1電壓測量與電壓表電壓測量是電測量與非電測量的基礎(chǔ)；基本的電壓測量儀器是電壓表電子測量的三大儀器:電壓表示波器電子計(jì)數(shù)器23.1概述3.1.1電壓測量的基本要求1.頻率范圍廣：0Hz（直流）～109Hz

低頻：1MHz以下；高頻（射頻）：1MHz以上。2.量程寬

微弱信號:心電醫(yī)學(xué)信號、地震波等,納伏級（10-9V）；超高壓信號：電力系統(tǒng)中，數(shù)百千伏。3.電壓波形的多樣化

電壓信號波形是被測量信息的載體。 各種波形：純正弦波、失真的正弦波，方波，三角波，梯形波；隨機(jī)噪聲。33.1.1電壓測量的基本要求4.阻抗匹配

在多級系統(tǒng)中，輸出級阻抗對下一輸入級有影響。

直流測量中，輸入阻抗與被測信號源等效內(nèi)阻形成分壓，使測量結(jié)果偏小。 如：采用電壓表與電流表測量電阻， 當(dāng)測量小電阻時(shí)，應(yīng)采用電壓表并聯(lián)方案； 當(dāng)測量大電阻時(shí)，應(yīng)采用電流表串聯(lián)方案。

交流測量中，輸入阻抗的不匹配引起信號反射。45.測量精度的要求差異很大

10-1至10-9。6.測量速度的要求差異很大

靜態(tài)測量：直流（慢變化信號）,幾次/秒;

動(dòng)態(tài)測量：高速瞬變信號,數(shù)億次/秒（幾百M(fèi)Hz）

精度與速度存在矛盾，應(yīng)根據(jù)需要而定。7.抗干擾性能 工業(yè)現(xiàn)場測試中，存在較大的干擾。3.1.1電壓測量的基本要求53.2直流電流、直流電壓的測量3.2.1直流電流的測量磁電式表頭6表頭的滿偏電流IO

表頭內(nèi)阻RO

IORO73.2.1直流電流的測量一、開路式分流電路例1：表頭的靈敏度為1mA，內(nèi)阻為360Ω，若測0~50mA，0~100mA的電流時(shí)，分流電阻為多少？0～50mA：0～100mA：

量程變換開關(guān)的接觸電阻對分流器電阻值的影響很大，尤其是對大電流量程，嚴(yán)重時(shí)會燒毀儀表，所以很少采用。

+–AIARPR1R2R3SIX分流器83.2.1直流電流的測量二、閉路式分流電路AIARPR1R2R3SIX+–分流器9三、實(shí)際測量中應(yīng)注意的問題測量時(shí)，應(yīng)將儀表串接入被測電路中；測量時(shí)，應(yīng)注意使被測電流經(jīng)正表筆(“+”端)流入儀表，由負(fù)表筆(“-”端)流出；如果不知被測電流的正負(fù)極性應(yīng)將萬用表量程開關(guān)打在最大量程，瞬間測量一下，觀察表針偏轉(zhuǎn)方向，如果正偏，說明接法正確，反偏則應(yīng)調(diào)換表筆位置；應(yīng)注意選用合適的量程進(jìn)行測量，不知被測電流范圍時(shí)，可從最大量程量起，逐漸變小量程，直至量程合適為止。103.2.2直流電壓的測量測量電壓時(shí)，應(yīng)將儀表并接于被側(cè)電路的兩端；測量直流電壓時(shí)，注意電壓表正表筆(“+”端)接被測電壓的高電位，負(fù)表筆(“-”端)接低電位，不能接反。AIARPR1R2SUX+–分壓器113.3交流電壓的測量3.3.1表征交流電壓的基本參量峰值、平均值、有效值、波峰因數(shù)和波形因數(shù)。峰值以零電平為參考的最大電壓幅值（用Vp表示）。 注：以直流分量為參考的最大電壓幅值則稱為振幅，（通常用Um表示）。123.3.1表征交流電壓的基本參量平均值（均值）數(shù)學(xué)上定義為：相當(dāng)于交流電壓u(t)的直流分量。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（一般若無特指，均為全波整流）：133.3.1表征交流電壓的基本參量有效值定義：交流電壓u(t)在一個(gè)周期T內(nèi)，通過某純電阻負(fù)載R所產(chǎn)生的熱量，與一個(gè)直流電壓V在同一負(fù)載上產(chǎn)生的熱量相等時(shí)，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。表達(dá)式：

143.3.1表征交流電壓的基本參量波峰因數(shù)和波形因數(shù)波峰因數(shù)：峰值與有效值的比值，用Kp表示波形因數(shù)：有效值與平均值的比值，用KF表示153.3.2交流電壓的測量方法

交流/直流電壓（AC-DC）轉(zhuǎn)換原理

模擬電壓表的交流電壓測量原理： 交流電壓--〉直流電流（有效值、峰值和平均值）

--〉驅(qū)動(dòng)表頭--〉指示。 交流電壓--〉有效值、峰值和平均值的轉(zhuǎn)換，稱為

AC-DC轉(zhuǎn)換。由不同的檢波電路實(shí)現(xiàn)。利用交流電壓的熱效應(yīng)數(shù)字化測量的方法163.3.3峰值電壓表

一、組成框圖二、峰值檢波器二極管峰值檢波電路（a.串聯(lián)式b.并聯(lián)式c.波形）VPu(t)t檢波-放大式（b）并聯(lián)式（a）串聯(lián)式+u(t)?CR++–u(t)+?CR++–峰值檢波器分壓器直流放大器被測輸入μA173.3.3峰值電壓表特點(diǎn)：峰值檢波器的輸入阻抗高，可與被測電路相聯(lián)峰值檢波器體積小，可做成探頭與被測電路相聯(lián)，因此通過交流信號的測試線很短，分布參數(shù)以及引入的干擾信號小峰值電壓表常用做超高頻毫伏表，適于測量高頻信號峰值電壓表的常見型號：DA-1型、DA-4型、HFJ-8型、HFJ-8A型、DYC-5型等183.3.3峰值電壓表

三、刻度特性以正弦有效值刻度設(shè)電壓表讀數(shù)為α，測量正弦信號時(shí)：

（正弦波電壓有效值）

2)測量非正弦信號時(shí)：α沒有明確的物理意義，只說明:非正弦波電壓的峰值與讀數(shù)值相等的正弦波的峰值相等。19【例1】用具有正弦有效值刻度的峰值電壓表測量一個(gè)方波電壓，電壓表讀數(shù)為10V，試求該方波電壓的有效值為多少？【解】查得方波電壓的波峰因數(shù)KP=1，則被測方波電壓的有效值為：203.3.4均值電壓表

一、組成框圖放大-檢波式二、均值檢波器（a）橋式（b）半橋式（c）半波整流式常用均值檢波器+?u(t)C+?u(t)C+?u(t)Cu(t)+?C（d）加隔直電容半波整流式被測電壓輸入阻抗變換器可變量程衰減器寬帶交流放大器均值檢波器213.3.4均值電壓表特點(diǎn)：均值電壓表屬于低頻電壓表；靈敏度可達(dá)到毫伏數(shù)量級，頻率范圍一般為20Hz~10MHz，故稱為視頻毫伏表；常見型號有：SX-2172型、DA-16型、DA-12型、GB-9型、GB-10型、AS2292型等。223.3.4均值電壓表

三、刻度特性以正弦有效值刻度設(shè)電壓表讀數(shù)為α，測量正弦信號時(shí)：

（正弦波電壓有效值）

2)測量非正弦信號時(shí)：α沒有明確的物理意義，只說明:非正弦波電壓的均值與讀數(shù)值相等的正弦波的均值相等。23【例2】用DA-16型晶體管毫伏表去測量三角波電壓，讀得測量值為1V，試求三角波電壓的有效值為多少？【解】查得三角波的波形因數(shù)KF=1.15，所以被測三角波的有效值為：243.3.4模擬式電壓表實(shí)例（AS2292型）1.主要性能指標(biāo)電壓測量范圍300μV～100V，分12擋。電平測量范圍–70dB～40dB（0dB1mV600Ω）。頻率范圍20Hz～1MHz。電壓測量固有誤差（以1kHz為基準(zhǔn)）300μV～3mV各擋±5%；＞3mV～100V各擋±3%。電壓測量工作誤差（在基準(zhǔn)頻率時(shí)）各擋±7%。輸入阻抗1kHz時(shí)輸入電阻約為500kΩ；輸入電容在300μV～1V各擋約為45pF，3V～100V各擋約為25pF。25M輸出阻抗變換器分壓器Ⅰ放大器Ⅰ量程控制Ⅰ量程控制Ⅱ放大器Ⅱ均值檢波器±12V電源S2S3S1S4R1R2R3R4R5R6A輸入B輸入高阻衰減器分壓器ⅡAS2292型交流電壓表原理框圖S5返回262.工作原理組成：衰減器、分壓器、放大器、檢波器、穩(wěn)壓電源、量程控制器等。S1：切換“A輸入”或“B輸入”狀態(tài)。R1、R2：組成高阻衰減器。放大器Ⅰ：對10mV以下量程輸入信號進(jìn)行放大。分壓器Ⅰ：對30mV以上量程輸入信號進(jìn)行衰減。分壓器Ⅱ：由R3～R6組成。12擋量程：放大器Ⅰ、分壓器Ⅰ、分壓器Ⅱ組合。儀表量程控制：2刀12位波段開關(guān)。高阻衰減器由S4變換；放大器Ⅰ、分壓器Ⅰ由S5控制。10mV以下?lián)?，分壓器Ⅰ斷開；30mV以上擋，放大器Ⅰ不工作，信號經(jīng)衰減進(jìn)入分壓器Ⅱ，分壓器Ⅱ由四刀模擬開關(guān)（CH4066）變換。273.3.5使用方法及注意事項(xiàng)1.調(diào)零：機(jī)械調(diào)零或電氣調(diào)零2.量程選擇：一般情況，盡量使指針處在量程滿刻度值的2/3以上區(qū)域。若事先不知道被測電壓的大小，先從大量程開始，逐步減小量程，直至合適。3.拆接線順序：測量時(shí)應(yīng)先接入接地線，然后接另一測試線；測量結(jié)束時(shí)，按相反順序取下連接線；測量時(shí)，接地點(diǎn)應(yīng)可靠接地。4.測量非正弦波電壓：選擇合適的電壓表外，還應(yīng)對讀數(shù)進(jìn)行修正。5.測量音頻電壓：測量數(shù)伏級以上音頻電壓時(shí)，可使用一般導(dǎo)線作為測試線；測量毫伏級音頻電壓時(shí)，須嚴(yán)格調(diào)零、盡量選用短的帶金屬屏蔽的電纜作為測試線。286.測量電平值（絕對電平）分類：功率電平Pw、電壓電平Pu0dB基準(zhǔn)：1mW或0.775V（1）功率電平：Pw(dBm)=10lg(Px/1mW)（2）電壓電平定義式：Pu(dBV)=10lg(Ux/0.775V)如果被測點(diǎn)的阻抗為600Ω，可將測試線直接并接于被測點(diǎn)兩端，被測點(diǎn)的實(shí)際電平為Pu(dBV)=PuL(dBV)+PuP(dBV)式中，PuL(dBV)：量程開關(guān)分貝指示值；PuP(dBV)：表頭分貝指示值。29如果被測點(diǎn)阻抗不是600Ω，被測點(diǎn)的實(shí)際電平為

Pu(dBV)=PuL(dBV)+PuP(dBV)+10lg當(dāng)被測點(diǎn)阻抗為150Ω時(shí)，被測點(diǎn)實(shí)際電平為

Pu(dBV)=PuL(dBV)+PuP(dBV)+10lg如果被測點(diǎn)為開路，應(yīng)并接600Ω或150Ω無感電阻，實(shí)際電平值分別按以上兩式計(jì)算。注意：零電平時(shí)的基準(zhǔn)功率或基準(zhǔn)電壓，所用基準(zhǔn)不同，換算得到的功率或電壓值不同。7.注意安全、防止觸電8.校準(zhǔn)303.4數(shù)字電壓表

DVM的組成框圖數(shù)字電壓表（DigitalVoltageMeter，DVM）直流數(shù)字電壓表輸入電路A/D變換器計(jì)數(shù)器被測輸入寄存顯示電路邏輯控制電路模擬電路數(shù)字邏輯電路顯示電路313.4數(shù)字電壓表直流數(shù)字電壓表的核心是A/D轉(zhuǎn)換器積分式比較式復(fù)合式323.4.1逐次比較式DVM反饋編碼式數(shù)字電壓表工作原理：類似于“天平稱量物體質(zhì)量”一、工作原理Ux

電壓比較器數(shù)碼寄存器譯碼顯示D/A變換器基準(zhǔn)電壓邏輯控制電路時(shí)鐘脈沖

UsY1～Y6逐次比較式A/D變換器原理框圖

UR333.4.1逐次比較式DVM二、特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：變換速度快、精度高只要二進(jìn)制數(shù)碼位數(shù)足夠多，其精度亦很高缺點(diǎn)：抗干擾能力差通常在輸入端設(shè)置低通濾波器來抑制串模工頻干擾343.4.2雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器一、原理框圖基準(zhǔn)電壓±URUx–∞++運(yùn)放邏輯控制電路零比較器閘門計(jì)數(shù)器時(shí)鐘脈沖顯示復(fù)零溢出CRS1S2353.4.2雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器二、積分過程準(zhǔn)備階段邏輯控制器將計(jì)數(shù)器清零取樣階段在t1時(shí)刻S2閉合，積分器對被測電壓Vx定時(shí)積分比較階段在t2時(shí)刻，負(fù)極性的基準(zhǔn)電壓被接入到積分器，開始反向積分363.4.2雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器T1定時(shí)正向積分T2定值反向積分T2′定值反向積分t1t0t2t3t3′URtttp(t)N1N2N2′000uo(t)ui(t)

UxUx′

雙積分式A/D變換器工作波形373.4.2雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器三、基本關(guān)系式例：已知一雙積分式DVM，基準(zhǔn)電壓Ur=10V，設(shè)積分時(shí)間T1=1ms，時(shí)鐘頻率fo=10MHz，DVM顯示T2時(shí)間計(jì)數(shù)值N=5600，問被測電壓Ux=？383.4.2雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器四、雙積分式DVM的優(yōu)點(diǎn)

被測電壓僅與T2和T1的比值有關(guān)，而與時(shí)鐘脈沖頻率的精確度及長期穩(wěn)定度無關(guān)，故這種電壓表對時(shí)鐘脈沖的要求不高。RC元件的數(shù)值精度與測量結(jié)果無關(guān)，即可用低精度的RC元件來獲得高精度的測量結(jié)果。對被測電壓中混有對稱周期性和噪聲干擾信號時(shí)，電壓表有很強(qiáng)的抑制能力。尤其是對于來自工頻的干擾有著很強(qiáng)的抑制作用。成本低，電路簡單。

393.4.3DVM的工作特性電壓測量范圍顯示位數(shù)完整顯示位：能夠顯示0~9的數(shù)字。非完整顯示位(俗稱半位)：只能顯示0和1（在最高位上）。如4位DVM，具有4位完整顯示位，其最大顯示數(shù)字為9999。而4位半的DVM，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19999。量程基本量程：無衰減或放大時(shí)的輸入電壓范圍，由A/D轉(zhuǎn)換器動(dòng)態(tài)范圍確定。通過對輸入電壓（按10倍）放大或衰減，可擴(kuò)展其他量程。如基本量程為10V的DVM，可擴(kuò)展出0.1V、1V、10V、100V、1000V等五檔量程；基本量程為2V或20V的DVM，可擴(kuò)展出200mV、2V、20V、200V、1000V等五檔量程。403.4.3DVM的工作特性電壓測量范圍超量程能力——是指數(shù)字電壓表在一個(gè)量程上所能測量的最大電壓超出量程值的能力，是數(shù)字