知识链接四 模拟交流电压表的结构原理

测量交流电压主要是通过交-直流转换器将被测的交流电压转换为与之成比例的直流电压后，再进行直流电压的测量。

目前在模拟交流电压表中，大都采用各种形式的检波器（整流）将交流信号转换为直流信号，再以其平均值驱动指示器，给出有效值读数。

另外还有热电转换法和公式法，热电转换法是通过热电偶将交流电压有效值转换成直流电压；公式法是根据有效值公式，经过模拟平方器、积分器、开方器等环节得到直流电压。

检波的原理有平均值型、有效值型和峰值型，模拟交流电压表分为平均值电压表、峰值电压表和有效值电压表。

一、平均值电压表

平均值电压表的读数与被测电压的平均值成正比。但电压表刻度盘是以正弦波的有效值定度的，这就是说，一个有效值为U的正弦电压加到平均值电压表时指示值为U而不是U。由式（1-1）可知，只有将指示值Uα除以正弦信号的波形系数KF（KF=1.11）才能得到被测正弦电压的平均值U。

如果被测信号是非正弦波，则必须进行“波形换算”，由指示值Uα 通过计算可得被测信号的平均值。

再根据被测信号的波形系数得到被测电压的有效值Urms。

显然，如果被测信号是非正弦波时，直接将电压表的指示值作为被测电压的有效值，必将带来较大的误差，通常称为“波形误差”或“指示值误差”，由上式可得，波形误差的计算公式为

[例1-1] 用全波均值型电压表测量正弦波、方波、三角波，电表指示值都为1V，问被测电压的有效值分别为多少？波形误差分别为多少？

解：根据式（1-7），正弦波、方波、三角波的平均值为

查表1-1，K F～=1.11，K FΔ=1.15，KF=1

根据式（1-9）计算波形误差。

测量正弦波时

γ=（1-0.9×1.11）×100%=0.1%

测量三角波时

γ=（1-0.9×1.15）×100%=-4%

测量方波时

γ=（1-0.9）×100%=10%

可见，用均值型电压表测量正弦交流电压是准确的，测量其他波形电压时有较大波形误差，需换算。

二、峰值电压表

峰值电压表的读数与被测电压的峰值成正比。电压表刻度盘同样是以正弦波的有效值定度的，这就是说，一个有效值为U的正弦电压加到峰值电压表上时指示值为U而不是UP。由式（1-2）可知，只有将指示值Uα乘以正弦信号的波峰系数才能得到被测正弦电压的峰值UP。

如果被测信号是非正弦波，则必须进行“波形换算”，由指示值Uα 通过计算得出被测信号的峰值为

再根据被测信号的波峰系数得到被测电压的有效值Urms。

显然，如果被测信号是非正弦波时，直接将峰值电压表的指示值作为被测电压的有效值带来的波形误差为

[例1-2] 用峰值电压表分别测量方波及三角波电压，电表指示值为1V，问被测电压的峰值、有效值各为多少？波形误差各为多少？

解：由式（1-10）计算方波、三角波的峰值为

查表1-1得，，KP=1。

方波的有效值为

三角波的有效值为

由式（1-12）计算波形误差。

测量三角波时的波形误差为

测量方波时的波形误差为

可见，用峰值电压表测量非正弦波时，波形误差比平均值电压表的波形误差更大。

三、有效值电压表

有效值电压表测量交流电压时，指示值就是被测交流信号的有效值。