电子测量技术基础-第七章

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1、电子测量技术基础第七章1第7章电压测量7.1概述7.2电压标准7.3交流电压的测量7.4直流电压的数字化测量及A/D转换原理27.1概述7.1.1电压测量的意义、特点1)电压测量的重要性阐述电压测量的意义、重要性及应用。2)电压测量的特点从电压测量的频率、范围、要求等方面阐述其特点，这些特点也反映了电子测量的主要特点。31)电压测量的重要性电压测量是电测量与非电测量的基础；电测量中，许多电量的测量可以转化为电压测量：表征电信号能量的三个基本参数：电压、电流、功率其中：电流、功率→电压，再进行测量饱和与截止，线性度、失真度→电

2、压表征非电测量中，物理量→电压信号，再进行测量如：温度、压力、振动、(加)速度42)电压测量的特点1.频率范围广：零频(直流)～109Hz低频：1MHz以下；高频(射频)：1MHz以上。2.测量范围宽微弱信号：心电医学信号、地震波等,纳伏级(10-9V)；超高压信号：电力系统中，数百千伏。3.电压波形的多样化电压信号波形是被测量信息的载体。各种波形：纯正弦波、失真的正弦波，方波，三角波，梯形波；随机噪声。52)电压测量的特点4.阻抗匹配在多级系统中，输出级阻抗对下一输入级有影响。直流测量中，输入阻抗与被测信号源等效内阻形成分

3、压，使测量结果偏小。如：采用电压表与电流表测量电阻：当测量小电阻时，应采用电压表并联方案；当测量大电阻时，应采用电流表串联方案。交流测量中，输入阻抗的不匹配引起信号反射。62)电压测量的特点5.测量精度的要求差异很大10-1至10-9。6.测量速度的要求差异很大静态测量：直流(慢变化信号),几次/秒;动态测量：高速瞬变信号,数亿次/秒(几百MHz)精度与速度存在矛盾，应根据需要而定。7.抗干扰性能工业现场测试中，存在较大的干扰。77.1概述7.1.2电压测量的方法和分类按对象：直流电压测量；交流电压测量按技术：模拟测量；数字

4、测量1)交流电压的模拟测量方法表征交流电压的三个基本参量：有效值、峰值和平均值。以有效值测量为主。方法：交流电压(有效值、峰值和平均值)→直流电流→驱动表头→指示有效值、峰值和平均值电压表，电平表等。87.1.2电压测量的方法和分类2)数字化直流电压测量方法模拟直流电压→A/D转换器→数字量→数字显示(直观)数字电压表(DVM)，数字多用表(DMM)。3)交流电压的数字化测量交流电压(有效值、峰值和平均值)→直流电压→A/D转换器→数字量→数字显示DVM(DMM)的扩展功能。97.1.2电压测量的方法和分类4)基于采样的交流

5、电压测量方法交流电压→A/D转换器→瞬时采样值u(k)→计算，如有效值式中，N为u(t)的一个周期内的采样点数。5)示波测量方法交流电压→模拟或数字示波器→显示波形→读出结果107.2电压标准7.2.1直流电压标准电压和电阻是电磁学中的两个基本量。电压基准和电阻基准→其他电磁量基准。电压标准有：标准电池(实物基准，10-6)；齐纳管电压标准(固态标准，10-6)；约瑟夫森量子电压基准(量子化自然基准，10-10)。电阻标准有：精密线绕电阻(实物标准)；霍尔电阻基准(量子化自然基准，10-9)。111.标准电池原理：利用化学反

6、应产生稳定可靠的电动势（1.01860V）。有饱和型和不饱和型两种类型。饱和型特点：电动势非常稳定（年稳定性可小于0.5μV，相当于5×10-7），但温度系数较大（约－40μV/℃）。用于计量部门恒温条件下的电压标准器。不饱和型特点：温度系数很小（约－4μV/℃），但稳定性较差。用于一般工作量具，如实验室中常用的便携式电位差计。121.标准电池使用中应注意：1）不能倾倒；不能震动、冲击（不易运输）。2）温度修正（特别是对饱和型）。“温度—电动势”修正公式：式中，Et、E20分别为t℃（使用时的温度）和20℃（出厂检定时温度）

7、时标准电池的电动势。3）标准电池存在内阻，仪表输入电阻应较大132.齐纳管电压标准原理：利用齐纳二极管的稳压特性制作的电子式电压标准（也称为固态电压标准）。齐纳管的稳压特性仍然存在受温度漂移的影响，采用高稳定电源和内部恒温控制电路可使其温度系数非常小。将齐纳管与恒温控制电路集成在一起的精密电压基准源，如LM199/299/399、REF系列。142.齐纳管电压标准为克服输出电压的波动，还可将多个精密电压基准源并联，得到它们的平均值。152.齐纳管电压标准为克服输出电压的波动，还可将多个精密电压基准源并联，得到它们的平均值。右

8、图中，假设运放是理想的，则流入运放同相端电流I+=0，即若R1=R2=R3=R4，则而输出电压162.齐纳管电压标准齐纳管电压标准器整机输出电压有：10V、1V和1.0186V。10V输出便于检定和传递到高电压，且运输、保存和使用方便。如WUK7000系列直流电压参考标准：10V输出的年稳