第2章電參數測量2.1電壓的測量

電量測量中的很多電參數，包括電流、功率、設備的靈敏度等都可以視作電壓的派生量，通過電壓測量獲得其量值。

電壓的測量分為模擬和數字兩種方法。模擬電壓表的優點是結構簡單、價格便宜，測量頻率范圍較寬；缺點是準確度、分辨力低，不便于與計算機組成自動測試系統。數字式電壓表則正好相反。直流電壓的測量⑴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電流表串聯適當的電阻構成，如圖2-6所示。設電流表的滿偏電流(或滿度電流)為Im，電流表本身內阻為Re，串聯電阻Rn所構成的電壓表的滿度電壓為 （2-27）所構成的電壓表的內阻為:

（2-28）圖2-6

普通直流電壓表電路

如圖中電流表串接3個電阻后，除最小電壓量程Uo=Im·Re外，又增加了U1、U2、U3三個量程，根據所需擴展的量程，可估算出3個擴展電阻的阻值:通常把內阻Rv與量程Um之比(每伏歐姆Ω/V數)定義為電壓表的電壓靈敏度。

（2-29）“Ω/V’數越大，表明為使指針偏轉同樣角度所需驅動電流越小。“Ω/V”數一般標明在磁電式電壓表表盤上，可依據它推算出不同量程時的電壓表內阻，即

（2-30）動圈式直流電壓表的結構簡單，使用方便，缺點是靈敏度不高和輸入電阻低。工程測量中為了滿足測量準確度的要求，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行測量。⑵直流電子電壓表⑶直流數字電壓表圖2-7

直流數字電壓表框圖2.交流電壓的測量⑴交流電壓的表征：交流電壓可以用峰值、平均值、有效值、波形系數以及波峰系數來表征。①峰值 周期性交流電壓U(t)在一個周期內偏離零電平的最大值稱為峰值，用Up表示，正、負峰值不等時分別用Up+和Up-表示，如圖2-8(a)所示。

U(t)在一個周期內偏離直流分量U0的最大值稱為幅值或振幅，用Um表示，正、負幅值不等時分別用Um+和Um-表示，如2-8(b)所示。圖中U0=0，且正、負幅值相等。圖2-8

交流電壓的峰值和幅值②平均值

u(t)的平均值的數學定義為:

（2-31）實質上就是被測電壓的直流分量U0，如圖2-8(a)中虛線所示。在電子測量中，平均值通常指交流電壓檢波(也稱整流)以后的平均值，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:

（2-32）

如不另加說明，平均值通常指全波平均值。③有效值

一個交流電壓和一個直流電壓分別加在同一電阻上，若它們產生的熱量相等，則交流電壓有效值U(或Urms)等于該直流電壓，可表示為:

即

（2-33）④波形因數、波峰因數交流電壓的波形因數KF定義為該電壓的有效值與平均值之比:

（2-34）交流電壓的波峰因數Kp定義為該電壓的峰值與有效值之比:

（2-35）不同電壓波形，其KF、Kp值不同，下表列出了幾種常見電壓的有關參數。名稱波形圖波形系數波峰系數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鋸齒波

1.151.73脈沖波

白噪聲

1.253注意點國際上一直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。如果被測電壓是正弦波，那么由表2-1很容易從電壓表讀數即有效值得知它的峰值和平均值。如果被測電壓是非正弦波，那就須根據電壓表讀數和電壓表所采用的檢波方法，進行必要的波形換算，才能得到有關參數。⑵交流電壓的測量方法 按AC/DC轉換器的類型分為：1.檢波法2.熱電轉換法。

按檢波特性的不同，檢波法又可分成1.平均值檢波2.峰值檢波3.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下列三種類型。①檢波-放大式

②放大-檢波式③外差式電壓表

⑶低頻交流電壓(1MHz以下)的測量

這類電壓表一般采用放大-檢波式，

檢波器類型分為：1.平均值2.有效值檢波器，

分別構成兩種測量表：1.均值電壓表2.有效值電壓表。⑷高頻交流電壓的測量

高頻交流電壓的測量不采用放大-檢波式(以避免高頻測量受放大器通頻帶的限制)而采用檢波-放大式或外差式電壓表來測量。

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。被測正弦電壓的峰值（2-38）如果被測電壓為非正弦電壓，峰值電壓表讀數也為Ua，那就意味著該被測非正弦電壓的峰值也為 : 據(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Kp，因此非正弦電壓的波形換算公式為：（2-39）3.高電壓測量技術

在有些電子設備測試中，有高達萬伏的電壓；在電力系統中則常遇到需測量數十萬伏甚至更高電壓的問題。在電力系統中，廣泛應用電壓互感器配上低壓電壓表來測量高電壓，在試驗室條件下則用高壓靜電電壓表、峰值電壓表、球隙測壓器、高壓分壓器等儀器來測量高電壓。圖2-11

靜電電壓表極板結構示意圖、實物圖

⑴高壓靜電電壓表

⑵峰值電壓表

圖2-12

峰值電壓表接線原理、實物圖⑶球隙測壓器

圖2-13

球隙測壓器接入示意圖及實物圖⑷高壓分壓器

當被測電壓很高時，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、高壓脈沖示波器等測量儀器進行測量，是最合理的解決方案。對分壓器最重要的技術要求有二：①分壓比的準確度和穩定性(幅值誤差要小)；②分出的電壓與被測高電壓波形的相似性(波形畸變要小)。

真有效值測量AD536是單片集成的有效值變換器，具有精度高，可靠性好，轉換頻率范圍寬的特點，而且具有分貝輸出功能.2.2電流的測量

電流表直接測量法

電流-電壓轉換法電流-磁場轉換法電流互感器法

2.

電流-電壓轉化一、取樣電阻法適合測量較大電流，取樣電阻不宜太大。二、反饋電阻法適合測量小電流三、電流互感器法（工頻交流）2.電流電壓變換電路1.電流互感器鉗形表（鉗形互感式電流表）2.3功率的測量2.3.1直流功率測量 由電工學可知，功率即為單位時間內所做的功。具體表達式為

式中，Q—電荷，單位為C(庫侖)；U—電壓，單位為V(伏特)；I—電流，單位為A(安培)。

在電阻電路中，還可導出：2.3.2交流功率測