如何测量直流电压？

直流电压的测量分为直接测量法和间接测量法两种。

•直接测量法

将电压表直接并联在被测支路的两端,如图4.1.1(a)所示。如果电压表的内阻为无限大,则电压表的示数即是被测两点间的电压值。

图4.1.1　直流电压的测量

实际电压表的内阻不可能为无穷大,因此直接测量法必定会影响被测电路,造成测量误差。

•间接测量法

如图4.1.1(b)所示,要测量R3两端的电压UR3,可以分别测出R3两端对地的电位U1和U2,然后利用公式UR3=U1-U2求出要测量的电压值。

有多种类型的仪表可以用于测量直流电压,不同类型的仪表有不同的测量方法和注意事项。

1.数字式万用表测量直流电压

直流电压的测量是数字万用表的基本功能,不同型号的数字万用表测量直流电压的步骤大致相同,具体如下。

(1)正确选择测量挡位

通过按钮或旋钮将数字万用表选择至直流电压测量挡,不同型号的数字万用表的直流电压测量挡有的用“DCV”表示,有的用符号表示。

(2)表笔正确与万用表连接

将黑表笔插入“COM”输入端,红表笔插入电压测量输入端——不同型号的数字万用表电压测量会和其他不同的测量共用一个输入端。有的和测电阻共用标以“VΩ”;有的还加上频率标以“VΩHz”;有的则是和电阻、二极管测量共用标以“VΩ”;等等。

(3)待测电压接入万用表

将红、黑两支表笔并联到被测电路或电源上,被测电压值将显示在显示屏上,如果电压显示为正值,说明红表笔所接电位比黑表笔所接电位高;如果电压显示为负值,则红表笔所接电位比黑表笔所接电位低。

如果处于手动挡位调节模式,当被测电压超出量程时会显示“OL”表示溢出,应改用较大量程进行测量。目前很多型号的数字万用表具有自动量程调节功能,在测量时可以自动切换到适当的量程,简化了操作。

(4)读出测量结果

数字式仪表显示的测量结果位数较多,有时最后一两位数字不能稳定,读数时可以按照实际测量情况进行取舍。数字万用表直流电压挡的输入电阻较高,测量误差小。

2.零示法测量直流电压

直流电压的测量要求电压表的内阻越大越好,表的内阻越大,测量数据越精确。但在没有高内阻高精度电压表的情况下,可采用零示法测量直流电压,以避免由于电压表内阻不够大而引起的测量误差。

零示法的测量原理如图4.1.2所示,图中Es为大小可调,内阻Rs接近零的标准直流电源,V为普通直流电压表,测量步骤如下:(www.xing528.com)

(1)先调标准电源电压Es为零,电压表选择较大量程,按如图4.1.2所示的极性接入电路。

(2)缓慢增加标准电源的电压Es,并逐步减小电压表的量程,直到电压表在最小量程指示为零,此时E=Es,电压表没有电流流过,电压表的内阻对被测电路无影响。

图4.1.2　零示法测量直流电压

(3)断开电路,用电压表测量标准电源Es的大小,该电压值即为被测E的大小。

在上述测量中,由于标准直流电源的内阻Rs很小,接近于零,而电压表的内阻一般在kΩ量级以上,所以用电压表直接测量标准电源的输出电压,电压表内阻引起的误差完全可以忽略不计。

3.示波器测量直流电压

用示波器测量直流电压步骤如下:

(1)示波器的输入耦合方式选择“GND”,调节示波器的时间基线在显示屏中间位置,或者直接将显示屏上的零电压标识调至屏幕中间。

(2)将被测直流电压接至示波器的垂直输入端(探头),调整垂直灵敏度于适当挡位。

(3)示波器的输入耦合开关置于“DC”挡,观察屏幕上水平亮线相对于零电压的位置,若在零电压之上,则被测直流电压为正极性;若在零电压下方,则被测直流电压为负极性。

(4)将示波器屏幕上零电压的位置调向与被测电压极性相反的方向,如果被测电压为正,零电压位置往下移至最底的第一条或第二条刻度线;如果被测电压为负,则零电压位置往上移至最顶端第一条或第二条刻度线。

在此后的测量中不能再移动屏幕上零电压位置,即不能再调节垂直位移旋钮。

(5)调整垂直灵敏度开关,使屏幕显示的水平亮线相对于零电压位置偏移最大。

(6)读出此时屏幕上水平亮线与零电压线之间的垂直距离y,如图4.1.3所示,将y乘以示波器的垂直灵敏度即可得到被测电压U的大小,U=Sy·y。

图4.1.3　示波器测量直流电压

图4.1.4　微差法测量直流电压

用以上操作示波器也可以测量包含交流成分的直流电压。

4.微差法测量直流电压的微小变化

为了准确地测量大电压中的微小变化量,可以用如图4.1.4所示的微差法来测量。图中Es为大小可调的标准电源。测量时,调节Es的大小,使电压表在最小量程(分辨率最高)上有一个微小的读数ΔU,则Uo=Es+ΔU,当ΔU≪Uo时,电压表的测量误差对Uo的影响极小,且电压表中流过的电流很小,对被测电压Uo不会产生大的影响。同时,Uo的微小变化可由电压表的示数变化反应出来。