1、第2章 電參量丈量技術(shù) 2.1 頻率、時(shí)間和相位的丈量頻率、時(shí)間和相位的丈量 2.2 電壓、電流和功率丈量電壓、電流和功率丈量 2.3 阻抗丈量阻抗丈量 2.1 頻率、時(shí)間和相位的丈量頻率、時(shí)間和相位的丈量 頻率、時(shí)間的運(yùn)用與人們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾囝l率、時(shí)間的運(yùn)用與人們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P(guān)，而在當(dāng)代高科技中顯得尤為重要。例如關(guān)，而在當(dāng)代高科技中顯得尤為重要。例如,郵電通訊，大地丈量，地震預(yù)告，人造衛(wèi)星、郵電通訊，大地丈量，地震預(yù)告，人造衛(wèi)星、宇宙飛船、航天飛機(jī)的導(dǎo)航定位控制等都與頻宇宙飛船、航天飛機(jī)的導(dǎo)航定位控制等都與頻率、時(shí)間親密相關(guān)，因此準(zhǔn)確丈量時(shí)間和頻率率、時(shí)間親密相關(guān)，因此準(zhǔn)確丈量時(shí)間和頻率是

2、非常重要的。是非常重要的。 相位是描畫交流信號的三要素之一。相位相位是描畫交流信號的三要素之一。相位差的丈量是研討信號、網(wǎng)絡(luò)特性的不可短少的差的丈量是研討信號、網(wǎng)絡(luò)特性的不可短少的重要方面。重要方面。2.1.1 頻率的丈量頻率的丈量 在工業(yè)消費(fèi)領(lǐng)域中周期性景象非常普遍，在工業(yè)消費(fèi)領(lǐng)域中周期性景象非常普遍，如各種周而復(fù)始的旋轉(zhuǎn)、往復(fù)運(yùn)動、各種傳如各種周而復(fù)始的旋轉(zhuǎn)、往復(fù)運(yùn)動、各種傳感器和丈量電路變換后的周期性脈沖等。周感器和丈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)系期與頻率互為倒數(shù)關(guān)系: 2-1頻率丈量方法：頻率丈量方法：1：計(jì)數(shù)法：計(jì)數(shù)法2：模擬法：模擬法Tf11. 頻率頻率(周期周

3、期)的數(shù)字丈量的數(shù)字丈量計(jì)數(shù)法丈量原理計(jì)數(shù)法丈量原理 計(jì)數(shù)法就是在一定的時(shí)間間隔計(jì)數(shù)法就是在一定的時(shí)間間隔T內(nèi)，對周期性內(nèi)，對周期性脈沖的反復(fù)次數(shù)進(jìn)展計(jì)數(shù)。假設(shè)周期性脈沖的周期脈沖的反復(fù)次數(shù)進(jìn)展計(jì)數(shù)。假設(shè)周期性脈沖的周期為為TA，那么計(jì)數(shù)結(jié)果為，那么計(jì)數(shù)結(jié)果為: 2-2 計(jì)數(shù)法原理如圖計(jì)數(shù)法原理如圖2-1(a)所示，周期為所示，周期為TA的脈沖的脈沖加到閘門的輸入端，寬度為加到閘門的輸入端，寬度為T的門控信號加到的門控信號加到閘門的控制端，只需在閘門開通時(shí)間閘門的控制端，只需在閘門開通時(shí)間T內(nèi)才輸出計(jì)內(nèi)才輸出計(jì)數(shù)脈沖進(jìn)展計(jì)數(shù)。數(shù)脈沖進(jìn)展計(jì)數(shù)。ATTN 圖2-1 計(jì)數(shù)法丈量原理 由于T和TA兩個(gè)

4、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。處在T區(qū)間內(nèi)計(jì)數(shù)脈沖個(gè)數(shù)(即計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)結(jié)果)為N，那么 2-3顯然，脈沖計(jì)數(shù)的最大絕對誤差N=1 。AAAATNNTTttNttNTT)(2121脈沖計(jì)數(shù)最大相對誤差為： 24 TTNNNA1通用計(jì)數(shù)器的根本組成和任務(wù)方式 通用計(jì)數(shù)器普通都具有測頻和測周兩種方式。根本組成如圖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=1fA (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(shí)間為T=mTB的門控信號，將T=mTB代入(2-2)式可得圖

5、2-2中十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)結(jié)果為： BAABffmTmTN2-5圖2-2 通用計(jì)數(shù)器的根本組成由上式可見，圖2-2中計(jì)數(shù)結(jié)果N與fAfB成正比，此時(shí)計(jì)數(shù)器任務(wù)在頻率比丈量方式。 如圖2-2中A輸入端(fA=fx)，晶振規(guī)范頻率fc信號接到B輸入端(fB=fc)，那么計(jì)數(shù)器任務(wù)在測頻方式，此時(shí)(2-5)式變?yōu)椋?2-6 假設(shè)將被測信號fx接到圖2-2中B輸入端(fB=fx)，晶振規(guī)范頻率fc信號接到A輸入端(fA=fc)，那么稱計(jì)數(shù)器任務(wù)在測周方式，此時(shí)(2-5)式變?yōu)椋?2-7 mNffcxcxmfNT 頻率(周期)的丈量誤差與丈量范圍實(shí)際上講丈量頻率與丈量周期是等效的，但從實(shí)踐丈量來看，圖2

6、-2所示通用計(jì)數(shù)器任務(wù)在測頻方式和任務(wù)在測周方式，其丈量誤差和范圍都不一樣。測頻方式由(2-6)式可得“測頻的相對誤差為：ccccxxffNffNNff1進(jìn)一步推導(dǎo)可得測頻最大相對誤差為：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，測頻的準(zhǔn)確度越高。 假設(shè)采用K位十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，為使計(jì)數(shù)結(jié)果不超越計(jì)數(shù)器最大允許計(jì)數(shù)值而發(fā)生溢出，要求： 且 2-9 (2-8)cxfmNfmaxccxcxxffmffff110maxKN2-10普通晶振的精度很高，fc/fc可忽略，故上式簡化為： 2-11因此可得“測頻范圍為： 2-12 mffcxmaxmaxffmNfmfcxc或c

7、ccxffmff同時(shí)，最大相對誤差還應(yīng)滿足丈量精度的要求，因此fx應(yīng)滿足：測周方式測周方式由由(2-11)(2-11)式可得測周的相對誤差為：式可得測周的相對誤差為：將將(2-10)(2-10)式代入得測周的最大相對誤差式代入得測周的最大相對誤差為：為： 2-132-13因因Tx=1/fxTx=1/fx，TxTxTx=-Tx=-fxfxfxfx，故，故由上式可測由上式可測周法測頻的最大相對誤差為：周法測頻的最大相對誤差為： 2-142-14cccxxxffmffffcccxxxffmffTTccccxxffNffNNTT1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

8、小，即測周的精度越高測頻的精度也越高。 總結(jié) 1假設(shè)被測頻率fx較高，那么直接測頻的相對誤差較小 2假設(shè)被測頻率fx較低，那么用測周法測頻的相對誤差較小。 3當(dāng) f0fc時(shí)，測頻與測周相對誤差都一樣 從提高丈量精度思索，當(dāng)被測頻率fx高于fc時(shí)應(yīng)采用直接測頻法；當(dāng)被測頻率fx低于fc時(shí)應(yīng)采用測周法。 測周法的周期丈量范圍，同樣也遭到丈量精度要求值和計(jì)數(shù)器的限制，即應(yīng)滿足故Tx的丈量范圍為： 215cxcccmfNTffmfmax1假設(shè)取fc=fmax，并忽略晶振的誤差，那么上式簡化為圖2-2中分頻系數(shù)m普通取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(shí) 改動n

9、只是改動fx和Tx的指示數(shù)字的小數(shù)點(diǎn)位置。例如N=100，fc=1MHz(Tc=ls)，假設(shè)取n=2，那么fx=1MHz，Tx=1s。假設(shè)取n=3，那么x=0.1MHz，Tx=0.1s。 216maxmaxmax1mfNTmfxcnxfNf10cnxTNT102. 2. 頻率的模擬丈量頻率的模擬丈量直讀法測頻直讀法測頻比較法測頻比較法測頻示波器丈量頻率示波器丈量頻率電橋法測頻電橋法測頻諧振法測頻諧振法測頻頻率頻率-電壓電壓(f-V)轉(zhuǎn)換法測頻轉(zhuǎn)換法測頻2.1.2 2.1.2 時(shí)間間隔的數(shù)字丈量時(shí)間間隔的數(shù)字丈量時(shí)間間隔的丈量方案和周期丈量的根本一樣，所不同的僅是此處的門控電路不再采用計(jì)數(shù)觸發(fā)方

10、式，而是要求根據(jù)丈量時(shí)間間隔，給出起始計(jì)數(shù)和終止計(jì)數(shù)兩個(gè)觸發(fā)信號。 假設(shè)時(shí)間間隔即門控信號的寬度(閘門時(shí)間)為tx，選用時(shí)標(biāo)周期為Tc(圖中Tc=1s，10s，10s分擋可選)，那么計(jì)數(shù)結(jié)果為： 218將上式與(2-7)式對比可見，時(shí)間間隔的丈量相當(dāng)于分頻系數(shù)m=1的周期Tx的丈量情況。普通來說，丈量時(shí)間間隔的誤差比測周期時(shí)大。cxcxftTtN2.1.3 2.1.3 相位差的數(shù)字丈量相位差的數(shù)字丈量 丈量相位差的方法主要有：丈量相位差的方法主要有：1.1.用示波器丈量；用示波器丈量；2.2.與規(guī)范移相器比較與規(guī)范移相器比較( (零示法零示法) )；3.3.把相位差轉(zhuǎn)換為電壓來丈量；把相位差轉(zhuǎn)

11、換為電壓來丈量；4.4.把相位差轉(zhuǎn)換為時(shí)間間隔來丈量等。把相位差轉(zhuǎn)換為時(shí)間間隔來丈量等。1. 1. 相位相位- -電壓轉(zhuǎn)換法電壓轉(zhuǎn)換法 相位相位- -電壓轉(zhuǎn)換式數(shù)字相位計(jì)的原理電壓轉(zhuǎn)換式數(shù)字相位計(jì)的原理框圖如框圖如2-4(a)2-4(a)所示。其各點(diǎn)波形如所示。其各點(diǎn)波形如2-4(b)2-4(b)所示。輸出所示。輸出方波幅度為方波幅度為UgUg，那么用低通濾波器將，那么用低通濾波器將方波中的基波調(diào)和波分量全部濾除后，方波中的基波調(diào)和波分量全部濾除后，此方波的平均值即直流分量為：此方波的平均值即直流分量為：上式中T為被測信號的周期，Tx由兩信號的相位差x決議，即 2-20 將(2-20)式代入(

12、2-19)式得相位差： 2-21219TTUUxg0360 xxTTgxUU0360圖2-4 相位-電壓轉(zhuǎn)換式數(shù)字相位計(jì)原理2. 相位-時(shí)間轉(zhuǎn)換法 將上述相位-電壓轉(zhuǎn)換法中鑒相器的時(shí)間間隔Tx用計(jì)數(shù)法對它進(jìn)展丈量，便構(gòu)成相位-時(shí)間轉(zhuǎn)換式相位計(jì)，如圖2-5所示。它與時(shí)間間隔的計(jì)數(shù)丈量原理根本一樣，假設(shè)時(shí)標(biāo)脈沖周期為Tc，那么在Tx時(shí)間內(nèi)的計(jì)數(shù)值為： 2-22cxcxTTTTN360 圖2-5 相位-時(shí)間轉(zhuǎn)換式相位計(jì)原理 假設(shè)采用十進(jìn)制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，而且時(shí)標(biāo)脈沖周期Tc與被測信號周期T滿足以下關(guān)系式： 2-23那么代入2-22式可得: 2-24相對量化誤差為: 2-25ncTT10360 nxN 1

13、0/Nx1由(2-23)式可知，時(shí)標(biāo)脈沖頻率fc與被測信號頻率fx的關(guān)系為: 2-26 缺陷：1.由于時(shí)標(biāo)頻率fc不允許太高，所以計(jì)數(shù)式相位計(jì)只能用于丈量低頻率信號的相位差，而且要求丈量精度越高(即n 越大)，能丈量的頻率fx越低。2. 當(dāng)被測信號頻率fx改動時(shí)，時(shí)標(biāo)脈沖頻率fc也必需按(2-26)式相應(yīng)改動。ffnc10360 2.2 電壓和電流的丈量電壓和電流的丈量 2.2.1 電壓的丈量電壓的丈量 電量丈量中的很多電參數(shù)，包括電流、電量丈量中的很多電參數(shù)，包括電流、功率、設(shè)備的靈敏度等都可以視作電壓的派功率、設(shè)備的靈敏度等都可以視作電壓的派生量，經(jīng)過電壓丈量獲得其量值。生量，經(jīng)過電壓丈量

14、獲得其量值。 電壓的丈量分為模擬和數(shù)字兩種方法。電壓的丈量分為模擬和數(shù)字兩種方法。模擬電壓表的優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡單、價(jià)錢廉價(jià)，模擬電壓表的優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡單、價(jià)錢廉價(jià)，丈量頻率范圍較寬；缺陷是準(zhǔn)確度、分辨力丈量頻率范圍較寬；缺陷是準(zhǔn)確度、分辨力低，不便于與計(jì)算機(jī)組成自動測試系統(tǒng)。數(shù)低，不便于與計(jì)算機(jī)組成自動測試系統(tǒng)。數(shù)字式電壓表那么正好相反。字式電壓表那么正好相反。直流電壓的丈量直流電壓的丈量普通直流電壓表普通直流電壓表 普通直流電壓通常由動圈式高靈敏度直流普通直流電壓通常由動圈式高靈敏度直流電電流表串聯(lián)適當(dāng)?shù)碾娮铇?gòu)成，如圖流表串聯(lián)適當(dāng)?shù)碾娮铇?gòu)成，如圖2-6所示。設(shè)電所示。設(shè)電流流表的滿偏電流表的滿偏電

15、流(或滿度電流或滿度電流)為為Im，電流表本身，電流表本身內(nèi)阻內(nèi)阻為為Re，串聯(lián)電阻，串聯(lián)電阻Rn所構(gòu)成的電壓表的滿度電所構(gòu)成的電壓表的滿度電壓為壓為 2-27 所構(gòu)成的電壓表的內(nèi)阻為所構(gòu)成的電壓表的內(nèi)阻為: 2-28nemmRRIUmmnevIURRR圖2-6 普通直流電壓表電路 如圖中電流表串接3個(gè)電阻后，除最小電壓量程Uo=ImRe外，又添加了U1、U2、U3 三個(gè)量程，根據(jù)所需擴(kuò)展的量程，可估算出3個(gè)擴(kuò)展電阻的阻值:通常把內(nèi)阻Rv與量程Um之比(每伏歐姆/V數(shù))定義為電壓表的電壓靈敏度。 2-29“/V數(shù)越大，闡明為使指針偏轉(zhuǎn)同樣角度所需驅(qū)動電流越小。“/V數(shù)普通標(biāo)明在磁電式電壓表表盤

16、上，可根據(jù)它推算出不同量程時(shí)的電壓表內(nèi)阻，即 2-30mmemIUURIUURRIUR23312211mmvvIURK1mvvUKR 動圈式直流電壓表的構(gòu)造簡單，運(yùn)用方便，缺陷是靈敏度不高和輸入電阻低。工程丈量中為了滿足丈量準(zhǔn)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(jìn)展丈量。 直流電子電壓表 直流數(shù)字電壓表圖2-7 直流數(shù)字電壓表框圖2. 2. 交流電壓的丈量交流電壓的丈量交流電壓的表征：交流電壓可以用峰值、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)平均值、有效值、波形系數(shù)以及波峰系數(shù)來表征。來表征。峰值峰值 周期性交流電壓周期性交流電壓U(

17、t)U(t)在一個(gè)周期內(nèi)偏離在一個(gè)周期內(nèi)偏離零電平的零電平的最大值稱為峰值，用最大值稱為峰值，用UpUp表示，正、負(fù)峰值表示，正、負(fù)峰值不等時(shí)分不等時(shí)分別用別用Up+Up+和和Up-Up-表示，如圖表示，如圖2-8(a)2-8(a)所示。所示。 U(t) U(t)在一個(gè)周期內(nèi)偏離直流分量在一個(gè)周期內(nèi)偏離直流分量U0U0的的最大值稱為幅值或振幅，用最大值稱為幅值或振幅，用UmUm表示，正、表示，正、負(fù)幅值不等時(shí)分別用負(fù)幅值不等時(shí)分別用Um+Um+和和Um-Um-表示，表示，如如2-8(b)2-8(b)所示。圖中所示。圖中U0=0U0=0，且正、負(fù)幅，且正、負(fù)幅值相等。值相等。圖2-8 交流電壓的

18、峰值和幅值平均值平均值 u(t)的平均值的數(shù)學(xué)定義為的平均值的數(shù)學(xué)定義為: 2-31本質(zhì)上就是被測電壓的直流分量本質(zhì)上就是被測電壓的直流分量U0，如圖如圖2-8(a)中虛線所示。中虛線所示。 在電子丈量中，平均值通常指交在電子丈量中，平均值通常指交流電壓檢波流電壓檢波(也稱整流也稱整流)以后的平均值，以后的平均值，又可分為半波整流平均值和全波整流平又可分為半波整流平均值和全波整流平均值。全波平均值定義為均值。全波平均值定義為: 2-32如不另加闡明，平均值通常指全波平均如不另加闡明，平均值通常指全波平均值。值。 TdttuTU01TdttuTU0)(1有效值有效值 一個(gè)交流電壓和一個(gè)直流電壓分

19、別一個(gè)交流電壓和一個(gè)直流電壓分別加在同一電加在同一電阻上，假設(shè)它們產(chǎn)生的熱量相等，那么阻上，假設(shè)它們產(chǎn)生的熱量相等，那么交流電壓有效值交流電壓有效值U(U(或或Urms)Urms)等于該直流電壓，可表示為等于該直流電壓，可表示為: : 即即 2-332-33 TRUdtRtuT202 TdttuTU021波形因數(shù)、波峰因數(shù)波形因數(shù)、波峰因數(shù)交流電壓的波形因數(shù)交流電壓的波形因數(shù)KFKF定義為該電壓定義為該電壓的有效值與的有效值與平均值之比平均值之比: : 2-342-34交流電壓的波峰因數(shù)交流電壓的波峰因數(shù)KpKp定義為該電壓定義為該電壓的峰值與有的峰值與有效值之比效值之比: : 2-352-3

20、5不同電壓波形，其不同電壓波形，其KFKF、KpKp值不同，下值不同，下表列出了幾表列出了幾種常見電壓的有關(guān)參數(shù)。種常見電壓的有關(guān)參數(shù)。UUKppUUKF2/A/2A2/A/A2/A/2A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 1.151.733/A2/AAA3/A2/AktTktTATtkATtk方 波 11鋸齒波 1.151.73脈沖波 白噪聲 1.253留意點(diǎn) 國際上不斷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。假設(shè)被測電壓是正弦波，那么由表2-1很容易從電壓

21、表讀數(shù)即有效值得知它的峰值和平均值。假設(shè)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(jìn)展必要的波形換算，才干得到有關(guān)參數(shù)。交流電壓的丈量方法交流電壓的丈量方法 按按AC/DCAC/DC轉(zhuǎn)換器的類型分為：轉(zhuǎn)換器的類型分為：1.1.檢波法檢波法2.2.熱電轉(zhuǎn)換法。熱電轉(zhuǎn)換法。 按檢波特性的不同，檢波法按檢波特性的不同，檢波法又可分成又可分成1.1.平均值檢波平均值檢波2.2.峰值檢波峰值檢波3.3.有效值檢波等。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以下三種類型。檢波-放大式 放大-檢波式外差式電壓表 低頻交流電壓低頻交流電壓(1MHz(1M

22、Hz以下以下) )的丈量的丈量 這類電壓表普通采用放大這類電壓表普通采用放大- -檢波式，檢波式， 檢波器類型分為：檢波器類型分為：1.1.平均值平均值2.2.有效值檢波器，有效值檢波器， 分別構(gòu)成兩種丈量表：分別構(gòu)成兩種丈量表：1.1.均值電壓表均值電壓表2.2.有效值電壓表。有效值電壓表。高頻交流電壓的丈量高頻交流電壓的丈量 高頻交流電壓的丈量不采用放大高頻交流電壓的丈量不采用放大- -檢波式檢波式( (以避以避免高頻丈量受放大器通頻帶的限制免高頻丈量受放大器通頻帶的限制) )而采用檢波而采用檢波- -放放大式或外差式電壓表來丈量。大式或外差式電壓表來丈量。 采用峰值檢波器的電壓表稱峰值電

23、壓表。峰值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。被測正弦電壓表也是按正弦電壓的有效值定度的。被測正弦電壓的峰值電壓的峰值 2-382-38apUU2假設(shè)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： 2-39apUU2apppxrmsUKKUU23. 3. 高電壓丈量技術(shù)高電壓丈量技術(shù) 在有些電子設(shè)備測試中，有高達(dá)萬伏的電壓；在有些電子設(shè)備測試中，有高達(dá)萬伏的電壓；在電力系統(tǒng)中那么常遇到需丈量數(shù)十萬伏甚

24、至更高電在電力系統(tǒng)中那么常遇到需丈量數(shù)十萬伏甚至更高電壓的問題。在電力系統(tǒng)中，廣泛運(yùn)用電壓互感器配壓的問題。在電力系統(tǒng)中，廣泛運(yùn)用電壓互感器配上低壓電壓表來丈量高電壓，在實(shí)驗(yàn)室條件下那么用上低壓電壓表來丈量高電壓，在實(shí)驗(yàn)室條件下那么用高壓靜電電壓表、峰值電壓表、球隙測壓器、高壓高壓靜電電壓表、峰值電壓表、球隙測壓器、高壓分壓器等儀器來丈量高電壓。分壓器等儀器來丈量高電壓。圖2-11 靜電電壓表極板構(gòu)造表示圖、實(shí)物圖 高壓靜電電壓表高壓靜電電壓表峰值電壓表峰值電壓表圖2-12 峰值電壓表接線原理、實(shí)物圖球隙測壓器球隙測壓器 圖2-13 球隙測壓器接入表示圖及實(shí)物圖高壓分壓器高壓分壓器 當(dāng)被測電壓

25、很高時(shí)，采用高壓分壓器來分出一當(dāng)被測電壓很高時(shí)，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、小部分電壓，然后利用靜電電壓表、峰值電壓表、高壓脈沖示波器等丈量儀器進(jìn)展丈量，是最合理的高壓脈沖示波器等丈量儀器進(jìn)展丈量，是最合理的處理方案。處理方案。 對分壓器最重要的技術(shù)要求有二：對分壓器最重要的技術(shù)要求有二：分壓比的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性分壓比的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性(幅值誤差要小幅值誤差要小)；分出的電壓與被測高電壓波形的類似性分出的電壓與被測高電壓波形的類似性(波形畸波形畸變要小變要小)。 2.2.2 2.2.2 電流的丈量電流的丈量 電流表直接丈量法電流表直接丈量法 電流電流- -電壓

26、轉(zhuǎn)換法電壓轉(zhuǎn)換法電流電流- -磁場轉(zhuǎn)換法磁場轉(zhuǎn)換法電流互感器法電流互感器法 2.3 2.3 阻抗的丈量阻抗的丈量電阻電阻R R、電感、電感L L和電容和電容C C是電路是電路的的3 3種根本元種根本元件，在丈量技術(shù)中，許多傳感器如件，在丈量技術(shù)中，許多傳感器如電阻式、電感電阻式、電感式和電容式傳感器是將被丈量轉(zhuǎn)換式和電容式傳感器是將被丈量轉(zhuǎn)換為電阻、電感為電阻、電感和電容輸出的。本節(jié)研討和電容輸出的。本節(jié)研討R R、L L、C C元件的阻抗及元件的阻抗及這三種元件參數(shù)的丈量方法。這三種元件參數(shù)的丈量方法。 2.3.1 概述概述1. 阻抗定義阻抗定義 阻抗是描畫一個(gè)元、器件或電路網(wǎng)絡(luò)中阻抗是描畫

27、一個(gè)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：電壓、電流關(guān)系的特征參量，其定義為： (2-50) 理想的電阻只需電阻分量，沒有電抗分理想的電阻只需電阻分量，沒有電抗分量；而理想電感和理想電容那么只需電抗分量；而理想電感和理想電容那么只需電抗分量。電感電抗和電容電抗分別簡稱為感抗量。電感電抗和電容電抗分別簡稱為感抗XL和容抗和容抗XC，表示為：，表示為： (2-51)sin(cosjZeZjXRIUZjfCCXfLLXCL21122. 電阻、電感和電容的等效電路電阻、電感和電容的等效電路 實(shí)踐的電阻、電感和電容元件，不能夠是理實(shí)踐的電阻、電感和電容元件，不能夠是理想的，存在著寄生電

28、容、寄生電感和損耗。以下想的，存在著寄生電容、寄生電感和損耗。以下圖是思索了各種要素后，實(shí)踐電阻圖是思索了各種要素后，實(shí)踐電阻R、電感、電感L、電、電容容C元件的等效電路：元件的等效電路：圖圖2-17 電阻電阻R、電感、電感L、電容、電容C元件的等效電路元件的等效電路 2.3.2 直流電阻丈量直流電阻丈量從丈量角度出發(fā)將電阻分為從丈量角度出發(fā)將電阻分為小電阻小電阻-如接觸電阻、導(dǎo)線電阻等如接觸電阻、導(dǎo)線電阻等中值電阻中值電阻大電阻，如絕緣資料電阻。大電阻，如絕緣資料電阻。 電阻的丈量方法很多，按原理可分為：電阻的丈量方法很多，按原理可分為：1.直接丈量法直接丈量法2.比較丈量法比較丈量法3.間

29、接丈量法間接丈量法也可分為也可分為電表法電表法 電橋法電橋法 諧振法諧振法 利用變換器丈量電阻等方法。利用變換器丈量電阻等方法。1. 1. 電表法電表法 電表法丈量電阻的原理建立在電表法丈量電阻的原理建立在歐姆定律之上，有如下三種方法歐姆定律之上，有如下三種方法伏特伏特- -安培表法安培表法( (簡稱伏簡稱伏- -安法安法) )歐姆表法歐姆表法三表法三表法2. 電橋法電橋法 丈量直流電阻最常用的是電橋法。丈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，電橋分為直流電橋和交流電橋兩大類，直流電橋主要用于丈量電阻。直流電橋主要用于丈量電阻。 直流電橋由四個(gè)橋臂、檢流計(jì)和電直流電橋由

30、四個(gè)橋臂、檢流計(jì)和電源組成，其原理電路如圖源組成，其原理電路如圖2-21所示。所示。直流電阻電橋3. 直流小電阻的丈量直流小電阻的丈量丈量小電阻時(shí)，由于被測電阻本身丈量小電阻時(shí)，由于被測電阻本身阻值很小，在接入儀表時(shí)的接線電阻、阻值很小，在接入儀表時(shí)的接線電阻、接觸電阻不可忽略，必需采取措施減少接觸電阻不可忽略，必需采取措施減少或消除這些要素對丈量結(jié)果的影響?；蛳@些要素對丈量結(jié)果的影響。 (1) 直流雙電橋直流雙電橋 (2) 數(shù)字微歐計(jì)數(shù)字微歐計(jì) (3) 脈沖電流丈量法脈沖電流丈量法 4. 直流大電阻的丈量直流大電阻的丈量 常用的大電阻丈量方法有沖擊電流常用的大電阻丈量方法有沖擊電流計(jì)法、

31、高阻電橋法，兆歐表法等。大阻計(jì)法、高阻電橋法，兆歐表法等。大阻值電阻丈量時(shí)要留意防護(hù)值電阻丈量時(shí)要留意防護(hù)(平安防護(hù)和丈平安防護(hù)和丈量防護(hù)量防護(hù))。(1)沖擊電流計(jì)法沖擊電流計(jì)法 沖擊電流計(jì)法丈量原理如圖沖擊電流計(jì)法丈量原理如圖2-23所所示。圖中示。圖中Rx為被測電阻。當(dāng)開關(guān)為被測電阻。當(dāng)開關(guān)S倒向倒向“1時(shí)，電容時(shí)，電容C被充電被充電t秒，其上的電壓秒，其上的電壓和電荷量分別為：和電荷量分別為： (2-63)1 ()1 (00CRtCCCRtCxxeCUCuQeUu圖2-23 沖擊法丈量大電阻原理取Qc的級數(shù)展開式的前兩項(xiàng)，故有： (2-64)由此得 (2-65)t秒后，開關(guān)S由“1倒向“

32、2，沖擊電流計(jì)測出Qc為： (2-66)式中CQ為沖擊電流計(jì)的沖擊常數(shù)，為電流計(jì)的最大偏轉(zhuǎn)角。于是有： (2-67)xxCRtUCRtCUCUQ000)(1CxQtUR0mQCCQmQxCtUR0(2) 高阻電橋法 高阻電橋法利用如圖2-24所示的六臂電橋，經(jīng)過電路變換并結(jié)合四臂電橋的根本平衡條件就可推得關(guān)系式為： (2-68)高阻電橋丈量范圍為 。被測電阻值小于 時(shí)，丈量誤差為0.03，被測電阻值為 時(shí)誤差為0.1。這種電橋的供電電壓在501000V范圍。 17810101210131063642542532432RRRRRRRRRRRRRRRx圖2-24 高阻電橋丈量原理 2.3.3 交流

33、阻抗及交流阻抗及L、C的丈量的丈量 如如2.3.1節(jié)中分析，在交流條件下，節(jié)中分析，在交流條件下，R、L、C元件元件必需思索損耗、引線電阻、分布電感和分布電容的影必需思索損耗、引線電阻、分布電感和分布電容的影響，響，R、L、C元件的實(shí)踐阻抗隨環(huán)境以及任務(wù)頻率的元件的實(shí)踐阻抗隨環(huán)境以及任務(wù)頻率的變化而變。丈量交流阻抗和變化而變。丈量交流阻抗和L、C參數(shù)的方法有傳統(tǒng)的參數(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)字式阻抗丈量儀交流電橋，也可以用變量器電橋和數(shù)字式阻抗丈量儀等儀器來丈量。等儀器來丈量。1. 交流阻抗電橋交流阻抗電橋 圖圖2-25是交流阻抗電橋原理圖。由是交流阻抗電橋原理圖。由4個(gè)

34、橋臂阻抗個(gè)橋臂阻抗Z1、Z2、Z3和和Z4，1個(gè)鼓個(gè)鼓勵(lì)源勵(lì)源U和和1個(gè)零電位指示器個(gè)零電位指示器G組成。組成。圖2-25 交流四臂電橋電橋平衡條件電橋平衡條件 調(diào)理各橋臂參數(shù)，使零電位指示器讀數(shù)調(diào)理各橋臂參數(shù)，使零電位指示器讀數(shù)IG=0，那么電橋處于平衡，可得：那么電橋處于平衡，可得： (2-69) 設(shè)設(shè)Z1為被測阻抗為被測阻抗Zx，那么電橋平衡后，那么電橋平衡后Zx可可從其從其他三個(gè)橋臂阻抗求得。他三個(gè)橋臂阻抗求得。根據(jù)復(fù)數(shù)相等的定義，上式必需同時(shí)滿足根據(jù)復(fù)數(shù)相等的定義，上式必需同時(shí)滿足 ： (2-70)42314231jjjjeZeZeZeZ42314231ZZZZ 因此，在交流情況下，電橋四個(gè)橋臂阻抗的大小和性質(zhì)必需按一定條件配置，否那么能夠不能實(shí)現(xiàn)電橋平衡。 交流電橋至少應(yīng)