测量电路

测量电路（共10篇）

测量电路 篇1

0．引言

惠斯通电桥法是测量电阻经典的和颇为准确的方法。惠斯通电桥（Wheatstone bridge）是在1833年由克里斯蒂（Cheistie)发明，在1843年由查尔斯·惠斯通改进及推广的一种测量工具。它至今已沿用了近两百年。电桥的产生有其历史背景：一是在数字仪表发展以前，用伏安法测电阻的高精度（0.2级）电表的成本显著高于准确度约为0.05%的6位旋钥式电阻箱；二是伏安法对电表的使用、检定以及电源稳定性要求高；三是电桥法只要求平衡指零仪表的灵敏度高，而对准确度无要求。因此，当时电桥法相比于伏安法有成本低而精度高的优点。

随着近代数字技术的迅猛发展，现代计量中直流电桥正逐步被数字仪表所替代。如何采用数字技术更好地测量电阻是一个值得研究的课题。杭州大华仪器制造有限公司生产的DH6108型赛电桥综合实验仪在这方面进行了有益的探索[1]。他们利用数字电压表和比较法电路进行了电阻测量实验，通过分析，认为该方法在一般情况下比万用表和电桥法有更高的精度。

该实验仪需要手动切换标准/待测电阻，人工计算阻值。这作为实验仪是恰当的。而本文希望更进一步，将实验仪的原理与单片机结合，制作出能够用比较法自动测量电阻的电路，并把它应用于实际测量当中。

单片机的出现是近代计算机发展史上一个重要的里程碑。它除了延续计算机的控制功能强的优点外，还具有体积小，性价比高，易于产品化等特点[2]。利用单片机的新兴功能使电阻测量的传统任务变得更便捷、更精确，这方面的探索近年来也引起了人们的兴趣[3,4,5]。这些探索中有的是基于伏安法测电阻的[3,4]，有的是基于四端法[5]。正像陶蓓[6]等指出的那样，比例法(即比较法)消除了电源波动的误差，在原理上比电压电流法(即伏安法)应具有更高的测量精度。本文将探索将单片机和比较法结合，实现基于比较法的电阻自动测量功能。

1．测量电阻的比较法

图1比较法测量电阻的原理图(参见下页)

利用比较法测电阻的电路原理如图1所示。其中rE和rV分别是电源和电压表的内阻；RN是标准电阻，RX是待测电阻；VN和VX分别是电压表切换到标准和待测电阻上时测得的电压。当rV→∞时，RX=(VX/VN)RN。或者当rE→0时，上式也成立。在实际电路中，rV或者rE往往不满足上述的极值条件。不过，通过选择与RX尽量接近的RN值，由于电路的对称性，仍然可以获得较高的测量精度。

2．自动测量电路设计

前面图1所示为实验仪中利用比较法的电路。由于它采用了手动切换开关和数字电压表，在测量操作时，需要人工切换标准/待测电阻，以及从电压表的读数计算电阻值。而利用单片机可以方便地实现此测量过程的自动化。图2显示了一个利用单片机的自动测量电路。在图2(A)中，一个信号继电器(ATX209)被用来实现双刀双掷功能。继电器的(3,6)端子相当于图1中数字电压表的正负端，(2,7)和(4,5)端子分别连接标准和待测电阻。继电器励磁电流的通断利用一个三极管(C9013)实现。由单片机的P22口(D22端子)输出高/低电平控制三极管的通断，由5V电源(VCC)提供足够大的电流以驱动继电器的触点动作。标准/待测电阻上的电压信号输入到模数转换器(ADC0804)的信号输入端子(6,7)，通过转换，对应的8位数字信号输出到单片机的P1口。在图2(B)中，单片机的P1口接收模数转换器来的信号，经过信号处理，由P0口输出信号到锁存器。在图2(C)中，单片机的输出信号连接到段选锁存器U1和位选锁存器U2(74HC573)，控制LED数码管(4393AH)显示测量到的参数。

软件信号处理的主要思路是用三个for回路显示数据，每个for回路的运行时间约为1秒。在第一个for回路中，P22设为高电平，动态扫描显示标准电阻上的电压值；在第二个for回路中，P22设为低电平，动态扫描显示待测电阻上的电压值；在第三个for回路中，先计算出电压比值或待测电阻值，然后进行动态扫描显示。

3 测量结果和分析

电路做好以后，作为对电路性能的检查，用两个100欧姆的电阻作为标准和待测电阻进行了测试。先用数字万用表(3位半)测量电阻的读数均为100.0。然后用比较法自动测量。尝试将电源电压在1～5V范围内调整时，标准和待测电阻上的电压读数相同。在电源电压=4.6V时，连续记录10次标准/待测电阻上电压的比值，均为1.00。数据见表1(A)。

然后试了两个阻值相差较大的电阻。万用表测量的结果分别为0.816千欧姆和8.19千欧姆。同样将电源电压调到4.6V，连续记录10次电压比值，如表1(B)所示。这一次一方面电压比值有了微小的波动。从观察到的现象看，是因为0.816千欧姆电阻上的电压读数有波动，而大电阻上的电压读数较稳定。一个可能的原因是，由于阻值小的电阻上的分压太小，容易受到电路中噪声的影响；另一方面，所有电压比值略均高于电阻比值。这可能是由于比较法计算公式忽略了电源内阻rE和电压表内阻rV的影响。不过，当RN和RX相差不太大时(0.316RN≤RX≤3.16RN)[1]，电阻比=电压比公式所引入的误差在多数场合应该是可以接受的。

4 结论

随着数字技术的发展，用比较法代替传统的电桥法测量电阻成为一个有意思的课题，因为它具有广泛的实际应用背景。本文介绍了一个基于单片机的比较法自动测量电路。与手动测量相比，它更为便捷，准确。初步的实验结果显示，当标准和待测电阻值接近时，该电路有稳定和精确的测量结果。这暗示着在使用比较法时应尽量选用与待测阻值接近的标准阻值；而当标准和待测电阻值相差较大时，测量结果出现一些波动，并且测量结果与理论值产生偏差。这些波动的来源以及偏差的修正可作为今后研究的课题。

摘要：直流电阻阻值的测量在电子技术和仪器仪表领域有着重要的应用。电阻测量的电压比较法与一般电桥法相比,具有更直观(电压比等于电阻比),更简捷和更准确的优点。文章报告一个利用单片机实现比较法测电阻的自动测量电路。它可以自动切换标准电阻和待测电阻,并计算和显示待测电阻的阻值。该电路使得比较法在应用时更为方便,并提供了利用比较法测电阻的一个仪器模型。

关键词：比较法,单片机,直流电阻

参考文献

[1]杭州大华仪器制造有限公司.用比较法测量直流电阻[EB/OL].[2015-01-26].http://www.docin.com/p-413807834.html

[2]张鑫.单片机原理及应用[M].北京:电子工业出版社,2010.

[3]刘筠筠,张军,赵明冬.基于stc89c52单片机的自动电阻测量仪[J].电子世界,2012(5):31-33.

[4]李德尧,张宇驰,徐小鹏,赵自鹏.基于单片机的自动电阻测量仪设计[J].仪表技术,2012(1):16-24.

[5]顾卓璟,张兴敢,唐岚,柏业超.一种高精度电阻测量仪系统设计[J].现代电子技术,2012(3):184-187.

[6]陶蓓,朱静,刘玉涛.高精度电阻测量方法及其应用[J].计量与测试技术,2011(10):35-36.

测量电路 篇2

2.加深对电压、电流参考方向的认识。

3.熟悉Multisim软件的使用。

二、实验原理

1.安装步骤

2.操作步骤

新建文件---放置元器件——连线—仿真----修改调试

三、实验内容及步骤

（1）在Multisim14.0工作环境下，按实验图1-1所示连接电路。其中电阻在Basic库（放置基本库），直流电压源、接地在Source库（放置源库），电压表在Indicators（放置指示器库）。连接好基本电路后，按照电路图中要求设置电阻和电源数值。并将从指示器件库中取出电压表并联在电路中，注意电压表的正负

实验图1-1 实验电路

1.新建文件

2.放置元器件

3.连线

4.仿真

5.数据展示

（2）点击工具栏中的“运行(F5)”按钮，启动电路，观察电压表的读数。

（3）记录下各电压的值填入实验表中。

（4）分别以a、b、c、d作为零电位点，记录测量实验表中各点电位及电位差。

实验表 实验数据记录表

参考点	Va	Vb	Vc	Vd	Ve	Uab	Ubc	Ucd	Ude	Uea
a	0				-75					-75
e					0					-75

根据测量数据，验证电位和电压的关系，如Uab= Va-Vb。

四、总结与讨论

测量电路 篇3

【关键词】RTK；GPS；塔基断面；平断面测量；终勘定位

1.引言

目前，城市正在面临着迅速增长的用电负荷问题，我们应该通过在电网中建设高压变电站来解决上述问题，在市区周边进行500kV负荷变电站的建设能够更好满足市区用电负荷的快速增加，本文结合工程实际，对于在城市500kV环网建设中相关测量问题进行分析。这样能够有效解决高压走廊与城市建设的矛盾问题，能够大大节约建设用地，同时，使得外围500kV环网向市区送电的架空线路得以大幅度的减少。

2.前期准备工作

2.1技术依据文件

《架空送电线路大跨越工程勘测技术规定》DL/T5049-95；《全球定位系统城市测量技术规程》CJJ73-97；《全球定位系统（GPS）测量规范》GB/T18314-2001；《工程测量规范》GB50026-93；《500kV架空送电线路勘测技术规程》DL/T5122-2000。

2.2仪器及软件情况概述

Cass4.0地籍地形成图系统两套、SLCAD平断面处理系统软件两套、测量笔记本电脑两台、喜得力（HILTI）PD32雷射测距（高）仪两台、全站仪两台（TC905L、TCR702）、动态GPS（RTK）一套。

3.控制测量技术探讨

本项目中存在三分之二的线路与另外一条500kV输电线路并行的情况，其中，平行距离为40m，所以，统一布设两个工程的测量控制网。

3.1野外选点探讨

对于野外控制点选择需要注意以下问题，尽量选择远离高压电力线，且视野开阔并且交通便利的位置，在大型通讯设施300m以上的公路边上，或者是压缩性较低的土层则是比较好的选择。应该在相应的标准下，在控制点进行钢钉埋设工作，或者进行相关的水泥标桩。应该在GPS（RTK）作业半径的2倍范围内，进行相邻的两对控制点的选点操作。根据实际需要，本工程一共选择16个控制点，分别进行编号，控制点相关记录同样在埋点过程中进行。

3.2野外数据采集探讨

要想得到比较好的GPS观测效果，应该结合预报星历选择最佳时段，这些应该在采集野外数据前进行考虑。这里，数据采集则是通过使用三台Trimble接收机进行，包括1台5800接收机和2台5700接收机。《全球定位系统城市测量技术规程》和《全球定位系统（GPS）测量规范》应该在观测过程中严格遵守并执行。最终结果的选取则是采用从观测开始与结束测量整个过程中的两次仪器的高取平均值，适当延长观测时间对于边长较长的基线尤为适用。

3.3GPS数据处理方面探讨

（1）基线处理。Trimble公司的TGoffice软件能够有效进行相关的GPS基线处理及GPS网平差问题，解算所有的观测基线，对于不合格的基线进行相关的剔除，保留合格的54条基线参与平差，另外，三条边的同步环异步环有78个。

（2）无约束平差。在WGS-84坐标系下，对于处理合格后的基线，进行相关的无约束平差操作。要求平差精度满足性能需要，然后进行平差后各点的WGS一84坐标。

（3）精度分析。对于所有控制点的点位中误差来说，应该使得其小于+0.050m，经过实际分析，其中，IVl3、IVl4则是控制网中平面最弱点其点位中误差为+0.022m，另外，IV11、IV12、IV13、IVl4则为高程最弱点，经过分析，高程控制点不均匀则是引起这4点高程误差较大的原因。

4.平断面测量方面探讨

4.1野外数据采集探讨

平断面测量则是在控制网的基础上，同时参考设计人员给出的路径图以及相关的转角坐标。采集野外的平面和高程信息的数据，则是通过手持GPS（RTK）技术，同时，还能进行相关的存储功能，这些都是在仪器处于固定状态下进行的GPS（RTK）采集。对于地物的方向点以及采集地物与线路方向的交点，都进行野外草图绘制，还进行相关的测量信息的记录。在现场实际情况下，实地调整则是设计人员对于转角的要求，通过增加一个转角J8A，另外，还调整了测量过程中的转角J9。

手持激光测距仪能够满足在采集过程中的交叉跨越的高度测量的要求，其中的测量的最终结果则是通过测量两次高度的平均值。通讯线和电力线等交叉跨越的等级需要在草图上进行明确的标注，另外，还包括相应的杆型及跨越点的高度也应该清晰标注。

在草图上进行房屋密集的地区的标注时，应该注意把把房屋的结构、间数、类型在房屋的外围上标注清楚，包括厂房、居民房、尖顶或者平顶等等，在手持激光测距仪的帮助下，进行房顶到地面的高度测量，并在草图上进行高度标注。

对于高等级公路来说，应该对于其道路垂直寬度、道路顶面高程和道路的走向进行测量，同时，把名称、等级、道路顶面的结构以及跨越里程等参数在草图上进行标注。

对于测量水系来说，应该标注较小的河流、水渠的宽度、走向以及名称等；对于较大的河流来说，还应该测量相应的水面宽度和现状水位高程等。

4.2平断面图的数据处理探讨

利用SLCAD平断面图处理系统来进行平断面图的数据处理，自动化成图则是根据平距+高程的相对测量方法所得。可以在在路径图上直接量取转角度数，其精度可以达到秒。需要经过两次校审无误之后，才能提交给设计人员。

5.终勘定位探讨

5.1终勘定位分析

杆塔定位则是在设计人员杆塔排位检查无误完成之后进行。在测量的最终转角坐标和设计人员提供的塔位明细表要求下，结合现场实际情况，进行相关的直线桩、转角桩和方向桩的定位。GPS手簿可以录入相邻转角坐标，这是利用定位过程中的测量时的控制点架设GPS（RTK）基准站来完成，在设计资料的要求下进行放样转角桩、直线桩的操作，这是利用GPS放线的功能，测设方向桩则是在通视比较困难的地段进行。终勘定位GPS（RTK）则是在固定的状态下完成的，测设塔位桩时，应该确保塔位的横向误差控制在+0.050m以内。其中，本工程中共有145级塔位，另外，转角塔位桩24级。

5.2塔基断面与塔位平面测量

为了方便基础结构设计人员使用，测量塔基断面和塔位平面有所增加，特别是对于鱼塘密集、地貌比较复杂的地区来说，在本工程中，一共有6个测量的塔基断面和塔位平面。

6.结语

本项工程的测量时间将近一个月，这包括平断面测量到终勘定位的时间，其中，本工程中的测量控制点可以被用于后续的测量工程的控制参数而继续使用，控制网的布设与线路测量作业模式在测量过程中也经过不断总结，值得进一步推广和学习。

参考文献

[1]许王峰.GPS技术在水电高压输电线路测量中的应用和推广[J].小水电，2009，（3）.

三相电路的运用与测量 篇4

关键词：三相电路,运用分析,测量计算

1 三相电路特性概述

三相电路的结构特性是指在电路的整体构架中, 电能的提供来自三相交流电源, 而三相交流电源的特点在于可以提供三个频率相同但相位存在差异的电流或电压。在电力工程中, 为了保持不同电压之间稳定的相序, 该发电机所产生的电压相位差是π/3, 这也使得三相发电机能够正序供电与负序供电时都能够稳定运行。就当前三相电路的电源特性进行分析, 当前三相电的产生主要依赖于三相同步发电机, 通过空间互差π/3相位的绕组与转子均匀转动, 从而得出三相感应电压。在电路的连接方式中, 三相电路电源与负载均可以采用星形连接与三角形连接, 由于连接方式的特殊性与电源结构特性, 使得三相电路能够在电能的输送中更为有效的节省电能消耗, 不仅降低了输电线路中有色金属的消耗量, 对于电力传输成本的控制也有着十分重要的意义。

2 三相电路的实际运用分析

2.1 工业生产应用

在工业生产中应用三相交流电, 一部分来自于三相交流发电机, 而另一部分电力的产生则依赖于三相变压器, 在低压供电的过程中, 采用三相四线制的三相电路是最具代表性的应用。在三相四线制的三相交流发电机工作中, 电源的三个线圈按照星形排列规则进行排列, 三个线圈末端X、Y、Z连接在一起, 并将连接点作为公共点O。在三相电源运行开始供电的过程中, O点引出一条零线, 三个线圈的首端分别引出A线, B线和C线, 这三条线路统称为火线。在不同线路的连接中, 公共点O与大地相连, 便形成了地线, 这样火线与地线之间便产生了相电压, 而火线之间的电压差则称为线电压, 在工业生产的实际操作中, 220伏, 380伏所代表的也便是三相交流电四线供电中所产生的线电压与相电压。

2.2 日常生活运用

单相负载的运用是日常生活中三相电路的主要运用方式, 日常生活中的点灯, 电冰箱以及洗衣机等, 采用的都是单项负载供电。在利用三相电路对单相负载电路进行供电时, 为了保证电力的均衡分配, 就要在电路负载的连接中将负载分别连接到三相电路中, 避免负载集中连接在三相电路中的一项电路上, 进而导致电路超负荷运作而引发电路问题。在三相电路中每条线路所连接负载的性质均相同的情况下, 由于线路负载的对称性, 因此中线电路上电流之和稳定为零, 这样便可以将三相电路中的中线去掉, 采用三相电源进行三线路供电。而就日常生活中三相电路供电的实际进行分析, 由于线路负载出现完全对称的可能性极小, 因此为了保障相电流与相电压的稳定性, 就必须保证中线的连接, 避免在中线线路上安装保险丝等设备的同时, 还要选取机械强度满足要求的导线作为三相电路中线。

3 三相电路功率测量探究

在对三相电路的功率进行测量时, 由于三相负载所吸收的平均功率等于各相负载吸收的平均功率之和, 即有:P=PA+PB+PC=UAIA cosφA+UBIBcosφB+UCICcosφC (式中的UA、UB、UC分别代表三相电压有效值, IA、IB、IC分别代表各相电流有效值, φA、φB、φC分别代表各项电压电流之间的相位差) , 因此在对称三相电路的电压电流计算中, 各相电压与相电流的有效值便等同, 即:UA=UB=UC=Uph, IA=IB=IC=Iph, 在三相电路中各线路负载相同的状态下, 相电压与相电流之间的相位差也等同:φA=φB=φC=φ, 这样便可以计算得出三相负载状态下的电路平均功率:P=3Uph Iphcosφ。当三相电路为Y形连接的对称负载时, 线电压Ul=Iph, 线电路Il=Iph, 带入式P=3Uph Iphcosφ则可得出P=Ul Ilcosφ。在三相电路上的负载为三角形连接状态时, 则可得出Uph=Ul, Il=Iph, 将这两数据带入P=3Uph Iphcosφ这一式中, 则可得出与Y形连接状态下相同的功率数值, 由此可见, 在三角形连接与Y形连接状态下, 三相电路的平均功率均可用P=3Uph Iphcosφ这一公式进行计算。

在对三相电路的无功功率进行计算时, 由于电路存在Q=QA+QB+QC=UAIAsinφA+UBIBsinφB+UCICsinφC这一等式关系, 因此在三相电路中则可得出:Q=3 Ul Ilsinφ这一等式, 在三相电路功率计算S=的基础上, 带入Q表达式, 便可得出S=3Ul Il。在对三相电路的无功功率计算中, 负载的功率因数可定义为cosφ'=P/S', 因此在三相电路中的便存在cosφ=cosφ'这一等式关系, 即三相电路负载功率因数等于单相负载功率因数。三相电路中无功功率的产生多数是由接线方式导致线路电流或电压发生相变引起的, 因此为了保证工业生产与日常生活中的用电稳定性, 提供无功功率, 并通过对两种功率的供给量进行调节, 从而满足线路负载的实际供电需求。

4 结语

就当前世界范围内的供电及电力传输技术而言, 三相电路是一项十分先进的强电技术, 因此为了进一步促进我国电力工程建设事业的发展, 就要更加强调对三相电路运用领域的拓展, 并通过对发电, 输电及变电技术中的三相电路运用手段加以完善, 从而在保障工业用电安全性的基础上, 更为有力的推进我国现代化电力工业的发展。

参考文献

[1]张明金.对三相电路有功功率测量方法的探讨[J].中国现代教育装备, 2008 (10) :126-128.

[2]李铮, 姚芳.三相电路功率的计算、测量和实验设计[J].河北工业大学成人教育学院学报, 2005 (04) :12-25.

测量电路 篇5

电路的基础知识与基本测量

【课题名称】 2.1 电路与电路图 【课时安排】

1课时（45分钟）【教学目标】

1．了解电路的基本组成及各部分的作用。

2．理解电路的三种工作状态及其特点，明确家用电路中预防短路的常用方法与措施。

3．学会简单电路图的识读与绘制。【教学重点】

重点：电路的三种工作状态分析 【教学难点】

难点：短路时电路的特点及注意事项 【关键点】

电路三种工作状态的正确分析 【教学方法】

直观演示法、讲授法、谈话法、理论联系实际法、多媒体演示法 【教具资源】

手电筒、多媒体课件、直流电源、小灯泡、开关、连接导线若干 【教学过程】

一、导入新课

教师可演示手电筒的开、关过程及其现象，引导学生明白手电筒电路实际上就是一个最简单的直流电路。进而教师可利用多媒体课件展示实际电路的画面，如图2.1所示，从而引出本节课的学习内容。

二、讲授新课

教学环节1： 电路的基本组成及各部分作用

教师活动：教师可利用多媒体或实验演示实际电路；引导学生说说生活中实际电路的例子及各部分的作用。

学生活动：学生可根据多媒体展示或实验演示的实际电路，在教师的引导下总结实际电路的基本组成及各部分的作用，同时可联系生活实际进行拓展。

知识点：

1．电路的基本组成：电源、负载和传输环节。

2．各部分的作用：电源是提供电能的装置；负载也称为用电器或用电设备，是把电能

图2.1 实际电路 转换成其他形式能量的装置；传输环节是构成电路通路的部分。

教学环节2： 电路的三种工作状态及其特点

教师活动：教师可利用实验或多媒体演示电路的两种基本工作状态——通路与断路；进而多媒体演示电路的特殊状态——短路，如图2.2所示；引导学生分析各种状态下电路的特点。

学生活动：学生在教师的引导下，理解通路与断路是电路的两种基本工作状态，并自行分析三种工作状态下电路各自的特点，同时联系生活实际说说电路发生短路时的危害及预防短路的方法与措施。

知识点：

电路通常有三种工作状态，即通路、断路和短路。通路是指正常工作状态下的闭合电路，此时电路中有电流；断路也称为开路，此时电路中没有电流，即I=0；短路时，电源提供的电流比正常通路时大许多倍，严重时会烧毁电源和短路内的电气设备，因此，不允许电源短路。

注意：教师特别要强调电路发生短路时的危害，同时联系生活实际，让学生明白家用电路中预防短路的常用方法与措施——安装熔断器或自动空气开关。

教学环节3： 电路模型与电路图

教师活动：教师可根据具体实例解释电路模型与电路图的基本概念。学生活动：学生练习简单电路图的画法。

三、课堂小结

教师与学生一起回顾本节课的学习内容，引导学生总结如下： 1．电路的基本组成及各部分的作用。

2．电路的三种工作状态及其特点。注意：不允许电源短路。3．电路模型和电路图

四、课堂练习

教材中思考与练习第1、2题

五、课后作业

“学习辅导与练习”同步训练中的2.1

图2.2 电路的三种工作状态 【课题名称】 2.2 电流及其测量 【课时安排】

1课时（45分钟）【教学目标】

1．理解电流的基本概念与定义，掌握电流的常用单位。

2．学会区分电流的实际方向与参考方向。

3．明确测量直流电流的方法与步骤。【教学重点】

重点：直流电流的测量方法与步骤 【教学难点】

难点：电流实际方向与参考方向的区分

【关键点】

明确电流的大小及其测量 【教学方法】

多媒体演示法、讲授法、谈话法、理论联系实际法 【教具资源】

多媒体课件、直流电源、小灯泡、开关、连接导线若干、电流表、万用表 【教学过程】

一、导入新课

教师可演示小灯泡实验电路，如断开开关，电路中无电流，小灯泡不亮；合上开关，电路中有电流通过，小灯泡亮。从而让学生明白小灯泡的亮暗，是与通过小灯泡的电流大小有关，进而引出本课的学习内容——电流及其测量。

二、讲授新课

教学环节1： 电流的基本概念与定义

教师活动1：利用多媒体动画展示电荷的定向移动形成电流的过程。

学生活动1：仔细观察多媒体动画，在教师的引导下，理解电流的形成过程、电流方向的规定。

教师活动2：教师可利用多媒体或黑板展现一个复杂电路，并设计在不知某支路电流实际方向的情况下，求该支路电流大小的情景，从而引出电流参考方向的概念。

学生活动2：学生可通过教师讲解，理解电流参考方向与实际方向的概念以及它们之间的区别与联系。通过实例，练习并掌握根据支路电流的参考方向与计算值，来确定该支路电流的实际方向的方法。

教师活动3：教师讲解电流大小的定义及其常用单位，并通过相关例题对电流大小进行计算。

学生活动3：学生通过听讲与练习，学习电流大小的计算及常用单位之间的转换。教师活动4：教师可利用多媒体展示直流电流、脉动直流电流、交流电流的相关波形图。学生活动4：学生可根据展示的波形图，并在教师的引导下，理解直流与交流的概念。知识点： 电流的形成：电荷的定向移动形成电流；电流的方向：规定正电荷的移动方向为电流的方向，自由电子的移动方向与电流方向相反。参考方向与实际方向：为计算方便常先假设一个电流方向，称为电流的参考方向。电流大小的定义：电流的大小等于通过导体横截面的电荷量与通过这些电荷量所用时间的比值，用I表示，即I

q

。电流的常用单位：安培（A），t还有毫安（mA）、微安(A)。常用电流的类型：电流通常分为直流电与交流电。直流电又可分为恒稳直流电与脉动直流电。

注意：教学中，教师可通过联系生活实际，让学生知道闪电电流大小、一般家用电器的工作电流大小、手电筒中小灯泡正常发光时的电流大小以及电子手表工作时的电流大小等相关常识。

教学环节2：电流的测量

教师活动：利用可利用多媒体展示电流表测量直流电流时的接线电路图与万用表测量直流电流时的接线示意图，并结合展示的电流表接线电路图与万用表接线示意图，分别讲解电流表与万用表测量直流电流的方法和步骤。讲解时最好结合万用表和电流表实物。

学生活动：学生可通过仔细观察实物或根据展示的电流表接线电路图与万用表接线示意图，并在教师的引导下，学习测量直流电流的方法、操作步骤及注意事项。

知识点：

测量直流电流的方法、操作步骤及注意事项。测量直流电流一般用直流电流表，也可用万用表的直流电流挡代替电流表进行测量。

电流表使用时应注意：①与被测电路串联；②注意电流的极性。使被测电流从电流表的“+”接线柱流进，“－”接线柱流出；③选择合适的量程。电流表选用量程一般为被测电流的1.5～2倍，若事先无法确定被测电流的大小，量程的选择一般应从大到小，直到合适为止；④防止短路。

万用表测直流电流时应注意挡位与量程选择开关应选择在直流电流区的合适位置。其他注意事项同电流表。

三、课堂小结

1．电流的形成、方向、参考方向与实际方向、电流大小的定义、常用单位与类型。2．直流电流的测量方法、操作步骤与注意事项。

四、课堂练习

教材中思考与练习第1、2、3题

五、课后作业

“学习辅导与练习”同步训练中的2.2

【课题名称】2.3 电压及其测量 【课时安排】

2课时（90分钟）【教学目标】

1．理解电压、电位、电动势的基本概念，掌握其常用单位。

2．掌握电压与电位之间的关系，电源电动势与端电压之间的关系。

3．明确测量直流电压的方法与步骤。

4．了解常用电池及其应用。【教学重点】

1．电压、电位、电动势的基本概念；电压的大小与方向。

2．电压与电位之间的关系；电源端电压与电动势之间的关系。3．测量直流电压的方法与步骤。【教学难点】

难点：电压、电位、电动势的的基本概念；电源端电压与电动势之间的关系 【关键点】

明确电压的大小及其测量 【教学方法】

多媒体演示法、讲授法、谈话法、理论联系实际法 【教具资源】

多媒体课件、直流电源、小灯泡、开关、连接导线若干、电压表、万用表 【教学过程】

一、导入新课

教师演示小灯泡实验电路。如在小灯泡安全使用范围内，分别用完全相同的2节1.5V电池串接后供电和其中的1节1.5V电池供电，让学生观察小灯泡亮度。进而引导学生明白小灯泡的亮度与加在小灯泡两端的电压（即电源提供的电压）大小有关，从而引出本节课的学习内容——电压及其测量。

二、讲授新课

教学环节1： 电压与电位

（一）电压

教师活动1：教师可利用多媒体动画演示电场力做功的过程，引导学生分析，引出电压的定义式。

学生活动1：学生仔细观察多媒体动画，在教师的引导下，理解电压的定义式。教师活动2：教师可利用多媒体课件，讲解电压的方向、参考方向与实际方向。学生活动2：学生在教师的引导下，通过练习掌握电压参考方向与实际方向之间的联系和区别。

（二）电位

教师活动：教师可利用类比的方法，借助电压的联系进行讲解。

学生活动：学生在教师的引导下分析总结电位的定义及电位与电压之间的关系。知识点：

电压的定义式：A、B两点间的电压UAB在数值上等于电场力把正电荷由A点移到B点所做的功WAB与被移动电荷的电荷量的比值。即UABWAB。电压的方向：规定电压的方向由q高电位指向低电位，即电压降低的方向。电压的单位是V（伏），通常还有kV（千伏）和mV（毫伏）。在电路计算时，若事先无法确定电压的真实方向，常常先假定电压的参考方向。电位：电路中某点的电位就是该点与参考点之间的电压，规定参考点的电位为零。电压与电位之间的关系：电压就是两点间的电位差。在电路中，A、B两点间的电压等于A、B两点的电位之差，即UABVAVB。

教学环节2： 电源电动势与端电压

（一）电源电动势

教师活动：教师可通过实物展示常用电池的电动势，利用多媒体动画演示正电荷在电源力、电场力作用下移动过程。

学生活动：学生仔细观察各种电池的电动势，并在教师的引导下分析电源力做功的性质与过程，从中理解电动势大小的定义式。

（二）电源电动势与端电压

教师活动：教师可演示电源端电压测试实验，用电压表或万用表测量电源开路与通路时端电压的值，帮助学生分析电动势与端电压之间的关系。

学生活动：学生观察电源端电压测试演示实验，在教师的引导下分析电源电动势与端电压之间的关系。

知识点：

电源电动势通常标在电池的外表面；电动势的大小：等于电源力把正电荷从低电位（负极）移动到高电位（正极），克服电场力所做的功W，与被移动电荷量q的比值。即EW。q电源两端的电压称为电源的端电压。当电源开路时，电源的端电压U在数值上等于电源的电动势E，即U＝E；当电源工作时，电源的端电压U在数值上小于电源的电动势E，即U＜E。

教学环节3：电压的测量

教师活动：教师可利用多媒体展示电压表测量直流电压时的接线电路图与万用表测量直流电压时的接线示意图，教师结合展示的电压表接线电路图与万用表接线示意图，分别讲解电压表与万用表测量直流电压的方法和步骤。讲解时可结合万用表和电压表实物。

学生活动：学生仔细观察电表实物或根据展示的电压表接线电路图与万用表接线示意图，并在教师的引导下，学习测量直流电压的方法、操作步骤及注意事项。

知识点： 测量直流电压的方法、操作步骤及注意事项。测量直流电压一般用直流电压表，也可用万用表的直流电压挡代替电压表进行测量。

电压表使用时应注意：①与被测电路并联；②注意电压的极性。直流电压表的“+”接线柱接电压的正极，“－”接线柱接电压的负极；③选择合适的量程。电压表选用量程一般为被测电压的1.5～2倍，若事先无法确定被测电压的大小，量程的选择一般应从大到小，直到合适为止。

万用表测直流电压时应注意挡位与量程选择开关应选择在直流电压区的合适位置。其他注意事项同电压表。

教学环节4：常用电池及其应用

教师活动：教师可利用多媒体课件或实物展示各种常用电池，并介绍其应用。学生活动：学生仔细观察各种常用电池，了解其应用。

三、课堂小结 1．电压与电位。2．电源电动势与端电压。3．电压的测量。4．常用电池及其应用。

四、课堂练习

教材中思考与练习第1、2题

五、课后作业

“学习辅导与练习”同步训练2.3中的部分内容。

【课题名称】实训项目一

万用表的基本操作 【课时安排】

2课时（90分钟）【教学目标】

1．熟悉指针式万用表面板各部分组成及其功能。2．掌握万用表测量直流电压、电流及电阻的方法与步骤。3．学会万用表测直流电压、电流及电阻时的正确读数。【教学重点】

万用表测量直流电压、电流及电阻的方法与步骤；正确读数。【教学难点】

难点：读数 【关键点】

直流电压的测量与读数 【教学方法】

多媒体演示法、实物展示法、讲授法、谈话法、理论联系实际法、实践操作法 【教具资源】

多媒体课件、万用表、电池、电池盒、面包板、小灯泡、导线若干、色环电阻若干 【教学过程】

一、导入新课

教师可设置问题情景：如小明玩赛车时把新旧电池混在了一起，请学生们帮小明想办法来区分新旧电池，从中引出本节课的学习内容——万用表的基本操作。

二、讲授新课

教学环节1： 认识指针式万用表面板

（一）指针式万用表面板

教师活动：教师可展示指针式万用表实物，利用多媒体讲解万用表各部分组成、作用及其相关操作。

学生活动：学生每人或两人一组准备一个万用表，在教师的引导与讲解下，结合万用表实物学习、认识万用表面板各部分组成及其作用。

（二）操作前的准备

教师活动：教师可边示范边讲解操作前的各项准备工作。

学生活动：学生可在教师的讲解和引导下，模仿、练习操作前的所有准备工作。知识点：

MF47A型指针式万用表主要分为刻度盘和操作面板两部分。操作面板上主要有机械调零旋钮、电阻调零旋钮、挡位与量程选择开关、表笔插孔等。万用表操作前的准备：①将万用表水平放置；②机械调零；③插入表笔；④电气调零；⑤使用完毕后转换开关的放置。

教学环节2：直流电压与电流的测量

（一）直流电压的测量

教师活动：教师可用测量电池两端电压为例，结合多媒体课件，边示范边讲解万用表测量电池两端电压的操作方法与步骤。

学生活动：学生可仔细观察教师的示范操作过程，模仿、练习万用表测干电池两端电压的方法与操作步骤。

注意：红表笔接高电位端，黑表笔接低电位端。

（二）直流电流的测量

教师活动：教师可结合多媒体课件，演示直流电流测量的方法与操作步骤。

学生活动：学生可仔细观察教师的演示实验并结合多媒体课件，总结直流电流测量的方法与步骤。

知识点：

万用表测直流电压的操作步骤：①选择挡位与量程。转换开关应旋至直流电压测量区，量程的选择一般为被测电压的1.5～2倍，若事先无法确定被测值的大小，量程的选择一般应从大到小，直到合适为止。②与被测电压并联。红表笔接高电位端，黑表笔接低电位端。

万用表测量直流电流的操作步骤：①选择挡位与量程。转换开关应旋至直流电流测量区，量程的选择一般为被测电压的1.5～2倍，若事先无法确定被测值的大小，量程的选择一般应从大到小，直到合适为止。②与被测电流串联。电流从红表笔流进，黑表笔流出。

教学环节3：直流电阻的测量

教师活动：教师可用测量10k的色环电阻器为例，结合多媒体课件，边示范边讲解万用表测量电阻的操作方法与步骤。

学生活动：学生仔细观察教师的示范操作过程，边总结边练习万用表测色环电阻的操作过程。

知识点：

万用表测电阻的操作方法与步骤：①选择倍率。测量电阻时，转换开关应旋至电阻测量区，倍率的选择应以测量时指针在刻度盘的中间位置为标准。②电阻调零。每次选好或更换倍率后，测量之前必须进行电阻调零。电阻调零操作方法同“电气调零”。③测电阻。用万用表的红、黑表笔分别接被测电阻的两端。

教学环节4：正确读数

（一）测量直流电压与电流时的读数

教师活动：教师可通过1—2个具体实例，讲解测直流电压与电流时正确读数的步骤。学生活动：学生可在教师的引导下，练习正确读数。知识点：

读数时，一般刻度盘与量程选择开关配合进行。测量直流电压与电流时，应该看刻度盘中从上至下的第二根标尺，其左端为“0”，右端为满量程，标有“250、50、10”三组量程。标尺上共标有50小格、10大格，选择哪一组量程读数方便，具体要看挡位与量程选择开关所选择的位置。正确的读数步骤：①根据挡位与量程选择开关所处位置，明确满量程的值；②计算每小格所代表的值；③明确指针所指的格数；④计算测量值：测量值＝指针所占格数×每小格所代表的值。

（二）测量电阻时的读数 教师活动：教师可通过1—2个具体实例，讲解测电阻时正确读数的步骤。学生活动：学生在教师的引导下，练习正确读数。知识点：

测电阻，应该看刻度盘中最上方的第一根标尺，其左端为无穷大“”，右端为“0”，并且标尺刻度是不均匀的。电阻的测量值＝刻度数×倍率。

三、课堂小结

1．认识指针式万用表面板各部分组成及其作用。2．直流电压与电流的测量。3．直流电阻的测量。4．正确读数。

注意：测量电阻时，每次选好或更换倍率后，测量之前必须进行电阻调零。

四、课堂练习

1．万用表测量直流电压，若量程选择开关选择在直流10V，指针所指的位置如图2.3所示，那么被测电压值为多少？若是测量直流电流，量程选择开关选择在直流50mA，指针所指的位置仍为如图2.3所示，那么被测电流值为多少？

2．若图2.3所示为测量某电阻时指针所指的位置，已知挡位与量程选择开关选择在R×10挡，试计算被测电阻的值。

五、课后作业

“学习辅导与练习”同步训练2.3中的部分内容。

图2.3 指针所指位置示意图 【课题名称】实训项目二

万用表测直流电压与电流 【课时安排】

1课时（45分钟）【教学目标】

1．学会根据原理图在面包板上搭接简单电路。

2．熟练掌握万用表测量直流电压与电流的操作过程与方法，并能正确读数。【教学重点】

万用表测量直流电压与电流并正确读数。【教学难点】

难点：小电路的搭接

【关键点】

明确直流电压与电流的测量过程与方法 【教学方法】

实践操作法、多媒体展示法、做中学、个别指导 【教具资源】

万用表、各种直流电源、面包板、小灯泡、导线若干 【教学过程】

任务一

直流电压的测量练习1．测干电池两端的电压

教师活动：教师可示范测电池两端电压的操作方法与过程，并组织学生进行测量。学生活动：学生可在教师的引导下练习测电池两端电压，并把测量结果填入规定的表格中。

注意：挡位与量程选择开关旋至直流2.5V挡较合适。2．测直流电源的输出电压

教师活动：教师可示范测直流电源输出电压（6V）的操作方法与过程，并组织学生进行测量。

学生活动：学生可在教师的引导下练习测电阻两端电压，并把测量结果填入规定的技训表中。

注意：挡位与量程选择开关旋至直流10 V挡较合适。任务二

直流电流的测量练习1．搭接小电路

教师活动：教师可介绍面包板的使用方法；分析小电路原理图，利用多媒体展示搭接的实物图，并布置任务与要求。

学生活动：学生根据要求在面包板上正确搭接电路。2．测电路中的电流

教师活动：教师可现场示范或利用多媒体展示测电流的正确操作方法与步骤。学生活动：学生可在教师的组织与引导下练习直流电流的测量。任务三

实训小结

教师活动：教师可引导学生总结用万用表测直流电压与电流的操作步骤、注意事项及收获与体会，并检查任务完成情况、仪器仪表的使用情况、安全文明操作以及团队协作精神。

学生活动：学生在教师的引导下自行总结测量直流电压与电流的操作过程、注意事项及收获与体会，并根据要求进行自我评价。

课后拓展

想一想如何用万用表测家用插孔中220V的交流电？请写出其操作步骤。

【课题名称】2.4 电阻及其测量 【课时安排】

2课时（90分钟）【教学目标】

1．理解电阻的含义，会利用电阻定律计算导体电阻的大小。

2．学会常用电阻器的识别，掌握色环电阻器标称阻值、允许误差的识读，理解电阻器额定功率的含义。

3．掌握万用表测直流电阻的方法与步骤，了解使用兆欧表测绝缘电阻及用电桥对电阻进行精密测量的方法。

4．了解电阻与温度的关系及其在家电产品中的应用。【教学重点】

1．电阻的含义，利用电阻定律计算导体电阻的大小。

2．常用电阻器的识别，色环电阻器标称阻值、允许误差的识读，电阻器额定功率的含义。【教学难点】

难点：色环电阻器标称阻值的识读；电阻器额定功率的含义。【关键点】

明确电阻的大小及其测量 【教学方法】

多媒体演示法、讲授法、谈话法、实例教学法、实践操作法 【教具资源】

多媒体课件、常用电阻器若干、万用表、兆欧表、单臂电桥、电动机 【教学过程】

一、导入新课

教师可利用多媒体或实物展示“220V 100W”与“220V 40W”的两个普通白炽灯，让学生仔细观察灯泡中灯丝的粗细，“220V 100W”的白炽灯灯丝相对较粗，教师进而分析灯丝电阻与灯丝的粗细有关，从而引出本课的学习内容——电阻及其测量。

二、讲授新课

教学环节1：电阻与电阻定律

教师活动：教师可运用类比或提问的方式讲解电阻的基本概念、常用单位及其电阻定律，利用电阻定律讲解一定的例题。

学生活动：学生可在教师的引导下理解电阻的基本概念，掌握其常用单位，学习电阻定律，通过例题学会电阻定律的具体应用。

知识点：

电阻：当自由电子在导体中作定向运动时会受到阻碍，表示这种阻碍作用的物理量称为电阻。电阻的单位是（欧姆），常用的还有k（千欧）、M（兆欧）。电阻定律：实验证明，在温度不变时，一定材料制成的导体的电阻跟它的长度成正比，跟它的横截面积成反比，这个规律称为电阻定律，用公式表示为：RL。导体的电阻与温度有关，通常情S况下，纯金属的电阻随温度的升高而增大；有的合金如康铜和锰铜的电阻与温度变化的关系不大；碳和有些半导体的电阻随温度的升高而减小。

教学环节2：电阻器

（一）常用电阻器

教师活动：教师可利用实物或多媒体展示各种常用的电阻器外形。学生活动：学生可仔细观察展示的各种常用的电阻器外形。

（二）电阻器的主要参数

教师活动：教师可通过具体的实例，讲解电阻器主要参数标称阻值、允许误差和额定功率的识读。特别是标称阻值和允许误差的识读，主要以直标法、文字符号法、色标法为例，并给学生一定的练习。

学生活动：学生可在教师的引导下，学习电阻器主要参数的识读方法，特别是直标法、文字符号法和色标法的识读，并根据教师提供的习题进行练习。

知识点：

电阻：当自由电子在导体中作定向运动时会受到阻碍，表示这种阻碍作用的物理量称为电阻，用字母R表示。电阻的单位是欧姆，符号是，常用单位还有k（千欧）和M（兆欧）。电阻定律：在温度不变时，一定材料制成的导体的电阻跟它的长度成正比，跟它的横截面积成反比。用公式表示为：RL。导体的电阻与温度有关，通常情况下，纯金属的S电阻随温度的升高而增大。有的合金如康铜和锰铜的电阻与温度变化的关系不大。而碳和有些半导体的电阻随温度的升高而减小。常用电阻器一般可分为固定电阻器、可变电阻器和敏感电阻器等。电阻器的主要参数：标称阻值、允许误差和额定功率。电阻器阻值常用的表示方法有直标法、文字符号法和色标法。

教学环节3：电阻的测量

（一）万用表测电阻

教师活动：教师可以测量10k的色环电阻器为例，结合多媒体课件，边示范边讲解万用表测量电阻的操作方法与步骤。

学生活动：学生仔细观察教师的示范操作过程，可在教师的引导下边总结边练习万用表测色环电阻的操作过程。

（二）单臂电桥测电阻

教师活动：教师可以测量100精密电阻器为例，结合多媒体课件，边示范边讲解单臂电桥测电阻的操作方法与步骤。

学生活动：学生仔细观察教师的示范操作过程，可在教师的引导下边总结边练习单臂电桥测电阻的操作过程。

（三）兆欧表测绝缘电阻

教师活动：教师可以测电动机接地电阻为例，结合多媒体课件，边示范边讲解兆欧表测绝缘电阻的操作方法与步骤。学生活动：学生仔细观察教师示范操作过程，可在教师的引导下边总结边练习兆欧表测绝缘电阻的操作过程。

知识点：

万用表测电阻的操作方法与步骤：①选择倍率。测量电阻时，转换开关应旋至电阻测量区，倍率的选择应以测量时指针在刻度盘的中间位置为标准。②电阻调零。每次选好或更换倍率后，测量之前必须进行电阻调零。电阻调零操作方法同“电气调零”。③测电阻。用万用表的红、黑表笔分别接被测电阻的两端。单臂电桥测电阻的方法与步骤：①先将检流计的锁扣打开（内→外），调节调零器把指针调到零位。②把被测电阻接在“Rx”的位置上。③估计被测电阻的大小，选择适当的桥臂比率，使比较臂的四档都能被充分利用。④先按电源按钮B（锁定），再按下检流计的按钮G（点接）。⑤调整比较臂电阻使检流计指向零位，电桥平衡。⑥读取数据：被测电阻=比较臂读数之和×比率臂。⑦测量完毕，先断开检流计按钮，再断开电源按钮，然后拆除被测电阻，再将检流计锁扣锁上，以防搬动过程中损坏检流计。兆欧表测绝缘电阻的一般步骤：①将兆欧表放置在平稳的地方。②开路试验。将兆欧表的两接线端分开，摇动手柄。正常时，兆欧表指针应指向“∞”。③短路试验。将兆欧表的两接线端接触，摇动手柄。正常时，兆欧表指针应指向“0”。在摇动手柄时不得让L和E短接时间过长，否则将损坏兆欧表。④用单股导线将“L”端和“E”端分别接在被测电阻两端，摇动手柄，摇动手柄的转速要均匀，一般规定为120/mim，允许有±20%的变化。⑤使用后，将“L”、“E”两导线短接，对兆欧表作放电工作，以免触电事故。

教学环节4：电阻与温度的关系在家电产品中的应用

教师活动：教师可联系生活实际或利用多媒体说明正温度系数电阻器和负温度系数电阻的具体应用场合。

学生活动：学生可根据教师提供或讲解的实例了解正温度系数电阻器和负温度系数电阻的具体应用场合。

三、课堂小结 1．电阻与电阻定律。2．常用电阻器。3．电阻器的主要参数。4．电阻的测量。

5．电阻与温度的关系在家电产品中的应用。

四、课堂练习

教材中的思考与练习题

五、课后作业

“学习辅导与练习”同步训练中的2.4。

【课题名称】实训项目三

万用表测电阻 【课时安排】

1课时（45分钟）【教学目标】

1．熟悉万用表测固定电阻器的基本操作，并会正确读数。2．学会万用表测电位器、光敏电阻器阻值的变化。【教学重点】

万用表测固定电阻器并正确读数。【教学难点】

难点：万用表测电位器和光敏电阻器阻值的变化

【关键点】

万用表测电阻的基本操作 【教学方法】

讲授法、实践操作法、多媒体展示法、个别辅导法 【教具资源】

万用表、小灯泡、色环电阻器若干、光敏电阻器、电位器 【教学过程】

任务一

各种电阻器的识别

教师活动：教师可结合多媒体展示各种电阻器实物，并讲解各种电阻器的特点和用法。学生活动：学生可仔细观察多媒体与教师的讲解，了解各种电阻器的特点和用法。知识点：

小灯泡两端的电阻是固定电阻。电位器有三个端，其中1、3端之间的值是固定的，1、2或2、3端之间的电阻是可变的。光敏电阻器的阻值会随光照强度的变化而变化。

任务二

测小灯泡电阻和色环电阻器

教师活动：教师可提示小灯泡电阻和色环电阻器阻值的大致范围，提醒学生正确选择倍率。

学生活动：学生可在教师的提示和提醒下正确选择倍率，并按要求进行测量，把测量结果填入相应的表格中。

注意：每次选择倍率后必须进行电阻调零。任务三

测电位器和光敏电阻器的阻值

教师活动：教师可利用多媒体说明并讲解电位器和光敏电阻器的特点和使用方法，并说明测量要求。

学生活动：学生可在教师的指导下学习电位器和光敏电阻器的特点和使用方法，并按要求进行测量训练。

注意：电位器的三个端点不要搞错。知识点：

测电位器标称阻值及阻值变化情况操作步骤：①选择合适的挡位与倍率。②测标称阻值。万用表的红、黑表笔分别接电位器的“

1、3”两个管脚进行测量，并正确读数。③测阻值变化情况。万用表的红、黑表笔分别接电位器的“

1、2”或“

2、3”两个管脚，同时旋转电位器的旋钮，观察万用表指针的变化情况。测光敏电阻器阻值变化情况操作步骤：①选择合适的挡位与倍率。②测阻值变化情况。用万用表的红、黑表笔分别接光敏电阻器的两个管脚，然后用黑纸片慢慢靠近光敏电阻器，直到完全挡住光照为止。在这个过程中，仔细观察万用表指针的变化情况。

任务四

实训小结

教师活动：教师可引导学生总结用万用表测固定电阻器、电位器及光敏电阻器的操作步骤、注意事项及收获与体会，并检查任务完成情况、仪器仪表的使用情况、安全文明操作以及团队协作精神。

学生活动：学生可在教师的引导下自行总结测量固定电阻器、电位器及光敏电阻器的操作过程、注意事项及收获与体会，并根据要求进行自我评价。

课后拓展

请问你知道热敏电阻器吗？通过课外学习说一说热敏电阻器的特点和使用方法。

【课题名称】2.5 部分电路欧姆定律 【课时安排】

1课时（45分钟）【教学目标】

1．学会用欧姆定律分析和解决实际问题。2．理解电阻的伏安特性。

3．会区分线性电阻和非线性电阻，了解其典型应用。【教学重点】

1．运用欧姆定律分析和解决实际问题。2．电阻的伏安特性。【教学难点】

难点：电阻的伏安特性 【关键点】

用欧姆定律分析和解决实际问题 【教学方法】

多媒体演示法、讲授法、谈话法、练习法 【教具资源】

多媒体课件、电阻器、二极管 【教学过程】

一、导入新课

教师可通过展示1—2个具体实例让学生自主练习，学生在练习的过程中回忆并复习初中已学过的部分电路欧姆定律。

二、讲授新课

教学环节1：部分电路欧姆定律

教师活动：教师可设计并出示各种类型的例题。学生活动：学生可在教师的引导下自主练习相关例题。知识点：

部分电路欧姆定律：在电阻电路中，电路中的电流I与电阻两端的电压U成正比，与电阻R成反比，这就是部分电路欧姆定律。部分电路欧姆定律可以用公式表示为IU。

R注意：欧姆定律的变式RU并不表示电阻的阻值会随电阻两端电压的变化而改变，也

I不会随通过电阻的电流变化而改变，此公式只是说明电阻的阻值可通过测量电阻两端的电压与通过电阻的电流大小来进行计算。

教学环节2：电阻的伏安特性

教师活动：教师可利用多媒体展示线性电阻（如固定电阻器）和非线性电阻（二极管）两端电压与通过的电流之间的关系图，并讲解线性电阻与非线性电阻的特点。

学生活动：学生可仔细观察教师展示的各种电压与电流之间的关系图，并在教师的讲解下理解电阻的伏安特性。

教学环节3：非线性电阻的典型应用

教师活动：教师可联系学生的生产生活实际，结合多媒体展示，讲解各种非线性电阻的典型应用。

学生活动：学生可联系生产生活实际，仔细听讲。知识点：

线性电阻与非线性电阻：电阻阻值不随电压、电流变化而改变的电阻称为线性电阻。人们平常所说的电阻都是线性电阻，线性电阻的阻值是一个常数，其电压与电流关系符合欧姆定律。反之，电阻阻值随电压或电流变化而改变的电阻称为非线性电阻。非线性电阻的阻值不是常数，其电压与电流关系不符合欧姆定律。伏安特性：一般把电阻两端电压U和通过电阻的电流I之间的对应变化关系，称为电阻的伏安特性，二者之间的变化关系曲线称为伏安特性曲线。线性电阻的伏安特性曲线是一条通过原点的直线，非线性电阻的伏安特性曲线是一条曲线。

三、课堂小结

1．部分电路欧姆定律。2．电阻的伏安特性。3．非线性电阻的典型应用。

四、课堂练习

教材中思考与练习第1、2题

五、课后作业

“学习辅导与练习”同步训练中的2.5。

【课题名称】2.6 电能与电功率 【课时安排】

1课时（45分钟）【教学目标】

1．理解电能与电功率的基本概念，学会电能与电功率的计算。2．知道额定值（额定电压、额定功率）的含义。3．了解单相电能表的铭牌。【教学重点】

电能与电功率的计算；额定值的理解 【教学难点】

难点：额定值的理解 【关键点】

电能与电功率的计算 【教学方法】

多媒体演示法、讲授法、谈话法、举例法、练习法 【教具资源】

多媒体课件、单相感应式电能表 【教学过程】

一、导入新课

教师可通过创设以下情境：若在标有“220V、40W”的灯泡、“220V、55W”的电风扇、“220V、1500W”的电吹风、“220V、1000W”的电饭煲两端都加上220V电压，请问连续使用1小时后，你知道哪个用电器消耗电能最多？哪个最少？分别为多少？然后引出电能的概念。

二、讲授新课

教学环节1：电能与电功率

教师活动：教师可讲解电能与电功率的计算公式和常用单位。学生活动：学生可仔细听教师的讲解。知识点：

电能：在电场力的作用下，电荷定向运动形成的电流所做的功称为电能。电流做功的过程就是将电能转换成其它形式的能的过程。如果加在导体两端的电压为U，在时间t内通过导体横截面的电荷量为q，则电流所做的功即电能W＝U q＝Uit。电能的单位是焦〔耳〕，简称焦，符号是J。在实际使用中，电能常用千瓦·时（俗称度）为单位，符号是kW·h，即1kW·h＝3.6×10J。

电功率：电功率是描述电流做功快慢的物理量。电流在单位时间内所做的功叫做电功率。如果在时间t内，电流通过导体所做的功为W，那么电功率为P＝W/t。纯电阻电路，电功率的公式还可以写成P＝UI＝U2/ R＝I2R。

教学环节2：额定值 6教师活动：教师可通过例举一些电器中的铭牌数据，说明额定值的意义。然后例举一些含有额定值并需要计算电能与电功率的相关例题。

学生活动：学生可通过边思考边听教师讲解，从而理解额定值所代表的意义。然后在教师的引导下，做一些练习题，以便掌握电能与电功率的计算。

知识点：

额定值：额定值就是保证电气设备能长期安全工作的最大电压、电流和功率，分别称为额定电压、额定电流和额定功率。电气设备的额定值通常标在一块金属牌（铭牌）上，固定在设备外壳上，因而有时额定值又称为铭牌数据，如灯泡上220V、40W即为额定值。

教学环节3：电能表

教师活动：教师可结合多媒体展示电能表实物，讲解电能表上铭牌数据所代表的意义。学生活动：学生可边仔细观察实物及多媒体，边在教师的引导下理解铭牌数据所代表的意义。

知识点：

在电能表的铭牌上都标有一些字母和数字，其中DD228电能表的型号，DD表示单相电能表，数字228为设计序号；一般家庭使用就需选用DD系列的电能表，设计序号可以不同。220V、50Hz是电能表的额定电压和工作频率，它必须与电源的规格相符合。5（10）A是电能表的标定电流值和最大电流值，5（10）A表示标定电流为5A，允许使用的最大电流为20A。1200r/kWh表示电能表的额定转速是每千瓦﹒时1200转。

三、课堂小结 1．电能与电功率。2．额定值。3．电能表。

四、课堂练习

教材中思考与练习第1、2题

五、课后作业

1．“学习辅导与练习”同步训练中的2.6。

微弱电流测量电路的设计和仿真 篇6

关键词：微弱电流,测量,PSPICE,仿真

0 引言

nA级别的微弱电流测量在静电研究、材料测试、电力系统在线监测等众多领域具有重要应用[1]。而传统的电流测量仪器,如数字万用表,通常只能测到1μA。为了实现nA级别的电流测量,需要分析元件非理想特性的影响,例如运放的非理想特性。我们选择运放电流反馈法设计电路,改进电路设计并合理确定电路参数,最终实现了1nA的测量精度。

1 电流测量方法

微弱电流测量主要有两种方法,分别是取样电阻法和运算放大器反馈电流法[1]。取样电阻法的缺点是取样电阻会和信号源内阻串联,减小待测电流的数值。而运放反馈电流法测量精度高,对待测电路几乎没有影响,本电路采用此法。

利用运放虚短和虚断的特性,让待测电流全部流经反馈电阻Rf,从而将电流转换成电压测量。

对于理想运放,输入端不取电流,有

根据虚短特性,同相端和反相端之间没有电压降。因此将测量电路串联到待测电路中时,相当于"理想电流表",对待测电路几乎没有影响。这对电流测量非常可贵。

对实际运放,输入偏置电流IB会对待测电流分流;此外因为存在输入失调电压Vos且增益A为有限值,造成反相输入端和同相输入端之间有一定的电势差。实际输出电压和输入量之间的关系为:[2]

因此为了接近理想运放,应该选择IB尽量小,Vos尽量小,A尽量大的运放。这是实现微小电流精确测量的关键。此外,实际电路还需要考虑Rf的噪声、电源噪声等。以下分别进行讨论。

2 非理想特性,电路具体化

2.1 运放选择

J-FET输入放大器具有高输入阻抗、低偏置电流的优点。而和J-FET输入放大器相比,新型CMOS输入放大器可以提供更小的输入偏置电流。AD8603是采用CMOS技术的微功耗精密输入/输出运放[3],具有极低的输入偏置电流和输入失调电流,以及极低的输入失调电压。这些特性让它很符合本电路的需要。其各主要参数如下:

Vs=5V,T=25度

输入偏置电流IB 0.2pA

输入失调电流Ios 0.1pA

输入失调电压Vos 40μV

开环增益Avo 120dB

共模抑制比CMRR 100dB

2.2 反馈电阻的影响

过小的Rf会造成I-V转换的电压值过小,容易受环境噪声的干扰。过大的Rf会造成较大的热电压噪声,选择和测量也很困难。一般Rf的取值范围为MΩ～GΩ,我们经过实验调试,选取Rf的最大值为20MΩ。

2.3 电压放大和跟随,精密电压基准芯片

对于1nA的输入电流,经过Rf=20MΩ的I-V转换之后的输出电压为20mV。这个电压还需要进一步放大才能满足后续处理如滤波和A/D转换的需要。我们在第一级I-V转换后进行两级电压放大。实验证明放大倍数为10倍时信噪比最高。经过电压放大之后1nA电流转换为2V电压,可以方便地进行后续处理。

在两级电压放大之间增加一级电压跟随。主要作用是隔离前后级的影响,避免后级大信号电路干扰前级的微弱信号转换电路,提高信噪比。跟随运放的输出端增加低通滤波,抑制噪声。

另外,电源噪声会造成信号参考电压不稳定,特别是对信号非常微弱的输入级影响很大。使用精密电压基准芯片:输出电压为5 V的MAX6250和2.5 V的MAX6225[4]为各运放提供精密参考电压。各运放的电源端连接+5V和地,而同相端连接2.5V。运放输入和输出信号的参考电平是同相端,因此相对于输入输出信号,电源电压为±2.5V。此外为了抑制电源噪声,在运放的电源端增加滤波电容。

2.4 电路全貌

经过以上的改进后,电路全貌如图2所示。

第一个运放完成I-V转换;第二、第四个运放进行电压放大;第三个运放作用是电压跟随。

3 PSPICE仿真

3.1 简介

PSPICE是优秀的电路模拟仿真软件。它以图形方式输入,模拟和计算电路,生成图表。主要功能为直流分析、交流分析、噪声分析等。本电路使用PSPICE 9.2版仿真,目的是验证电路的正确性,合理选择电路参数,确定测量范围。

3.2 仿真步骤

3.2.1 输入原理图

进入Capture,新建项目,放置元器件、连线、电源,绘制原理图。其中AD8603的PSPICE模型需要从ADI公司网站下载。绘制的电路图如图3所示。仅仿真输入级,因为这是测量电路的核心部分,而后面跟随和放大级原理简单,此处不参与仿真。

3.2.2 设置元件参数

设置Vcc、Rf等参数的值。Vcc=±2.5V,反馈电阻Rf=20M.R2/R1=20.

3.2.3 运行仿真

进行直流扫描,输入电流Ii为0.1～1.2n A,输出电压曲线如图4所示。

图4 PSPICE仿真输出电压曲线(参见右栏)

3.2.4 仿真结果分析

由图可见,I-V曲线线性度非常好。图中曲线斜率为负,因为电路的输入接在反相端。

根据式(2),Ii=0时,Vo=Vos+IBRf。截取Ii=0A时的Vo数据可知:Vos+IBRf=0.0125m V=-11.66μV。考虑到IB约为0.2 pA,Rf=1 M,代入得IBRf=0.2μV.因此Vos=11.4~11.8μV。进一步考虑到AD8603,放大倍数A=120d B=106,而输入级I-V转换后Vo在10～100m V范围,Vo/A最大值为0.1μV<

待测电流较小时,Ii Rf和Vos相当,因此误差较大。而Ii较大时误差较小。设可接受的最大误差为1%,有Vos/(Ii Rf)=1%,取Rf=20M,得Ii=0.1n A.因此对0.1n A及以上的输入电流,可以获得误差不超过1%的测量精度。

仿真结果表明,10M、100M的电阻同样可以进行I-V转换。但实际情况下大电阻的热噪声、稳定性差、一致性差等因素不可避免被放大。本电路经过实验调试采用20M及以下的反馈电阻。本电路最大取反馈电阻Rf=20M,可以实现最低0.1nA级别的电流测量,此时误差不超过1%。通过更换较小的Rf,可以实现大于0.1nA电流的测量。

4 PCB设计过程

经过确定封装、载入网表、布局布线等步骤,完成PCB版图设计。其中AD8603没有现成的封装库,需要根据datasheet手工绘制封装。

PCB设计过程中需要注意以下几点:按照原理图进行布局,以便对照安放元件;各连接线尽量短,尤其是输入线;电源地和信号地分开;电源线和地线尽量粗;电路中除了最后一级输出Vout以外,另外增加若干圆型的中间级信号测试点和方形的电源电压测试点,方便调试。

版图如图5所示:

图中四个为AD8603在电路上部一字排开。由于空间拥挤只标注了第二和第四个。整个电路尺寸为6.5cm×4.0cm。制作PCB、器件安装完毕后,安装金属壳屏蔽。

5 结论

本文介绍了一种微弱电流测量电路的设计过程。我们选择具有极低输入偏置电流和失调电压的运放,合理选择反馈电阻的数值,增加多级放大与电压跟随级。仿真结果表明本电路测量精度为1nA,达到了设计目标。

参考文献

[1]于海洋,袁瑞铭,王长瑞,等.微电流测量方法评述[J].华北电力技术,2006,(11):51-54.

[2]周红,夏勇,苏建坡,等.电分析仪器中的微弱电流测量[J].分析仪器,2000,(2):20-23.

[3]Analog Device.Precision Micropower,Low Noise CMOS Rail-to-Rail Input/Output Operational Amplifiers AD8603/AD8607/AD8609[DB/OL].2008http://cn.ic-on-line.cn/iol_LOW-NOISE/classified/LOW-NOISE.htm

电容传感器新型微弱电容测量电路 篇7

电容传感器在检测系统中应用比较多, 其可以保证对液位、位移以及加速度进行测量, 电容传感器在检测的过程中, 对精确性要求比较高, 所以, 相关设计人员一定要对其电路进行优化, 新型微弱电容测量电路是一种新型的电路, 其在电容传感器的应用中, 有效提高了电容传感器的性能, 这种电路的抗干扰能力比较强, 可以适用复杂的环境, 而且可以解决传统电力产生的电子开关电荷问题, 而且应用这种电路, 可以快速及时的收集数据、信号, 其产生的噪音比较小, 可以突破电容传感器发展的瓶颈。

2新型微弱电容测量电路在电容传感器中的应用

新型微弱电容测量电路是在电荷放大的基础上提出的, 其工作的原理如图1所示。

从图1可以了解到新型电路的工作原理, Cx表示被测电容, 其左边接入的是激励电极, 右边接入的是检测电极。被测电容下的两个电容属于杂散电容, 分别用Cas与Cbs表示, 二者都是等效电容, 左侧电容Cas是由激励源实现驱动的, 其不会影响被测电容的电流大小;右侧电容Cbs也不会对被测电容产生影响, 其多处于虚地的状态, 而且左右两端不会产生电压差, 在对被测电容进行测量时, 这两种等效电容不会对测量产生任何影响。通过分析可以看出, 该电路对杂散电容不够敏感, 而且对杂散电容有着较强的抗干扰能力。

新型电容测量电路有着较高的分辨率, 传统电容传感器会受到电子开关产生的电荷的影响, 所以, 信号会受到干扰, 分辨率会大大降低。采用微弱电容测量电路, 可以消除电子开关电荷的影响, 电容传感器在测量时, 产生的误差也会减小。电子开关关闭后, 电容的大小会受到影响, 这可能是由沟道电荷引起的, 也可能是电荷释放引起的。新型微弱电容测量电路对开关控制时序进行调整, 这有效的解决了电子开关电荷问题, 开关控制信号时序图见图2。

在对开关控制时序进行调整后, 有效解决了电子开关电荷注入的效应, 通过改变开关的顺序, 电荷流向被改变了, 电荷从不同节点流出后, 对电路的影响比较小, 不会导致电荷超标问题, 而且对电容传感器的测量结果影响也比较小。采用电路开关时序调整的方式, 可以有效优化电路的性能, 可以降低电荷对测量结果的影响, 有利于提高电容传感器测量的准确性。

电容传感器是一种先进的测量设备, 为了减少电子开关电荷注入效应, 需要合理控制开关的设计, 要保证开关对电路输出不会产生影响, 还要避免电荷过大造成的波形异常现象。开关开启的顺序不同, 对电路产生的影响也不同, 为了保证电子开关产生的电荷对电路不产生影响, 必须在开关断开前完成数据采集工作, 一定要做好电路的优化工作, 对开关时序进行合理的调整, 还要消除电荷注入效应。不同时刻的波形图如图3所示。

由此得到电路的工作原理如下:Vin为充放电的激励电压源, 开关S4和S5及运放U2和U3构成两个采样保持器 (S/H) , U4为仪表放大器, 电容Cf和开关S3构成电荷放大器。测量开关S3的电荷注入效应。在电路开始工作之前, 开关S3处于闭合状态, Vin电压为高, 两个采样保持器都处于采样模式。但由于S3的电荷注入效应, 有电荷被注入电路, 这将导致V3被拉低至VL。在t2时刻, U1的输出稳定并且U3的输出Vout1等于VL, S5断开使采样保持器进入保持模式。假设S3的电荷注入效应相当于输入电压引起, 同时假设S3的输出电容对电路的影响为C0, 则Vout1可表示如下:

测量由激励引起的输出的变化。开关S2断开, 开关S1关闭施加直流电压激励Vin, 右侧极板感应出电荷与S3的电荷注入效应引入的电荷叠加, 导致U1的输出上升, 在t4时刻输出稳定Vout2等于V3, S4断开使采样保持器进入保持模式, 则Vout2可表示为:

得到仪表放大器的输出为:

由已知得可见输出电压与未知电容成线性关系。根据第一步和第二步情况计算得出, 电荷注入效应不会对输出产生影响。该式没有考虑运放U1的输出失调电压和输入失调电流的影响, 是由于同一运放的参数基本稳定, 其对Vout1、Vout2的影响大体相同, 差动式结构可以基本消除这部分影响。采保中的开关S4与S5在断开时, 它们的电荷注入效应会使Vout1、Vout2的波形产生瞬时微小失真, 相对Vout1、Vout2它们的值较小可以忽略。

结束语

本文对电容传感器新型微弱电容测量电路的特性进行了分析, 这种新型的电路是在电荷放大的原理上提出的, 具有良好的抗干扰能力, 其对杂散电容有着较强的抵抗性, 对电子开关产生的电荷有着消除的效果, 可以保证电容传感器的敏感性, 还可以提高电容传感器检测的准确性, 通过实践发现, 应用新型微弱电容检测电路, 电路的检测能力会大大增强, 电路的敏感性也会提高, 分辨率会大大增强, 这提高了电容传感器的应用范围, 而且对电容传感器的优化指引了方向, 采用新型电容传感器, 可以及时的采集到信息数据, 有着良好的应用效果。

参考文献

[1]黄运开.带缝的长直圆柱面电容传感器电容的讨论[J].大学物理, 2000 (1) .

[2]张爱华, 朱亮.基于参考电容的低成本智能电容传感器系统[J].仪表技术与传感器, 2001 (8) .

多档位自动切换电流测量电路设计 篇8

积分球是一种常用的光学实验设备, 它作为理想漫射光源和匀光器, 被广泛的应用于光辐射测量等领域[1,2]。为了判断光源的辐射通量, 在积分球中使用硅光探测器对光强信号进行测量。硅光探测器根据光强的不同输出变化的电流信号, 在积分球光源无光到强光照射下, 硅光探测器的电流响应信号变化范围很大 (一般从几μA到1A左右) , 一般的电流测量电路不能直接对如此宽范围的电流信号进行直接测量。根据所要测量电流宽变换范围的特点, 本文设计了宽范围电流测量电路, 将电流分为4个档位, 并使用单片机实时检测电流测量值, 根据电流值大小切换测量档位, 以保证电流值在合适的测量范围之内, 提高了测量准确性。

1 电流测量原理

电阻降压法是一种常用的电流测量方法, 使被测电流通过一个已知阻值的标准电阻, 在标准电阻上将会产生一定的压降, 通过测量电阻两端的压降即可反算出电流的大小。对于某一固定阻值的电阻, 若阻值取值太小, 当小电流 (如μA级别的电流) 经过电阻时, 在电阻两端产生的压降很小, 可能会导致后端的模数转换器无法分辨该电压差, 从而无法对小电流电信号进行测量。若阻值取值太大, 当大电流 (如1A级别的电流) 经过电阻时, 一方面由于功耗大会使电阻发热严重, 另一方面由于压降过大会超过后端模数电路的输入范围, 造成元器件的饱和或损坏。因此, 要根据不同的电流大小选择合适的阻值进行电流测量电路的设计。

2 电流测量电路设计

根据要测量电流范围, 将测量范围分为0-2m A, 2 m A-20m A, 20m A-200m A和200m A-2A四个量程。电流测量电路原理图如图1所示。

硅光探测器的输出端与原理图中电流输入端J41相连, 当电流范围在0-2m A时, 三极管Q21控制端为低电平, 三极管Q22和Q23控制端为高电平, 电流通过继电器S4后经过采样电阻R46、R47和R49, 当电流范围在2m A-20m A时, 三极管Q21和Q23控制端为低电平, 三极管Q22控制端为高电平, 此时的采样电阻为R46和R47。当电流范围在20m A-200m A时, 三极管Q21、Q22和Q23控制端为低电平此时的采样电阻为R46。当电流范围在200m A-2A时, 三极管Q21控制端为高电平, 此时的采样电阻为R44。根据电流经过的采样电阻不同, 所产生的电压差分别通过不同的AD623放大器进行放大, 放大之后的信号通过ADC芯片进行转换获得数字信号。3个继电器S4、S5和S6开关状态和量程的关系如表1所示。

采样电阻的大小与量程相关, 阻值越大, 能测量的电阻越小, 分辨率越高, 但是越容易使后端放大器进入饱和状态。反之, 阻值越小, 电流分辨率越低, 但是能测量的电流值越大。

AD623[3,4,5]是集成单电源仪表放大器, 它可以在单电源下提供满电源幅度的信号量输出, 在本设计中采用+5V电源供电。其增益由公式 (1) 确定,

根据设计要求, 两组放大器 (U5和U6) 的增益分别设置为2和25, 因此可以计算两组放大器的增益电阻分别为R42=100kΩ, R45=4.2kΩ。

放大器放大后的信号进入ADC芯片AD7705进行模数转换, AD7705是16位分辨率的A/D转换器, 使用+5V单电源供电, 具有3线数字接口, 可以通过该接口进行芯片功能配置, 该芯片还具有自校准和系统校准功能[6,7]。AD7705的应用电路如图2所示。

3 程序设计

使用STC12C5A60S2单片机与AD7705芯片的控制IO相连, 定时采集模数转换值, 根据采集数据结果判断当前电流范围, 以此确定合适的量程。量程切换过程是本软件编写的主要部分, 量程切换部分程序流程图如图3所示。

4 结论

本文采用量程分段的方式, 设计了一种宽量程自动切换电流测量电路, 可以对硅光探测器输出的范围在几十μA到2A的电流进行测量。使用该测量电路可以满足积分球对电流测量的需要, 具有较好的实时性, 实际电路经软件标定以后可以提高测量精度, 该设计方法具有使用价值, 可以为宽范围电流测量提供参考。

参考文献

[1]赫英威, 李平, 吴厚平等.积分球辐射光源照度均匀性研究[J].应用光学, 2012, 33 (3) :548-553.

[2]王淑荣, 邢进, 李福田.利用积分球光源定标空间紫外遥感光谱辐射计[J].光学精密工程, 2006, 14 (2) :185-191.

[3]王建新, 任勇峰, 焦新泉.仪表放大器AD623在数采系统中的应用[J].传感器与仪器仪表, 2007, 23 (3) :169-171.

[4]张君, 赵杰.仪表放大器AD623的性能与应用[J].仪表技术, 2002, (5) :45-46.

[5]刘高明.单电源、电源限输出仪表放大器AD623及其应用[J].电测与仪表, 1999, (1) :44-46.

[6]朱延钊.AD7705/AD7706的原理与应用[J].国外电子元器件, 2002, (6) :59-61.

[7]陈勇钢, 吴伯农.AD7705高精度数据采集的实现[J].国外电子测量技术, 2006, 25 (1) :38-40.

测量电路 篇9

一、三相对称电路的有功功率测量

三相对称电路即三相电源对称、三相负载对称的三相电路。由电工原理我们知道, 三相电路总的有功功率等于各相有功功率之和, 即

在三相对称电路中的三相电路的总的有功功率又可表示为

下面分别对三相对称电路在三相四线制和三相三线制两种情况下的有功功率测量方法进行讨论。

1. 三相四线制对称电路的有功功率测量方法

三相四线制对称电路的三相有功功率的测量可以采用一表法、三表法及二表法进行测量。

(1) 一表法测量

由于三相电路对称, 则三相电路总的有功功率为

所以可以采用一只功率表测量某一相的有功功率, 总的有功功率等于功率表读数的3倍。

一表法测量三相对称电路有功功率的接线图如图1所示。它的接线特点是功率表所接的电压是以中线N为参考点, 功率表WAN读数的物理意义即为A相的有功功率PA。

(2) 三表法测量

三表法测量三相对称电路的三相有功功率的接线图如图2所示。它的接线特点是每个功率表所接的电压均是以中线N为参考点, 三个功率表WAN, WBN和WCN的读数分别为PA, PB和PC。

三相总的有功功率等于各功率表读数之和, 即P=PA+PB+PC。三只功率表的读数均有明确的物理意义, 即PA, PB和PC分别表示A相, B相和C相负载各自吸收的有功功率, 这就是三表法。图2所示的接法可称为共中线N接法。

三表法测三相有功功率, 还可以采用共相线接法, 如图3所示的接线, 称为共A接法, 三只功率表的读数的代数和表示三相负载吸收的总的有功功率。

(3) 二表法测量

在图3电路中, 因为是对称三相电路, 则有iN=0, 所以图3中的WNA的读数必为零, 在测量时可不接, 此时的三表法便简化为两表法如图4所示。可见, 此时的两表法是三表法的特例。但这里每个功率表的读数没有明确的物理意义。下面证明功率表WBA, WCA的读数代数和为三相电路的总的有功功率。

由电工原理可知, 三相瞬时功率等于各相瞬时功率之和, 即

因为三相电路对称, 所以, iN=iA+iB+iC=0, 则iA=- (iB+iC) , 将iA=- (iB+iC) 代入上式, 得

则三相有功功率为

式中为uBA与iB的相位差, 为uCA与iC的相位差。上式中的第一项UBAIBcosj1就是图4中功率表WBA的读数, 第二项UCAICcosj2就是图4中功率表WCA的读数。

下面讨论的关系。在三相对称电路中, 线电压导前对应的相电压30o, 相电压导前对应的相电流角 (设为感性负载) 。

(1) uBA与iB之间的相位差

由于,

所以, uBA与iB的相位差为:

(2) uCA与iC之间的相位差

由于uCA导前uC30o, uC导前iC一个角, 所以, uCA与iC的相位差为

或由相量图找出uBA与iB的相位差和uCA与iC之间的相位差。

画相量图如图5所示, 由相量图得, uBA与iB的相位差, uCA与iC的相位差为

故三相有功率又可表示为

其中为负载的阻抗角 (即功率因数角) , 对于阻性或容性负载, 有同样的结论。

两个功率表的读数与有下列关系:

(a) 当负载为纯电阻, =0, WBA=WCA, 即两个功率表读数相等;

(b) 当负载功率因数cos=0.5, =±60o, 将有一个功率表的读数为零;

(c) 当负载功率因数cosj<0.5, ││>60o, 则有一个功率表的读数为负值, 该功率表指针将反方向偏转, 这时应将功率表电流线圈的两个端子调换 (不能调换电压线圈端子) , 而读数应记为负值。对于数字式功率表将出现负读数。

二表法的接线特点是, 每个功率表所接电压均以同一根相线为参考点, 而电流则分别是非参考线中的线电流。

当然, 三表法和二表法都还可以采用共B接法和共C接法。

2. 三相三线制对称电路的功率测量方法

对于三相三线制电路 (Y接法或Δ接法) , 可采图6所示的一表法 (Y接法的也可采用三表法, 但不常用) 和图7所示的二表法, 一表法和二表法所对应的表达式仍然成立。

二、三相不对称电路的有功功率测量

1. 三相四线制不对称电路的有功功率测量方法

因为在三相四线制不对称电路中, PA≠PB≠PC, 所以不能采用一表法, 又由于iN=iA+iB+iC≠0, 所以也不能采用二表法。故三相四线制不对称电路的有功功率测量只能采用图2或图3所示接线的三表法进行测量三相电功率。

2. 三相三线制不对称电路的有功功率测量方法

三相三线制不对称电路的有功功率测量接线只有图7所示的两表法的接线方式 (Y接法, 中点可引出时也可采用三表法) 。其读数的表达式仍有P=UBAIBcos1+UCAICcos (共A接法) 。

三相三线制对称和不对称电路的两种情况的不同之处是, 在三相电路对称中, 两表的读数表达式有式P=ULILcos (30o-) +ULILcos (30o+) 结果, 而不对称时无此结果。

三、结束语

本文按三相对称电路和三相不对称电路分类, 对各类的三相四线制和三相三线制供电方式中有功功率分析和测量接线问题进行了分析。一表法、两表法、三表法的适用范围和意义的不同。一表法适用于三相对称电路;两表法适用于三相三线制对称与不对称三相电路, 特例是可用于对称的三相四线制三相电路 (共A、共B和共C接法) ;三表法则适于用对称与不对称三相四线制电路, 特例是可用于Y接法时中点N可引出的三相三线制三相电路 (共N接法) 。三表法在共N接法时, 每个表的读数为对应相负载的功率, 有明确的物理意义, 它们分别表示对应各相负载的有功功率;而三表法的共A、共B和共C接法及两表法接线时, 每个功率表的读数无直接的物理意义, 只是各功率表的代数和表示三相总的有功功率。

摘要：三相电路有功功率的测量是工业生产和三相电路分析的重要内容, 本文按三相对称电路和三相不对称电路分类, 各类又都有三相四线制和三相三线制供电方式。详细地讨论了各种情况的三相电路有功功率的测量方法, 总结了各种测量方法的适用范围及功率表读数在不同情况的物理意义。

关键词：三相对称电路,三相不对称电路,有功功率测量

参考文献

[1]邱关源主编.电路[M].北京:高等教育出版社, 2005

[2]张若愚主编.电工测量技术[M].北京:中国电力出版社, 2007, 8

测量电路 篇10

关键词：运放,精密电阻,量程

1 引言

电阻是电子器件中使用频率最高的器件之一。电阻也是电子电路中使用最普遍的器件之一。电阻的精度直接影响到电子电路的性能。所以电阻的测量也是电子器件中比较频繁且实用的测量。本设计的一款电阻测量, 是基于运放的原理, 由运放的输出/输入电压与电阻的关系, 通过测量电压的值达到测量电阻的值。

2 电路功能和原理

2.1 电路功能:

由运放组成, 将被测电阻RX的欧姆数转换为对应的直流电。通过电路输出电压测试转换为相应的被测电阻的阻值, 达到测量电阻的目的。要求测量精度<1%。设计量程为1KΩ和100KΩ。可以通过扩展达到1MΩ或更大电阻。

2.2 电路的框架和原理图:

将被测电阻作为反相比例放大器的反馈电阻, 当放大器的输入电阻不变, 输入电压USr固定时 (反馈电阻的大小反映了输出电压USR) , 输出电压USC的大小正比于被测电阻。

2.2.1 电路框图如1

2.2.2电路原理图如图2

2.3 电路原理简介

2.3.1 满度电压调节电路:

D1/5.1V、R1/1k组成稳定的满度信号电源。R1起稳压管的限流作用。RP1/10K、R2组成满度电压调节。本设计为使IC1同相端输入3脚为1V电压。

2.3.2 满度电压信号跟随器:

IC1u A741单运放组成满度电压信号跟随器。RP2/22K为IC1调零电位器。输出电压6脚为Usr。

2.3.3 量程选择电路:

单刀双掷开关S1为量程选择开关。R3/1K和R4/100K为电阻量程电阻。

2.3.4 反相比例放大器:

由IC2-LF356单运放、输入电阻R3/1K和R4/100K、调零电位器RP3/22K及同相电阻R6/1K组成。C1为运放输入滤波电容。

2.3.5 输出限幅保护电路:

由D2、D3、D4、D5、R5组成。R5/1k是稳压管D4、D5的限流电阻。D2、D3反关联作为IC2的反相输入端的保护钳位。D4、D5/5.1V稳压管反串联作为IC2输出端限幅电路。

Rx为被测电阻

2.4 转换原理

由R1和D1稳压管将电源电压12V稳定为5.1V, R1为稳压管的限流电阻, 降压约 (12-5.1) =6.9V, 再由RP1和R2组成可调的电压Usr=1V, 由于IC1为电压跟随器, 使输出电压Usr与同相端电压相等。所以只要调节RP1可改变输出电压Usr。本设计为Usr=1V。

2.4.2 变被测电阻Rx为对应DC电压的输出Usc

当S1开关选R3/1K档位时, IC2的反相端输入电阻R3为1K, 流过R3及Rx的电流是相等的。 (理想运放的虚短和虚断特性) 为表头内阻, 很大, 所以

由于R3和Usr基本不变, 则Usc正比Rx, 尽管IC1和IC2都是同管脚的运放, 但由于LF356的输入电阻远大于u A741, 所以不能混淆, 否则会影响精度。

同样R4为100K, 则被测电阻的量程为100K, 同样的方法可以扩展用改变R3或R4的电阻可使被测量程改变, 如果使用单刀多掷开关, 增加不同的IC2输入电阻, 可使被测电阻的量程扩展多档。

3 电路的主要器件

1) 高速运放UA741

2) 高输入阻抗的运放LF356

3) 多圈电位器RP1、RP2、RP3

4) 稳压管5.1V/D1、D4、D5

5) 单刀双掷开关S1

6) 精密电阻R1-R6

7) 整流二极管D2、D3

4 调试步骤和数据

4.1 仪器准备:双路稳压电源, 万用表

4.2 加上双路电源。用万用表测集成电路的7脚和4脚。应该为+12V和-12V电压。

4.3 IC1调零:脚对地短路, 测量IC1的6脚, 调RP2, 使6脚输出为零。

4.4 IC2调零:将IC2的3脚对地短路 (可将Rx短接) , 万用表没量输出端, 调RP3, 使

输出端为零。

4.5 测D1两端电压应为5.1V, 开关置R3端, Rx用1K电阻接入, 表测量输出Usc, 调RP1使Usc=1V, 将开关置R4/100K, Rx接入标准电阻100K, 读Usc换算成电阻值。

4.6 开关S1置R3/1K档, Rx分别为200Ω、400Ω、600Ω、800Ω, 将Usc值换算成相应的电阻值。计算线性误差。

4.7 同样开关S1置R4/100K, Rx分别为20K、40K、60K、80K, 将Usc值换算成相应的电阻值, 计算线性误差

4.8 测试数据

5 调试中问题

5.1 IC1和IC2调零偏差大, 换集成电路。

5.2 Rx误差大, 重新调整零点。

5.3 如果Usr调不到1V, 查IC1同相端电压, 如果有, 则换集成电路。如果输入端调不到1V, 则检查D1和RP1, 或R1和R2有没有装错或断开。

5.4 Usr有1V, 而满量程时Usc没有输出电压, 测可查IC2集成电路。也可查D4、D5和R5。

6 电阻测量仪外观图和量程扩展

6.1 电阻测量仪外观参考如下图

结束语

S1为量程选择开关, 本电路设计是二个量程, 根据电路和原理分析可知, 只要改变R3或R4就可设计出不同的量程电阻的测量电路。但如果电阻越大, 由于IC2输入阻抗有限会产生一定误差, 可以通过选择不同的集成电路来实现准确度, 也可以通过修正来达到精度的要求。

IC1、IC2调零主要是调试时输入电压为零时输出电压为零的调整, 这个电压调不准对测量精度有影响。调零时左边开关选择“调零”位置