交流電壓表的工作原理核心是將交流電信號轉(zhuǎn)換為可測量的直流信號或直接利用交流電的特性進行測量,最終通過指針偏轉(zhuǎn)或數(shù)字顯示反映電壓數(shù)值。其關鍵在于解決交流電的“瞬時值變化”問題——交流電的大小和方向隨時間周期性變化,無法直接用直流電表測量,因此需要通過特定電路處理,將其轉(zhuǎn)化為與有效值(或平均值)對應的穩(wěn)定信號。
整流式交流電壓表:先整流,再測直流
這是最常見的交流電壓表類型,尤其在指針式儀表中廣泛應用,核心是通過整流電路將交流電轉(zhuǎn)為直流電。
半波整流:利用二極管的單向?qū)щ娦裕蛔尳涣麟姷恼胫埽ɑ蜇摪胫埽┩ㄟ^。例如,正半周時二極管導通,電流流過表頭;負半周時二極管截止,表頭無電流。表頭實際測量的是半波整流后的平均值,再通過刻度換算為交流電的有效值(正弦波的有效值與平均值存在固定比例:有效值=平均值×1.11)。
全波整流:通過橋式整流電路(4個二極管組成),將交流電的正、負半周都轉(zhuǎn)化為同一方向的直流電,使表頭在整個周期內(nèi)都有電流通過。相比半波整流,全波整流的輸出更穩(wěn)定,測量精度更高,同樣需通過刻度轉(zhuǎn)換顯示有效值。
電磁系或電動系儀表:直接利用交流電的磁場效應
這類儀表無需整流,可直接測量交流電,其原理基于交流電產(chǎn)生的磁場對可動部件的作用力。
電磁系電壓表:內(nèi)部有固定線圈和可動鐵片。當交流電通過固定線圈時,產(chǎn)生交變磁場,可動鐵片被磁化,受到磁場力的作用發(fā)生偏轉(zhuǎn)。由于交流電的磁場方向隨電流方向變化,但鐵片的磁化方向也同步變化,因此偏轉(zhuǎn)方向保持不變。指針偏轉(zhuǎn)角度與交流電的有效值平方成正比,從而通過刻度指示電壓值。
電動系電壓表:由固定線圈和可動線圈組成,兩者串聯(lián)后接入被測電路。交流電通過線圈時,產(chǎn)生交變磁場,兩線圈間的相互作用力(方向由電流方向決定)驅(qū)動可動線圈偏轉(zhuǎn)。由于交流電的電流方向同步變化,作用力方向不變,偏轉(zhuǎn)角度與電壓有效值的平方相關,經(jīng)校準后可直接顯示有效值。
數(shù)字式交流電壓表:通過數(shù)字化處理測量
數(shù)字表的工作原理更復雜,核心是將模擬交流電信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。
整流與濾波:先通過整流電路將交流電轉(zhuǎn)為脈動直流電,再經(jīng)濾波電路平滑為穩(wěn)定的直流信號(反映交流電的平均值或有效值)。
A/D轉(zhuǎn)換:利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)將直流模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號,這個過程會對信號進行采樣、量化。
計算與顯示:微處理器對數(shù)字信號進行處理(如根據(jù)波形特性換算為有效值),最終通過顯示屏輸出電壓數(shù)值。數(shù)字表精度高,還可通過算法補償不同波形(如非正弦波)的測量誤差。
關鍵:以“有效值”為核心的測量邏輯
無論哪種類型,交流電壓表的最終顯示值通常是交流電的有效值(正弦波的有效值等于其峰值除以√2),因為有效值能真實反映交流電的做功能力(如電功率計算)。例如,我們常說的“220V市電”,指的就是其有效值,對應的峰值約為311V。
總結(jié)來說,交流電壓表的本質(zhì)是通過整流、電磁作用或數(shù)字化處理,將變化的交流電轉(zhuǎn)化為可穩(wěn)定測量的信號,最終以有效值形式呈現(xiàn),實現(xiàn)對交流電壓的精準量化。
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