第2章電參量測量技術(shù)

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1、第2章電參量測量技術(shù)2.1頻率、時(shí)間和相位的測量2.2電壓、電流和功率測量2.3阻抗測量檢測方法：直接或通過各種傳感器、電路等轉(zhuǎn)換為與被測量相關(guān)的電壓、電流、時(shí)間、頻率等電學(xué)基本參量。好處1：便于對被測量的檢測、處理、記錄和控制好處2：又能提高測量的精度。本章內(nèi)容：分別介紹時(shí)間、頻率和相位、電壓、電流以及阻抗等參量的測量方法。2.1頻率、時(shí)間和相位的測量頻率、時(shí)間的應(yīng)用與人們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P(guān)，而在當(dāng)代高科技中顯得尤為重要。例如,郵電通訊，大地測量，地震預(yù)報(bào)，人造衛(wèi)星、宇宙飛船、航天飛機(jī)的導(dǎo)航定位控制等都與頻率、時(shí)間密切相關(guān)，因此

2、準(zhǔn)確測量時(shí)間和頻率是十分重要的。相位是描述交流信號(hào)的三要素之一。相位差的測量是研究信號(hào)、網(wǎng)絡(luò)特性的不可缺少的重要方面。2.1.1頻率的測量在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中周期性現(xiàn)象十分普遍，如各種周而復(fù)始的旋轉(zhuǎn)、往復(fù)運(yùn)動(dòng)、各種傳感器和測量電路變換后的周期性脈沖等。周期與頻率互為倒數(shù)關(guān)系:（2-1）頻率測量方法：1：計(jì)數(shù)法2：模擬法1.頻率(周期)的數(shù)字測量⑴計(jì)數(shù)法測量原理計(jì)數(shù)法就是在一定的時(shí)間間隔T內(nèi)，對周期性脈沖的重復(fù)次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。若周期性脈沖的周期為TA，則計(jì)數(shù)結(jié)果為:（2-2）計(jì)數(shù)法原理如圖2-1(a)所示，周期為TA的脈沖①加到閘門的輸

3、入端，寬度為T的門控信號(hào)②加到閘門的控制端，只有在閘門開通時(shí)間T內(nèi)才輸出計(jì)數(shù)脈沖③進(jìn)行計(jì)數(shù)。圖2-1計(jì)數(shù)法測量原理由于T和TA兩個(gè)量是不相關(guān)的，T不一定正好是TA的整數(shù)N倍，即T與NTA之間有一定誤差，如圖2-1(b)所示。處在T區(qū)間內(nèi)計(jì)數(shù)脈沖個(gè)數(shù)(即計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)結(jié)果)為N，則（2-3）顯然，脈沖計(jì)數(shù)的最大絕對誤差△N=±1。脈沖計(jì)數(shù)最大相對誤差為：（2－4）⑵通用計(jì)數(shù)器的基本組成和工作方式通用計(jì)數(shù)器一般都具有測頻和測周兩種方式?；窘M成如圖2-2所示。圖2-2中整形器是將頻率為fA(或fB)的正弦信號(hào)整形為周期為TA=1／fA(

4、或TB)的脈沖信號(hào)。門控電路是將周期為mTB(fB經(jīng)m分頻)的脈沖變?yōu)殚l門時(shí)間為T=mTB的門控信號(hào)，將T=mTB代入(2-2)式可得圖2-2中十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)結(jié)果為：（2-5）圖2-2通用計(jì)數(shù)器的基本組成由上式可見，圖2-2中計(jì)數(shù)結(jié)果N與fA／fB成正比，此時(shí)計(jì)數(shù)器工作在頻率比測量方式。如圖2-2中A輸入端(fA=fx)，晶振標(biāo)準(zhǔn)頻率fc信號(hào)接到B輸入端(fB=fc)，則計(jì)數(shù)器工作在測頻方式，此時(shí)(2-5)式變?yōu)椋海?-6）若將被測信號(hào)fx接到圖2-2中B輸入端(fB=fx)，晶振標(biāo)準(zhǔn)頻率fc信號(hào)接到A輸入端(fA=fc)，

5、則稱計(jì)數(shù)器工作在測周方式，此時(shí)(2-5)式變?yōu)椋海?-7）⑶頻率(周期)的測量誤差與測量范圍理論上講測量頻率與測量周期是等效的，但從實(shí)際測量來看，圖2-2所示通用計(jì)數(shù)器工作在測頻方式和工作在測周方式，其測量誤差和范圍都不一樣。①測頻方式由(2-6)式可得“測頻”的相對誤差為：進(jìn)一步推導(dǎo)可得測頻最大相對誤差為：由上式可見，被測頻率fx越高，分頻系數(shù)m越大，測頻的相對誤差△fx/fx越小，測頻的精確度越高。若采用K位十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，為使計(jì)數(shù)結(jié)果不超過計(jì)數(shù)器最大允許計(jì)數(shù)值而發(fā)生溢出，要求：且（2-9）(2-8)（2-10）一般晶振的精度

6、很高，△fc/fc可忽略，故上式簡化為：（2-11）因此可得“測頻”范圍為：（2-12）同時(shí)，最大相對誤差還應(yīng)滿足測量精度的要求，因此fx應(yīng)滿足：②測周方式由(2-11)式可得測周的相對誤差為：將(2-10)式代入得測周的最大相對誤差為：（2-13）因Tx=1/fx，△Tx／Tx=-△fx／fx，故由上式可測周法測頻的最大相對誤差為：（2-14）由上式可見，被測頻率fx越低，分頻系數(shù)m越大，測周的相對誤差△Tx/Tx越小，即測周的精度越高測頻的精度也越高?？偨Y(jié)1若被測頻率fx較高，則直接測頻的相對誤差較小2若被測頻率fx較低，則

7、用測周法測頻的相對誤差較小。3當(dāng)f0＝fc時(shí)，測頻與測周相對誤差都一樣從提高測量精度考慮，當(dāng)被測頻率fx高于fc時(shí)應(yīng)采用直接測頻法；當(dāng)被測頻率fx低于fc時(shí)應(yīng)采用測周法。測周法的周期測量范圍，同樣也受到測量精度要求值和計(jì)數(shù)器的限制，即應(yīng)滿足故Tx的測量范圍為：（2－15）若取fc=fmax，并忽略晶振的誤差，則上式簡化為圖2-2中分頻系數(shù)m一般取10的整數(shù)次冪且分擋可選，即m=10n(n=0，1，2，3…等可選)。此時(shí)改變n只是改變fx和Tx的指示數(shù)字的小數(shù)點(diǎn)位置。例如N=100，fc=1MHz(Tc=lμs)，若取n=2，則f

8、x=1MHz，Tx=1μs。若取n=3，則x=0.1MHz，Tx=0.1μs。（2－16）2.頻率的模擬測量⑴直讀法測頻⑵比較法測頻⑶示波器測量頻率①電橋法測頻②諧振法測頻③頻率-電壓(f-V)轉(zhuǎn)換法測頻2.1.2時(shí)間間隔的數(shù)字測量時(shí)間間隔的測量方案和周期測量的