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电压的测量

发布日期:2017-12-14 09:15:56 【关闭】
摘要:从测量角度考虑,一般根据被测电压的数值分为高、中、低三个范围。直流电压:106 ~ 102 V 为高电压;102 ~10-4 V为中电压;10-4 ~10-9 V为低电压。交流电压:105 ~103 V为高 电压;103 ~10-3 V 为中电压;10-3 ~10-7 V 为低电压。
   从测量角度考虑,一般根据被测电压的数值分为高、中、低三个范围。直流电压:106~102 V 为高电压;102~10-4 V为中电压;10-4~10-9 V为低电压。交流电压:105~103 V为高电压;103~10-3 V 为中电压;10-3~10-7 V 为低电压。

   由于高压放电的分散性比较大,一般对测量准确度的要求不高,按现行国际标准,无论是有效值或峰值都只要求误差不超过 ±3%。测量高电压最常用的方法有:

   (1)利用气体放电测量交流电压及脉动直流电压的最大值。这种测量方法的测量准确度可达 ±3%,且具有结构简单、不易损坏的优点,但测量手续麻烦、费时较多且设备笨重。

   (2)用静电电压表测交、直流高电压。量程可达200~500kV,准确度达(1.5~2.5)%,频率范围可达1MHz。

    对低电压及微小电压(10-6 V 以下)的测量,常采用检流计与各类测量放大器相结合的方法来实现。

   在一般电气技术范围内常遇到的多是中等范围的直流电压与低频正弦交流电压(常有一定非线性失真),这是本节主要讨论的对象。

   测量电压所用仪器、仪表的测量范围及误差如表6.1所示(供参考)。

  相对地说,直流电压的测量要简单些,它所要解决的问题是放大、衰减、阻抗匹配以及隔离等。

 

gooxian-测量电压仪器仪表

   交流电压的测量,多数情况需要测量电压的有效值。交流电压的测量方案主要有2种:一种是通过交直流变换器,把交流电压转换成相应的直流电压进行测量。由于交流电压可以用平均值、有效值、峰值表征,对于一个已知波形,这三者之间有一定的关系,因此也就出现了平均值变换器、有效值变换器和峰值变换器,见5.2节。另一种是根据定义,采用数字化测量技术进行。

  在交流电压测量中,如果能够按照定义直接得到电压的有效值,这样的变换器称为真有效值变换器。在实际应用中,交流电压的有效值比峰值、平均值更为常用,因为非正弦电压的有效值不能用峰值或平均值予以换算。

  热电偶式变换器是真有效值变换器的一种,不存在原理误差,不受波形、频率的影响,简单可靠。但由于热电偶内阻低(从被测量信号吸收功率大),响应速度慢,受环境影响大,刻度非线性等因素影响,目前在计量校准仪器上使用较多,在工程上很少应用。

   现代电子技术及微型计算机的发展推动了等间隔多点采样计算法的工程应用。它不但简化了系统的硬件结构,提高了电压测量的准确度,而且也为功率测量、波形分析等提供了条件。目前这种方法在智能化仪表中也得到了广泛的应用,虚拟仪器技术的出现使得对电参数的测量变的高效、简单。

  图6.1(a)表示这种方法的原理框图。计算机通过 A/D转换器、采样保持器和通道开关获得被测电压波形的离散点数据(瞬时值)u0,u1,…,un-1,un,将这些离散数据点送入微处理器进行数据处理,如图6.1(b)所示。然后采用数值分析中的梯形法求定积分的公式求得交流电压的有效值和平均值,通过搜索内存法得到波形的正负峰值,由此还可以求出电压波形的波峰系数。

gooxian-计算机采样计算法

  

   图6.1(b)中电压波形的周期为T,每个周期采样点数为n+1,采样周期为 Ts,则交流电压有效值

  

gooxian-电压平均值

   这里有两个因素影响测量准确度,值得注意:

   (1)采样频率。采样定理指出,如果对一个具有有限频谱(-ωmax <ω <ωmax)的连读信号进行采样,当采样频率ωs ≥2ωmax时,即采样频率大于信号所包含的最高频率的2倍时,离散采样信号能无失真地复现原来的连续信号。

   实际上,采样定理是一个最低要求,为了保证一定的测量准确度和较准确地描绘被测波形,往往要比ωs ≥2ωmax 的要求高,而使采样频率为信号最高频率的3~4倍,甚至10倍。采样频率高,会增加采样系统设计的难度使成本提高,占用过多的机器内存和增加数据处理时间。因此,采样频率的选取要适当考虑确定。

  (2)被测信号的频率有可能是变化的,这时如果不相应改变采样频率就不能保证测量准确度。所以必须监测频率的变化,相应地调整采样频率。

   交流电压的测量,常使用电压互感器将高压信号变换成低压信号或起电隔离的作用。

   电压互感器是一种仪用互感器,副边工作在近于空载状态,如图6.2所示。电压互感器与功率变压器的不同之处主要为:功率变压器是传递能量的,主要考虑的是效率;而电压互感器是用来进行电压测量的,对它的要求主要是准确度高,线性度好。从互感器的等值电路看,为了实现高准确度,就必须减小空载电流。因而电压互感器铁芯采用高导磁材料制成,并从工艺上降低漏磁。为了有较好的线性度,互感器要工作在低磁通密度状态下(从准确度考虑, 也不容许工作在磁饱和状态)。

  另外,由于电压互感器容量小,又工作在近于开路状态,原副边导线很细,不能出现短路。而且为了人身安全经常接有熔断器保护,互感器副边的一端要求接地。

  

 

  

    

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