1、2021-7-291 第一章 電流、電壓和功率的 測量 電子信息學院 楊 友 平 2021-7-292 1.1 電流的測量電流的測量 1.1.1 電流表直接測量法電流表直接測量法 一、直流電流表一、直流電流表 1）動圈式磁電系測量機構（）動圈式磁電系測量機構（“表頭表頭”）的工作原理）的工作原理 圖圖1-1-1 “動圈動圈”（即可以轉動的線圈）由彈性支承懸掛在永久磁鐵產（即可以轉動的線圈）由彈性支承懸掛在永久磁鐵產 生的磁場中，當動圈中流過電流生的磁場中，當動圈中流過電流i時，動圈在磁場中受到時，動圈在磁場中受到 的電磁力矩為：的電磁力矩為： CibNLBibFM c kM k dt d DM

2、 d 2 2 dt d JMMM dkc 2021-7-293 1.1.1 電流表直接測量法 0 CI S I k 圖 1-1-1 動圈式磁電系測量機構 2021-7-294 將、將、 、 代入上式得到代入上式得到動圈式磁電系測量機構的動態方程：動圈式磁電系測量機構的動態方程： c M d M k M Cik dt d d dt d J 2 2 0 CI S I k S x 2021-7-295 圖1-1-2 單量程電流表原理圖 0 0 () s gs SR IS I nRR 2021-7-296 3、多量程電流表原理、多量程電流表原理圖圖(b) 單量程交流電流表配接分流電阻即構成多量程交流電

3、流表單量程交流電流表配接分流電阻即構成多量程交流電流表 若電流表有三擋量程：若電流表有三擋量程：I1、I2、I3，則量程分流電阻，則量程分流電阻R1、R2、 R3滿足如下關系式：滿足如下關系式： )( 32111gg RRRRIRI )()( 321212gg RRRRIRRI )()( 3213213gg RRRRIRRRI 2021-7-297 )( 32111gg RRRRIRI )()( 321212gg RRRRIRRI )()( 3213213gg RRRRIRRRI 2021-7-298 圖1-1-4 整流式交流電流表電路 2021-7-299 圖1-1-5 用電流表測量電流 R

4、 E RR E I L x 0 R r I rR E I x x 1 rR r I II x xx 2021-7-2910 1.1.2 電流-電壓轉換法 1 2 x x UR I r R 22 13 2 1 x x URR rr K IRR 圖1-1-6 取樣電阻法 2021-7-2911 圖1-1-7 反饋電阻法 12 12 3 xx R R UIRR R 12 12 3 x x UR R RR IR 2021-7-2912 1.1.3 電流-頻率轉換法 圖1-1-8 簡單的電流-頻率轉換器 CV K DD 3 3 DD C VK 2021-7-2913 1.1.3電流電流/磁場轉換法磁場轉

5、換法 在不允許切斷電路或被測電流太大的情況下，采用通過在不允許切斷電路或被測電流太大的情況下，采用通過 測量電流所產生的磁場的方法來間接測得該電流的值。測量電流所產生的磁場的方法來間接測得該電流的值。 例如霍爾式鉗形電流表。例如霍爾式鉗形電流表。 2021-7-2914 1.1.5 電流互感器法 圖1-1-9 電流互感器 2112 ()ii NN 2021-7-2915 圖1-1-10 電流互感器的電流-電壓轉換電路 02112 ()UiRi R NN 2021-7-2916 1.2 電壓的測量 1.2.1 直流電壓的測量 0 () en S U SU RR 1 v v mm R K UI 2

6、021-7-2917 圖1-2-2 用普通電壓表測量高輸出電阻電路的直流電壓 00 0 00 m v vvm EEU UR RRRRI 000 00v UER ERR 002 02 01 (1)K EU U K U 2 1 U K U 0 RRV 2021-7-2918 圖1-2-3 電子電壓表框圖 0 ix FF UkU I RR mF m IR U k 2021-7-2919 圖1-2-4 集成運放電壓表原理 K RI U K RI U R KU R U I Fm m F x F x F i 0 0 2021-7-2920 三、直流數字電壓表三、直流數字電壓表 圖圖1-2-5 圖1-2-5

7、 直流數字電壓表框圖 2021-7-2921 1.2.2 交流電壓的測量 F U K U p p U K U 2021-7-2922 1峰值峰值 2平均值：平均值： 1）“信號平均值信號平均值”是是“信號的直流分量信號的直流分量” 2）“交流電壓平均值交流電壓平均值”常指其常指其“全波整流平均值全波整流平均值” 3有效值（均方根值）有效值（均方根值） 4波形因數波形因數 波峰因數波峰因數 p U T dttu T U 0 )( 1 T dttu T U 0 | )(| 1 T dttu T U 0 2 )( 1 T T R U dt R tu 0 22 )( UUK F / UUK pp /

8、2021-7-2923 圖1-2-7 交流電壓表類型 2021-7-2924 圖1-2-8 外差式電壓表 2021-7-2925 三、低頻交流電壓的測量三、低頻交流電壓的測量多采用均值電壓表或有效值電多采用均值電壓表或有效值電 壓表測量壓表測量 1、均值電壓表的特點、均值電壓表的特點 1放大放大檢波式組成結構檢波式組成結構 2采用平均值檢波采用平均值檢波兩電壓表的讀數相同，即兩電壓的兩電壓表的讀數相同，即兩電壓的 平均值相同平均值相同 3按正弦電壓有效值刻度（有效值為按正弦電壓有效值刻度（有效值為U的正弦電壓的讀數也的正弦電壓的讀數也 為為U） 2、測量數據換算、測量數據換算波形換算（從讀數值

9、求平均值和有效波形換算（從讀數值求平均值和有效 值值U） U aa UUU9 . 011. 1/ 正弦a UU 正弦 a UUU9 . 0 正弦非正弦 aFF UKKUU9 . 0 非正弦非正弦 被測信號 平均值 有效值U 正弦信號 非正弦信號 2021-7-2926 四、四、 高頻交流電壓的測量高頻交流電壓的測量采用峰值電壓表采用峰值電壓表 1、峰值電壓表特點、峰值電壓表特點 1）檢波）檢波放大式組成結構放大式組成結構 2）采用峰值檢波（兩電壓讀數相同即兩者峰值相同）采用峰值檢波（兩電壓讀數相同即兩者峰值相同） 3）采用正弦有效值刻度（有效值為）采用正弦有效值刻度（有效值為U的正弦電壓的讀數

10、也為的正弦電壓的讀數也為 U） 2、測量數據換算、測量數據換算從讀數值求有效值從讀數值求有效值U和峰值和峰值Up a UU 正弦 ap UUU22 pp KUU/ ap UU2 被測信號有效值U峰值Up 正弦信號 非正弦信號 2021-7-2927 1.3.1 用電動系功率表測量功率用電動系功率表測量功率 一、電動系測量機構的工作原理一、電動系測量機構的工作原理 1、固定線圈產生的磁場：、固定線圈產生的磁場： B1=K1i1 2、活動線圈所受的力矩：、活動線圈所受的力矩： 1）轉動力矩）轉動力矩 ， 平均值平均值 時時 2）彈性力矩）彈性力矩 平衡不動時，平衡不動時， 3、活動線圈產生的偏轉：

11、、活動線圈產生的偏轉： 21212 ikiiBkmt t m T dtiki T M 0 21 1 tIitIisin2,sin2 2211cos 211 IIKM DM f MM f cos 21I I D K 1.3 功率的測量功率的測量 2021-7-2928 二、電動系功率表工作原理二、電動系功率表工作原理 圖圖-3-1 xx PC N cosUIPx II 1 f RUI/ 2 x ff P DR K UI DR K II D K coscos 21 K DR C f CP x 2021-7-2929 三、電動系功率表使用注意點三、電動系功率表使用注意點 1正確選擇量程正確選擇量程電壓、電流、功率三者均不應超過電壓、電流、功率三者均不應超過 量限量限 2正確接線正確接線 圖圖1-3-2 1電流線圈與負載串聯，電壓線圈與負載并聯電流線圈與負載串聯，電壓線圈與負載并聯 2兩線圈端同接高電位端（或同接低電位端）兩線圈端同接高電位端（或同接低電位端） 3兩線圈端同接電流引入端（或同接電流引出端）兩線圈端同接電流引入端（或同接電流引出端） （a）（）（b）適于吸收功率測量）適于吸收功率測量正轉表示正轉表示Z吸收功率吸收功率 （c）（）（d）適于發出功率測量）適于發出功率測量反轉表示反轉表示Z發出功率發出功率 4（a）（）（c）適于）適于ZZA ZA