检测与转换第03章电量和电路参数的测量

《检测与转换第03章电量和电路参数的测量》由会员分享，可在线阅读，更多相关《检测与转换第03章电量和电路参数的测量（129页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、第三章 电量和电路参数的测量 第一节 直读测量 第二节 电位差计 第三节 电桥 第四节 数字式测量仪表 第五节 磁通与磁场强度的测试 第一节 直读测量 一、电流、电压的直读测量 （一）测量电流的方法误差 用电流表直接测量某支路中的电流的接线方法，图中电源电压为 U， 支路中的总电阻为 R。 当电流表未接入时，支路中电流的实际值为： 现接入内阻为 RA的电流表，电流值变为： 由于电流表接入而产生的方法误差，用相对误差表示为： 上式表明，如果电流表的内阻 RA越小于支路总电阻 R，则方法误 差愈小。式中的负号表示接入电流表以后，被测电流变小了。 (二 )测量电压的方法误差 当电压表未接入时，电阻

2、R上的实际电压值为： 现接入内阻为 RV的电压表，电压值变为： 由于电压表接入引起的方法误差为： 二、功率的直读测量 直流电路中负载吸收的电功率为： 因此，可以用间接测量法测出 P，即分别测出 U和 I，然后算出 P，但这种方法往往会引入较大的方法误差，不如用功率表直接测 量准确。 （一）三相电路有功功率的测量 在交流电路中，负载吸收的有功功率为： 三相电路有功功率直接测量法可有一功率表法、二功率表法和三功率 表法。 1三功率表法 式中， PA、 PB、 PC分别为 A、 B、 C项负载所吸收的有功功率。 用三功率表法测量三相负载有功功率的接线方法。 b图和 c图中只画 出功率表在一相中的接法

3、，其余两相类似。 2、一功率表法 如果三相电路对称，则各相负载吸收的有功功率必然相等。因此，只 要用功率表测出任一相负载的有功功率 ，然后乘以 3就得出三相负载的 总有功功率。这种方法在同时能测量出相电流和相电压时才适用。 3二功率表法 二功率表法是测量三相三线制电路总有功功率的最方便的方法。 按功率表的原理， PW1和 PW2的读数应分别是： 式中， 为 AC与 A的相位差； 2为 BC与 B的相位差。 显然， P1和 P2都不代表哪一相负载所消耗的有功功率，但可以证明， P1与 P2之和却代表了三相负载消耗的总有功功率 P，即有： 现证明如下： 设负载为星形接法 (若为三角形接法，也可化为

4、星形接法 )，则三 相瞬时功率为： 根据基尔霍夫电流定律，可写成： 上式两边在一个周期中求平均值，得到三相平均功率为： 例：某台电动机功率为 2 5kW，功率因数 c o s 0.886，线 电压为 380V。 解： 由于电动机为对称的三相负载，所以线电流为： 负载阻抗角 arccos0.866 30 。 于是 PW1和 PW2的读数分别为： 因此，电动机消耗的总功率应为： 与给定的 2 5kW基本相符，误差是由计算引起的。 一功率表法适用于对称的三相四线制电路；二功率表法适用于对称或 不对称三相三线制，也可用于对称三相四线制电路；三功率表法适用于 不对称的三相四线制电路。 （二）对称三相电路

5、无功功率测量 1一功率表法 PW的读数为： 从相量关系可知： 由于三相对称，各线电压相等，用 表示；各线电流相等， 用 表示。则： 由电学基础知识可知，对称三相电路的无功功率为： 2二功率表法 当电路对称时功率表读数分别为： 两式之差，可写成： 应注意的是：如果负载为感性，无功功率为正值；如果负载为容 性，则为负值。因此，在接线时一定要注意相序，否则会将无功功率 的正、负号搞错。 三、测量用互感器 在交流测量中，都是利用测量（仪用）互感器来扩大仪表的量程。 互感器是利用铁心变压器能够变压和变流的特性，把高电压变成低电 压，大电流变成小电流，因而可用普通低、中量程的仪表进行测量， 其明显的优点是

6、：受频率的影响小；损耗小；可以实现多功能测量； 测量仪表可以标准化；安全可靠。 （一）测量用互感器的结构和工作原理 按照变压器的原理，当变压器为理想情况时，一、二次电压（ l、 2）、电流（ l、 2）间的关系为： 式中， l、 2为一次绕组、二次绕组的匝数。 电压互感器一般为降压变压器。 即： KHU注明在铭牌上。 KHU一般为 500V 100V， 750V 100V 。 电流互感器一般为“降流”变压器。 即： KHI注明在铭牌上。例如， KHI为 75A 5A， 25A 5A 。 （二）测量用互感器的误差和准确度等级 1误差 实际互感器不是理想的，因而互感器的额定电压（电流）比与实 际值

7、之间存在一定误差，这种误差叫做电压（电流）比误差，如用相 对误差表示，则称为比值差或比差。 设某电压互感器在一定工作条件下，二次电压实际值为 2，一次 电压的实际值为 1，而按额定电压比计算出的一次电压为： 则该电压互感器的比差为： 式中， Ku 1 2为在一定工作条件下，电压互感器的实际电 压比。 2角误差 由于互感器一次、二次阻抗以及负载的影响，使电压互感器一次、 二次电压之间的相位及电流互感器一次、二次电流间的相位不可能完 全相同或相反，而是差了一个 角，这个 角称为互感器的角误差或相 角差。 3互感器的准确度等级 互感器的准确度等级用互感器所容许的比差表示。例如， .2级 互感器是指在

8、规定的工作条件下，它的比差不超过 0.2。 四、直流电路参数的直读测量 （一）用欧姆表、兆欧表测直流电阻 欧姆表、兆欧表测量电阻范围： 欧姆表能测量中值电阻 1至 0.1M；兆欧能测量高电阻 0.1M以上。 问题：准确度低，故测量误差大；测电阻时必须断电，且与电路断开； 测量时要向被测对象输出一定的电流和电压，因此要注意不使被测元件受到 损坏；欧姆表和兆欧表不能测非线性电阻。 （二） 用伏安法测量电阻 用伏安法测量直流电阻为间接法。 电压表有两种接法：电压表前接法和电压表后接法。 （三）用替代法测量直流电阻 特代法属于比较测量法。 五、交流电路参数的直读测量 (一 ) 交流阻抗的测量 1三表法

9、 如果忽略仪表本身的损耗，即认为电压表读数 U、电流表读数 I、 功率表读数 P，这时可写成： 如果被测对象是电感线圈，则可以根据电源频率 进一步算出电 感 L为： 电感线圈的品质因数为： 如果被测对象是有损耗的电容器，则上面所测得的 R就是电容器 串联等效电路中的 RS。其串联等效电容 CS和电容器的损耗因数 D分别 为： 2三电压表法 所谓三电压表法，就是用一个已知电阻元件 R0与被测阻抗 Z串联后 接到正弦电源上，用三只电压表分别测出电源电压 U、电阻元件 R0上的 电压 U1和被测阻抗 Z上的电压 U2。然后根据相量关系计算出被测阻抗 Z。 略去电压表内部损耗，设 Z为感性，由余弦定理

10、可知： 所以： 因为： 则： 设 Z R十 j X，则 R、 X可直接由 Z和 计算出。 (二 ) 三电流表法 三电压法和三电流法测量误差较大，只能作近似测量。为了减 少测量误差，在选择 R0和电源电压时，应尽量使三个电压值或三个 电流值接近。 第二节 电位差计 电位差计是利用比较测量法采用补偿原理直接测量电势或电压的 仪器，它包括直流电位差计和交流电位差计两种。 一、直流电位差计的基本原理及其构成 (一 ) 直流电位差计的工作原理 直流电位差计是用比较测量电势或电压的一种仪器。比较的方 法是采用补偿法。 目前经常采用的一种电位差计的电路，它包括三个回路： （ 1）工作电流回路 （ 2）标准回

11、路 （ 3）测量回路 首先是调定工作电流。将 S合在 n边，调节电位器 RP1（ R n不动）， 使检流计读数为零。此时说明标准电阻 R n上的电压降与标准电池的电势 E n相互补偿，即有： 式中，为工作电流。由于 En和 R n是确定的，故可以很准确地确 定。 在确定后，就不允许再改变电器 RP1，这时，将 S合向 x边，然后 移动测量电位器 R Ps的滑动触点至 R h处，再一次使检流计指针指零， 于是有： （二）直流电位差计的温度补偿 在电位差计允许的温度范围内，其电势可能是 1.01801.0189V 之间的某一值，即有 0.9mV的误差，这就会带来温度误差，但只要在 任何温度下能保持

12、 E n R n为定值就能消除温度误差。 （三）直流电位计测量线路 首先应保证电阻有一定的准确度。为了提高准确度，测量电阻应 具有一定的调节细度。这就需要采用特殊的线路结构来满足：保证一 定的准确度，并且有一定的读数位数；有较宽的测量范围和调节细度； 有较高的电压灵敏度，且稳定。 1电位器式 串联代换式 以上分析的两种测量补偿电路有一个共同的特点，就是在测量过程 中补偿回路的电阻改变，因此使指零仪的工作状态和仪器的灵敏度发生 变化，电刷对测量结果有影响。 二、直流电位差计的使用 (一 ) 根据被测对象选择电位差计 1阻值 如果被测电势的内阻比较低，宜采用低阻电位差计；如果被测电势 内阻较高，宜

13、采用高阻电位差计。 2 准确度 应根据要求的测量准确度选择电位差计的准确度等级 。 电位差计允许基本误差的表达式为： 3 电势 根据被测电势或电压的大小选用电位差计 ， 其选用原则是能用 上电位差计的第一读数盘 ， 电位差计的上量限最好接近被测电势或 电压的大小 。 （二） 选择合适的检流计 1检流计的灵敏度 一般测量要求 CU 可根据电位差计在某一范围允许的误差确定检流计的电压常数。 2 阻尼状态的选择 3 要满足正常的工作条件 4 工作电源的选择 5 细心联接电位差计线路 6 正确地测量 7 电位差计的操作步骤 电位差计属于精密计量仪器 ， 其保存条件如温度 、 湿度 、 阳光 、 有害气

14、体等 ， 要严格遵守要求 ， 搬运时要轻拿轻放 ， 不要振动 ， 使 用完毕要拆除所有电源 。 对电位差计要定期擦洗 、 检定 ， 使用条件 急骤变化后 ， 再静放若干小时后方能再用 。 三、交流电位差计的工作原理 交流电位差计的工作原理与直流电位差计大至相同，也是采用 补偿原理，由工作电流在工作回路电阻的一段上产生的已知电压与 被测电动势相平衡。 但交流电压相等必须满足三个条件：频率、幅值、相角皆相等。 （一）直角坐标式交流电位差计 设被测电压和补偿电压用直角坐标式来表示： 若两电压相等，则实部和虚部分别相等，即： 1互感器移相型 在互感器的二次绕组产生互感电势： 要想使测量准确度高，必须保

15、持 2 为常数，在互感器二次侧 回路中。 式中， R为互感器二次侧总电阻之和。 2阻容移相型 （二） 极坐标式交流电位差计 如果用指数形式表示被测电压 1和补偿电压 2，则： 补偿条件为： 根据这个原理构成的交流电位差计，叫做极坐标式交流电位差计。 四、交流电位差计的特点和用途 （一） 交流电位差计的特点 （ 1）能交直流两用。若以直流标定，并且以直流供电，则交流电 位差计就可以用来测量直流电压。 （ 2）若没有使用外附分压箱或分流器，在平衡时，具有非常高的 阻抗。 （ 3）准确度不高，很少超过 0.2，主要是受标定的交流电流表 和移相器准确度所限。 （ 4）对外部影响很敏感，如电磁干扰，因此

16、必须采取屏蔽措施。 （ 5）电源波形必须是纯正弦波，具有恒定的已知频率。 （ 6）运用频率范围为 2010000Hz。 （二） 交流电位差计的应用 1测量电压 2测量电流 3测量功率 4测量阻抗 测量阻抗需要测量电压、电流和相位，如果用直角坐标式交流电 位差计测出的阻抗 Z两端的电压为 U x j U y和通过它的电流 I x j I y， 则： 第三节 电桥 电桥是一种比较仪器，可以直接测量电阻、电容、电感、互感、 频率、电容的损耗因数、电感线圈的品质因数、磁性材料的损耗等。 根据电源的性质电桥分为直流电桥和交流电桥两类。接线路的类 型直流电桥又分为单电桥、双电桥和单双电桥三种。交流电桥分阻

17、抗 比电桥和变压器电桥两种。 一、直流单电桥 （一） 电桥的平衡条件及其性质 U b d 0，即 b和 d两点电位相等，于是可写成： 上两式相等，则： 得 平衡电桥的性质：电桥平衡条件仅仅是由桥臂各参数之间的关系 确定的，而与电源电压及指零器内阻无关。 （二） 电桥的灵敏度 平衡电桥中电阻 R1变化 R1，那么它引起 b、 d之间输出电压的大 小为： 因为： 所以： 分子、分母同除以 R1 R3得： 令： 则： 若 R1 、 R2 、 R3 、 R4 各臂的相对灵敏度分别为 S1 、 S2 、 S3 、 S4， 则： 同理： 这说明了平衡电桥各臂相对灵敏度相等。 （三）电桥测量电阻原理 则根据

18、平衡条件，得： R2 R3可用比例系数 k来表示，即： 上述测量方法是在电桥平衡条件下进行的，把这种情况下使用的电 桥，叫做平衡电桥。 （四）实际的单电桥测量电路 此电桥的比率臂，通过转换开关实现不同的比率 k值，从 10-3 103 共七档。 此电桥的电阻测量范围为 1 106，准确度为 0.2级，但只在 100 9999的基本量限内误差才不超过 0.2。 二、直流双电桥 为了消除寄生电阻对测量结果的影响，人们设计了双臂电桥。 在单桥线路中引用两个电阻分压器 2 和 3 ，这样就构成了双电桥线 路。 三、交流电桥 交流电桥虽然在形式上与直流电桥很相似，但由于采用的是交流 电源，所以各个桥臂有

19、可能全部表现为阻抗性质。电路图中 Z1 、 Z2 、 Z3 、 Z4分别为四臂阻抗， D为交流指零仪。 交流电桥的平衡条件，其特点为： （ 1）交流电桥的平衡条件必须满足两个条件，一是相对臂阻抗幅 值积相等，二是两相对桥臂阻抗幅角和相等。 （ 2）由于交流电桥平衡必须同时满足两个条件，所以至少有两个 可调元件。 （ 3）既要合理配臵四个臂的阻抗性质，也要合理选择两个独立可 调的参数才能使电桥平衡，并达到分别读数的目的。 四、变压器电桥 变压器电桥就是用变压器作为比例臂而组成的电桥。 （一） 变压器电桥的特点 （ 1）变压器电桥的电压比基本上是实数，精度高，在电压比为 1： 1时，精度不低于 1

20、0-6，且温度和时间稳定性高。 （ 2）变压器电桥灵敏度比一般电桥高，且在很宽的测量范围内， 能得到恒定。 （ 3）变压器电桥的电压比与一标准量具相结合就能相应地等效为 一个可调导纳。 （ 4）变压器电桥的工作频率很宽，可从几十赫到 100MHz。 (5)变压器电桥调节速度较快，便于实现自动化和数字化。 (6)变压器电桥可进行三端或四端阻抗的测量。 （二）变压器电桥的分类、工作原理和调节方式 变压器电桥基本上可分为三种类型：单边电压变压器电桥；单边 电流变压器电桥和双边变压器电桥。 1单边电压变压器电桥 2单边电流变压器电桥 3双边变压器电桥 上述三种类型的电桥电路，是目前发展各种变压器电桥的

21、基础。其 中单边电压变压器的灵敏度比单边电流变压器的要高些。 4变压器电桥的调节方式 (1)调节电压比。 (2)调节标准阻抗。 (3)阻抗与电压比都可调，而且将可调阻抗改为很多个单一的标 准 电容。 （三）用变压器电桥测量三端阻抗 在精密测量时，常会遇到三端阻抗。 因此，为了精确地测量，必须消除对地电容对测量的影响。 变压器电桥侧量三端阻抗的原理线路。 利用变压器电桥可以精确测量三端阻抗。这是变压器电桥的又一 特点。利用这个特点，可以在变压器电桥上很容易用较小的标准电阻 得到较大的标准电阻，以及用标准电容得到标准电感。 1利用小电阻获得大电阻 以三端网络的 Y 转换为基础的。 2利用电容得到电

22、感 利用电容获取电感电路 第四节 数字式测量仪表 一、数字式仪表概述 （一） 数字仪表的发展 60年代以来，在半导体器件和计算机技术发展的基础上，结合 电测技术创造出了完全新的数字式仪表。 70年代以来，把微型计算 机的功能引入数字仪表，产生了新型智能化仪表。 （二）数字式仪表的特点 1准确度高 2灵敏度高 3测量速度快 4读数准确 5测量过程自动化 6可联机工作 7可在恶劣条件下工作 二、电子计数器的基本原理 电子计数器是一种能在一定时间内对数字量进行计数，并将结果 用数字量显示出来的仪器。通过不同的内部联线，可以测量信号的频 率、周期、时间间隔等。 （一）基本工作原理 (二 ) 基本组成框

23、图 电子计数器的基本组成方框图，除主门、计数电路和数字显示器外， 还包括两个放大、整形电路和一个门控双稳态触发器。 电子计数器基本组成方框图 （三） 基本工作逻辑 电子计数器的工作是在控制电路的统一指挥下，按照 “ 测量一显 示一复零 ” 的程序自动地进行的。 三、电子计数器的几种测试功能 （一） 频率测量 1测量原理 2电子计数器的计数误差 3测量频率时的误差 （二） 周期测量 1测量原理 用电子计数器测量周期时，因周期是频率的倒数，故接法相反。即 用被测信号作为门控信号去控制主门的开闭，把时间基准信号加到主控 门的另一输入端，作为计数的脉冲。 2测量周期的误差 （三）时间间隔的测量 时间间

24、隔的测量原理。把 B、 C信号分别从 B、 C电路输入，作为门控双 稳触发电路的触发信号，用 B信号打开主门，用 C信号去关闭，在主门开启 时，将周期为 To，的时标信号送入计数器。若读数为 N，则表示主门打开时 间为 NTO，它就是 B、 C两信号的时间间隔。 事实上，只要测得同频率信号的时间间隔，同时测出信号的周期 T， 也就测得了两信号的相位差，即 2NT。 T=3600T。 N T。 四、单片三位半双积分式 A D转换器 下面介绍目前应用最广的 7106型 A D转换器。 7106是把模拟电路与逻辑电路集成在一块芯片上，属于大规模 CMOS 集成电路，主要有以下特点： （ 1）采用单电

25、源供电，可使用 9V迭层电池，有助于实现仪表小型化。 电压范围较宽，规定为 715V。 （ 2）内部有异或门输出电路，能直接驱动 LCD显示器。 （ 3）低功耗。本身消耗电流仅 1.8mA，功耗约 16mW。 （ 4）输入阻抗极高，典型值为 1010，对输入信号无衰减作用。 （ 5）整机组装方便，无须外加有源器件，配上五个电阻、五个电容 和 LCD显示器就能构成一块直流数字电压表。如再加上转换开关及其它辅 助电路，便可组成数字万用表。 （ 6）内部有时钟电路。根据需要，可采用阻容振荡器，或采用频率 稳定性很高的石英晶体振荡器，亦可外接时钟信号。 （ 7）能通过内部的模拟开关实现自动调零和自动显

26、示极性的功能。 （ 8）在芯片内部 V+与 COM端之间，有一个稳定性很高的 2.8V（典 型值）基准电压源。通过电阻分压器可获得所需要的基准电压 VREF，以 保证 A D转换的准确度。转换准确度为 0.05% 1个字。 （ 9）可以很方便地进行功能检查。 （ 10）噪声低，失调温漂和增益温漂均很小。具有良好的可靠性， 使用寿命长。 五、典型三位半数字电压表原理 用 7106构成数字电压表的典型线路，该表的量限 VM=200mV，也 叫基准档或基本表。下面逐一介绍元件的作用。 R1、 C1为时钟振荡器的 RC网络。 R2、 R3是基准电压的分压电路， R2是可调电阻， R3是固定电阻。 调整

27、 R2使基准电压 VREF=100.0mV。 R2一般采用精密多圈（十圈）电 位器。 R4、 C3为输入端阻容滤波电路，以提高仪表的抗干扰能力，并 增强仪表的过载能力。因 7106输入阻抗很高，输入电流极小，故可 取 R4=1M， C3 0.01F。 C2、 C4分别是基准电容和自动调零电容。 R5、 C5分别是积分电阻和积分电容。 7106的模拟公共端与面板上表笔插孔 COM连通， V+与 COM之间有 2.8V（典型值）的稳压输出。 数字电压表的原理框图。 （一）双积分式 A D转换器 这种转换器的转换准确度高，抗串模干扰能力强，线路简单，成本低， 适宜作低速 A D转换，主要由积分器、缓

28、冲放大器和比较器组成。 A D转换器的每个测量周期分自动调零、信号积分和反向积分三个阶段。 第一阶段，自动凋零 AZ： 这时所有模拟开关的控制信号皆为高电平，使积分开关 SINT、自 动调零开关 SAZ、基准电压开关 SR+与 SR-均导通。一方面使输入信号对 模拟地短路；另一方面闭合反馈回路使积分器、比较器和缓冲放大器 的输出均为零；与此同时，基准电压 VREF向基准电容 CREF充电， CREF 的电压被充到 VREF 。 第二阶段，信号积分（也称采样或正向积分） INT； 受逻辑电路控制，对信号积分时， SAZ断开，输入端不再短路， 积分器和比较器亦工作，被测电压 VIN送至积分器。在时

29、间 T1内， A D转 换器以 VIN/（ RINT CINT）的斜率对 VIN进行正向积分。积分结果为： 式中， K为缓冲放大器的电压放大系数。 第三阶段，反向积分（触积分） DE： 在此阶段内，先对 VIN作极性判断，再用 CREF上已充好的电压 VREF （此电压极性与 VIN的极性相反），以 VREF（ RINT CINT）的斜率进行反 向积分。经过时间 T2，积分器的输出又回到零电平。其关系式为： 每个测量周期划分三个阶段。 自动凋零时间： 3000TCP一 1000TCP=2000TCP 信号积分时间 T1： 4000TCP 3000TCP 1000TCP 反向积分时间 T2： 2

30、000TCP 0 2000TCP 工作波形图。 (二 )逻辑电路 7106逻辑电路 逻辑电路包括八个单元： 1时钟脉冲发生器（时钟振荡器） 时钟脉冲发生器由 7106内部的两个反相器（非门） F1、 F2，以 及外部元件 R、 C组成的。它属于两级反相的阻容振荡器，输出波形 占空比为 50的方波。 设荡振周期为 T，振荡频率为 0，它们的估算公式分别为： 式中， =RC表示时间常数，单位是 s。 2分频器 分频器电路由一级四分频、一级二分频和两级十分频组成。十分 频电器与二十进制计数器是相同的，二分频器相当于一个触发器， 四分频电路相当于两级触发器。 3二十进制计数器 用四位二进制数表示十进制

31、数 N时，通常采用 “ 8 4、 2、 1” BCD码， 其数学表达式为： N 23X3+22X2+21X1+20X0=8X3+4X2+2X1+ X0 二十进制同步集成电路计数器由四级 T型触发器和门电路构成。 4泽码器 译码器的功能是将 BCD码泽成代表显示器笔划的码。译码器是由门电 路组合而成的，它的四个输入端、分别接计数器的四个输出 端 Q1、 Q2、 Q3、 Q4。泽码输出端 a g的状态，则是对输入变量（或） 进行各种组合的结果。译码器的输出信号可驱动 LCD显示器，以显示出相 应的数码。 5异或门相位驱动器 驱动电路采用异或门。异或门的特点是：当两个输入端 A、 B的状 态相异时，

32、输出端 J为高电平；反之为低电平。其逻辑表达式为： 异或门交流驱动波形。当异或门 A端为 “ o” 时，异或门输出端 J 与 BP端的相位一致，笔划电极和公共电极的相位也相同，笔划上的电 位差为 o，使笔划消隐。当 A端为 “ 1” 时， J端与 BP端相位相反，即 笔划电极与公共电极的相位相反，二者叠加后有电位差，使该笔划显 示。 七段 CD驱动电路。图中加在 a、 b、 c笔划上的方波信号与公共电极 方波的相位相反，存在电位差，使这三段笔划发光，而 d、 e、 f、 g上笔划 信号和公共电极方波属于同相位，都不发光，故显示数字 “ 7” 。 6控制器 控制器的主要作用有三：一是识别积分器的

33、工作状态，适时地发出 控制信号，使各模拟开关接通或断开，使 A D转换器循环进行；二是识 别输入电压的极性，同时控制 LCD显示器的负号显示；三是当输入电压 超过量限时发出溢出信号，使千位数显示 “ 1” ，其余数码全部熄灭。 7锁存器 锁存器也叫寄存器，把它的输入端与计数器的输出端接通后，可以 存放 A D转换结果。锁存器内的数码需经译码后才能驱动 LCD。 8 LCD显示器 液晶显示器（ LCD）是 60年代末研制出的显示器件，目前已被广泛 应用于数字万用表，电子表和计算器中。液晶显示器也称液晶屏，它具 有下列特点： （ 1）属于无源显示器件，它本身不发光，只能反射（或透射） 外界光线。环

34、境亮点越高，显示越清晰。 （ 2）驱动电压低（ 310V），驱动电流小（几微安），功耗只 有几个至几十个微瓦，可直接用 CMOS集成电路驱动。 （ 3）不能采用直流电压驱动，必须用交流（方波）电压驱动。 液晶显示器的频率特性较差，大约是几十至几百赫兹。驱动用的方波 频率一般选 50100Hz。 六、虚拟仪器筒介 (一 )概述 虚拟仪器是指以个人计算机为核心，以足够的测量仪器硬件所 支持，可以很方便地通过更换测量应用软件来改变其用途的测量信 息处理系统。 （二） 32通道波形记录仪 波形记录仪是一种常用的科学仪器。它既可以捕捉被测对象输出 的瞬态波形，也可以长期记录被测对象的整个变化过程，因此用

35、途非 常广泛。 32通道波形记录仪是一种基于个人计算机（ PC） ISA总线的虚拟 仪器，它将波形记录仪所需的各种硬件，如程控前臵放大器、 A D转 换器等，设计成符合 PC总线的卡式结构，可以插入 PC机总线槽内， 作为 PC机的外设进行管理。 该波形记录仪充分利用了 PC机的强大资源优势，如利用 PC机的 巨大内存作为波形数据的海量存贮器，利用 CRT作为显示设备，并 配备了丰富的软件供用户使用。 第五节 磁通与磁场强度的测试 一、感应法磁通测试 （一）冲击检流计法 1测量原理 在被测磁场中，放入匝数为 NB、面积为 S的测量线圈，并使测量 线圈的平面与被测磁场方向垂直，再将测量线圈的两端

36、与冲击检流计 P相联构成回路，图中 R为整个回路的电阻， L为整个回路的电感。 如果将测量线圈迅速从被测磁场中移动到磁场为零的地方，或 将测量线圈迅速反转 1800，必然引起测量线圈中的磁通发生变化， 因此在线圈两端产生感应电动势 e，从而在回路中形成电流 i。根据 基尔霍夫定律，有： 设测量线圈中的磁通为 ，且 和 的参考方向满足右螺旋关 系，则由电磁感应定律知： 将上式两边在 o 时间内（ t 0为电流开始时刻， t=为电流结 束时刻）积分，得： 式中 为在、 时刻穿过测量线圈的磁通。 当测量线圈中磁通变化很快时，电流 i的持续时间很短，这时为 一脉冲电量。 式中， C = RC q为冲击

37、检流计的磁通冲击常数； 为测量线 圈中磁链的变化量。 C 的测定方法 测 C 的步骤如下：闭合 、 ，调节 R使通过标准互感器一次 侧线圈的电流为，则二次侧线圈中的互感磁链为： 式中，为标准互感器互感。 如果换向开关由一边迅速倒向另一边，则由于电流反向，二 次侧线圈中磁链的变化量为： 若此磁链的变化量使冲击检流计产生第一次最大偏转为 a m，则 由式知： a m a m 冲击检流计法应注意的问题 （） 与检流计回路总电阻有关，所以测 和测 应保持检流 计回路总电阻不变，因此在测 时也应接入同样调定电阻 和 。 （） 测量线圈面积足够小时，可以根据测得的磁通值换算出测 量线圈所在位臵的磁感应强度

38、和磁场强度，即 ； 。 （） 测量时测量线圈的平面必须垂直于被测磁场，否则不能按上 式求得和。 但 也不能太小，否则由于 太小而影响测量灵敏度和准确度。 （） 磁通的改变要足够迅速，以满足冲击电流结束时，冲击检流 计才开始运动的要求。否则将造成较大的测量误差。 （二）磁通表法 磁通表（又称韦伯表）是用来对恒定磁通进行直读测量的仪表， 它也是利用电磁感应原理进行测量的。 1磁通表结构 磁通表的工作原理 用磁通表测量磁通的工作原理。将磁通表测量机构中动圈 N d与测 量线圈 N 相串联，这时须将开关 s合到 “ 测量 ” 一边。 磁通表测量磁通的工作原理图 （三）转动线圈法 如果测量线圈的轴线 O

39、O与被测磁场的磁感应强度 B互相垂直，线圈平面 的法线 n与 B之间的夹角为 。此时，测量线圈中的磁通为 =BS C O S ， 式 中 S为测量线圈的面积。 （四）数字磁通表法 数字磁通表由模 数（ A D）转换器和计数器构成。 利用数字磁通表测量磁通具有直观、精确度高、测量速度快、适 于自动测量等优点，是磁通测量技术的最新发展。 （五）霍尔效应法 1测量原理 霍尔效应是物质在磁场中的一种特性，如果把一块半导体薄片垂直 放在磁感应强度为的磁场中，并沿着垂直于磁场方向通入电流 ,由于 薄片中的电荷在磁场中运动时必然要受到磁场的洛仑兹力 FL的作用，因 而使正、负电荷偏向另外两侧，此两侧面上聚集

40、了异性电荷，因而产生 了电势差 UH。这种现象称为霍尔效应， UH称为霍尔电势，此薄片称为霍 尔元件。 2霍尔效应测场仪 霍尔效应测场仪又称高斯计，一般由霍尔元件、补偿网络、控制电 路、放大电路及指示器组成。国产 T一 3型高斯计的电气原理方框图。 3高斯计的主要技术特性 高斯计的主要误差来源和消除方法如下： (1)温度误差。霍尔元件的霍尔常数 H及电阻率随温度变化而变化，因 而引起温度误差。消除温度误差的方法是在霍尔元件上设臵恒温环节。 (2)不等位电势误差。可以通过仪器的调零消除此项误差。 (3)温差热电势误差。由于霍尔元件中各电极与霍尔元件材料接触 处的温差热电势也将引起误差，但是和 I

41、中有一个是交变的，则此项 误差便可以得到足够的抑制。 (4)电阻率变化误差。当磁场变化时，霍尔元件材料电阻率随之变 化而引起误差。减小此误差的方法是选用内阻抗高的测量仪表或提高放 大器的输入阻抗。 二、磁性材料静态特性的测试 磁性材料在直流磁场磁化下的磁特性，叫做静态特性。具体地说， 静态特性是指基本磁化曲线、磁滞回线及其有关的各种磁参数，如剩磁， 矫顽力，起始磁导率和最大磁导率等。 冲击法是测试磁性材料静态特性的基本方法，它是由三个部分组 成的。 用冲击法 测量表态磁特 性的原理线路 图 (1)磁化线路。包括磁化线圈 N、电位器 、 R 2和开关 S 1、 S 2、 S 3 以及电源。 (2

42、)测量回路。包括测量线圈 N B、 冲击检流计 P、限流电位器 R 3和保 护开关 S 4等。 (3)测量磁通常数回路。包括标准互感器 T、开关 S 1、冲击检流计 P及 其电流回路部分。 选择线路灵敏度 由于冲击检流计磁通常数与检流计回路电阻有关，因此在磁通常数 确定之后应使它在测量过程中保持不变。所以，应首先固定检流计的灵 敏度，其方法是调节 ，使磁化线圈通过最大磁化电流时，检流计的 第一次最大偏转在标度尺范围内并靠近其终端。 2磁通常数的确定 为了确定磁通常数 ，将短路开关 S 4打开，改变电位器 R 1、 R 2， 调节流过标准互感器的电流为某一数值，利用开关 S 2将电流方向急剧 改

43、变，同时读取检流计的第一次最大偏转 a m。由式知： 3样品（ Y）的去磁 将开关合向样品侧，倒向右侧，调节电位器 和 ， 使试样上磁化绕组中的电流与匝数乘积大于或等于试样矫顽力 10倍左 右，然后反复改变电流方向，并使电流逐渐减小到零。 4基本磁化曲线的测试 基本磁化曲线是磁滞回线顶点的轨迹。为了获得磁滞回线，必须 反复多次切换磁化线圈中电流的方向。确定基本磁化曲线的各点应从 比较小的磁场强度开始。 增加磁化电流，建立磁场强度 H 2，进行磁锻炼，重复上述步骤， 测出 B 2、 H 2，如此下去，直到饱和为止。然后根据所测得的数据 （ Bi、 Hi）以 H为横坐标、 B为纵坐标描出相应的点，

44、将这些点连成 平滑曲线，就得到所求的基本磁化曲线。 5磁滞回线的测试 测量磁滞回线时，在建立磁场进行磁锻炼之后，应使磁化电流按一 定规律变化，在电流每变化一次时，测出磁场强度及磁感应强度的变化 量。这样就可以作出许多点，将这些点连接起来，就是所要测出的融滞 回线。但考虑到此法误差较大，因此可选择曲线上点 AM、 Br、 AM作 为参考点，然后再进行测量。 磁滞回线 6用冲击法测试矫顽力 用冲击法测量矫顽力的测量装臵。由螺线管 1中，往复移动的测量 线圈 2及冲击检流计 P三者组成。 已磁化到饱和的样品 3被臵于螺线管 1中心的轴线上 ， 并使包围样 品的测量线圈位于样品的中性线上 。 螺线管绕

45、组中流过的电流方向应 保证螺管磁场使样品去磁 。 逐渐增大螺线管中的电流 （ 这时要周期性 地将测量线圈由位臵 a移到 b位臵 ， 并测出与测量线圈交链的磁通 ） 到 某一值 ， 在此值下 ， 当测量线圈由位臵 a移到位臵 b时检流计不偏转 。 这种情况相当于测量线圈中磁通变化为零： = （ b a） 。 三、磁性材料动态特性的测试 （一）安培表与伏特表法（伏安法） 这是在交流磁场中测试磁性材料的最简方法。利用此线路可以测试 动态磁化曲线 磁感应强度振幅与磁场强度振幅之间的关系曲线。 用伏安表法测试动态特性的线路 （二）示波器法 测试磁性材料的示波器法既清晰又简单。它可在很宽的频带内给出动 态曲线，并可用照相机拍摄此曲线。此外，它还能够观察各种因素（例如 直流磁化作用）及磁化工作状态的变化对动态回线形状和大小的影响。此 法的缺点是准确度低。 （三）用功率表测量反复磁化时的铁损 功率表法是测量反复磁化铁损的最普遍方法之一，其接线图在环形 或矩形（用于条形样品）磁路的样品上绕有两个绕组：磁化绕组 N及 测量绕组 。