9.2 数字电流表和数字电压表（课件）-《电气测量技术》同步精品课堂（高教版）

《电气测量技术》（第4版）高等教育出版社 同步精品课程——中职专业课 项目9 数字仪表 数字电流表和数字电压表（第2课时） 知识目标 1.能够理解数字直流电流表的基本结构，以及多量程数字直流电流表中不同分流电阻切换实现量程变化的原理，掌握其工作流程及测量原理所依据的欧姆定律。 2.深入领会数字直流电压表的构成，知晓单量程数字直流电压表里表头与分压电阻串联分压的工作机制。 能力目标 1.能够准确识别数字直流电流表、数字直流电压表，根据实际测量需求正确选择合适的仪表，并能熟练地进行仪表的连接与操作，获取准确的测量数据。 2.可以运用所学的数字电流表和数字电压表知识，设计简单的电流、电压测量实验方案，包括实验步骤的规划、仪表量程的选择、数据记录与处理方法等。 情感目标 1.通过对数字电流表和数字电压表复杂而有序的结构与原理学习，培养严谨认真、一丝不苟的科学态度。 2.激发对电子仪器仪表领域的好奇心与探索欲，鼓励在面对看似枯燥的电路结构和原理时，能够积极主动地去思考、去钻研，培养学生不畏困难、勇于挑战的学习精神。 学习目标 项目9 数字仪表 导入情景 01 简单的直流电路 新知学习 02 一、数字直流电流表 1. 单量程数字直流电流表 (1) 结构。单量程数字直流电流表主要由数宇电压基本表和分流电阻并联而成,如图9-8 所示。常用的电工测量用的面板式单量程直流数字电流表有 HP -2331系列。 新知学习 02 一、数字直流电流表 (2)工作原理。 单量程数字直流电流表是根据并联电路的分流原理制成的。该电路分流电阻与数字电压基本表并联。 分流电阻的作用主要有: 其一,由分流电阻分流大部分被测电流，这就有效地保护了数字电压基本表测量机构,对于数字电压基本表来说,它的输人阻抗很大,对电流分流作用极小,故可忽略不计; 其二,分流电阻产生的压降将电流转换为数字基本表输人电压 以实现 I/U 转换; 其三,分流电阻也是直流电流表的输入阻抗,可根据欧姆定律计算分流电阻值。 新知学习 02 一、数字直流电流表 2.多量程数字直流电流表 (1) 结构。多量程数字电流表是采用不同的分流电阻与数字电压基本表并联制成的如图9 -9所示。该电路采用分流电阻的环形接法,图示为五量程数字直流电流表测量电路。 (2) 工作原理。多量程数字直流电流表的原理与单量程数字电流表相同,都是通过不同阻值分流电阻的分流达到扩大量程的目的。同样,根据欧姆定律公式也可以计算出各量程的分流电阻值。 新知学习 02 二、数字直流电压表 1.单量程数字直流电压表 (1) 结构。单量程数字直流电压表是由数字电压基本表和分压器电阻串联而成的,如图 9-10 所示。常用的电工测量用面板式单量程直流数字电压表有 HP-1834 系列。 (2) 工作原理。由图9-10 所示的原理图可知,单量数字直流电压表是在数字电压基本表的基础上,根据串联电路分压原理,采用分压器电阻分压,来达到保护电压基本表测量机构和扩大量程的目的。 新知学习 02 二、数字直流电压表 2.多量程直流电压表 (1) 结构。多量程数字直流电压表由数字电压基本表、量程转换开关、多组分压器组成。图 9-11 为五量程数字直流电压表。 (2)工作原理。多量程数字直流电压表是根据分压原理,采用共用附加分压电阻分压来达到扩大量程的目的。该表输人阻抗是 10 MΩ,根据串联分压原理,同样可以计算出各量程的分压电阻值。 新知学习 02 三、数字交流电流表及数字交流电压表 1.结构 数字交流电流表及数字交流电压表主要由测量线路、整流式 AC/DC 转换器(交流信号转换成直流信号的装置)和数字电压基本表构成。 在 AC/DC 转换器的输人端加分流器就构成了数字交流电流表;加分压器就构成了数字交流电压表。 为了扩大量程仍可采用不同的分流电阻分流,或者采用不同的分压电阻分压,制成多量程的数字交流电流表及数字交流电压表,如图 9-12 和图 9-13 所示。 常用的电工测量面板式数字交流电流表有 HP -2335系列,数字交流电压表有 HP-2338 系列。 新知学习 02 三、数字交流电流表及数字交流电压表 新知学习 02 三、数字交流电流表及数字交流电压表 2.工作原理 数字交流电流表及数字交流电压表是在数字直流电流表及数字直流电压表的基础上增加了 AC/DC 转换器,所以在这里要着重介绍 AC/DC 转换器的工作原理。 常见的 AC/DC 转换器是通过半波整流或全波整流将交流信号转换为直流信号的。但是二极管在小信号 0.7 V 以下工作时是非线性的。 新知学习 02 三、数字交流电流表及数字交流电压表 为了能测小信号的交流电压,提高测量交流信号的灵敏度和准确度,在数字仪表中采用了线性整流 AC/DC 转换器电路如图 9-14(a所示。对于交流信号可以等效为图9 -14(b)所示电路。 新知学习 02 三、数字交流电流表及数字交流电压表 线性整流式 AC/DC 转换器是由运算放大器 A,二极管 V1、V2反网络电阻 R1、R2接成同相放大电路的。 该电路工作过程是;交流信号经运算放大器 A 放大后,进入 V1、V2组成的半波整流电路;整流后的输出电压从二极管 V1 引出，经电容滤波后送至数字电压基本表。该电路输出电压有效值 U。与输人电压有效值 Ui的关系为 新知学习 02 三、数字交流电流表及数字交流电压表 因为该电路是半波整流,故直流平均电压 Up为 故 小试牛刀 题目 1： 多量程数字直流电流表通过（ ）来实现量程切换。 A. 改变表头电阻 B. 改变分流电阻 C. 改变电源电压 D. 改变测量电路的连接方式 答案：B 解析：多量程直流电流表是利用并联不同阻值的分流电阻来改变流过表头的电流比例，从而实现量程切换。表头电阻一般是固定的；电源电压通常是稳定的且与量程切换无关；改变测量电路连接方式表述不准确，主要是通过改变分流电阻来实现。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 2： 多量程数字直流电压表与单量程相比，其优势在于（ ） A. 只能测量更高电压 B. 可适应不同电压范围测量需求 C. 精度更高 D. 结构更简单 答案：B 解析：多量程直流电压表可以通过切换不同的分压电阻组合来适应不同电压范围的测量需求，而不是只能测量更高电压；多量程电压表由于量程切换电路等因素，在精度上不一定比单量程的高；多量程电压表结构相对复杂，因为有量程切换电路。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 3： 数字交流电压表测量交流电压时，其内部的整流电路作用是（ ） A. 将交流电压转换为直流电压 B. 稳定交流电压 C. 放大交流电压 D. 改变交流电压频率 答案：A 解析：整流电路在数字交流电压表中的作用就是把交流电压转换为直流电压，以便后续利用数字直流电压表的原理进行测量显示等操作。它不能稳定交流电压，稳定电压一般由稳压电路完成；放大交流电压有专门的放大电路；整流电路不会改变交流电压频率。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 4： 数字交流电流表和电压表中，将模拟信号转换为数字信号的部件通常是（ ） A. A/D 转换器 B. D/A 转换器 C. 运算放大器 D. 滤波器 答案：A 解析：A/D 转换器（模拟 / 数字转换器）就是将模拟的电流或电压信号转换为数字信号，以便进行数字处理和显示。D/A 转换器是数字到模拟的转换，与本题要求相反；运算放大器主要用于信号放大等处理；滤波器用于滤除干扰信号，不是将模拟信号转换为数字信号的部件。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 5： 当数字直流电压表的读数出现明显偏差时，首先应检查（ ） A. 电源电压是否稳定 B. 测量线路是否断路 C. 分压电阻是否正常 D. A/D 转换器是否损坏 答案：C 解析：分压电阻是直流电压表中直接影响电压测量比例关系的关键元件，如果分压电阻出现问题，会导致测量值出现明显偏差。电源电压不稳定一般会影响整个仪表工作状态但不一定直接导致读数偏差；测量线路断路可能导致无法测量而不是读数偏差；A/D 转换器损坏可能导致无显示或乱码等情况，而不是单纯读数偏差，所以首先应检查分压电阻是否正常。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 6： 数字直流电压表的输入阻抗（ ） A. 越大越好，可减小对被测电路的影响 B. 越小越好，可提高测量灵敏度 C. 与测量精度无关 D. 是固定不变的 答案：A 解析：数字直流电压表输入阻抗越大，在测量时从被测电路汲取的电流就越小，对被测电路的影响也就越小，有利于准确测量。输入阻抗不是越小越好；输入阻抗会影响测量精度，因为它会影响分压关系；数字直流电压表的输入阻抗不是固定不变的，不同型号和设计可能有不同的输入阻抗值。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 7： 数字电流表和电压表的校准通常是为了（ ） A. 扩大测量范围 B. 改变测量信号类型 C. 提高测量精度 D. 加快测量速度 答案：C 解析：校准数字电流表和电压表主要目的是通过调整仪表内部参数等方式，使测量值更接近真实值，从而提高测量精度。校准并不能扩大测量范围、改变测量信号类型（如直流变交流等），也不能加快测量速度。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 8： 数字交流电流表在测量含有谐波的交流电流时，如果没有合适的处理电路，测量结果会（ ） A. 只反映基波电流大小 B. 大于实际电流值 C. 小于实际电流值 D. 无规律变化 答案：B 解析：当交流电流含有谐波时，如果数字交流电流表没有合适处理电路（如谐波分析或滤波等），谐波电流会使测量到的总电流有效值增大，因为谐波会增加电流的总能量，所以测量结果会大于实际基波电流值。不是只反映基波电流大小；不会小于实际电流值；也不是无规律变化，而是会偏大。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 9： 多量程数字直流电压表是如何实现量程切换的？ 答案： 多量程数字直流电压表通过切换不同的分压电阻来实现量程切换。它由表头（灵敏电流计）与多个分压电阻构成分压网络。当选择不同量程时，相当于切换不同的分压电阻接入电路。例如，测量小电压时，接入较大阻值的分压电阻，使大部分电压降落在分压电阻上，表头两端电压较小；测量大电压时，接入较小阻值的分压电阻，使表头两端电压在合适范围内。经过表头的电流信号再通过 A/D 转换器转换为数字信号并显示，不同分压电阻组合对应不同的量程范围。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 10： 比较数字交流电流表和数字直流电流表在结构上的主要差异。 答案： 数字直流电流表主要由表头与分流电阻并联以及相关的信号处理和显示电路组成，用于直接测量直流电流。而数字交流电流表在结构上除了有类似直流电流表的信号处理和显示电路外，还需要增加整流电路。整流电路用于将交流电流转换为直流电流，因为表头和后续的测量处理电路大多是基于直流信号工作的。只有先把交流电流整流为直流电流后，才能按照与数字直流电流表类似的原理进行测量、A/D 转换并最终显示出交流电流的数值。 尝试解答下面习题 课堂小结 03 1.单量程数字直流电流表具有固定的量程，其核心部件为表头（灵敏电流计）与分流电阻并联。通过精心设计表头内阻和分流电阻的阻值，依据欧姆定律，使流入表头的微小电流与被测总电流成精确比例关系，从而实现电流测量。 2.多量程数字直流电流表可通过改变分流电阻来实现量程切换。它利用多个不同阻值的分流电阻与表头构成多种并联组合方式，当切换不同的分流电阻接入电路时，就能够适应不同大小电流的测量需求。 3.单量程数字直流电压表由表头（灵敏电流计）与分压电阻串联构成。被测直流电压施加在分压电阻与表头串联的两端，根据串联电路分压原理，通过选择合适的分压电阻阻值，使表头两端获得与被测电压成比例的微小电压，进而产生与电压相关的电流信号，驱动表头工作。 作业布置 04 简述多量程数字直流电流表的工作原理及量程切换过程。 说明数字交流电流表与数字直流电流表在结构和工作原理上的异同点。 若数字直流电压表测量值出现偏差，试分析可能的原因有哪些？ 感谢观看 $$