電壓表簡(jiǎn)介

　　電壓表是測(cè)量電壓的一種儀器，常用電壓表——伏特表符號(hào)：V，在靈敏電流計(jì)里面有一個(gè)永磁體，在電流計(jì)的兩個(gè)接線柱之間串聯(lián)一個(gè)由導(dǎo)線構(gòu)成的線圈，線圈放置在永磁體的磁場(chǎng)中，并通過(guò)傳動(dòng)裝置與表的指針相連。大部分電壓表都分為兩個(gè)量程。電壓表有三個(gè)接線柱，一個(gè)負(fù)接線柱，兩個(gè)正接線柱，電壓表的正極與電路的正極連接，負(fù)極與電路的負(fù)極連接。電壓表必須與被測(cè)用電器并聯(lián)。電壓表是個(gè)相當(dāng)大的電阻器，理想的認(rèn)為是斷路，在并聯(lián)電路中并聯(lián)了電壓表（跟別的用電器并聯(lián)）和用電器，如果在干路中沒(méi)有其他的用電器，可以認(rèn)為測(cè)量電源電壓。

　　電壓表結(jié)構(gòu)分析

　　電壓表是個(gè)相當(dāng)大的電阻器，理想的認(rèn)為是斷路。在并聯(lián)電路中并聯(lián)了電壓表（跟別的用電器并聯(lián)）和用電器，如果在干路中沒(méi)有其他的用電器，可以認(rèn)為測(cè)量電源電壓（因?yàn)椴⒙?lián)電路上的用電器全部享用了電源的電壓）；如果干路中還連接其他的用電器，那這個(gè)用電器就分享了部分電源電壓，那電壓表測(cè)的只能是部分電壓（連接在哪個(gè)用電器就是哪個(gè)用電器的電壓），要知道在電壓表內(nèi)，有一個(gè)磁鐵和一個(gè)導(dǎo)線線圈，通過(guò)電流后，會(huì)使線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，這樣線圈通電后在磁鐵的作用下會(huì)旋轉(zhuǎn)，這就是電流表、電壓表的表頭部分。

　　這個(gè)表頭所能通過(guò)的電流很小，兩端所能承受的電壓也很?。隙ㄟh(yuǎn)小于1V，可能只有零點(diǎn)零幾伏甚至更小），為了能測(cè)量實(shí)際電路中的電壓，需要給這個(gè)電壓表串聯(lián)一個(gè)比較大的電阻，做成電壓表。這樣，即使兩端加上比較大的電壓，可是大部分電壓都作用在加的那個(gè)大電阻上了，表頭上的電壓就會(huì)很小了?？梢?jiàn)，電壓表是一種內(nèi)部電阻很大的儀器，一般應(yīng)該大于幾千歐。表頭是跟據(jù)通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受磁場(chǎng)力的作用而制成的。

　　表內(nèi)部有一永磁體，在極間產(chǎn)生磁場(chǎng)，在磁場(chǎng)中有一個(gè)線圈，線圈兩端各有一個(gè)游絲彈簧，彈簧各連接表的一個(gè)接線柱，在彈簧與線圈間由一個(gè)轉(zhuǎn)軸連接，在轉(zhuǎn)軸相對(duì)于電流表的前端，有一個(gè)指針。當(dāng)有電流通過(guò)時(shí)，電流沿彈簧、轉(zhuǎn)軸通過(guò)磁場(chǎng)，電流切磁感線，所以受磁場(chǎng)力的作用，使線圈發(fā)生偏轉(zhuǎn)，帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸、指針偏轉(zhuǎn)。由于磁場(chǎng)力的大小隨電流增大而增大，所以就可以通過(guò)指針的偏轉(zhuǎn)程度來(lái)觀察電流的大小。

　　電壓表分類(lèi)

　　用于測(cè)量直流電壓、交流電壓的機(jī)械式指示電表。分為直流電壓表和交流電壓表。

　　1、直流類(lèi)型

　　主要采用磁電系電表和靜電系電表的測(cè)量機(jī)構(gòu)。磁電系電壓表由小量程的磁電系電流表與串聯(lián)電阻器（又稱(chēng)分壓器）組成，最低量程為十幾毫伏。為了擴(kuò)大電壓表量程，可以增大分壓器的電阻值。例如用50微安的電流表形成250伏的電壓表時(shí)，要使分壓器與測(cè)量機(jī)構(gòu)的總電阻值為250/［50×10^（-6）］=5×10^6歐=5兆歐，這相當(dāng)于電壓表的內(nèi)阻為20千歐/伏。為了避免電壓表的接入過(guò)多影響原工作狀態(tài)，要求電壓表有較高的內(nèi)阻。用幾個(gè)電阻組成的分壓器和測(cè)量機(jī)構(gòu)串聯(lián)，可形成多量程電壓表。靜電系電壓表的最低量程為幾十伏，擴(kuò)大量程是靠改變電表內(nèi)部結(jié)構(gòu)和極間距離來(lái)達(dá)到。此外，電磁系電表的測(cè)量機(jī)構(gòu)在理論上也可用于測(cè)量直流電壓。

　　2、交流類(lèi)型

　　主要采用整流式電表、電磁系電表、電動(dòng)系電表和靜電系電表的測(cè)量機(jī)構(gòu)。除靜電系電壓表外，其他系電壓表都是用小量程電流表與分壓器串聯(lián)而成。也可用幾個(gè)電阻組成的分壓器與測(cè)量機(jī)構(gòu)串聯(lián)而形成多量程電壓表。這些系的交流電壓表難于制成低量程的，最低量程在幾伏到幾十伏之間，而最高量程則約為1～2千伏。靜電系電壓表的最低量程約為30伏，而最高量程則可達(dá)很高。電力系統(tǒng)中用的高壓電壓表是由電壓額定量程為 100伏的電磁系電壓表，結(jié)合適當(dāng)電壓變比的電壓互感器組成。由于受測(cè)量機(jī)構(gòu)線圈電感的限制，電磁系電壓表、電動(dòng)系電壓表的使用頻率范圍較窄，上限頻率低于1～2千赫。電動(dòng)系略?xún)?yōu)于電磁系。靜電系和熱電系電壓表的使用頻率范圍都較寬。整流式電壓表的上限使用頻率約幾千赫，但要注意，僅當(dāng)交流電壓為正弦波形時(shí)，整流式電表讀數(shù)才是正確的。各系電壓表的各系電壓表的量程，使用頻率范圍、內(nèi)阻以及能達(dá)到的最高準(zhǔn)確級(jí)見(jiàn)表。

　　3、數(shù)顯類(lèi)型

　　數(shù)顯電壓表是用模/數(shù)轉(zhuǎn)換器將測(cè)量電壓值轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式并以數(shù)字形式表示的儀表適合環(huán)境溫度0～50℃濕度85%以下使用，在因磁場(chǎng)或高頻儀器，高壓火花，閃電等原因引起電壓異常時(shí)，在外部請(qǐng)使用電源線濾波器或非線性電阻等干擾吸收電路。

　　ICL7107組成電壓表的使用與維修

　　雙積A D轉(zhuǎn)換器ICL7107 大規(guī)模集成電路，只需要很少的簡(jiǎn)單外圍元件，就可組成DVM數(shù)字電壓表模塊： 直接驅(qū)動(dòng)三位半LED數(shù)碼管顯示。并具有自動(dòng)調(diào)零、較高輸入阻抗、以及較強(qiáng)抑制共模、差模干擾信號(hào)的能力。因此，已廣泛應(yīng)用于電流、電壓、轉(zhuǎn)速、溫度等各種物理量的測(cè)量顯示系統(tǒng)中。如：XMB.XWD等數(shù)字顯示報(bào)警儀、KBD饋電開(kāi)關(guān)過(guò)流整定裝置等。

　　一、使用

　　由ICL7107組成的DVM模塊如圖1所示。使用者可以改變電路及某些元件參數(shù)，就可達(dá)到自己需要的顯示效果和設(shè)計(jì)要求。

　　1、改變A/D轉(zhuǎn)換顯示時(shí)間

　　由該芯片@、B腳所接電阻R1、電容C1與內(nèi)部電路組成了RC振蕩電路，產(chǎn)生的振蕩信號(hào)經(jīng)過(guò)內(nèi)部四分頻后，就是A D轉(zhuǎn)換、邏輯控制的時(shí)鐘脈沖信號(hào)。模數(shù)轉(zhuǎn)換一次約4千個(gè)時(shí)鐘周期，顯示也在4千個(gè)時(shí)鐘周期時(shí)刷新一次。振蕩器產(chǎn)生振蕩信號(hào)的頻率fo 與上述電阻、電容的關(guān)系是f=0.45/R1Cl?？梢?jiàn)改變電阻、電容值就可以改變模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)間及顯示刷新時(shí)間。當(dāng)測(cè)量變化較快的物理量時(shí)，可減小電阻或電容數(shù)值。當(dāng)測(cè)量信號(hào)變化較慢時(shí)，可增大電阻或電容數(shù)值。如電容為100 pF，電阻為12 k2 時(shí)，轉(zhuǎn)換為每秒2.5次。當(dāng)電阻為60 k2時(shí)，轉(zhuǎn)換顯示為每秒5次。

　　2、信號(hào)的差模輸入方式

　　大部分購(gòu)買(mǎi)的DVM表頭，信號(hào)的輸入轉(zhuǎn)換多為共模方式。即3腳IN- 與國(guó)腳GND相連，輸入信號(hào)與電源共零線，信號(hào)從IN+端輸入。然而，輸入給模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的信號(hào)往往需要采用運(yùn)放進(jìn)行精密整流和放大，而運(yùn)放一般需要提供負(fù)電源。解決這個(gè)問(wèn)題，只要將輸入方式由共模改為差模輸入方式即可。具體的做法是： 將IN-與GND在印刷板上的連線切斷。信號(hào)從IN+ 端輸入，IN-端為信號(hào)模擬地。當(dāng)0腳與@腳加入+6 V 電壓時(shí)，GND對(duì)IN- 就有約負(fù)3.2 V電壓，運(yùn)放的電源正端接V+，負(fù)端接GND即可。這是因?yàn)镮CL7107內(nèi)部V+端對(duì)IN之間具有約3 V 基準(zhǔn)電壓源，使V+端、GND端對(duì)IN- 有正負(fù)3 V 的電壓。這樣，不僅省掉一個(gè)負(fù)電源，電源結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且采用差動(dòng)輸入方式，可以對(duì)共模信號(hào)具有很強(qiáng)的共模抑制比。減少共模干擾信號(hào)的影響。

　　3、改變輸入轉(zhuǎn)換量程

　　如圖1所示電路參數(shù)，輸入轉(zhuǎn)換的量程為200mV。當(dāng)輸入信號(hào)為199.9 mV時(shí)，表頭顯示1999。若模數(shù)轉(zhuǎn)換量程改為2 V或20 mV，這當(dāng)然可以將信號(hào)衰減或放大后在輸入給ICL7107轉(zhuǎn)換顯示; 還有一種簡(jiǎn)單的方法，就是改變積分電阻R4。這是因?yàn)榉e分電阻R4的大小決定二次積分速度。輸入信號(hào)Vin，積分器在固定時(shí)間間隔以Vin （C5 R4的斜率對(duì)模擬輸入信號(hào)進(jìn)行積分。當(dāng)R4 增大時(shí)，Vin必須增大，芯片內(nèi)積分器才能在相同的時(shí)間里計(jì)相同的數(shù)，所以改變積分電阻可改變量程。如將量程改為2.0 V，R4取560 k。若將量程改為20 mV，R4可取5.6 kS。

　　二、維修

　　由ICL7107組成數(shù)字電壓表頭的檢修有幾種方法。

　　首先測(cè)量芯片各引腳的在路電壓和電阻，然后再根據(jù)測(cè)量情況，對(duì)照表1參數(shù)值，判斷是芯片還是外圍元件問(wèn)題。如果芯片壞，Q腳、腳阻值往往很小。測(cè)量工作電壓時(shí)，四、四、8~@腳電壓往往偏差很大。

　　注：

　　（1）上表數(shù)據(jù)采用DT9205A數(shù)字表測(cè)量，電阻200 kO檔，電壓20 V檔。

　　（2）@一0管腳驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，亮為1.8 V，暗為5 V.