电子测量第四章精选文档.ppt

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1、电子测量第四章本讲稿第一页，共三十六页4 4电压的测量电压的测量n电压测量的意义电压测量的意义n电压信号波形是被测量信息的载体电压信号波形是被测量信息的载体n电压测量的优势电压测量的优势n测量范围宽、精度高、信号变换灵活测量范围宽、精度高、信号变换灵活n电压测量的不足电压测量的不足n信号变换寄生参数影响大信号变换寄生参数影响大本讲稿第二页，共三十六页4.1直流电压基准直流电压基准n1 1、标准电池、标准电池 利用化学反应产生标准电压利用化学反应产生标准电压 （1.01860V1.01860V）饱和型饱和型：电压年稳定性可小于：电压年稳定性可小于0.5V0.5V，相当于，相当于510510-7

2、7），温度系数较大（约），温度系数较大（约40V/40V/）。）。用于计量部门恒温条件下的电压标准器。用于计量部门恒温条件下的电压标准器。不饱和型不饱和型特点：温度系数很小（约特点：温度系数很小（约4V/4V/），），但稳定性较差。但稳定性较差。本讲稿第三页，共三十六页n2 2、半导体电压基准、半导体电压基准n利用齐纳二极管的稳压特性制作的电压利用齐纳二极管的稳压特性制作的电压基准基准4.1直流电压基准直流电压基准本讲稿第四页，共三十六页4.1直流电压基准直流电压基准n3 3、量子电压基准、量子电压基准基于约瑟夫森（基于约瑟夫森（JosephsonJosephson）效应的量子电压基准）效应的

3、量子电压基准n约瑟夫森量子隧道结约瑟夫森量子隧道结n将将2 2块超导体通过厚度约块超导体通过厚度约1010埃的绝缘层隔开，构成的超埃的绝缘层隔开，构成的超导体导体-绝缘体绝缘体-超导体（超导体（SISSIS）结构称为约瑟夫森隧道结结构称为约瑟夫森隧道结本讲稿第五页，共三十六页4.1直流电压基准直流电压基准n约瑟夫森量子效应约瑟夫森量子效应n在约瑟夫森结两边加上电压在约瑟夫森结两边加上电压V V时，产生穿透绝缘层的超时，产生穿透绝缘层的超导电流，这是一种交变电流，这种现象称为交流约导电流，这是一种交变电流，这种现象称为交流约瑟夫森效应。瑟夫森效应。本讲稿第六页，共三十六页4.1直流电压基准直流电

4、压基准n约瑟夫森量子逆效应约瑟夫森量子逆效应n将约瑟夫森结置于微波场中，约瑟夫森结上得到量子化阶梯电压将约瑟夫森结置于微波场中，约瑟夫森结上得到量子化阶梯电压VnVn的现象，称为约瑟夫森量子逆效应的现象，称为约瑟夫森量子逆效应本讲稿第七页，共三十六页4.1直流电压基准直流电压基准n约瑟夫森量子电压基准约瑟夫森量子电压基准n国际计量委员会的建议：国际计量委员会的建议：从从19901990年年1 1月月1 1日日开始，在世界范围内同时开始，在世界范围内同时启用了约瑟夫森电压量子基准启用了约瑟夫森电压量子基准（JJAVSJJAVS，1010-10-10）。）。并给出并给出K KJ-90J-90=48

5、3597.9GHz/V=483597.9GHz/V。本讲稿第八页，共三十六页n约瑟夫森量子阵约瑟夫森量子阵约瑟夫森结产生的量子电压较低（约瑟夫森结产生的量子电压较低（mvmv级）。级）。将成千上万个或更多的约瑟夫森结串联将成千上万个或更多的约瑟夫森结串联 得到约瑟夫森结阵得到约瑟夫森结阵（JJAJJA），可产生），可产生1V1V至至10V10V的电压的电压 。n我国的约瑟夫森量子电压基准我国的约瑟夫森量子电压基准n中国计量科学研究院中国计量科学研究院(NIM)(NIM)量子部建立量子部建立n19931993年底，年底，1V1V约瑟夫森结阵电压基准，测量不确定度约瑟夫森结阵电压基准，测量不确定度

6、达到达到610610-9-9n19991999年底，年底，10V10V约瑟夫森结阵电压基准，合成不确定约瑟夫森结阵电压基准，合成不确定度为度为5.4105.410-9-94.1直流电压基准直流电压基准本讲稿第九页，共三十六页n交流电压基准建立的问题交流电压基准建立的问题n交流电压有效值（交流电压有效值（RMSRMS）4.2交流电压基准交流电压基准本讲稿第十页，共三十六页4.3交流电压的测量交流电压的测量n双测热电桥双测热电桥准确度准确度：直流电压标准准：直流电压标准准确度为确度为1010-5-5，则得到的高频，则得到的高频电压标准准确度可达电压标准准确度可达1010-3-3 。本讲稿第十一页，

7、共三十六页4.3交流电压的测量交流电压的测量n双测热电桥双测热电桥-自动平衡自动平衡本讲稿第十二页，共三十六页4.3交流电压的测量交流电压的测量n交流电压的基本参量交流电压的基本参量n峰值、平均值、有效值、波峰因数和波形因峰值、平均值、有效值、波峰因数和波形因数数n峰值峰值本讲稿第十三页，共三十六页n平均值平均值n数学定义数学定义n交流测量中的平均值交流测量中的平均值n平均值与峰值的关系平均值与峰值的关系4.3交流电压的测量交流电压的测量本讲稿第十四页，共三十六页n交流电压有效值交流电压有效值n数学上有效值即为数学上有效值即为均方根均方根。有效值反映了交流电。有效值反映了交流电压的功率，是表征

8、交流电压的重要参量。压的功率，是表征交流电压的重要参量。4.3交流电压的测量交流电压的测量n有效值与峰值的关系有效值与峰值的关系本讲稿第十五页，共三十六页n峰值、平均值和有效值的关系峰值、平均值和有效值的关系n波峰因数：峰值与有效值之值波峰因数：峰值与有效值之值n波形因数：有效值与平均值之值波形因数：有效值与平均值之值4.3交流电压的测量交流电压的测量本讲稿第十六页，共三十六页4.3交流电压的测量交流电压的测量n利用峰值、平均值测量有效值的问题利用峰值、平均值测量有效值的问题 正弦波：正弦波：K Kp p=1.411.41 K KF F=1.111.11 方方 波：波：K Kp p=1 1 K

9、 KF F=1 1 三角波：三角波：K Kp p=1.731.73 K KF F=1.151.15 锯齿波：锯齿波：K Kp p=1.731.73 K KF F=1.151.15 白噪声：白噪声：K Kp p=3 3 K KF F=1.251.25本讲稿第十七页，共三十六页n真有效值电路真有效值电路4.3交流电压的测量交流电压的测量本讲稿第十八页，共三十六页n交流电压的数字测量技术交流电压的数字测量技术4.3交流电压的测量交流电压的测量本讲稿第十九页，共三十六页n数字电压表组成数字电压表组成nDigital Voltage Meter-DVMDigital Voltage Meter-DVM4

10、.3直流电压的数字测量直流电压的数字测量本讲稿第二十页，共三十六页n逐次逼近式逐次逼近式A/DA/D转换器转换器4.3直流电压的数字测量直流电压的数字测量本讲稿第二十一页，共三十六页4.3直流电压的数字测量直流电压的数字测量n单斜式单斜式A/DA/D转换器转换器本讲稿第二十二页，共三十六页4.3直流电压的数字测量直流电压的数字测量n单斜式单斜式A/DA/D转换器转换器本讲稿第二十三页，共三十六页n双积分式双积分式A/DA/D转换器转换器n两次积分过程两次积分过程(“对被测电压的定时积分和对参考电压的定对被测电压的定时积分和对参考电压的定值积分值积分”)的比较，得到被测电压值的比较，得到被测电压

11、值4.3直流电压的数字测量直流电压的数字测量本讲稿第二十四页，共三十六页n双积分式双积分式A/DA/D转换器转换器4.3直流电压的数字测量直流电压的数字测量本讲稿第二十五页，共三十六页n对对被测电压定时积分被测电压定时积分4.3直流电压的数字测量直流电压的数字测量n对基准电压定值积分对基准电压定值积分本讲稿第二十六页，共三十六页4.3直流电压的数字测量直流电压的数字测量nT T1 1=N=N1 1T;TT;T2 2=N=N2 2T,TT,T为时钟为时钟本讲稿第二十七页，共三十六页4.3直流电压的数字测量直流电压的数字测量本讲稿第二十八页，共三十六页4.44.4数字多用表数字多用表本讲稿第二十九

12、页，共三十六页n1 1、电流测量、电流测量4.44.4电压测量中的变换技术电压测量中的变换技术本讲稿第三十页，共三十六页n2 2、电阻测量、电阻测量4.44.4电压测量中的变换技术电压测量中的变换技术本讲稿第三十一页，共三十六页n数字多用表误差数字多用表误差n固有误差和附加误差固有误差和附加误差4.54.5数字多用表误差数字多用表误差本讲稿第三十二页，共三十六页n1 1、附加误差附加误差n由输入阻抗、输入零电流及温度漂移等引起由输入阻抗、输入零电流及温度漂移等引起4.54.5数字多用表误差数字多用表误差本讲稿第三十三页，共三十六页n2 2、固有误差、固有误差n积积分分器器误误差差；比比较较器器误误差差；模模拟拟开开关关误误差差；基基准准电电压源误差；压源误差；4.54.5数字多用表误差数字多用表误差本讲稿第三十四页，共三十六页n自动调零技术自动调零技术4.64.6自动调零技术自动调零技术本讲稿第三十五页，共三十六页n自动量程自动量程4.64.6自动量程技术自动量程技术本讲稿第三十六页，共三十六页