕度、振動、電源電壓、

電磁場等）與測量要求的條件不一致而引起的誤差。

3、理論誤差和方法誤差：由于測量原理、近似公式、測量方法不

合理而造成的誤差。

4、人身誤差：由于測量人員感官的分辨能力、反應(yīng)速度、視覺疲

勞、固有習(xí)慣、缺乏責(zé)任心等原因，而在測量中使用操作不當(dāng)、現(xiàn)象

判斷出錯或數(shù)據(jù)讀取疏失等而引起的誤差。

（4）測量結(jié)果的表示及有效數(shù)字

①測量結(jié)果的表示

這里只討論測量結(jié)果的數(shù)字式表示，它包括一定的數(shù)值（絕對值的大

小及符號）和相應(yīng)的計量單位。

例如：7.IV、465KHz等。

有時為了說明測量結(jié)果的可信度，在測量結(jié)果中還要同時注明其測量

誤差值或范圍。

例如：4.32±0.01V,465±lKHz等。

②有效數(shù)字：組成數(shù)據(jù)的每個必要數(shù)字。

有效數(shù)字是指從最左面一位非零數(shù)字算起，到右邊的最后一位數(shù)字為

止。

例如：0.0516,9.06,465,2.03等都是三位有效數(shù)字

對有效數(shù)字位數(shù)的確定應(yīng)掌握以下幾點。

>有效數(shù)字位數(shù)與測量誤差的關(guān)系。原則上可從有效數(shù)字的位數(shù)

估計出測量誤差，一般規(guī)定誤差不超過有效數(shù)字末位單位的一半。

例如，1.00A,則測量誤差不超過±0.005A.

>“0”在最左面為非有效數(shù)字。“0”在最右面或兩個非零數(shù)字之間

均為有效數(shù)字，不得在數(shù)據(jù)的右面隨意加“0”。

>有效數(shù)字不能因選用的單位變化而改變。如測量結(jié)果為2.0A,它

的有效數(shù)字為兩位。如改用mA做單位，將2.0A改寫成2000mA,

則有效數(shù)字變成四位，是錯誤的，應(yīng)改寫成2.0X10,mA,此忖它

的有效數(shù)字仍為兩位。

>如用科學(xué)計數(shù)法,則“10”的方幕前面都是有效數(shù)字。例如：1.02X103

它的有效數(shù)字為3位。

③數(shù)據(jù)的舍入規(guī)則

超過保留位數(shù)的有效數(shù)字，應(yīng)予刪略。刪略的原則如下：

>四舍六入。

>若大于保留數(shù)字末位數(shù)為“5”時

如“5”后為非0數(shù)，則“入”。

如“5”后為0,則“求偶數(shù)法則”，即是原為奇數(shù)則加1變?yōu)?/p>

偶數(shù)，原為偶數(shù)不變。

例1:將下列數(shù)據(jù)舍入保留三位有效數(shù)字:

16.43-16.4（0.03<0.1/2=0.05,舍去）

16.46—16.5（0.06>0.1/2=0.05,舍去且往前位增1）

16.35-16.4（0.05=0.1/2,3為奇數(shù),舍去且往前位增1）

16.45—16.4（0.05=0.1/2,4為偶數(shù)，舍去）

16.4501-16.5（0.0501>0.1/2=0.05,舍去且往前位增1）

【例】將下列數(shù)字保留三位有效數(shù)字。

解：25.534-25.533.461-33.5

124.5-124789.5-790

④有效數(shù)字的運算

>力口、減運算，有效數(shù)字的取舍以小數(shù)點后有效數(shù)字位數(shù)最少的那

一項為準。

>乘、除運算，有效數(shù)字的取舍決定于有效數(shù)字最少的一項數(shù)據(jù)而

與小數(shù)點無關(guān)。

【例】對下列數(shù)據(jù)式子進行有效數(shù)字的計算。

6.362+2.4+2.355；24.31X0.42+2.09。

解：6.362+2.4+2.355=6.4+2.4+2.4=11

24.31X0.424-2.09=24X0.424-2.1=27

系統(tǒng)誤差的判別

1.恒系差的判別

(1)校準用儀器儀表本身的校準裝置進行自校，發(fā)現(xiàn)并消除之，如

磁電系儀表的“機械調(diào)零”等；用更高級別的儀表來校準所使用的儀

表，給出的修正值，如儀表的出廠鑒定和使用過程中的定期送計量部

門鑒定。

(2)比對用多臺同類儀器測量同一量進行相互對比，從而發(fā)現(xiàn)系差

(研制儀器時常用).

(3)改變測量條件通過對不同條件下測量結(jié)果進行比較來發(fā)現(xiàn)系差

并消除。如，對環(huán)境磁場的影響，可將儀表位置調(diào)轉(zhuǎn)180°前后測兩次

來發(fā)現(xiàn)系差，并取平均值來消除系差。

2.變系差的判別

(1)殘差觀察法

當(dāng)系差明顯大于隨差時，有規(guī)律地變化某一測量條件進行測量，求出

殘差，并按先后次序列表或作圖，觀察各殘差大小和符號的變化。再

判斷是累進性的還是周期性變系差。

A匕A匕

0L?i0~

系統(tǒng)誤差的削弱或消除方法

1.從產(chǎn)生系差根源上采取措施減小系差

①要從測量原理和測量方法盡力做到正確、嚴格。

②測量儀器定期檢定和校準，正確使用儀器。

③注意周圍環(huán)境對測量的影響，特別是溫度對電子測量的影響較大。

④盡量減少或消除測量人員主觀原因造成的系統(tǒng)誤差。應(yīng)提高測量人

員業(yè)務(wù)技術(shù)水平和工作責(zé)任心，改進設(shè)備。

2.用修正方法減少系統(tǒng)誤差

修正值=一誤差=一(測量值一真值)

實際值=測量值+修正值

3.采用一些專門的測量方法

①零示法

②替代法

③交換法

④對稱測量法

⑤減小周期性系統(tǒng)誤差的半周期法

系統(tǒng)誤差可忽略不計的準則是：

系統(tǒng)誤差或殘余系統(tǒng)誤差代數(shù)和的絕對值不超過測量結(jié)果擴

展不確定度的最后一位有效數(shù)字的一半。

誤差的分配

1.等準確度分配原則

等準確度分配是指分配給各分項的誤差彼此相同。

可分配給各分項的系統(tǒng)誤差為

可分配給各分項隨差為

注意：等準確度分配通常用于各分項性質(zhì)相同（量綱相同）、大小相近

的情況。

2.等作用分配原則

指各分項誤差對誤差總合的作用是相同的，而分配給各分項的誤

差在數(shù)值上不一定相同。

可分配給各分項的系統(tǒng)誤差誤差為

可分配給各分項的隨差為

此外，可據(jù)微小誤差準則抓住主要誤差進行分配，即忽略對綜合影響

小的分項，只保證主要項誤差小于總合誤差即可。

注意，上述誤差分配適于等精度測量，對于非等精度測量可通過加“權(quán)”

進行類似的誤差分配。

等精度測量的數(shù)據(jù)處理

等精度測量的數(shù)據(jù)處理過程（步驟）

對測量數(shù)據(jù)按先后順序排列，然后按下列步驟處理：

1.求算術(shù)平均值；

2.求各測量值的殘差；

3.將殘差求和，若不為零，則應(yīng)重復(fù)1?2步驟。應(yīng)注意殘差值很小

時，殘差和是否為零應(yīng)與殘差比較，當(dāng)比殘差值小一個數(shù)量級以上就可

以認為為零；

4.按貝塞爾公式計算標準差的估計值；

5.壞值判斷，對正態(tài)分布用萊特準則進行判斷，若有壞值應(yīng)剔除，然

后重復(fù)1?4步驟。注意一次只能剔除?個壞值（最大誤差對應(yīng)的壞值）;

1、模擬式電壓表

（1）主要結(jié)構(gòu)

表頭：磁電式直流電流表；

交直流轉(zhuǎn)換器：檢波器。

（2）分類

1）按檢波器的位置分類

a、放大一檢波式

先放大再檢波，因此靈敏度很高，通頻帶窄。

b、檢波一放大式

先檢波再放大，因此通頻帶很寬,靈敏度較低。

c、外差式

其組成為：外差式接收機+寬頻電平表。特點是：靈敏度高，通

頻帶寬。

2）按檢波器的類型分類

a、均值電壓表：檢波器為均值檢波器；

b、峰值電壓表：檢波器為峰值檢波器；

c、有效值電壓表：檢波器為有效值檢波器；

2、數(shù)字電壓表（DVM）

（1）主要結(jié)構(gòu)：A/D轉(zhuǎn)換器。

（2）分類：

按A/D轉(zhuǎn)換器的類型可將數(shù)字電壓表分為：

比較式數(shù)字電壓表；

積分式數(shù)字電壓表；

復(fù)合式數(shù)字電壓表。

三、交流電壓的基本參數(shù)

1、峰值（Up）

以零電平為參考的最大電壓幅值；

振幅值（Um）

以信號中直流分量為參考的最大電壓幅值。

2、平均值

交流電壓測量中，平均值通常指經(jīng)過全波或半波整流后的波形(?般

若無特指，均為全波整流)。

3、有效值

定義：交流電壓u(t)在一個周期T內(nèi)，通過某純電阻負載R所產(chǎn)生的

熱量，與一個直流電壓V在同一負載上產(chǎn)生的熱量相等時，則該直流

電壓V的數(shù)值就表示了交流電壓u(t)的有效值。

4、波峰因數(shù)

波峰因數(shù)定義：峰值與有效值的比值，用Kp表示，

5、波形因數(shù)

波形因數(shù)定義：有效值與平均值的比值，用KF表示，

直流功率測量

直流功率的測量方法主要有如下幾種。

伏安法測功率

直流電路的功率定義為：P=UI(7-1)

可見直流功率可通過測量U、I值按式(7-1)間接求得，測量電路如

圖7-1所示。

?—―0—T?—-

()HR01

0~i------

(a)(b)

(a)圖的電壓表接在電源端(前接)，所測電壓包括負載R和電

流表A兩部分的電壓，負載電流越小，電流表上壓降越小，引起的誤

差越小，所以適于測R值大的場合。

(b)圖電壓表接在負載R端(后接)，電流表中的電流包括電壓表

和負載兩部分，R值越小，電流越大，則電壓表支路占的電流比重越

小，誤差就越小，所以適于測R值小的場合。

在較精密測量中，采用(b)圖接線電路，再扣除電壓表那部分電

流的影響。

根據(jù)歐姆定律，式(7-1)可推廣為：P=FR=IJ2/R(7-2)

這樣，若被測電路負載電阻R已知，則可以只測電壓或只測電流來

間接測得被測功率。

功率表法測功率

用電動系功率表來測量直流功率是最為方便的，因為只需要一只

表，同時是直接測量。由于電動系功率表有電壓線圈和電流線圈，所

以和上述方法一樣，也有電壓線圈“前接”和“后接”問題。

交流功率測量

對交流電路來講，有視在功率、有功功率和無功功率，人們習(xí)慣

于將交流有功率簡稱為功率。下面分單相和三相分別予以介紹測量方

法。

單相交流有功功率的測量

單相交流電路的有功功率為：P=UICOS。

它由電壓、電流和功率因數(shù)三個因數(shù)決定，對它的測量有下述幾

種方法。

1.伏安法

根據(jù)式（7-6）,利用電壓表和電流表測出被測電路的電壓和電流,

并用功率因數(shù)表測出功率因數(shù)（或用相位表測相位），就可以計算出被

測電路的有功功率。由于功率因數(shù)表的準確度不高，此種方法很少采

用。

2.三表法

這里的三表法，是指用三電壓表或三電流表來測量單相交流電路

的有功功率，如圖7-5所示。

（a）圖為三電壓表法，（b）圖為三電流表法，圖中R為便于測量而串

（或并）入的純電阻。為了不影響被測電路的工作狀態(tài)，三電壓表法

串入的電阻R應(yīng)較小，三電流表法并入的電阻R應(yīng)較大。

對三電壓表法，由（a）圖矢量圖知：

222

UI=U2+U3-2U2U3COS（180-C）（7-7）

22

=U2+U3-2U2U3COSC

因為：U2=IR和P=U31cosc

（7-8）

可見，三表法根據(jù)三塊表的示值和串入（或并入）的電阻R值，按式

(7-8)或式(7-10)直接計算出被測單相交流電路的功率。

3.功率表法

利用電動系功率表直接進行測量，這是測量功率最常用的方法。

磁電系儀表與變換器配合構(gòu)成變換式功率表，它結(jié)構(gòu)簡單、準確

度高、抗干擾能力強，因而使用也很普遍，特別是安裝式功率表較多

都采用這種結(jié)構(gòu)。

4.數(shù)字化測量

與直流功率的數(shù)字測量一樣，先將交流功率轉(zhuǎn)換成電壓，再對電

壓進行數(shù)字顯示?；魻栟D(zhuǎn)換器不但能夠?qū)⒅绷鞴β兽D(zhuǎn)換成成正比的電

壓，而且也能將交流功率轉(zhuǎn)換成成正比的電壓。

三相交流有功功率的測量

實際工程中廣泛采用三相交流電路，因而更多地需要測量三相交

流電路的功率和電能。測量三相電路的功率，主要采用電動系功率表。

根據(jù)三相電路負載連接方式的不同，分別用單相功率表或三相功率表

來進行測量。對于無功功率可用有功功率表來進行測量。

1.有功功率測量

(1)一表法

一表法指用一塊單相功率表測量三相電路的功率。由電路理論知,

三相電路的總功率等于三相功率之和。

因此，一表法適于三相對稱電路有功功率的測量。測量結(jié)果等于表的

示值乘3即:

(7-11)

式中P為單相功率表的示值。

圖7-6一表法測三相功率

三相對稱電路，對“Y”接來講是三相三線(或四線)制，對“△”接

來講是三相三線制。圖7-6給出了一表法測三相交流功率的電路。對

于“Y”接電路，功率表電流支路可串于三相電路任意一相中(圖示為串

于A相），而電壓支路則跨接于該相與中性線之間，如（a）圖所示。

對于“A”接電路，電流支路串于任意一線中，電壓支路則跨接于該線

與人工中性點之間，如（b）圖所示。要實現(xiàn)人工中性點，須使R等于

功率表的R值。

電能測量

電能的測量，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人們生活中幾乎是不可缺少的，從

使用范圍和使用頻率來看都是很廣泛的。當(dāng)然，嚴格講測量電能已屬

計量的范疇。

測電能的常用方法，是用電工儀表類的電度表（俗稱火表），因為

它的成本低，測量的準確度滿足實用要求，固定安裝也方便。所以,

目前我國各類用電的用戶幾乎都毫無例外地采用它。

山于電子技術(shù)的不斷發(fā)展，微處器、計算機芯片、單片機等得到

了廣泛應(yīng)用。因此，電能的數(shù)字測量、智能測量在上世紀八十年代逐

步發(fā)展起來。在我國，如國營九江儀表廠的PS43（CB3）系列產(chǎn)品，

準確度達0.05級，不但可數(shù)字顯示，還可以配帶打印機，誤差顯示到

十萬分之一，同時配有通信接口，便于組成大的監(jiān)測系統(tǒng)。

盡管電能的數(shù)字（智能）測試具有高科技的優(yōu)點，但造價太高，不

可能大面積使用，多作為標準在計量時使用。

一、數(shù)字多用表的主要特點

?擴展了DVM的功能，可進行直流電壓、交流電壓、電流、阻抗等

測量。

?測量分辨力和精度有低、中、高三個檔級，位數(shù)3位半~8位半。

?一般內(nèi)置有微處理器?？蓪崿F(xiàn)開機自檢、自動校準、自動量程選擇,

以及測量數(shù)據(jù)的處理（求平均、均方根值）等自動測量功能。

?一般具有外部通信接口，如RS-232、GPIB等,易于組成自動測試

系統(tǒng)。

一、數(shù)字萬用表的主要技術(shù)指標

?量程

基本量程:無衰減或放大時的輸入電壓范圍，由A/D轉(zhuǎn)換器動態(tài)范

圍確定。

擴展量程:通過對輸入電壓（按10倍）放大或衰減，可擴展為其它

里在。

例如：基本量程為10V的DMM,可擴展出0.1V、IV、10V、100V>

1000V等五檔量程；

基本量程為2V或20V的DMM,可擴展出200mV、2V、20V、

200V、1000V等五檔量程。

?顯示位數(shù)

完整顯示位：能夠顯示0~9的數(shù)字。

非完整顯示位：只能顯示0和1（在最高位上）稱為1/2位；只能

顯示0~5稱為3/4顯示位。

例如：（1）4位DMM

具有4位完整顯示位，其最大顯示數(shù)字為9999。

（2）4位半DMM

具有4位完整顯示位，1位非完整顯示位，其最大顯示數(shù)字為

19999o

（3）43/4位口乂乂

具有4位完整顯示為，1位非完整顯示位，其最大顯示數(shù)字為

59999。

?分辨力

定義：DMM能夠分辨最小電壓變化量的能力，反映了DMM靈敏

度。用每個字對應(yīng)的電壓值來表示，即V/字。

不同的量程上能分辨的最小電壓變化的能力不同，顯然，在最小

量程上具有最高分辨力。

例如：3位半的DMM,在200mV最小量程上，可以測量的最大輸入

電壓為199.9mV,其分辨力為O.lmV/字（即當(dāng)輸入電壓變化O.lmV時,

顯示的末尾數(shù)字將變化“1個字”）。

?超量程能力

定義：指數(shù)字電壓表能測量的最大電壓超過其量程值的能力。

DMM有無超量程能力取決于它的量程分檔情況和能夠顯示的最大數(shù)

字情況。

可從計數(shù)脈沖角度來考慮，顯示器可顯示多余脈沖則有超量程能

力。

例如：1、顯示位數(shù)為3位完整位的數(shù)字電壓表

最大顯示數(shù)字為999,其內(nèi)部在進行模數(shù)轉(zhuǎn)換時，若被測電壓轉(zhuǎn)

換成的計數(shù)脈沖數(shù)大于999,則多出的脈沖無法被計數(shù)器顯示，將溢出，

既不能被測量。

2、顯示位數(shù)為3位半時

最大顯示數(shù)字為1999,其最高位還可容納多出的脈沖，即可進

行超量程測量。

帶有半位的DMM如按2V、2OV、200V等分檔，最大顯示數(shù)字

位則無超量程能力；若按IV、10V、100V等分檔則具有100%的超量

程能力。

計算公式:超量程能力=［（能測量的最大電壓-量程值）/量程值］X100%

例如：3位半DMM

2V量程時，最大顯示數(shù)字為1999,最大測量電壓為1.999V,無

超量程能力；

IV量程時，最大顯示數(shù)字為1999,最大測量電壓為1.999V,超

量程能力為100%。

可見，附加首位（即1/2位），在IV、10V等基本量程時具超量程能力。

?測量速度

每秒鐘完成的測量次數(shù)。它主要取決于A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度。

一般低速高精度的DMM測量速度在幾次/秒~幾卜次/秒。逐次比較式

最高可達IO、次/秒以上，比積分式高。

?輸入阻抗

輸入阻抗取決于輸入電路（并與量程有關(guān)）。輸入阻抗宜越大越好,

否則將影響測量精度。

對于直流DMM,輸入阻抗用輸入電阻表示,一般在10M0-1000M

Q之間。

（4）抗干擾能力

積分型DMM抗串模干擾能力較強，適當(dāng)延長采樣時間可改善抗

干擾性能。低頻串模干擾大，特別是工頻干擾。當(dāng)取采樣時間為干擾

信號周期的整數(shù)倍時，串模干擾抑制相當(dāng)好。所以，常取采樣時間為

20ms、40ms、80ms等。

對于交流DMM,輸入阻抗用輸入電阻和并聯(lián)電容表示，電容

值一般在幾十~幾百pF之間。

例題：1、現(xiàn)有三種數(shù)字電壓表，其最大計數(shù)容量分別為（1）999；

（2）1999；（3）5999（4）1199。它們各屬于幾位表？有無超量程能

力，如有則各為多少？第二種電壓表在0.2V量程的分辨率是多少？

解：1）它們分別為：3位，3位半，33/4位，3位半；

2）（1）為完整顯示位數(shù)的電壓表，則無超量程能力；

（2）具有半位，則在IV、10V、100V等量程上具有100%的超

量程能力；在2V、20V、200V等量程上無超量程能力；

（3）具有33/4位，則在5V、50V、500V等量程上，最大

測量電壓為5.999V,59.999V,599.99V,分別具有20%的超量程能力。

（4）具有非完整位，在IV、10V、100V等量程上具有20%的

超量程能力；在2V、20V.200V等量程上無超量程能力；

3）在0.2V量程上，該電壓表無超量程能力，最大測量電壓為

0.1999V,則分辨力為0.0001V。

分類（據(jù)A/D工作原理）：

（1）比較型A/D轉(zhuǎn)換器直接轉(zhuǎn)換式，它將輸入模擬電壓與標

準電壓進行比較來轉(zhuǎn)換。

分類：反饋比較式、無反饋比較式。常用有閉環(huán)負反饋的逐次比

較式。

（2）積分型A/D轉(zhuǎn)換器間接轉(zhuǎn)換式，先將模擬電壓通過積分

器變成時間（T）或頻率（F）,再把中間量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，主要有：

“V"”式，有雙斜積分式、三斜積分式、脈寬調(diào)制式等；

“V/F，式，有脈沖反饋式和電壓反饋式等；

復(fù)合型，二者的結(jié)合。

原理框圖：

即由模擬電路、數(shù)字邏輯電路和顯示電路三部分組成。

核心：A/D轉(zhuǎn)換器。

V/T積分型DVM

DVM的靈敏度高（?般可達1uV,高的可達InV）、準確度高（直流

可達10-6量級），則干擾對準確度影響突出。而積分式DVM具有較

高的串模干擾抑制能力，因而自上世紀六十年代問世以來得到較快的

發(fā)展，在數(shù)字電壓表中占有相當(dāng)重要的地位。

積分式中應(yīng)用最廣的是V"型的雙斜積分式。

原理電路：

基本原理：在一個測量周期內(nèi)用同一個積分器積分兩次，將被測電壓

轉(zhuǎn)換成與其成正比的時間間隔，用此間隔內(nèi)填充的標準脈沖數(shù)來反映

被測電壓，故叫V"變換型。

工作原理：設(shè)被測為負電壓一Ux。

⑴準備階段（tO?tl）：邏輯控制電路使電子開關(guān)的K4閉合，積分

器輸出為零（圖中未畫出C的放電電路）。

⑵采樣階段（H?t2）：邏輯控制電路使電子開關(guān)K4斷、K1合，

積分器正向積分（U01>0）,比較器輸出打開主門，則時鐘脈沖通過主

門進入計數(shù)器計數(shù)。

當(dāng)t=t2,計數(shù)器計數(shù)滿預(yù)先給定值N1（即定時積分Tl=NITO（TO

為時鐘周期）），邏控電路使電子開關(guān)K1斷開，第一次積分（正向積分）

結(jié)束。

（3）比較階段（t2?t3>在比時刻,邏控使K1斷開的同時接通K2,還

使計數(shù)器清零。積分器開始反向積分，主門仍開啟，計數(shù)器重新對脈

沖計數(shù)。

注意：①被測電壓Ux正比于時間隔T2（或N2）,因Us、Tl（或N1）

均不變。（被測電壓為+Ux,定值積分由K3接入一Us）

②采樣階段定時積分，即T1不變，當(dāng)Ux小時積分斜率也小，

積滿T1時的Uom也?。槐容^階段定值積分，即Us不變，積分斜率不

變，當(dāng)Ux小就有Uom也小，從Uom積到零所需的時間T2也就小。

③V—T型變換結(jié)果與積分參數(shù)RC無關(guān)，因為兩次積分都是

同一積分器完成的，所以測量準確度高。

④被測結(jié)果取決于兩個因數(shù)：一是標準電壓Us的準確度與穩(wěn)定

度，二是比值T2/T1。對后者，因是同?時鐘脈沖決定的，則對時鐘

的頻率準確度不要求，但對短期穩(wěn)定度則要求要高。

⑤抗干擾能力強。串模干擾：因雙斜積分本質(zhì)是平均值轉(zhuǎn)換，對

幅值對稱的交流串模干擾有很強的抑制能力。串模干擾主要是工頻，

當(dāng)選定時積分時間T1為工頻周期的整數(shù)倍（如20ms、40ms、80ms等）

時，可將工頻干擾全部消除。共模干擾：通過模擬電路與數(shù)字電路間

隔離，或采用雙層屏蔽、浮地技術(shù)等，提高抗共模干擾能力。

另：雙積分A/D轉(zhuǎn)換器集成化，比逐次比較型集成簡單，成本也

低，故而廣為應(yīng)用。常見的DF-6、DS-14等型號數(shù)字電壓表均采用V"

型雙積分轉(zhuǎn)換。

高頻電壓測量

高頻電壓用峰值電壓表測量。因峰值表采用“檢波——放大”式，檢波

器置于探頭內(nèi)，高頻交流先變?yōu)橹绷髟俜糯箫@示。

要求（串聯(lián)式）：滿足條件

Tmax>Tmin：被測電壓最大、最小周期;

—

R￡C、RC：電容充、放電時間常數(shù)。

可見：充電快、放電慢,電容端壓的平均值近似峰值電壓，即

UR=UC-UP

注意：①二極管工作在丙類（穩(wěn)態(tài)下只有Ux>Uc時D才導(dǎo)通）。

②并聯(lián)峰值檢波，原理同串聯(lián)式，R上的電壓極性相反。優(yōu)點:

具有隔直作用，只測電壓的交流部分（當(dāng)含直流分量時）。

③倍壓檢波，并聯(lián)式與串聯(lián)式的組合，可構(gòu)成“峰—峰”值電

壓表。

原理框圖：

檢波電路：并聯(lián)式峰值檢波，高頻二極管置于探極內(nèi)，上限頻率可達

300MHz。

放大器：普遍采用斬波式直流放大器，即“交——直—交”放大，增

益很高，而噪聲和零點漂移均很小，可較好地解決增益與零漂之間的

矛盾。如國產(chǎn)HEJ-8型超高頻毫伏表。

低頻電壓測量

低頻電壓指1MHz以下的電壓。用平均值電壓表（平均值檢波）

來測量。

1.均值檢波原理

檢波就是整流，有半波、全波。

圖示二極管橋式（全波）整流。實際中D3、D4常用電阻代替。在理

想情況下，流過微安表表頭的電流為

°T1RR

式中R為微安表的等效電阻。

注意：表頭電流與輸入電壓平均值成正比，即有均值響應(yīng)。

二極管工作在乙類，因正向偏壓導(dǎo)通半周。

脈沖電壓用脈沖電壓表來測量。

脈沖電壓特點：脈沖周期與脈沖寬度的比（也就是占空比）很大。

峰值表測量，難滿足充電快、放電慢條件，理論誤差很大。

噪聲電壓測量

電子電路中，噪聲主要是各種元器件（晶體管、電阻等）內(nèi)部帶

電質(zhì)點運動的不規(guī)則所造成的現(xiàn)象，它嚴重影響系統(tǒng)傳輸微弱信號的

能力。

熱噪聲:內(nèi)部微粒不規(guī)則熱運動產(chǎn)生的噪聲。

散粒噪聲:電流通過晶體管PN結(jié)時，因電荷運動的不連續(xù)產(chǎn)生的

晶體管噪聲。

白噪聲：頻率能量分布均勻的噪聲。

在線性頻率范圍內(nèi)熱、散粒噪聲的能量分布均勻，屬白噪聲。

噪聲電壓信號是隨機的，波形非周期，變化無規(guī)律。白噪聲電壓

瞬時值分布規(guī)律符合正態(tài)分布，其概率密度函數(shù)為高斯型

噪聲用分貝來衡量，而噪聲電壓用電平的分貝來衡量，主要用在

通信系統(tǒng)測試中。

用有效值電壓表測噪聲電壓。因為，有效值表測任意波形電壓不

存在波形誤差，故常用于測量噪聲電壓、非線性失真度測量中的諧波

電壓等。

■Q表的組成和框圖原理

I.Q表的組成

Q表是由頻率可調(diào)的高頻振蕩器（信號源）、標準的可變電容器、

高阻抗的電壓表（高頻電壓表）和諧振回路所組成的。

圖9-13中1、2兩點間接被測線圈LX,或2、3兩點間接被測電

容CX。

（2）Q值的概念

>串聯(lián)諧振回路中，線圈和電容兩端的電壓不僅絕對值相等，

而且是電源（信號源）電壓的Q倍，這個倍數(shù)就叫Q值，即回路

的Q值。

>不嚴格地說，這個Q值也可以叫線圈（及電容）的Q值，即元

件的Q值。

>嚴格地說，元件的Q值不等于回路的Q值，因為回路本身

有其他部件的損耗，所以回路的Q值和元件的Q值之間還存

在一個修正值。

>Q值是電感線圈的一個重要參數(shù)，它的大小決定于線圈的內(nèi)阻

和寄生電容（分布電容）的大小。

(3)Q表框圖原理

被測電感線圈3與電容C(實際上是C〃C'C是主調(diào)，C,

是微調(diào))串聯(lián)，調(diào)C,使回路發(fā)生串聯(lián)諧振(AKAs),這時電壓表V：測

得信號源的電動勢E,電壓表V2測得電容兩端的電壓為“c,因為

uc=QE

若將E保持為一個恒等值(一般為10mV),則V2所指示的就是這

個恒等值的Q倍，這樣V2就可以按Q值刻度，在測量時直接讀出Q

值了。

Q表除了測元件的Q值外，還能測元件的其它參數(shù)。

＞測量電感時，1、2端接被測電感，2、3端接標準可變電容器,

改變信號源的頻率，V2兩端的電壓將由小增大再變小，當(dāng)V2

兩端輸出電壓最大時，信號源的頻率和電路固有頻率相等發(fā)生

諧振，有，而得到電感值。

＞測量電容時，1、2端接標準電感，2、3端接被測電容用上述

同樣的方法使電路發(fā)生諧振，有。

也可以得到諧振回路中的等效電阻

1.測量電容

(1)直接測量法測量電容

如圖9-14CS不接入；接入標準電感LS和被測電容CX,調(diào)節(jié)信號源

的頻率為川，回路發(fā)生諧振，即電壓表的讀數(shù)為最大，利用F面的公

式可以得到CX:

(2)并聯(lián)替代法測量電容

如圖9-14,先只將大于被測電容CX的標準可變電容CS接入3、4點，

并置于最大容量CA,調(diào)節(jié)信號源頻率至加，使回路處于諧振狀態(tài)；信

號源頻率不變，再接入被測電容CX,調(diào)節(jié)CS使回路發(fā)生諧振，記下

CS的值為CB。前后兩次接成的諧振回路，電感LS不變，諧振頻率也

相同，所以有下式：

(3)串聯(lián)替代法測量電容

如圖9-14,先只將CS(CS＜CX)接入3、4點間，并調(diào)節(jié)CS為

較小值CA,再調(diào)節(jié)信號源的頻率至川，使回路發(fā)生諧振；信號源頻率

不變，取掉1、3點間的連線，將被測電容CX接于1、3兩點間，調(diào)

節(jié)CS使回路發(fā)生諧振，記下CS的值為CB.前后兩次接成的諧振回

路，電感LS不變，諧振頻率也相同，所以有：

即。

串聯(lián)替代法適用于測量大電容。

2.測量電感

(1)用直接測量法測量電感

如圖9-15,標準電容CS及LX接入，LS不接入，調(diào)節(jié)信號

源的頻率為川，回路發(fā)生諧振，即電壓表的讀數(shù)為最大，利用下面的

公式可以得到LX

(9-21)

式中cs、yo是已知量，故LX可以確定。

(2)用并聯(lián)替代法測量電感

如圖9-15,1,2點先只接入LS,LS與CS組成回路，調(diào)節(jié)

CS至較小容量CA,調(diào)節(jié)信號源的頻率為70,使回路發(fā)生諧振，即電

壓表的讀數(shù)為最大，有下式：

,即

再把LX接入1、2點，LS、LX、CS組成回路，調(diào)節(jié)CS使

回路發(fā)生諧振，記下CS讀數(shù)為CB,有

將上面兩個式子化簡得到下式

并聯(lián)替代法適用于測量大電感、大電阻。

A電子元器件中，電阻器、電容器和電感器為基本電路元件;

晶體二極管、三極管、場效應(yīng)管、單結(jié)管、晶閘管等為半導(dǎo)體

器件；運算放大器、數(shù)字邏輯電路、半導(dǎo)體存儲器、微處理器

等為集成電路器件。不同類型的電子元器件，需要使用不同的

儀器進行測量。

>基本電路元件按其在電路中的工作頻率不同，采用不同的

測量方法和儀器。工作在低頻電路中的元件，常采用電橋法測

量，通常使用直流電橋、交流電橋和萬用電橋；工作在高頻電

路中的元件，常采用諧振法測量，通常使用Q表、高頻電感電

容測量儀。

>因為半導(dǎo)體器件需要測量的參數(shù)很多，有直流參數(shù)、低頻

參數(shù)和高頻參數(shù)，應(yīng)根據(jù)需要測量參數(shù)的不同選擇不同的測試

儀進行測量。常用的儀器有晶體管特性圖示儀、晶體管直流參

數(shù)測試儀、h參數(shù)測試儀、Y參數(shù)測試儀和場效應(yīng)管測試儀等。

電阻器、電容器、電感器這些基本電子元件，由于它們的特性可

由兩端的電壓和電流之間的關(guān)系來確切表達。

1、電阻器

實際電阻器并不是純電阻，存在引線電感和分布電容，當(dāng)電阻器

工作在低頻時，主要為電阻性質(zhì)，電抗性質(zhì)可忽略。

由式(4.3)A可見，分布電容CO和分布電感20越小，電阻器的阻

抗則越接近其標準電阻。隨著工作頻率升高，電抗分量不可忽略，其

復(fù)阻抗的特性會明顯呈現(xiàn)出來。

>另外，工作在交流電路中的電阻器，由于集膚效應(yīng)的存在，其

交流等效電阻也會隨頻率升高而略上升，即直流電阻和交流電

阻并不相等。

>理想的電阻器不含電抗分量，流過它的電流與其兩端的電壓同

相。

>實際的電阻器卻總存在著一定的寄生電感。考慮了寄生電感

L0之后，電阻器的等效電路如圖4.3所示。

>在低頻狀態(tài)下，入0很小，故寄生電感乙0的影響可以忽略：

但在高頻狀態(tài)下，L0很大，故必須考慮L0的影響。

2、電感器

實際電感器由于線圈存在直流電阻，使電感器消耗一定的能量，

這種能量損耗稱為電感器的電阻損耗。

標準電感線圈的值一般在0.0001-1H的范圍。

＞實際的電感器也不是理想的純電感，電感器的等效電路如圖

4.3B所示。

＞當(dāng)工作頻率較低時，電感器呈現(xiàn)固有電感值L0,隨著頻率升高,

co的影響增大。

當(dāng)工作頻率遠低于線圈的固有頻率時，其固有電容才不致影響有

效電感的值。

3、電容器

實際電容器由于極間的電介質(zhì)存在漏電阻，會使電容器消耗一定

的能量，這種能量損耗稱為電容器的介質(zhì)損耗。

電容器的主要參數(shù)有電容量及其誤差、額定電壓（擊穿電壓）、溫

度系數(shù)、損耗因數(shù)等，實際應(yīng)用中需要測量的是電容量和損耗因數(shù)。

＞電容器的等效電路如圖4.3C所示。

＞頻率較低時.，電容器呈現(xiàn)其靜電電容值；頻率很高后，引線電

感的影響大，阻抗特性愈加明顯。

＞從上面分析電阻、電容、電感來看，一般電子元件的特性與工

作頻率直接相關(guān)。

＞在選用元件時盡量要求其具有較高的標準性，電感器和電容器

的損耗電阻愈小愈好。

＞選擇適當(dāng)?shù)墓に嚕瑴p少分布參數(shù)，使電路的工作頻率遠離元件

的固有諧振頻率，這樣才有利于提高設(shè)備的性能。

＞測量電子元件時要在被測元件的實際工作條件下進行，使其能

反映在工作條件下的真實參量值。

工作在低頻電路中的元件參數(shù)通常采用電橋法進行測量，電橋

法實際上是一種比較測量法，它是把被測量與同類性質(zhì)的標準量進

行比較，從而確定被測量大小的方法。萬用電橋就是一種在低頻條

件下測量電阻、電容和電感參數(shù)的交流阻抗電橋。

電橋的平衡條件

>在阻抗參數(shù)測量中，應(yīng)用最廣泛的是電橋法。

>電橋法又稱指零法，它是利用指零電路來作測量指示器的，工

作頻段很寬。

>電橋法優(yōu)點是能在很大程度上消除或削弱系統(tǒng)誤差的影響，精

度較高。

>電路的基本形式由4個橋臂、一個信號源和一個零電位指示器

三部分所組成的。

1.直流電橋的平衡條件

>四臂電橋電路如圖-5所示。

>當(dāng)Zl、Z2、Z3、為純電阻，其中Zl、Z2為固定電阻，Z3

為可調(diào)電阻，US為直流電源時，A為電流計，這時電橋為直

流電橋。

>在Z4位置上放置被測電阻，調(diào)節(jié)Z3當(dāng)電橋平衡時，電流

計指示為零，有下面的式子：

11Z1=/4Z4

/2Z2=13Z3

/1=/2,13=14

Z4Z2=Z1Z3(9-4)

>式（9-4）即為電橋平衡條件。

一、電阻的測量

1.用惠斯登電橋測量電阻

調(diào)整RN使電流計沒有電流流過，這時電橋處于平衡狀態(tài)，如圖

4.7所示：

2.采用不平衡電橋測量電阻

＞不平衡電橋測量集中參數(shù)元件操作簡單，測量時間短，易實現(xiàn)

數(shù)字化測量。

＞它是通過直接測量電橋非平衡狀態(tài)下加在指示器兩端的電壓

或流過的電流來測量集中參數(shù)元件。

通過電路的作用，反應(yīng)被測電阻RX的U0送入數(shù)字電壓表，經(jīng)

過數(shù)字處理最后將RX顯示在屏幕上。這種測試方法，測量精度高，

不需調(diào)整，測量速度快。

二、電感的測量

2.交流電橋的平衡條件

其工作原理與直流電橋基本相同，所不同的是橋臂由電阻和電抗

元件組成，采用交流電源供電，平衡指示表為交流電表，橋臂由電阻

和電抗元件組成，因此它可以用來測量交流電阻、電容和電感元件的

參數(shù)。

＞當(dāng)流過指示器的電流為零時電橋達到平衡。電橋的平衡條件

為：Z4Z2=Z1Z3

＞交流電橋的平衡條件：一個是振幅平衡條件，一個是相位平衡

條件。要使電橋完全平衡，兩個條件就必須同時滿足。實際電

路中必須有兩個可調(diào)節(jié)的元件。

＞測量用的電橋，將一個臂接入被測阻抗，其余三個臂接入已

知標稱值的標準元件。

＞為了使調(diào)節(jié)方便，一般只調(diào)整一個臂中的可調(diào)元件，而在其

它兩個臂安裝固定值的標準元件。

＞臂比電橋：Z4為被測元件，選用Z1和Z2為已知值的標準元

件，Z1/Z2為定值，調(diào)節(jié)Z3來使電橋達到平衡。

＞臂比電橋適用于測量高阻抗元件，一般不用來測量電阻。用

于測量電容器，

＞臂乘電橋：Z1和Z3為已知值的標準元件，則Z1Z3的乘積

為定值，調(diào)節(jié)Z2來使電橋達到平衡。

＞臂乘電橋適用于測量低阻抗元件，一般不用來測量電阻。臂乘

電橋用于測量電感。

＞電橋的指示器的靈敏度越高越好。靈敏度越高，就越能反映出

被測元件值的差異。

萬用電橋的組成和工作原理

為了測量使用方便，幾種不同類型的電橋組合起來，使之具有測

量電阻、電容和電感元件參數(shù)的功能，這種電橋稱為萬用電橋，電橋

主要山測量橋體、音頻振蕩器、交流放大器和平衡指示表（檢流計）幾部

分組成，如圖所示。測量橋體由惠斯登電橋、電容串聯(lián)比較電橋（?種

比率電橋）、麥氏-文氏電橋（一種乘積電橋）組合而成，使用時通過轉(zhuǎn)換

開關(guān)進行切換。

＞橋體的組成中三個臂所用標準元件都能公用。測量時通過開關(guān)

電路去進行轉(zhuǎn)換。為簡化儀器結(jié)構(gòu)，采用電阻R和電容C作為

可調(diào)節(jié)元件。

A測量電感時，通過轉(zhuǎn)換開關(guān)的切換，圖9-6中，橋臂可等效為

Zl、Z2、Z