第4章 电参量测量技术（课件）- 《传感器与检测技术(第二版)》同步教学（重庆大学版）

第四章、电参量测量技术 本章将介绍时间、频率、相位、电压、电流以及阻抗等参量的测量方法。 在现代检测技术中，各种类型的被测量的测量，多是直接或通过各种传感器、电路等转换为与被测量相关的电压、电流、频率等电学基本参量后进行检测和处理的。 便于对被测量的检测、处理、记录和控制，又能提高测量的精度。 海涛 检测技术在工业生产领域的在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位…… 海涛 频率以单位时间内周期性振荡的次数计量， 单位是赫 [兹]（Hz）。 4．1频率、时间和相位的测量 图4.1 周期T计算示意图 时间是国际单位制中七个基本物理量之一， 单位是秒（s）。 相位（单位deg）是描述交流信号的三要素之一。 相位差的测量是研究信号、网络特性的不可缺少的重要方面。 海涛 准确测量时间和频率是十分重要的，在当代高科技应用中显得尤为重要。 例如，邮电通信，大地测量，地震预报，人造卫星、宇宙飞船、航天飞机的导航定位控制等。 测量时间和频率的重要性 海涛 4．1．1 频率的测量 在工业生产领域中周期性现象十分普遍，如各种周而复始的旋转运动、往复运动，各种传感器和测量电路变换后的周期性脉冲等。 周期性过程重复出现一次所需要的时间称为周期，用符号T表示。 ( 4– 1 ) 周期与频率互为倒数关系 海涛 4．1．1 频率的测量 频率测量技术常将一些非电量或其他电参量转换成频率进行测量，以提高测量的精度。 频率测量方法分为: 计数法和模拟法两类 模拟法因为简单经济，在有些场合仍有应用。 计数法：测量精度高、操作简便，可直接显示数字，便于与微机结合实现测量过程自动化，应用最为广泛； 海涛 （l）计数法测量原理 计数法就是在一定的时间间隔T内，对周期性脉冲的重复次数进行计数。 若周期性脉冲的周期为TA，则计数结果为 ( 4 – 2 ) 1．频率（周期）的数字测量 海涛 2．1．1 频率的测量 周期与频率互为倒数，从理论上讲测量频率与测量周期是等效的。 从实际测量效果来看，图4-2所示通用计数器工作在测频方式和工作在测周方式，在测量误差和测量范围有差别。 （3）频率（周期）的测量误差与测量范围 海涛 用示波器测量 开通电容器残压居中的一相时的冲击 海涛 图4.4 滞后和超前两种情况下的相位角 超前 滞后 海涛 图4.5 频差不同时的相位角移动趋势 上下相“与” 海涛 使用AVR单片机进行功率因数角采集及判断 海涛 图4－6 相位-电压转换式数字相位计原理 得相位差 海涛 图4－7 相位—时间转换式相位计原理图 海涛 4.2 电压和电流的测量 前者采用模拟式电压表显示测量结果， 后者采用数字电压表即以数字显示器显示测量结果。 两者的区别仅在于后者A/D转换器和数字显示器取代了前者的模拟显示电表部分。 1、 电压的测量 电压的测量可分为两种方法 模拟和数字方法 海涛 模拟式电压表 优点：结构简单，价格便宜，测量频率范围较宽； 缺点：是精度、分辨力较低，不便于与计算机组成自动测试系统。 工作原理 数字式电压表则正好相反。 两者前端部分的工作原理基本相同。 海涛 1．直流电压的测量 通常由动圈式高灵敏度直流电流表串联适当的电阻构成，如图4-6所示。 图4.6普通直流电压表电路 （1）普通直流电压表 海涛 电压表:在磁电式表头前加装跟随器（以提高输入阻抗）和直流放大器（以提高测量灵敏度）构成，当要测量高直流电压时，输入端接入高阻值电阻构成的分压电路。 电压表:直流放大器的零点漂移影响电压灵敏度。 常采用斩波稳零式放大器或称调制式放大器抑制零点漂移，使电子电压表能测量微伏级的电压。 （2）直流电子电压表 海涛 用A／D转换器与数字显示器相连，即构成直流数字电压表，如图4-7所示。图中A/D转换器把直流电压转换成相应的数字量，送往数字显示器显示出来。 在A/D转换器前配转换电路，将被测参数转换成直流电压，就可构成测量该被测参数的数字仪表。 （3）直流数字电压表 直流数字电压表是许多数字式电测仪表的核心部件，用途很广。 图4-7 直流数字电压表框图 海涛 2．交流电压的测量 （2）交流电压的测量方法 检波-放大式 放大-检波式 外差式电压表 （1）交流电压 交流电压可以用峰值、平均值、有效值、波形系