[科普中国]-电压测量

电压是指电场力对电场中的单位正电荷由一点移动到另一点所作的功称为电压。电压测量是电子电路测量的一个重要内容。是许多电参量测量的基础。

测量原理电场力对电场中的单位正电荷由一点移动到另一点所作的功称为电压。电压是电子技术测量的一个基本参数，电压测量是电子测量的基础。很多电子设备都与电压有关，如信号发生器、发射机和接收机等，电压是主要的技术指标；其他技术指标，如灵敏度、选择性和增益，也都与电压有关。电路或元件、器件的工作状态，通常皆以电压的形式反映出来。电压的测量对电流、场强、衰减等参数的测量也很重要。
电压测量的可测频率范围极宽，从直流到几吉赫甚至更高频率；量程大，可以从纳伏到上千伏；精确度由百分之几十到万分之几。在电压测量中，往往将 1兆赫以下的电压称为低频电压；而 1兆赫以上的电压称为高频电压（或射频电压）。高频电压的量程一般分为大电压（10伏以上）、中电压（0.1～10伏）、小电压（1微伏～0.1伏）和微电压（1微伏以下）。其中，中电压的测量精度最高，而大、小和微电压的测量都由中电压标准定标。实际测量的电压值有峰值、平均值和有效值。1

测量方法测量交流电压的方法主要有检波法、采样法、热电法、测辐射热法和补偿法等。

检波法利用电子管、晶体管的检波作用将交流电压转换为直流电压进行测量。检波式电压表的工作频率一般从几十赫到一千多兆赫，量程达 100微伏～1000伏。频率在300兆赫以下时，精确度一般约为百分之几，频率在1000兆赫时则可达百分之几十。2

采样法采样实质上是频率变换，是用一系列离散的取样脉冲来描述一个连续变量的过程。一般是将被测高频信号变成20千赫的低频信号，再进行检波测量。这种电压表的频率范围为 1～1000兆赫，甚至更高；电压范围约300微伏～1伏(外接衰减器可测量大的电压)，精确度从百分之一到百分之十几。 2

热电法主要采用热电转换标准或微电位计。热电转换标准由热电偶配以适当的限流电阻或衰减器组成，可测0.1～300伏或更高的电压，频率范围一般为20赫～100兆赫，若采取高频补偿措施则可达1000兆赫，测量精确度约为 0.01%～1%(定标后)。利用多元热偶特制的热电转换器，在低频段的交直流转换精度可达1×10-5或更高，当代的低频电压原始标准皆属此类；微电位计主要由热电偶和圆盘电阻组成，利用已知电流乘电阻得到标准输出电压，一般为0.1微伏～400毫伏，频率范围一般为0～1000兆赫，精确度为0.02%～5%。2

测辐射热器法一般是利用测辐射热电阻（简称测热电阻）进行测量。实用的测热电阻主要有热敏电阻、镇流电阻和薄膜热变电阻。热敏电阻的灵敏度最高（可达数万欧/瓦），但频率响应差；镇流电阻的灵敏度较高（约数千欧/瓦），频率响应也较差。薄膜热变电阻的灵敏度较低（约1～100欧/瓦），但频率响应好，可根据不同需要选用。测辐射热装置的工作原理是利用测热电阻对电功率的敏感性，将被测高频电压转换成相应的阻值变化，再根据功率替代原理，利用测热技术以已知的直流或低频电压代替高频电压。这种装置有功率计式（标准表式）和标准源式二种类型。前者是通过测量功率和阻抗换算出电压，随着功率和阻抗测量精确度的不断提高，可以达到很高的精确度，是建立高频电压原始标准的方法之一；后者是直接给出标准电压值，比较方便，可获得较高的精确度，其典型的方案是测热电阻电桥。高频电压的原始标准主要是测辐射热装置。它的量程约为0.1～1伏，频率范围约为10～1000兆赫，精确度约为0.2%～1%。2

高频电压测量测量高频电压一般是在同轴系统中进行。
影响高频电压测量的精确度的主要因素有：①传输误差，由于被校设备的输入阻抗与传输线不匹配，在传输线上会有驻波存在，使被校设备的输入面和标准电压面的电压不等，所引入的误差是高频测量时的主要误差；②加载误差；③接地电流引入的误差；④干扰引入的误差；⑤波形误差等。2

电子电压表的分类模拟式电子电压表模拟式电子电压表，一般是用磁电式电流表头作为指示器。由于磁电式电流表只能测量直流电流，测量直流电压时，可直接经放大或经衰减后变成一定量的直流电流驱动直流表头的指针偏转指示其大小；测量交流电压时，须经过交流-直流变换器，将被测交流电压先转换成与之成比例的直流电压后，再进行直流电压的测量。

在模拟式电子电压表中，大都采用整流的方法将交流信号转换成直流信号，然后通过直流表头指示读数，这种方法称为检波法；另外还有热电偶转换法和公式转换法等。2

数字式电压表数字式电压表首先利用模/数（A/D）转换原理，将被测的模拟量电压转换成相应的数字量，用数字式直接显示被测电压的量值。与模拟式电压表相比，数字式电压表具有精度高、测量速度快、抗干扰能力强、自动化程度高、便于读数等优点。

最基本、最常见的数字电压表是直流数字电压表（DVM），在其输入端配以不同的转换器或传感器就可测量交流电压、电流、电阻等电量。它是多种数字测量仪器的基本组成部分。2

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何星 - 副教授 - 上海交通大学