直流電流電壓表的核心任務(wù),是將無(wú)法直接觀測(cè)的電學(xué)量,轉(zhuǎn)換為精確的讀數(shù)。其工作原理經(jīng)歷了從經(jīng)典電磁感應(yīng)到現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理的演進(jìn)。
一、經(jīng)典指針式:基于電磁感應(yīng)
傳統(tǒng)的磁電式表頭是模擬時(shí)代。其核心是一個(gè)置于磁鐵磁場(chǎng)中的可動(dòng)線圈。當(dāng)被測(cè)直流電流流經(jīng)線圈時(shí),會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)磁場(chǎng)。該磁場(chǎng)與永磁體磁場(chǎng)相互作用,產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)線圈偏轉(zhuǎn)的力矩(即安培力原理)。同時(shí),游絲產(chǎn)生反向力矩;當(dāng)二力矩平衡時(shí),指針便在刻度盤(pán)上指示出電流值。
此時(shí),電流與指針偏轉(zhuǎn)角度成正比。為了測(cè)量電壓,只需根據(jù)歐姆定律,在表頭線圈上串聯(lián)一個(gè)高精度的電阻(稱(chēng)為分壓器),將電壓信號(hào)按比例轉(zhuǎn)換為微小電流信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。
二、現(xiàn)代數(shù)字式:基于信號(hào)采樣與處理
現(xiàn)代數(shù)字儀表則轉(zhuǎn)向電子化,其流程如下:
信號(hào)調(diào)理:被測(cè)電壓通過(guò)分壓電阻網(wǎng)絡(luò)衰減至安全范圍。對(duì)于電流測(cè)量,則讓其流過(guò)一個(gè)精密的“采樣電阻”,將其轉(zhuǎn)換為成比例的微小電壓信號(hào)。
模數(shù)轉(zhuǎn)換:這是數(shù)字表的核心。模擬信號(hào)被送入一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器,ADC以的速率對(duì)電壓進(jìn)行“采樣”,并將每個(gè)采樣點(diǎn)的瞬時(shí)電壓值,量化成一個(gè)對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)字代碼。
數(shù)據(jù)處理與顯示:微處理器接收這些數(shù)字代碼,通過(guò)內(nèi)置算法進(jìn)行計(jì)算、濾波和校準(zhǔn),最終將結(jié)果換算成標(biāo)準(zhǔn)的電壓或電流值,驅(qū)動(dòng)液晶屏以數(shù)字形式清晰顯示。
總結(jié)
從依靠磁場(chǎng)力機(jī)械偏轉(zhuǎn)的指針表,到對(duì)信號(hào)進(jìn)行高速數(shù)字化采樣與處理的數(shù)字表,直流電流電壓表的演進(jìn),體現(xiàn)了測(cè)量技術(shù)從模擬到數(shù)字、從機(jī)械到電子的跨越。數(shù)字技術(shù)不僅消除了視差,更帶來(lái)了高精度、強(qiáng)抗干擾能力以及智能化的測(cè)量體驗(yàn)。