電壓測量

電壓是指電場力對電場中的單位正電荷由一點移動到另一點所作的功稱為電壓。電壓測量是電子電路測量的一個重要內容。是許多電參量測量的基礎。

基本介紹

• 中文名：電壓測量
• 外文名：voltage measurement
• 含義：電場力從一點移動到另一點做的功
• 重要性：對電流，場強、衰減等測量很重要
• 學科：電子工程

測量原理

電場力對電場中的單位正電荷由一點移動到另一點所作的功稱為電壓。電壓是電子技術測量的一個基本參數，電壓測量是電子測量的基礎。很多電子設備都與電壓有關，如信號發生器、發射機和接收機等，電壓是主要的技術指標；其他技術指標，如靈敏度、選擇性和增益，也都與電壓有關。電路或元件、器件的工作狀態，通常皆以電壓的形式反映出來。電壓的測量對電流、場強、衰減等參數的測量也很重要。
電壓測量的可測頻率範圍極寬，從直流到幾吉赫甚至更高頻率；量程大，可以從納伏到上千伏；精確度由百分之幾十到萬分之幾。在電壓測量中，往往將 1兆赫以下的電壓稱為低頻電壓；而 1兆赫以上的電壓稱為高頻電壓（或射頻電壓）。高頻電壓的量程一般分為大電壓（10伏以上）、中電壓（0.1～10伏）、小電壓（1微伏～0.1伏）和微電壓（1微伏以下）。其中，中電壓的測量精度最高，而大、小和微電壓的測量都由中電壓標準定標。實際測量的電壓值有峰值、平均值和有效值。

測量方法

測量交流電壓的方法主要有檢波法、採樣法、熱電法、測熱輻射法和補償法等。

檢波法

利用電子管、電晶體的檢波作用將交流電壓轉換為直流電壓進行測量。檢波式電壓表的工作頻率一般從幾十赫到一千多兆赫，量程達 100微伏～1000伏。頻率在300兆赫以下時，精確度一般約為百分之幾，頻率在1000兆赫時則可達百分之幾十。

採樣法

採樣實質上是頻率變換，是用一系列離散的取樣脈衝來描述一個連續變數的過程。一般是將被測高頻信號變成20千赫的低頻信號，再進行檢波測量。這種電壓表的頻率範圍為 1～1000兆赫，甚至更高；電壓範圍約300微伏～1伏(外接衰減器可測量大的電壓)，精確度從百分之一到百分之十幾。　

熱電法

主要採用熱電轉換標準或微電位計。熱電轉換標準由熱電偶配以適當的限流電阻或衰減器組成，可測0.1～300伏或更高的電壓，頻率範圍一般為20赫～100兆赫，若採取高頻補償措施則可達1000兆赫，測量精確度約為 0.01%～1%(定標後)。利用多元熱偶特製的熱電轉換器，在低頻段的交直流轉換精度可達1×10-5或更高，當代的低頻電壓原始標準皆屬此類；微電位計主要由熱電偶和圓盤電阻組成，利用已知電流乘電阻得到標準輸出電壓，一般為0.1微伏～400毫伏，頻率範圍一般為0～1000兆赫，精確度為0.02%～5%。

測輻射熱器法

一般是利用測輻射熱電阻（簡稱測熱電阻）進行測量。實用的測熱電阻主要有熱敏電阻、鎮流電阻和薄膜熱變電阻。熱敏電阻的靈敏度最高（可達數萬歐/瓦），但頻率回響差；鎮流電阻的靈敏度較高（約數千歐/瓦），頻率回響也較差。薄膜熱變電阻的靈敏度較低（約1～100歐/瓦），但頻率回響好，可根據不同需要選用。測輻射熱裝置的工作原理是利用測熱電阻對電功率的敏感性，將被測高頻電壓轉換成相應的阻值變化，再根據功率替代原理，利用測熱技術以已知的直流或低頻電壓代替高頻電壓。這種裝置有功率計式（標準表式）和標準源式二種類型。前者是通過測量功率和阻抗換算出電壓，隨著功率和阻抗測量精確度的不斷提高，可以達到很高的精確度，是建立高頻電壓原始標準的方法之一；後者是直接給出標準電壓值，比較方便，可獲得較高的精確度，其典型的方案是測熱電阻電橋。高頻電壓的原始標準主要是測輻射熱裝置。它的量程約為0.1～1伏，頻率範圍約為10～1000兆赫，精確度約為0.2%～1%。

高頻電壓測量

測量高頻電壓一般是在同軸系統中進行。
影響高頻電壓測量的精確度的主要因素有：①傳輸誤差，由於被校設備的輸入阻抗與傳輸線不匹配，在傳輸線上會有駐波存在，使被校設備的輸入面和標準電壓面的電壓不等，所引入的誤差是高頻測量時的主要誤差；②載入誤差；③接地電流引入的誤差；④干擾引入的誤差；⑤波形誤差等。

電子電壓表的分類

模擬式電子電壓表

模擬式電子電壓表，一般是用磁電式電流表頭作為指示器。由於磁電式電流表只能測量直流電流，測量直流電壓時，可直接經放大或經衰減後變成一定量的直流電流驅動直流表頭的指針偏轉指示其大小；測量交流電壓時，須經過交流-直流變換器，將被測交流電壓先轉換成與之成比例的直流電壓後，再進行直流電壓的測量。

在模擬式電子電壓表中，大都採用整流的方法將交流信號轉換成直流信號，然後通過直流表頭指示讀數，這種方法稱為檢波法；另外還有熱電偶轉換法和公式轉換法等。

數字式電壓表

數字式電壓表首先利用模/數（A/D）轉換原理，將被測的模擬量電壓轉換成相應的數字量，用數字式直接顯示被測電壓的量值。與模擬式電壓表相比，數字式電壓表具有精度高、測量速度快、抗干擾能力強、自動化程度高、便於讀數等優點。

最基本、最常見的數字電壓表是直流數字電壓表（DVM），在其輸入端配以不同的轉換器或感測器就可測量交流電壓、電流、電阻等電量。它是多種數字測量儀器的基本組成部分。