电压与阻抗的测量技术与方法学习心得

电压与阻抗的测量技术与方法

电压测量的重要性

电压测量是非常重要的测量。因为，电压是基本电能量参数（电压、电流、功率等）之一，从测量角度主要是测量电压，因为测出电路端电压后根据电路阻抗就可计算出电流和功率；电压可以派生出其它量，如幅频特性、调

幅特性、失真度，灵敏度等；自动控制系统中，反馈量和控制量大都是用电压量；非电量检测中，通常将非电量转换成电压量来测量；电气设备和电子仪器，大多以电压来指示。所以，电压测量在电测技术中占有重要地位。

电压在性质上可分为直流电压和交流电压（包括所有非正弦电压）两种。在应用上，有工频电压和电子电路电压。前者是强电，除电压范围大外，波形、频率等都是规则的。而后者，却具有更多的特点：

1.频率范围宽。电子电路信号的频率往往是从直流到上GHz范围内变化。

2.电压范围广。电子电路中的电压可在nV级到MV级，其中微伏级的电压是非常多见的。

3.波形多种多样。电子电路中除正弦波外，大量的是非正弦波，同时交直并存，甚至串入噪声干扰。

4.电子电路的等效阻抗一般都高，有的达兆欧级。

对电压测量的基本要求

针对电压量的特点，对电压测量提出了一系列要求，主要有以下几方面：

1.应有足够宽的频率范围。以满足测量从直流到上GHz的频率要求。

2.应有足够宽的电压测量范围。以满足测量从nV级到上MV级的要求。

3.应有足够高的测量准确度。由于电压测量的基准是直流标准电压，同时直流测量中不存在分布参数的影响或影响极小，因而直流电压的测量准确度最高，目前可达10，甚至更高。交流电压测量因受频率、波形和分布参数等的影响，测量准确度不高，一般在10～10。

4.应有足够高的输入阻抗。由于电子电路等效阻抗高，为了减小仪器接入后对电路的影响，要求仪器输入阻抗要高。目前模拟电压表的输入阻抗在MΩ级，数字电压表的输入阻抗达GΩ级，甚至可达数千GΩ。

5.应具有高的抗干扰能力。一般来说，测量都是在充满各种干扰的条件下进行的。对于微小电压的测量，需要的灵敏度就高，其干扰的影响就大。所以，电压表的抗干扰能力要强，对数字电压表更是如此。

此外，还应要求高的测量速度和高的自动化程度，以实现智能测试和自动测试。

电压测量方法

电压的测量方法很多，要根据被测电压的不同和测量的具体要求及客观条件的限制，合理选择测量方法。归结起来，电压测量的方法有以下几种：

1.电工仪表测量法

电工仪表主要是指针式仪表，主要有磁电系、电动系、电磁系等，其中磁电系仪表只能测直流量。用电工仪表测电压在工程中应用十分普遍，因为电工仪表成本低,操作简便，特别是一般工程测量对准确度要求不太高更是为用电工仪表测电压大开“绿灯”。对交流高电压，通过互感器等亦可用电工仪表进行测量。

2.电子电压表测量法

电子电压表是利用电子技术制成的，属于电子仪器类，是模拟式电压表，在电子电路交流电压测量中广为应用。

电子电压表根据将交流转换成直流原理的不同分为三种类型：

(1)公式法：按正弦交流电压有效值公式制成的有效值电压表，该类电子电压表主要是频带窄、准确度低。

(2)热电转换法：利用热电偶转换制成的有效值电压表，其优点是没有波形误差，但有热惯性、频带不宽、维修不便等缺点。

(3)检波法：通过整流将交流转换成直流制成的电压表，据整流电路的不同可分为均值检波、峰值检波、有效值检波三种。同时，据整流电路的不同可分为均值检波、峰值检波、有效值检波三种。同时，据整流器的位置又分

为“检波——放大”、“放大——检波”式电压表。

可见，无论那种类型的电子电压表都具有由交流转换为直流的过程，包括“调制式”电子电压表也不例外。

3.数字电压表测量法

严格讲，数字电压表也属于电子电压表，但因数字部分电路在整个仪器中占有重要地位，因而人们往往对它叫着数字电压表。

4.示波器测量法

前章介绍的示波器，除了直观形象地显示波形外，测电压（信号幅度）

具有它独特的优点，即能测各种波形的电压幅值，特别是能测脉冲电压的各参

数。利用示波器测量电压的基本方法，在波形测试技术一章已介绍，故不再重

述。

交流电压的测量方法:

a)选档:交流电压档用V 表示("V"表示电压，"-"表示交流)，也有的万用表

用AC 表示。在V 框内有10、50、250、500、1000五档。选档方法同直流电压

档。

b)表笔接法:测量交流电压时，表笔并联在被测电压两端，表笔不分正、负。

c)读数方法:交流的五档和测直流电压时一样都看从上向下数的第二行刻

度线，标有V 的那行。读数方法也和测直流电压相同。

低频电压测量

频率在1MHz 以下的电压叫低频电压，多用平均值电压表来测量。平均值

电压表由平均值检波而得名。

1.均值检波原理

检波就是整流的意思，有半波和全波整流两种，通常采用二极管全波（即桥

式）整流电路，。实际中D 、D 常用电阻代替。二极管受正向偏压才导通，均值

检波时工作在乙类。

R U dt R t u T I t =⎰0|)(|1R

U R t u T I t ==⎰0|)(|1

2.均值电压表 以均值检波构成的电压表，一般是“放大——检波”式结构，例如DA-16型均值电压表（图5-3 所示）。阻抗变换电路由场效应管构成，以获得低噪声电平和高输入阻抗。步进分压器以扩展量程。放大器由两级组成，一级是 A ，另一级是由T 、T 组成的串联负反馈放大器，其频带范围宽。检波电路由D 、D 、R 、R 组成，指示表头是磁电系微安表。R 是用来调整满量程时使指针能满偏的，而

R 是用来调零的。因检波后的一部分量负反馈到放大器，有效地解决了温度影响

和刻度的非线性。

3.均值表的刻度及误差

由于驱动微安表的电流I 正比于被测电压平均值，同时正弦电压有效值具

有普遍意义，因此微安表的刻度按正弦有效值刻度，也就是说将被测电压的平

均值扩大1.11倍来刻度。

不难理解，用均值电压表测非正弦电压（如三角波、方波等电压）时，其

示值不具有直接的物理意义，也就是存在波形误差。但用于测正弦电压时，则

示值即为被测结果。当用均值电压表测失真的正弦波电压时，其误差不仅

取决于各次谐波的幅度，还取决于各次谐波的相位。因为相同的谐波次数，其

各次谐波的幅度不同而相位相同，合成的波形各不相同；反之，在相同的各次

谐波幅度下，若相位不同，合成的波形也是各不相同的。分析可知，误差

随谐波初相角周期性变化，0°或180°时最大；而奇次谐波比偶次谐波的误差

大。

除了波形误差外，还有直流微安表本身的误差（等级决定）、检波二极管老

化或变值以及超过频率范围所造成的误差等，但主要是波形误差。

高频电压测量

上述均值电压表测高频电压时，会产生较大的频率误差。解决办法用“检

波——放大”式，把检波器置于探头内，将高频交流变为直流后再放大显示。能

实现这种结构的，常采用“峰值电压表”。

1.峰检波原理

峰值表的检测电路，有“串联式”和“并联式”两种，如图5-4所示。

峰值检波原理（a ） （b ） （c ）

(a ）图是串联式峰值检波，电路要求：

R U R t u |)(|