第 2章 电流电压与功率测量第 2章 电流、电压与功率测量
2.1 直流电流的测量
2.2 交流电流的测量
2.3 直流电压的测量
2.4 交流电压的测量
2.5 功率测量
2.6 数字万用表第 2章 电流电压与功率测量
2.1 直流电流的测量
直流电流的测量原理与方法
直流电流的测量方法有两种：直接测量和间接测量。直接测量法是将电流表串联在被测支路中进行测量，电流表的示值即为测量结果；间接测量法利用欧姆定律，通过测量电阻两端的电压来计算出被测电流值。
第 2章 电流电压与功率测量直接测量法
直流电流经过由电磁装置或电子装置构成的直流表，以指针的偏转角度或数字的大小表示被测电流的大小 。
A
I
R
L
第 2章 电流电压与功率测量间接测量法
当被测支路内有一个定值电阻 R可以利用时，
可以测量该电阻两端的直流电压 Ｕ,然后根据欧姆定律算出被测电流,I＝ U/R。
当被测支路无现成的电阻可利用时，也可以人为地串入一个取样电阻来进行间接测量，取样电阻的取值原则是对被测电路的影响越小越好，一般在 1 ~ 10Ω之间，很少超过 100Ω。
第 2章 电流电压与功率测量模拟直流电流表的工作原理
模拟直流电流表为磁电式仪表，磁电式仪表一般由可动线圈、游丝和永久磁铁构成。
线圈框架的转轴上固定一个读数指针，当线圈流过电流时，在磁场的作用下，可动线圈发生偏转，带动上面固定的读数指针偏转，偏转的角度与通过可动线圈的电流正比关系。
第 2章 电流电压与功率测量模拟直流电流表的工作原理
磁电式仪表结构铁 心永 久 磁 铁线 圈游 丝第 2章 电流电压与功率测量数字万用表测量直流电流的原理
取样电压信号经过预处理电路放大整理到合适的电平后送入 A/D转换器进行量化，在单片机的控制下，对数据进行处理后求得对应被测电流值，然后通过液晶或数码管将其显示出来。
预 处 理 A / D 转 换 显 示数 字 量U = I R
第 2章 电流电压与功率测量
2.2 交流电流的测量
交流电流的测量按被测量频率范围可分为低频测量和高频测量。
低频交流电流的测量原理和方法
低频测量范围通常在几千赫兹以下,其中 50Hz
（ 工频 ） 电流的测量最为常用 。 低频交流电流的测量其实质是在直流电流测量仪表中增加了一个二极管整流电路和阻容滤波电路 。 被测交流电流经过整流电路变成单向脉动直流电流,再经过滤波电路,最后形成近似直流电流,送入直流电流测量机构进行测量并显示测量结果 。
第 2章 电流电压与功率测量低频交流电流的测量原理和方法
低频交流电流的测量方法交 流 电 流直 流 电 流 表 显 示直 流 电 流整 流 和 滤 波电 路交 流 电 流 电 流 / 电 压转 换显 示直 流 电 流整 流 和 滤 波电 路直 流 电 压直 流 电 压 表
( a )
( b )
交 流 电 流直 流 电 流 表 显 示直 流 电 流整 流 和 滤 波电 路交 流 电 流 电 流 / 电 压转 换显 示直 流 电 流整 流 和 滤 波电 路直 流 电 压直 流 电 压 表
( a )
( b )
第 2章 电流电压与功率测量高频交流电流的测量原理和方法
在高频情况下，分布电感与分布电容均不可忽略，因此不可能通过类似于低频交流电流测量的方式准确地测量高频交流电流。
高频交流电流的测量可用热电式电流表来测量，热电式电流表的关键部件是热电偶。
热电偶是由两种不同热电特性的材料组合而成，当热电偶两端存在温度差时，将产生热电动势。
第 2章 电流电压与功率测量高频交流电流的测量原理和方法
热电式电流表原理高 频 交 流电 流热 电 式电 流 表热 电 偶第 2章 电流电压与功率测量
2.3 直流电压的测量
在电子电路中，电路的工作状态如谐振、平衡、
截止、饱和以及工作点的动态范围，通常都以电压形式表现出来。电子设备的控制信号、反馈信号及其他信息，主要表现为电压量。电压还可以派生出其他量，如幅频特性、调幅特性、失真度，
灵敏度等。在非电量的测量中，也多利用各类传感器件装置，将非电参数转换成电压参数。与电流测量相比，电压测量直接、方便、安全，只要电压表的输入阻抗足够大，将电压表并接到被测电路中，就可以在不影响原电路工作状态的条件下获得较为准确的测量结果。所以电压测量是电子测量中不可缺少的基本测量。
第 2章 电流电压与功率测量直流电压的测量原理与方法
直流电压是幅度不随时间变化而改变的电压信号。直流电压的测量就是将直流电测量设备并联在被测电压的两端，即可获得对应的直流电压值。
直流电压的测量实质上是在直流电流测量的基础上加上扩展电路而构成的。将直流电流表与适当的分压电阻相配合时，就构成了直流电压表。
第 2章 电流电压与功率测量直流电压的测量原理与方法
基于直流电流表的电压表电路
U
x
R
g
R
1
R
2
R
3
A
第 2章 电流电压与功率测量直流电压测量仪表
模拟式万用表
数字式万用表
电子电压表第 2章 电流电压与功率测量
2.4 交流电压的测量
交流电压的特征与基本参数
交流电压信号的特点
（ 1）波形多种多样。
（ 2）频率范围宽。
（ 3）电压幅值范围广。
第 2章 电流电压与功率测量交流电压的基本参数
一个交流电压的幅度特性可用峰值、平均值、有效值三个基本参数和与之相关的波形因数、波峰因数两个派生参数来表征。
u ( t )
U
o
0
U
m
t
U
p +
U
p -
第 2章 电流电压与功率测量交流电压的基本参数
对于理想的交流电压
PmUU?
2
pUU＝2
pUU?＝
第 2章 电流电压与功率测量交流电压的基本参数
交流电压的有效值、平均值和峰值间有一定的关系，可分别用波形因数（或称波形系数）及波峰因数（或称波峰系数）表示。
/fK U U?
p
p
UK
U?
第 2章 电流电压与功率测量
对于理想的正弦交流电压
2/ 1,1 1
2 22
P
f
P
UK U U
U
2 1,4 1
2
pp
p
P
UUK
U U
第 2章 电流电压与功率测量交流电压的基本参数
三角波有
方波有
2 / 3fK? 3pK?
1fK? 1pK?
第 2章 电流电压与功率测量交流电压的测量原理
与直流电压测量类似，将交流电压测量仪器并联于被测电路上，即可获得对应的交流电压大小。交流电压的大小，可由峰值、
平均值、有效值来表征。测量交流电压大小的方法主要是利用交流 /直流（ AC/DC）
转换电路将交流电压峰值、平均值、有效值的转换成直流电压，然后用直流电压测量方法测量其大小。
第 2章 电流电压与功率测量交流电压的测量原理
将交流电压峰值、平均值、有效值的转换成直流电压的电路分别为峰值转换器、平均值转换器和有效值转换器。配置峰值转换器、平均值转换器和有效值转换器的电压测量仪表分别称为峰值电压表、平均值电压表和有效值电压表。
第 2章 电流电压与功率测量峰值转换器
其参数选取必须满足：
m axRC T m inR C T
U
o
U
x
D
C R U
x
D
C
R U
o
U
o
U
x
D
C R U
x
D
C
R U
o
第 2章 电流电压与功率测量峰值转换器
尽管模拟电压表的转换器有不同的种类，
但一般均以正弦波有效值来定度。峰值电压表标称值（即示值） Ua与峰值转换器输出 Up间满足：
a a pU K U?
第 2章 电流电压与功率测量峰值转换器
Ka称为定度系数，由于电压表以正弦波有效值定度，所以
2
2
a
a
pp
U UK
UU
第 2章 电流电压与功率测量峰值转换器
当被测电压为非正弦波时，必须进行波形换算才能得到被测电压的有效值。波形换算的原理是：示值 Ua相等则值 Up也相等。
按照此原理，先将示值 Ua除以定度系数 Ka，
求得到被测电压峰值，再利用波峰因数 Kp
换算成被测电压的有效值 Ux。
2paUU? 12
x p a
pp
U U UKK
第 2章 电流电压与功率测量平均值转换器
平均值转换器电路
A
D
D D
D
C
u
x
u
x
A
D
R R
D
C
A
D
D D
D
C
u
x
u
x
A
D
R R
D
C
第 2章 电流电压与功率测量平均值转换器
平均值电压表与峰值电压表类似，也是以正弦波有效值来定度的。
当被测电压为非正弦波时，必须进行波形换算才能得到被测电压的有效值。
aaU K U? 1,1 1
22
a
a
U UK
UU
0,9a a
a
UUU
K
0,9x f f aU K U K U
第 2章 电流电压与功率测量有效值转换器
有效值转换器电路 D
i
+
－
u
x
E
o
I
+
－
u
x
R
I
加 热 丝热 电 偶
D
i
+
－
u
x
E
o
I
+
－
u
x
R
I
加 热 丝热 电 偶第 2章 电流电压与功率测量有效值转换器
计算式有效值转换器原理框图
u
x
u
x
2
U
o u t
乘 法 器 积 分 器 放 大 器开 方 器第 2章 电流电压与功率测量交流电压的数字化测量
交流电压的数字化测量方法是对被测交流电压信号进行高速抽样，再对抽样值进行相应的峰值、平均值和有效值的运算，获得所需的测量值。由于没有波形误差和转换误差，所以测量精度高、速度快。
第 2章 电流电压与功率测量交流电压表
检波 -放大式电压表
直接对被测电压 ux进行检波转换成直流电压，
经直流放大器放大，送入直流电流表处理并显示。
A
u
x
检 波 器 衰 减 器 直 流 放 大第 2章 电流电压与功率测量放大 -检波式电压表
被测电压 ux经宽带放大器放大再检波，转换成直流电流，送入直流电流表处理并显示。
A
u
x
检 波 器衰 减 器 宽 带 放 大 器第 2章 电流电压与功率测量外差式电压表
检波 -放大式电压表频带范围宽，但灵敏度低；放大 -检波式电压表虽然灵敏度高，但频带范围窄，外差式电压表良好地解决了上述矛盾。
A
u
x
检 波 器混 频 器 中 频 放 大 器本 机 振 荡 器输 入 电 路第 2章 电流电压与功率测量交流数字电压表
交流数字电压表按工作频率可分为低频、
高频和宽带三种类型。随着微型计算机技术与高速采样技术的发展和应用，出现了智能型的数字电压表。
第 2章 电流电压与功率测量交流数字电压表直 流 数 字 电 压 表直 流 数 字 电 压 表放 大 器 检 波 器检 波 器 直 流 放 大 器输 入 输 出输 入 输 出输 入输 入输 出输 出
( a )
( b )
( c )
( d )
高 阻 输 入 电 路宽 带 放 大 器高 速 采 样高 阻 输 入 电 路宽 带 放 大 器检 波 器 直 流 数 字 电 压 表计 算 显 示直 流 数 字 电 压 表直 流 数 字 电 压 表放 大 器 检 波 器检 波 器 直 流 放 大 器输 入 输 出输 入 输 出输 入输 入输 出输 出
( a )
( b )
( c )
( d )
高 阻 输 入 电 路宽 带 放 大 器高 速 采 样高 阻 输 入 电 路宽 带 放 大 器检 波 器 直 流 数 字 电 压 表计 算 显 示直 流 数 字 电 压 表直 流 数 字 电 压 表放 大 器 检 波 器检 波 器 直 流 放 大 器输 入 输 出输 入 输 出输 入输 入输 出输 出
( a )
( b )
( c )
( d )
高 阻 输 入 电 路宽 带 放 大 器高 速 采 样高 阻 输 入 电 路宽 带 放 大 器检 波 器 直 流 数 字 电 压 表计 算 显 示直 流 数 字 电 压 表直 流 数 字 电 压 表放 大 器 检 波 器检 波 器 直 流 放 大 器输 入 输 出输 入 输 出输 入输 入输 出输 出
( a )
( b )
( c )
( d )
高 阻 输 入 电 路宽 带 放 大 器高 速 采 样高 阻 输 入 电 路宽 带 放 大 器检 波 器 直 流 数 字 电 压 表计 算 显 示第 2章 电流电压与功率测量交流电压测量的其他应用
脉冲电压测量
噪声电压的测量第 2章 电流电压与功率测量
2.5 功率测量
直流功率测量
直流电路的功率定义为：
根据欧姆定律可推广为
P UI?
2P I R? 2U
P R?
A
R
L
V
( b )
A
R
L
V
( a )
A
R
L
V
( b )
A
R
L
V
( a )
第 2章 电流电压与功率测量交流功率测量
对交流电路来讲，有视在功率、有功功率和无功功率，人们习惯于将交流有功功率简称为功率。
对于纯电阻性的交流电路，与直流功率测量类似，
只要测出 U,I,R三个参数中的两个，就可利用公式求出其功率。但对于非纯阻性电路，即存在电抗元件（电感和电容）的电路，由于电感和电容不消耗功率，只是以电场或磁场的形式交替地存储能量，所以直流功率测量的方法不再适用。
第 2章 电流电压与功率测量交流功率测量
视在功率、有功功率和无功功率之间满足下列关系：
22S P Q c o s P
S
第 2章 电流电压与功率测量交流功率测量
功率测量、功率因数测量原理图线 路 电 压
R
L
电 流 线 圈电 压 线 圈功 率 表
R
R
R
L
电 流 线 圈电 压 线 圈活 动 线 圈线 路 电 压功 率 因 数 表第 2章 电流电压与功率测量电能量测量
电度表内部结构原理图
MM
铝 盘永 久 磁 铁
R
L
R
电 枢到 指 示 度 盘线 路 电 压第 2章 电流电压与功率测量
2.6 数字万用表
数字万用表的特点
与模拟式万用表相比较，数字万用表（ DMM）的测量功能丰富，它不仅能测量直流电流、交流电流、直流电压、交流电压和电阻等参数，还能测量信号频率、电容量、电感量、温度和晶体管的
hFE等。除了以上测量功能外，还具有准确度高、
读数保持、数字显示、自动校零、自动转换量程、
自动显示极性等优点，同时由于数字万用表采用大规模集成电路，内部有较完善的过载保护电路，
因而具有体积小、携带方便、可靠性高等优点。
第 2章 电流电压与功率测量数字万用表的主要技术指标
显示位数 显示位数是指能显示 0 ~ 9十个完整数码的位数，因此最大显示为 9999和
19999的数字万用表都是四位的。最大显示为 19999的数字万用表，由于高位只能显示
1和 0，不能算一个完整的位，故称该表是四倍半（或）位数字万用表。
第 2章 电流电压与功率测量数字万用表的主要技术指标
分辨力 分辨力是指数字万用表能够显示输入电压的最小变化值，即显示器末位跳动一个数字所需的最小电压变化值。量程不同，其分辨力也不相同，在最小量程上具有最高的分辨力。
第 2章 电流电压与功率测量数字万用表的主要技术指标
输入阻抗
测量速率
抗干扰能力第 2章 电流电压与功率测量数字万用表的组成
数字万用表组成原理输 入 电 路 A / D 转 换 计 数 器 显 示 电 路逻 辑 控 制 电 路 时 钟
A C / D C
I / V
R / V
U
x
u
x
I
x
R
x
直 流 数 字 电 压 表 （ D V M ）
第 2章 电流电压与功率测量数字万用表的技术原理
输入电路技术原理
输入电路包括阻抗变换器、放大器和量程转换器等。输入单元电路提供不同的输入端口，以满足各种测量的需要。针对输入信号幅值的不同，输入单元电路设有不同的衰减器，当测量值超出测量范围时给出溢出提示。对于元件参数的测量，如电阻、
电容的测量，输入单元电路能够提供必要的直流电压和激励信号。
第 2章 电流电压与功率测量数字万用表的技术原理
显示电路技术原理
数字万用表一般采用液晶显示屏作为显示终端。液晶屏能够方便地显示数据或黑白二值图像，也可以通过在一段时间内对应像素的高电平出现的次数多少来实现多值图像。作为一种低功耗的平板显示器件，
液晶显示屏都有相应的集成电路扫描模块，
使用极为方便、灵活。
第 2章 电流电压与功率测量数字万用表的技术原理
逻辑控制电路技术原理
逻辑控制电路普遍采用微处理器特别是单片计算机，管理测量操作过程和处理测量结果。单片计算机在数字万用表中的应用，
不但提高了仪器的智能化程度和操作的便利性，同时简化了硬件功能、降低了系统的成本。
第 2章 电流电压与功率测量数字万用表的技术原理
转换电路技术原理
数字万用表的转换电路包括两类：一类是测试转换电路，负责将被测物理量转换为仪器可以处理的直流电压；一类是模 /数转换电路，负责将模拟状态的直流电压转换为数字量。
第 2章 电流电压与功率测量测试转换电路
AC/DC变换器
u
x
u
o
+
－
D
1
D
2
R
1
R
2
A
( a )
A C
u
x
有 源低 通 滤 波线 性 检 波源,射 极跟 随 器
D C
xU
( b )
u
x
u
o
+
－
D
1
D
2
R
1
R
2
A
( a )
A C
u
x
有 源低 通 滤 波线 性 检 波源,射 极跟 随 器
D C
xU
( b )
第 2章 电流电压与功率测量测试转换电路
I/V变换器
A
+
－
A
+
－
R
1
R
2
R
s
R
s
R
I
x
I
x
U
o
U
o
( a ) ( b )
A
+
－
A
+
－
R
1
R
2
R
s
R
s
R
I
x
I
x
U
o
U
o
( a ) ( b )
第 2章 电流电压与功率测量测试转换电路
Ω/V变换器
A
+
－
U
o
R
s
R
x
+
－
U
s
第 2章 电流电压与功率测量模 /数转换电路
双斜积分式 A/D转换器
双斜积分式 A/D转换器在一个测量周期内用同一个积分器进行两次积分，积分对象分别是被测电压 Ux和基准电压 Ur，先对 Ux定时积分，再对 Ur定值积分。通过两次积分的比较，将 Ux变换成与之成正比的时间间隔。故这种 A/D转换属 U-T转换。
第 2章 电流电压与功率测量双斜积分式 A/D转换器
双斜积分式 A/D转换器原理框图第 2章 电流电压与功率测量逐次逼近比较式 A/D转换器
逐次比较式 A/D转换器由比较器、控制器、逐次逼近寄存器 SAR、缓冲寄存器、译码器和数 /模
（ D/A） 转换器等组成。
逐次逼近比较式 A/D转换器的工作原理非常类似于天平称质量过程。天平在称物质的质量时使用一系列的砝码，根据称量过程中天平的平衡情况，
逐次增加或减少砝码，使天平最终趋于平衡。逐次逼近比较式 A/D转换器，在转换过程中用被测电压去与基准电压按指令进行比较，依次按二进制递减规律减小，从数字码的最高位开始，逐次比较到最低位，使 Uo逐次逼近 Ux。
第 2章 电流电压与功率测量逐次逼近比较式 A/D转换器
逐次逼近比较式 A/D转换器原理框图
D / A 转 换 器
（ 8 位 ）
逐 次 逼 近寄 存 器 S A R
时 钟 脉 冲发 生 器基 准电 压 源控 制 电 路缓 冲寄 存 器译 码 显 示电 源
＋
－
比 较 器转 换 结 束启 动
C L K
Q
c
U
x
U
s
U
o
反 馈 电 压模 拟 量 输 入
2.1 直流电流的测量
2.2 交流电流的测量
2.3 直流电压的测量
2.4 交流电压的测量
2.5 功率测量
2.6 数字万用表第 2章 电流电压与功率测量
2.1 直流电流的测量
直流电流的测量原理与方法
直流电流的测量方法有两种：直接测量和间接测量。直接测量法是将电流表串联在被测支路中进行测量，电流表的示值即为测量结果；间接测量法利用欧姆定律，通过测量电阻两端的电压来计算出被测电流值。
第 2章 电流电压与功率测量直接测量法
直流电流经过由电磁装置或电子装置构成的直流表，以指针的偏转角度或数字的大小表示被测电流的大小 。
A
I
R
L
第 2章 电流电压与功率测量间接测量法
当被测支路内有一个定值电阻 R可以利用时，
可以测量该电阻两端的直流电压 Ｕ,然后根据欧姆定律算出被测电流,I＝ U/R。
当被测支路无现成的电阻可利用时，也可以人为地串入一个取样电阻来进行间接测量，取样电阻的取值原则是对被测电路的影响越小越好，一般在 1 ~ 10Ω之间，很少超过 100Ω。
第 2章 电流电压与功率测量模拟直流电流表的工作原理
模拟直流电流表为磁电式仪表，磁电式仪表一般由可动线圈、游丝和永久磁铁构成。
线圈框架的转轴上固定一个读数指针，当线圈流过电流时，在磁场的作用下，可动线圈发生偏转，带动上面固定的读数指针偏转，偏转的角度与通过可动线圈的电流正比关系。
第 2章 电流电压与功率测量模拟直流电流表的工作原理
磁电式仪表结构铁 心永 久 磁 铁线 圈游 丝第 2章 电流电压与功率测量数字万用表测量直流电流的原理
取样电压信号经过预处理电路放大整理到合适的电平后送入 A/D转换器进行量化，在单片机的控制下，对数据进行处理后求得对应被测电流值，然后通过液晶或数码管将其显示出来。
预 处 理 A / D 转 换 显 示数 字 量U = I R
第 2章 电流电压与功率测量
2.2 交流电流的测量
交流电流的测量按被测量频率范围可分为低频测量和高频测量。
低频交流电流的测量原理和方法
低频测量范围通常在几千赫兹以下,其中 50Hz
（ 工频 ） 电流的测量最为常用 。 低频交流电流的测量其实质是在直流电流测量仪表中增加了一个二极管整流电路和阻容滤波电路 。 被测交流电流经过整流电路变成单向脉动直流电流,再经过滤波电路,最后形成近似直流电流,送入直流电流测量机构进行测量并显示测量结果 。
第 2章 电流电压与功率测量低频交流电流的测量原理和方法
低频交流电流的测量方法交 流 电 流直 流 电 流 表 显 示直 流 电 流整 流 和 滤 波电 路交 流 电 流 电 流 / 电 压转 换显 示直 流 电 流整 流 和 滤 波电 路直 流 电 压直 流 电 压 表
( a )
( b )
交 流 电 流直 流 电 流 表 显 示直 流 电 流整 流 和 滤 波电 路交 流 电 流 电 流 / 电 压转 换显 示直 流 电 流整 流 和 滤 波电 路直 流 电 压直 流 电 压 表
( a )
( b )
第 2章 电流电压与功率测量高频交流电流的测量原理和方法
在高频情况下，分布电感与分布电容均不可忽略，因此不可能通过类似于低频交流电流测量的方式准确地测量高频交流电流。
高频交流电流的测量可用热电式电流表来测量，热电式电流表的关键部件是热电偶。
热电偶是由两种不同热电特性的材料组合而成，当热电偶两端存在温度差时，将产生热电动势。
第 2章 电流电压与功率测量高频交流电流的测量原理和方法
热电式电流表原理高 频 交 流电 流热 电 式电 流 表热 电 偶第 2章 电流电压与功率测量
2.3 直流电压的测量
在电子电路中，电路的工作状态如谐振、平衡、
截止、饱和以及工作点的动态范围，通常都以电压形式表现出来。电子设备的控制信号、反馈信号及其他信息，主要表现为电压量。电压还可以派生出其他量，如幅频特性、调幅特性、失真度，
灵敏度等。在非电量的测量中，也多利用各类传感器件装置，将非电参数转换成电压参数。与电流测量相比，电压测量直接、方便、安全，只要电压表的输入阻抗足够大，将电压表并接到被测电路中，就可以在不影响原电路工作状态的条件下获得较为准确的测量结果。所以电压测量是电子测量中不可缺少的基本测量。
第 2章 电流电压与功率测量直流电压的测量原理与方法
直流电压是幅度不随时间变化而改变的电压信号。直流电压的测量就是将直流电测量设备并联在被测电压的两端，即可获得对应的直流电压值。
直流电压的测量实质上是在直流电流测量的基础上加上扩展电路而构成的。将直流电流表与适当的分压电阻相配合时，就构成了直流电压表。
第 2章 电流电压与功率测量直流电压的测量原理与方法
基于直流电流表的电压表电路
U
x
R
g
R
1
R
2
R
3
A
第 2章 电流电压与功率测量直流电压测量仪表
模拟式万用表
数字式万用表
电子电压表第 2章 电流电压与功率测量
2.4 交流电压的测量
交流电压的特征与基本参数
交流电压信号的特点
（ 1）波形多种多样。
（ 2）频率范围宽。
（ 3）电压幅值范围广。
第 2章 电流电压与功率测量交流电压的基本参数
一个交流电压的幅度特性可用峰值、平均值、有效值三个基本参数和与之相关的波形因数、波峰因数两个派生参数来表征。
u ( t )
U
o
0
U
m
t
U
p +
U
p -
第 2章 电流电压与功率测量交流电压的基本参数
对于理想的交流电压
PmUU?
2
pUU＝2
pUU?＝
第 2章 电流电压与功率测量交流电压的基本参数
交流电压的有效值、平均值和峰值间有一定的关系，可分别用波形因数（或称波形系数）及波峰因数（或称波峰系数）表示。
/fK U U?
p
p
UK
U?
第 2章 电流电压与功率测量
对于理想的正弦交流电压
2/ 1,1 1
2 22
P
f
P
UK U U
U
2 1,4 1
2
pp
p
P
UUK
U U
第 2章 电流电压与功率测量交流电压的基本参数
三角波有
方波有
2 / 3fK? 3pK?
1fK? 1pK?
第 2章 电流电压与功率测量交流电压的测量原理
与直流电压测量类似，将交流电压测量仪器并联于被测电路上，即可获得对应的交流电压大小。交流电压的大小，可由峰值、
平均值、有效值来表征。测量交流电压大小的方法主要是利用交流 /直流（ AC/DC）
转换电路将交流电压峰值、平均值、有效值的转换成直流电压，然后用直流电压测量方法测量其大小。
第 2章 电流电压与功率测量交流电压的测量原理
将交流电压峰值、平均值、有效值的转换成直流电压的电路分别为峰值转换器、平均值转换器和有效值转换器。配置峰值转换器、平均值转换器和有效值转换器的电压测量仪表分别称为峰值电压表、平均值电压表和有效值电压表。
第 2章 电流电压与功率测量峰值转换器
其参数选取必须满足：
m axRC T m inR C T
U
o
U
x
D
C R U
x
D
C
R U
o
U
o
U
x
D
C R U
x
D
C
R U
o
第 2章 电流电压与功率测量峰值转换器
尽管模拟电压表的转换器有不同的种类，
但一般均以正弦波有效值来定度。峰值电压表标称值（即示值） Ua与峰值转换器输出 Up间满足：
a a pU K U?
第 2章 电流电压与功率测量峰值转换器
Ka称为定度系数，由于电压表以正弦波有效值定度，所以
2
2
a
a
pp
U UK
UU
第 2章 电流电压与功率测量峰值转换器
当被测电压为非正弦波时，必须进行波形换算才能得到被测电压的有效值。波形换算的原理是：示值 Ua相等则值 Up也相等。
按照此原理，先将示值 Ua除以定度系数 Ka，
求得到被测电压峰值，再利用波峰因数 Kp
换算成被测电压的有效值 Ux。
2paUU? 12
x p a
pp
U U UKK
第 2章 电流电压与功率测量平均值转换器
平均值转换器电路
A
D
D D
D
C
u
x
u
x
A
D
R R
D
C
A
D
D D
D
C
u
x
u
x
A
D
R R
D
C
第 2章 电流电压与功率测量平均值转换器
平均值电压表与峰值电压表类似，也是以正弦波有效值来定度的。
当被测电压为非正弦波时，必须进行波形换算才能得到被测电压的有效值。
aaU K U? 1,1 1
22
a
a
U UK
UU
0,9a a
a
UUU
K
0,9x f f aU K U K U
第 2章 电流电压与功率测量有效值转换器
有效值转换器电路 D
i
+
－
u
x
E
o
I
+
－
u
x
R
I
加 热 丝热 电 偶
D
i
+
－
u
x
E
o
I
+
－
u
x
R
I
加 热 丝热 电 偶第 2章 电流电压与功率测量有效值转换器
计算式有效值转换器原理框图
u
x
u
x
2
U
o u t
乘 法 器 积 分 器 放 大 器开 方 器第 2章 电流电压与功率测量交流电压的数字化测量
交流电压的数字化测量方法是对被测交流电压信号进行高速抽样，再对抽样值进行相应的峰值、平均值和有效值的运算，获得所需的测量值。由于没有波形误差和转换误差，所以测量精度高、速度快。
第 2章 电流电压与功率测量交流电压表
检波 -放大式电压表
直接对被测电压 ux进行检波转换成直流电压，
经直流放大器放大，送入直流电流表处理并显示。
A
u
x
检 波 器 衰 减 器 直 流 放 大第 2章 电流电压与功率测量放大 -检波式电压表
被测电压 ux经宽带放大器放大再检波，转换成直流电流，送入直流电流表处理并显示。
A
u
x
检 波 器衰 减 器 宽 带 放 大 器第 2章 电流电压与功率测量外差式电压表
检波 -放大式电压表频带范围宽，但灵敏度低；放大 -检波式电压表虽然灵敏度高，但频带范围窄，外差式电压表良好地解决了上述矛盾。
A
u
x
检 波 器混 频 器 中 频 放 大 器本 机 振 荡 器输 入 电 路第 2章 电流电压与功率测量交流数字电压表
交流数字电压表按工作频率可分为低频、
高频和宽带三种类型。随着微型计算机技术与高速采样技术的发展和应用，出现了智能型的数字电压表。
第 2章 电流电压与功率测量交流数字电压表直 流 数 字 电 压 表直 流 数 字 电 压 表放 大 器 检 波 器检 波 器 直 流 放 大 器输 入 输 出输 入 输 出输 入输 入输 出输 出
( a )
( b )
( c )
( d )
高 阻 输 入 电 路宽 带 放 大 器高 速 采 样高 阻 输 入 电 路宽 带 放 大 器检 波 器 直 流 数 字 电 压 表计 算 显 示直 流 数 字 电 压 表直 流 数 字 电 压 表放 大 器 检 波 器检 波 器 直 流 放 大 器输 入 输 出输 入 输 出输 入输 入输 出输 出
( a )
( b )
( c )
( d )
高 阻 输 入 电 路宽 带 放 大 器高 速 采 样高 阻 输 入 电 路宽 带 放 大 器检 波 器 直 流 数 字 电 压 表计 算 显 示直 流 数 字 电 压 表直 流 数 字 电 压 表放 大 器 检 波 器检 波 器 直 流 放 大 器输 入 输 出输 入 输 出输 入输 入输 出输 出
( a )
( b )
( c )
( d )
高 阻 输 入 电 路宽 带 放 大 器高 速 采 样高 阻 输 入 电 路宽 带 放 大 器检 波 器 直 流 数 字 电 压 表计 算 显 示直 流 数 字 电 压 表直 流 数 字 电 压 表放 大 器 检 波 器检 波 器 直 流 放 大 器输 入 输 出输 入 输 出输 入输 入输 出输 出
( a )
( b )
( c )
( d )
高 阻 输 入 电 路宽 带 放 大 器高 速 采 样高 阻 输 入 电 路宽 带 放 大 器检 波 器 直 流 数 字 电 压 表计 算 显 示第 2章 电流电压与功率测量交流电压测量的其他应用
脉冲电压测量
噪声电压的测量第 2章 电流电压与功率测量
2.5 功率测量
直流功率测量
直流电路的功率定义为：
根据欧姆定律可推广为
P UI?
2P I R? 2U
P R?
A
R
L
V
( b )
A
R
L
V
( a )
A
R
L
V
( b )
A
R
L
V
( a )
第 2章 电流电压与功率测量交流功率测量
对交流电路来讲，有视在功率、有功功率和无功功率，人们习惯于将交流有功功率简称为功率。
对于纯电阻性的交流电路，与直流功率测量类似，
只要测出 U,I,R三个参数中的两个，就可利用公式求出其功率。但对于非纯阻性电路，即存在电抗元件（电感和电容）的电路，由于电感和电容不消耗功率，只是以电场或磁场的形式交替地存储能量，所以直流功率测量的方法不再适用。
第 2章 电流电压与功率测量交流功率测量
视在功率、有功功率和无功功率之间满足下列关系：
22S P Q c o s P
S
第 2章 电流电压与功率测量交流功率测量
功率测量、功率因数测量原理图线 路 电 压
R
L
电 流 线 圈电 压 线 圈功 率 表
R
R
R
L
电 流 线 圈电 压 线 圈活 动 线 圈线 路 电 压功 率 因 数 表第 2章 电流电压与功率测量电能量测量
电度表内部结构原理图
MM
铝 盘永 久 磁 铁
R
L
R
电 枢到 指 示 度 盘线 路 电 压第 2章 电流电压与功率测量
2.6 数字万用表
数字万用表的特点
与模拟式万用表相比较，数字万用表（ DMM）的测量功能丰富，它不仅能测量直流电流、交流电流、直流电压、交流电压和电阻等参数，还能测量信号频率、电容量、电感量、温度和晶体管的
hFE等。除了以上测量功能外，还具有准确度高、
读数保持、数字显示、自动校零、自动转换量程、
自动显示极性等优点，同时由于数字万用表采用大规模集成电路，内部有较完善的过载保护电路，
因而具有体积小、携带方便、可靠性高等优点。
第 2章 电流电压与功率测量数字万用表的主要技术指标
显示位数 显示位数是指能显示 0 ~ 9十个完整数码的位数，因此最大显示为 9999和
19999的数字万用表都是四位的。最大显示为 19999的数字万用表，由于高位只能显示
1和 0，不能算一个完整的位，故称该表是四倍半（或）位数字万用表。
第 2章 电流电压与功率测量数字万用表的主要技术指标
分辨力 分辨力是指数字万用表能够显示输入电压的最小变化值，即显示器末位跳动一个数字所需的最小电压变化值。量程不同，其分辨力也不相同，在最小量程上具有最高的分辨力。
第 2章 电流电压与功率测量数字万用表的主要技术指标
输入阻抗
测量速率
抗干扰能力第 2章 电流电压与功率测量数字万用表的组成
数字万用表组成原理输 入 电 路 A / D 转 换 计 数 器 显 示 电 路逻 辑 控 制 电 路 时 钟
A C / D C
I / V
R / V
U
x
u
x
I
x
R
x
直 流 数 字 电 压 表 （ D V M ）
第 2章 电流电压与功率测量数字万用表的技术原理
输入电路技术原理
输入电路包括阻抗变换器、放大器和量程转换器等。输入单元电路提供不同的输入端口，以满足各种测量的需要。针对输入信号幅值的不同，输入单元电路设有不同的衰减器，当测量值超出测量范围时给出溢出提示。对于元件参数的测量，如电阻、
电容的测量，输入单元电路能够提供必要的直流电压和激励信号。
第 2章 电流电压与功率测量数字万用表的技术原理
显示电路技术原理
数字万用表一般采用液晶显示屏作为显示终端。液晶屏能够方便地显示数据或黑白二值图像，也可以通过在一段时间内对应像素的高电平出现的次数多少来实现多值图像。作为一种低功耗的平板显示器件，
液晶显示屏都有相应的集成电路扫描模块，
使用极为方便、灵活。
第 2章 电流电压与功率测量数字万用表的技术原理
逻辑控制电路技术原理
逻辑控制电路普遍采用微处理器特别是单片计算机，管理测量操作过程和处理测量结果。单片计算机在数字万用表中的应用，
不但提高了仪器的智能化程度和操作的便利性，同时简化了硬件功能、降低了系统的成本。
第 2章 电流电压与功率测量数字万用表的技术原理
转换电路技术原理
数字万用表的转换电路包括两类：一类是测试转换电路，负责将被测物理量转换为仪器可以处理的直流电压；一类是模 /数转换电路，负责将模拟状态的直流电压转换为数字量。
第 2章 电流电压与功率测量测试转换电路
AC/DC变换器
u
x
u
o
+
－
D
1
D
2
R
1
R
2
A
( a )
A C
u
x
有 源低 通 滤 波线 性 检 波源,射 极跟 随 器
D C
xU
( b )
u
x
u
o
+
－
D
1
D
2
R
1
R
2
A
( a )
A C
u
x
有 源低 通 滤 波线 性 检 波源,射 极跟 随 器
D C
xU
( b )
第 2章 电流电压与功率测量测试转换电路
I/V变换器
A
+
－
A
+
－
R
1
R
2
R
s
R
s
R
I
x
I
x
U
o
U
o
( a ) ( b )
A
+
－
A
+
－
R
1
R
2
R
s
R
s
R
I
x
I
x
U
o
U
o
( a ) ( b )
第 2章 电流电压与功率测量测试转换电路
Ω/V变换器
A
+
－
U
o
R
s
R
x
+
－
U
s
第 2章 电流电压与功率测量模 /数转换电路
双斜积分式 A/D转换器
双斜积分式 A/D转换器在一个测量周期内用同一个积分器进行两次积分，积分对象分别是被测电压 Ux和基准电压 Ur，先对 Ux定时积分，再对 Ur定值积分。通过两次积分的比较，将 Ux变换成与之成正比的时间间隔。故这种 A/D转换属 U-T转换。
第 2章 电流电压与功率测量双斜积分式 A/D转换器
双斜积分式 A/D转换器原理框图第 2章 电流电压与功率测量逐次逼近比较式 A/D转换器
逐次比较式 A/D转换器由比较器、控制器、逐次逼近寄存器 SAR、缓冲寄存器、译码器和数 /模
（ D/A） 转换器等组成。
逐次逼近比较式 A/D转换器的工作原理非常类似于天平称质量过程。天平在称物质的质量时使用一系列的砝码，根据称量过程中天平的平衡情况，
逐次增加或减少砝码，使天平最终趋于平衡。逐次逼近比较式 A/D转换器，在转换过程中用被测电压去与基准电压按指令进行比较，依次按二进制递减规律减小，从数字码的最高位开始，逐次比较到最低位，使 Uo逐次逼近 Ux。
第 2章 电流电压与功率测量逐次逼近比较式 A/D转换器
逐次逼近比较式 A/D转换器原理框图
D / A 转 换 器
（ 8 位 ）
逐 次 逼 近寄 存 器 S A R
时 钟 脉 冲发 生 器基 准电 压 源控 制 电 路缓 冲寄 存 器译 码 显 示电 源
＋
－
比 较 器转 换 结 束启 动
C L K
Q
c
U
x
U
s
U
o
反 馈 电 压模 拟 量 输 入
