1、電子測量原理電子測量原理第1頁第第5 5章章 電壓測量電壓測量5.1 概述5.2 電壓標準5.3 交流電壓的測量5.4 直流電壓的數(shù)字化測量及A/D轉(zhuǎn)換原理5.5 電流、電壓、阻抗變換技術及數(shù)字多用表5.6 數(shù)字電壓表測量的不確定度及 自動校準、自動量程技術5.7 電壓測量的干擾及抑制技術電子測量原理電子測量原理第2頁5.1 5.1 概述概述電壓測量的重要性電壓測量的重要性電子測量原理電子測量原理第3頁電壓測量的重要性電壓測量的重要性電子測量原理電子測量原理第4頁電子測量原理電子測量原理第5頁電子測量原理電子測量原理第6頁電子測量原理電子測量原理第7頁電子測量原理電子測量原理第8頁電子測量原理

2、電子測量原理第9頁211( )NkVukN電子測量原理電子測量原理第10頁電子測量原理電子測量原理第11頁電子測量原理電子測量原理第12頁23204639.94(20)0.929(20)0.0092(20)0.00006(20) 10( )tEEttttV電子測量原理電子測量原理第13頁電子測量原理電子測量原理第14頁+-V1V2V3V4R1R2R3R4R5R6(R1=R2=R3=R4)1234V +V +V +VV=4561oRVVR電子測量原理電子測量原理第15頁312412340VVVVVVVVRRRR12344VVVVVV561oRVVR電子測量原理電子測量原理第16頁電子測量原理電子

3、測量原理第17頁電子測量原理電子測量原理第18頁2JefVK VhnJfVnK電子測量原理電子測量原理第19頁電子測量原理電子測量原理第20頁電子測量原理電子測量原理第21頁電子測量原理電子測量原理第22頁高高頻頻電電壓壓V0V1RFDCDCRFR RGR RR RR RT TR RT TC CC CVRF電子測量原理電子測量原理第23頁電子測量原理電子測量原理第24頁2201222222RFTTTVVVRRR22014RFVVV電子測量原理電子測量原理第25頁1RC電子測量原理電子測量原理第26頁t tu(t)Vp0UmTU電子測量原理電子測量原理第27頁01( )TUu t dtT01(

4、)TUu t dtT20.637ppUVV電子測量原理電子測量原理第28頁2VTR20( )Tu tdtR201( )TVu t dtT電子測量原理電子測量原理第29頁10.7072ppVVVppVKV峰值有效值電子測量原理電子測量原理第30頁21.41/2pppVKVFVKV有效值平均值(1/2)1.112/2 2pFpVKV（）電子測量原理電子測量原理第31頁TT電子測量原理電子測量原理第32頁電子測量原理電子測量原理第33頁DVpCRLu(t)CDRLu(t)VpabVPu(t)tc電子測量原理電子測量原理第34頁minmax(),sdLRr CTR CT電子測量原理電子測量原理第35頁

5、I0u(t)D1D2D3D4CCu(t)D1D2I0電子測量原理電子測量原理第36頁01( )( )22Todmdmu tu tIdtTrrrroI( )u t電子測量原理電子測量原理第37頁201( )TVu t dtT電子測量原理電子測量原理第38頁2( )ut0TAu(t)Vrms電子測量原理電子測量原理第39頁冷冷端端T T0 0熱熱端端T T電子測量原理電子測量原理第40頁電子測量原理電子測量原理第41頁2IVR Ru u( (t t) )冷冷端端T T0 0加加熱熱絲絲熱熱端端T T熱熱偶偶M Mu uA A連連接接導導線線I I電子測量原理電子測量原理第42頁R Ru u( (t

6、 t) )冷冷端端T T0 0加加熱熱絲絲熱熱端端T T測測量量熱熱偶偶電電流流表表平平衡衡熱熱偶偶+ +- -V Vo oE Ex xE Ef fV Vi i熱熱端端T T連連接接導導線線差差分分放放大大器器電子測量原理電子測量原理第43頁電子測量原理電子測量原理第44頁2212(.)kVkVV電子測量原理電子測量原理第45頁峰峰值值檢檢波波表表頭頭( (讀讀數(shù)數(shù)= =) )Vpu(t)電子測量原理電子測量原理第46頁V22pVV2ppVV任意pV任意2pppVVKK任意任意任意任意電子測量原理電子測量原理第47頁2,pppppppppVVK VKVkkKKKKK任意任意任意任意任意任意任意

7、電子測量原理電子測量原理第48頁21.4121.41ppKKp（任意波）峰值V（任意波）有效值V221222ppppKKKK電子測量原理電子測量原理第49頁V平平均均值值檢檢波波表表頭頭( (讀讀數(shù)數(shù)= =) )u(t)電子測量原理電子測量原理第50頁V0.91.112 2FVVVKV0.9VV任意V任意0.9FFVKVK任意任意任意任意V電子測量原理電子測量原理第51頁,FFFFVVKVKVKkK任意任意任意任意任意0.91.11FFFFKKkKK任意任意任意電子測量原理電子測量原理第52頁0.90.9FK（任意波）均值V（任意波）有效值V0.910.91.1110.90.9FFFFFKKK

8、KK電子測量原理電子測量原理第53頁1 1.4100%29%1.4 電子測量原理電子測量原理第54頁FVKV方波VVVVFK方波1 0.9100%11%0.9電子測量原理電子測量原理第55頁411( )(sinsin3sin5.)35pu tVtttVP0T=1uStu(t)電子測量原理電子測量原理第56頁224111.352ppVVV1pPVKV方波22224111110.9735792ppVV電子測量原理電子測量原理第57頁100%3%VV 電子測量原理電子測量原理第58頁電子測量原理電子測量原理第59頁峰峰值值檢檢波波器器步步進進分分壓壓器器直直流流放放大大器器uA步步進進分分壓壓器器斬

9、斬波波穩(wěn)穩(wěn)零零式式放放大大器器uA(a)峰峰值值檢檢波波器器( (探探頭頭內(nèi)內(nèi)) )(b)電子測量原理電子測量原理第60頁電子測量原理電子測量原理第61頁電子測量原理電子測量原理第62頁步步進進分分壓壓器器寬寬帶帶交交流流放放大大器器均均值值檢檢波波器器uA電子測量原理電子測量原理第63頁1210lgPdBP2111VPR2222VPR1220lgVdBV電子測量原理電子測量原理第64頁10lgwmxP dBP mW電子測量原理電子測量原理第65頁20.7751600mW 20lg0.775xVVV VP dBxxmP mWP dB xxVV VV dB電子測量原理電子測量原理第66頁輸輸入入

10、衰衰減減器器寬寬帶帶交交流流放放大大器器均均值值檢檢波波器器uAd dB B“輸輸入入電電平平”選選擇擇標標準準電電平平震震蕩蕩器器“輸輸入入阻阻抗抗”選選擇擇“電電平平校校準準”dB電子測量原理電子測量原理第67頁103.162120lg1010dB 電子測量原理電子測量原理第68頁電子測量原理電子測量原理第69頁20lg700.775xVdB 0.77520lg70|ooVVxVdBV電子測量原理電子測量原理第70頁0 10lgWmViZP dBP dBZ電子測量原理電子測量原理第71頁電子測量原理電子測量原理第72頁輸輸入入電電路路中中頻頻放放大大器器均均值值檢檢波波器器dB混混頻頻器器

11、2 2fZ2(固固定定)f2(固固定定)帶帶通通濾濾波波器器窄窄帶帶濾濾波波器器混混頻頻器器1 1f1(可可調(diào)調(diào))fZ1(固固定定)fx(第第一一本本振振)(第第二二本本振振)電子測量原理電子測量原理第73頁電子測量原理電子測量原理第74頁電子測量原理電子測量原理第75頁電子測量原理電子測量原理第76頁010lgiZZ電子測量原理電子測量原理第77頁輸輸入入電電路路A A/ /D D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換器器數(shù)數(shù)字字顯顯示示器器邏邏輯輯控控制制電電路路時時鐘鐘發(fā)發(fā)生生器器模模擬擬部部分分數(shù)數(shù)字字部部分分Vx電子測量原理電子測量原理第78頁電子測量原理電子測量原理第79頁電子測量原理電子測量原理第80頁142

12、電子測量原理電子測量原理第81頁電子測量原理電子測量原理第82頁0.1mV100%0.05%200mV1100%0.05%2000電子測量原理電子測量原理第83頁( %)xmVVV ( %)mxxVVVV %xV%mV電子測量原理電子測量原理第84頁%mV( %)xVVn 字V%mV%(0.01%0.005%)mxVV 電子測量原理電子測量原理第85頁電子測量原理電子測量原理第86頁電子測量原理電子測量原理第87頁111112481625V+2.5V+1.25V+0.625V+=10VrrrrrrnVVVVVV52.51.250.6259.375rVVVVVV電子測量原理電子測量原理第88頁電

13、子測量原理電子測量原理第89頁10.6252電子測量原理電子測量原理第90頁逐逐次次逼逼近近移移位位寄寄存存器器( (S SA AR R) )D/A轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換器器Vx+-比比較較器器C CL LK KSTARTA/D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換結(jié)結(jié)果果2-12-nMSBLSBVrN N電子測量原理電子測量原理第91頁2xrnNVV電子測量原理電子測量原理第92頁241101)108.1252xVVV（電子測量原理電子測量原理第93頁斜斜波波電電壓壓發(fā)發(fā)生生器器QQSETCLRSR&000時時鐘鐘計計數(shù)數(shù)器器主主門門VrVx+-+-門門控控信信號號輸輸入入比比較較器器接接地地比比較較器器a計計數(shù)數(shù)輸輸入入電子

14、測量原理電子測量原理第94頁0VxVx、V Vr r門門控控信信號號計計數(shù)數(shù)輸輸入入NV Vr rt1bT0T電子測量原理電子測量原理第95頁0 xVkTkT NrVkRC電子測量原理電子測量原理第96頁rVkRC0 xVkTkT N0rxVVT NRC0rVTRCxVN電子測量原理電子測量原理第97頁電子測量原理電子測量原理第98頁010000100 Hz100fkms00512351.23ms100kHzNTNTf10V/100ms 51.23ms=5.123VxVkT電子測量原理電子測量原理第99頁電子測量原理電子測量原理第100頁主主門門計計數(shù)數(shù)器器邏邏輯輯控控制制電電路路數(shù)數(shù)字字輸輸

15、出出時時鐘鐘S1S2CRVx-VrVr積積分分器器比比較較器器-+-+S S1 1 S S2 2Vot0t1復復零零t2t3VoVomT1T2N1N2t積積分分波波形形計計數(shù)數(shù)器器輸輸入入a.b.清清零零T0f0T011T0電子測量原理電子測量原理第101頁2111tomxxtTVV dtVRCRC 10TxxVV dt1TRC電子測量原理電子測量原理第102頁32210()tomromrtTVV dtVVRCRC21xrTVVT221xrNVVeNN121xxrNNVVVe1rVeN電子測量原理電子測量原理第103頁電子測量原理電子測量原理第104頁21111()tsmomxsmxtTTVV

16、vdtVvRCRCRC 電子測量原理電子測量原理第105頁電子測量原理電子測量原理第106頁主主門門高高位位計計數(shù)數(shù)器器A A邏邏輯輯控控制制電電路路數(shù)數(shù)字字輸輸出出時時鐘鐘S1S2CRVx-Vr積積分分器器比比較較器器-+-+S S1 1S S2 2Vot0t1復復零零t2t31VoVomT1T2N1N2t積積分分波波形形計計數(shù)數(shù)器器輸輸入入a.b.清清零零低低位位計計數(shù)數(shù)器器B B主主門門清清零零-+ABR1R2R3t32T3N3VtVr/10nVtN N2 2N3f0T0T0T0電子測量原理電子測量原理第107頁電子測量原理電子測量原理第108頁231110nxrTTTVVRCRC11

17、022033 0,TN TTN T TN T2311()10rxnVVNNeNN1rVeN23110nNNN電子測量原理電子測量原理第109頁電子測量原理電子測量原理第110頁Ix9009090.90.1(200mV)200A A(200mV)2mA A(200mV)20mA A(200mV)200mA A(200mV)2A A電子測量原理電子測量原理第111頁恒恒流流源源( (可可調(diào)調(diào)) )A A/ /D DR Rx xIr-+A Am mp p恒恒流流源源( (可可調(diào)調(diào)) )A A/ /D D-+A Am mp pIrVrR1Rx精精密密電電阻阻VoVr取取樣樣電電阻阻電子測量原理電子測量

18、原理第112頁1xorRVVR 1oxrVRRV 電子測量原理電子測量原理第113頁A AC C/ /D DC CI I/ /V VZ Z/ /V VD DV VM MC CP PU UD DC CA AC CI IZ Z電子測量原理電子測量原理第114頁電子測量原理電子測量原理第115頁12,xlxlRRRR34,linlinRRRRR Rx xIrIrVxDMMRl1Rl2R Rx xIrIrVxDMMRl1Rl2Rl3Rl4電子測量原理電子測量原理第116頁電子測量原理電子測量原理第117頁( %)xmVVV ( %)xVVn 字%xV%mV電子測量原理電子測量原理第118頁1234()

19、xxNk k k k VkV1234kk k k k電子測量原理電子測量原理第119頁1234kk k k k31241234%kkkkkkkkkk電子測量原理電子測量原理第120頁12341121231234ooooVVVVVkk kk k kk k k k%mVV電子測量原理電子測量原理第121頁VxN0理理想想特特性性轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換誤誤差差影影響響下下的的特特性性滿滿度度誤誤差差影影響響下下的的特特性性（平平行行于于理理想想特特性性）讀讀數(shù)數(shù)誤誤差差和和滿滿度度誤誤差差共共同同影影響響下下的的實實際際轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換特特性性V 電子測量原理電子測量原理第122頁HLI0DVMRsVxRi電子測量原理電

20、子測量原理第123頁iixxxHLxsissRxxxsiiRVVVVVRRRRVVVRRR 000()xHLxsxxsIxxxxVVVI RVVI RVVVV( %)/xmVV電子測量原理電子測量原理第124頁0.015100%100%0.3%5.00 xxxVV 電子測量原理電子測量原理第125頁0.025100%100%0.17%15.00 xxxVV 電子測量原理電子測量原理第126頁001iRIsixIRRV 936611 102 103 101000 102 935611 102 101.2 101000 100.2 電子測量原理電子測量原理第127頁電子測量原理電子測量原理第128

21、頁UosIB-+RC積積分分器器ViVoUosVot實實際際積積分分器器輸輸出出理理想想積積分分器器輸輸出出電子測量原理電子測量原理第129頁12LSB電子測量原理電子測量原理第130頁Uos+-AViVo=A(Vi+Uos)Uos+-AViVo=AVi+Uos+-+-K1K2K3+-C0A1+AosU電子測量原理電子測量原理第131頁1oososAVUUA11oiososiosiosAAVA VUUAVUAVUAA電子測量原理電子測量原理第132頁電子測量原理電子測量原理第133頁0osNkU000A/D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換器器VxVr0VNxNrN0衰衰減減/ /放放大大器器轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換系系數(shù)數(shù)k k總總

22、漂漂移移U Uo os sS1S2S3電子測量原理電子測量原理第134頁()rrosNk VU()xxosNk VU00()()xxososxrrososrNNk VUkUVNNk VUkUV00 xxrrNNVVNN電子測量原理電子測量原理第135頁( %)xmVVV %mxxVVVV VxVm0%mxVV %電子測量原理電子測量原理第136頁0199.9mV180mV1.999V1.8V19.99V18V199.9V180V1200V電子測量原理電子測量原理第137頁干干擾擾信信號號un被被測測電電壓壓VxHLDVM被被測測電電壓壓VxHLDVM干干擾擾信信號號ucm電子測量原理電子測量原

23、理第138頁電子測量原理電子測量原理第139頁HLDVMHLDVMunun外外部部感感應應信信號號Vx存存在在干干擾擾的的信信號號源源+Eucm電子測量原理電子測量原理第140頁電子測量原理電子測量原理第141頁sin()nnnuUt1101()TomxnxnTVVu dtVuRCRC101111111111sin()cos()cos22sinsin222sinsin()TnmnnnnnnnnnnnnnnuUtdtTUTTUTTTU TTTTTTT 由電子測量原理電子測量原理第142頁nu1sinnTT1(0,1,2,)nTkTk1sinnTT1(0,1,2,)nTnnTnunu1max1sinnnnnU TTuTT電子測量原理電子測量原理第143頁max()20lgnnUNMR dBu11()20lgsinnnTTNMR dBTT電子測量原理電子測量原理第144頁5 50 06 60 01 10 00 02 20 00 05 50 00 00 02 20 04 40 0N NM MR R( (d dB B) )f fn n= =1 1/ /T Tn n( (H Hz z) )