电参数的测量

第2章电参数测量2.1电压的测量

电量测量中的很多电参数，包括电流、功率、设备的灵敏度等都可以视作电压的派生量，通过电压测量获得其量值。

电压的测量分为模拟和数字两种方法。模拟电压表的优点是结构简单、价格便宜，测量频率范围较宽；缺点是准确度、分辨力低，不便于与计算机组成自动测试系统。数字式电压表则正好相反。直流电压的测量⑴普通直流电压表

普通直流电压通常由动圈式高灵敏度直流电流表串联适当的电阻构成，如图2-6所示。设电流表的满偏电流(或满度电流)为Im，电流表本身内阻为Re，串联电阻Rn所构成的电压表的满度电压为 （2-27）所构成的电压表的内阻为:

（2-28）图2-6

普通直流电压表电路

如图中电流表串接3个电阻后，除最小电压量程Uo=Im·Re外，又增加了U1、U2、U3三个量程，根据所需扩展的量程，可估算出3个扩展电阻的阻值:通常把内阻Rv与量程Um之比(每伏欧姆Ω/V数)定义为电压表的电压灵敏度。

（2-29）“Ω/V’数越大，表明为使指针偏转同样角度所需驱动电流越小。“Ω/V”数一般标明在磁电式电压表表盘上，可依据它推算出不同量程时的电压表内阻，即

（2-30）动圈式直流电压表的结构简单，使用方便，缺点是灵敏度不高和输入电阻低。工程测量中为了满足测量准确度的要求，常采用输入电阻和电压灵敏度高的模拟式直流电子电压表进行测量。⑵直流电子电压表⑶直流数字电压表图2-7

直流数字电压表框图2.交流电压的测量⑴交流电压的表征：交流电压可以用峰值、平均值、有效值、波形系数以及波峰系数来表征。①峰值 周期性交流电压U(t)在一个周期内偏离零电平的最大值称为峰值，用Up表示，正、负峰值不等时分别用Up+和Up-表示，如图2-8(a)所示。

U(t)在一个周期内偏离直流分量U0的最大值称为幅值或振幅，用Um表示，正、负幅值不等时分别用Um+和Um-表示，如2-8(b)所示。图中U0=0，且正、负幅值相等。图2-8

交流电压的峰值和幅值②平均值

u(t)的平均值的数学定义为:

（2-31）实质上就是被测电压的直流分量U0，如图2-8(a)中虚线所示。在电子测量中，平均值通常指交流电压检波(也称整流)以后的平均值，又可分为半波整流平均值和全波整流平均值。全波平均值定义为:

（2-32）

如不另加说明，平均值通常指全波平均值。③有效值

一个交流电压和一个直流电压分别加在同一电阻上，若它们产生的热量相等，则交流电压有效值U(或Urms)等于该直流电压，可表示为:

即

（2-33）④波形因数、波峰因数交流电压的波形因数KF定义为该电压的有效值与平均值之比:

（2-34）交流电压的波峰因数Kp定义为该电压的峰值与有效值之比:

（2-35）不同电压波形，其KF、Kp值不同，下表列出了几种常见电压的有关参数。名称波形图波形系数波峰系数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方波

11锯齿波

1.151.73脉冲波

白噪声

1.253注意点国际上一直以有效值作为交流电压的表征量。例如电压表，除特殊情况外，几乎都按正弦波的有效值来定度。如果被测电压是正弦波，那么由表2-1很容易从电压表读数即有效值得知它的峰值和平均值。如果被测电压是非正弦波，那就须根据电压表读数和电压表所采用的检波方法，进行必要的波形换算，才能得到有关参数。⑵交流电压的测量方法 按AC/DC转换器的类型分为：1.检波法2.热电转换法。

按检波特性的不同，检波法又可分成1.平均值检波2.峰值检波3.有效值检波等。按照AC/DC变换的先后不同，模拟式交流电压表大致可分成下列三种类型。①检波-放大式

②放大-检波式③外差式电压表

⑶低频交流电压(1MHz以下)的测量

这类电压表一般采用放大-检波式，

检波器类型分为：1.平均值2.有效值检波器，

分别构成两种测量表：1.均值电压表2.有效值电压表。⑷高频交流电压的测量

高频交流电压的测量不采用放大-检波式(以避免高频测量受放大器通频带的限制)而采用检波-放大式或外差式电压表来测量。

采用峰值检波器的电压表称峰值电压表。峰值电压表也是按正弦电压的有效值定度的。被测正弦电压的峰值（2-38）如果被测电压为非正弦电压，峰值电压表读数也为Ua，那就意味着该被测非正弦电压的峰值也为 : 据(2-35)式，该被测非正弦电压的有效值Uxrms等于其峰值Up除以其峰值系数Kp，因此非正弦电压的波形换算公式为：（2-39）3.高电压测量技术

在有些电子设备测试中，有高达万伏的电压；在电力系统中则常遇到需测量数十万伏甚至更高电压的问题。在电力系统中，广泛应用电压互感器配上低压电压表来测量高电压，在试验室条件下则用高压静电电压表、峰值电压表、球隙测压器、高压分压器等仪器来测量高电压。图2-11

静电电压表极板结构示意图、实物图

⑴高压静电电压表

⑵峰值电压表

图2-12

峰值电压表接线原理、实物图⑶球隙测压器

图2-13

球隙测压器接入示意图及实物图⑷高压分压器

当被测电压很高时，采用高压分压器来分出一小部分电压，然后利用静电电压表、峰值电压表、高压脉冲示波器等测量仪器进行测量，是最合理的解决方案。对分压器最重要的技术要求有二：①分压比的准确度和稳定性(幅值误差要小)；②分出的电压与被测高电压波形的相似性(波形畸变要小)。

真有效值测量AD536是单片集成的有效值变换器，具有精度高，可靠性好，转换频率范围宽的特点，而且具有分贝输出功能.2.2电流的测量

电流表直接测量法

电流-电压转换法电流-磁场转换法电流互感器法

2.

电流-电压转化一、取样电阻法适合测量较大电流，取样电阻不宜太大。二、反馈电阻法适合测量小电流三、电流互感器法（工频交流）2.电流电压变换电路1.电流互感器钳形表（钳形互感式电流表）2.3功率的测量2.3.1直流功率测量 由电工学可知，功率即为单位时间内所做的功。具体表达式为

式中，Q—电荷，单位为C(库仑)；U—电压，单位为V(伏特)；I—电流，单位为A(安培)。

在电阻电路中，还可导出：2.3.2交流功率测