Trojan蓄电池电压波形参数测试在电子测量与仪器实验中的应用

电子丈量与仪器课程是测控及相关专业的重要专业基础课程，首要运用电子科学的原理、办法和设备对各种电量及电路元件的特性和参数进行丈量。使学生把握电子丈量的根本概念，丈量误差理论及数据处理办法，把握根本电参量的丈量原理，方案规划及成果剖析办法[1]。

在各根本电参量中，电压是描绘电信号的重要参数。电压表是丈量电压的重要仪器，而正确了解和把握电压表丈量电压的原理往往对初学者来说不是一件容易的事情。

1 电压参数的丈量原理

电信号可以分为直流信号和沟通信号。关于直流信号而言，其电压是一个恒定不变的值，丈量相对比较简单，没有必要做太多的讨论。而关于沟通信号，其电压巨细是可以时刻改变的，可以用电压的瞬时值来描绘电压的巨细和改变。示波器可以丈量信号的瞬时值并经过图形的方法直观的展现在屏幕上。可是示波器价格昂贵，不方便带着，因此在许多场合不适用。

图1 电压表丈量原理图

电压表是丈量电压的重要仪器。其丈量原理如图1所示。首要被测的沟通信号先要经过检波电路进行检波，转换成直流信号，再由直流电压表对该直流信号的电压进行丈量，将丈量值乘以一个系数之后得到丈量成果在显现器上显现。

检波电路的检波方法一般有三种，平均值检波、有效值检波和峰值检波，别离对应于平均值电压表、有效值电压表和峰值电压表。

设被测沟通电压的瞬时值为u（t），则：

沟通信号都可以看成是一系列不同频率和幅值的正弦波的叠加。因此，正弦波是一种典型的沟通信号。因为被测沟通电压大多数是正弦电压，而且人们一般只期望丈量其有效值，故除非特别阐明，沟通电压表都是以正弦波为丈量对象，并按有效值定度，即表头示值是被测电压为正弦电压时的有效值[2]。

因此，在丈量正弦电压时，对有效值电压表，其检波电路的输出便是电压的有效值，可直接当做读数进行显现，如式（5）所示。

对平均值电压表，其检波电路的输出便是电压的平均值，而要得到有效值，需要按式（6）进行换算才干得到正确的读数。其间KF为正弦波的波形因数。

对峰值电压表，其检波电路的输出便是电压的峰值，而要得到有效值，需要按式（7）进行换算才干得到正确的读数。其间KP为正弦波的波峰因数。

而在丈量非正弦电压时，有效值电压表的读数便是波形的有效值，该读数是正确的。而关于平均值表，读数是按式（6）换算的。但它无法自动识别出输入波形的波形因数，因此其间的KF仍然是正弦波的波形因数，因此读数是过错的。因为相同的原因，峰值表的读数也是过错的。

所以，经过以上的剖析可以得到，在丈量非正弦信号时，只要有效值电压表的读数是正确的，可直接运用。而平均值表和峰值表的读数是过错的，如果要运用，则有必要运用对应被测信号的波形因数或波峰因数进行修正。

2 试验方案的规划

为了让学生可以更好地把握电压表丈量电压的原理，咱们规划了“电压表波形相应研究”的试验。目的是帮助学生剖析几种典型电压波形对不同检波特性电压表的影响，进一步清晰用不同检波特性电压表丈量各种电压波形所得丈量成果的物理含义，把握丈量成果的处理办法。

首要，为了体现电压表的内部结构，加深学生对丈量原理的了解，利用模块化规划的思想[3]，咱们将检波电路（有效值检波、平均值检波和峰值检波）单独规划到试验板上，作为三个独立的模块，如图2所示。

a.有效值检波模块 b.平均值检波模块 c.峰值检波模块

图2 检波电路模块图

给各个模块供电后，在输出端就能别离得到输入信号的有效值、平均值和峰值。这些值可以经过直流电压表直接丈量得到。

规划表格如表1所示。要求学生调理函数信号发生器，输出频率为2KHz，输出起伏为1V（用示波器监视）。别离输出正弦波、三角波和方波，用平均值、有效值和峰值检波模块丈量各输出波形，记载读数并填入表1中。根据丈量成果，计算被测电压的有效值，并进行剖析阐明。其间，因为三种波形的输出起伏是相同的，因此峰值检波的三个读数应该相同。而表格中的最终三行要求将每个检波模块的输出换算成有效值，则要求学生可以将电压表的实现进程与图1中的原理框图完全对应起来，进一步加深对丈量原理的了解。

3 结束语

该试验和相关试验板在我院2012和2013级测控专业与自动化专业中进行了运用，取得了较好的试验效果。首要体现在以下几个方面：（1）将不同检波方法的电压表内部结构经过若干首要模块体现出来，充分体现出电压表丈量电压的丈量原理，有助于学生的进一步了解。（2）经过试验完结等起伏丈量的数据表格，有助于学生灵活运用所学知识，从规划者的视点思考问题，主动运用丈量原理来解决问题。