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1、光源电路的电气测量电气测量的范围涉及内容十分广泛，本书中只叙述光源电路中有关的电器基本测量知识，其中包括基础知识，光源电路电气测量中应用的仪器仪表介绍，光源及有关的电源与附件的电参数测量等内容。第一节 电气测量的基础知识10-1-1测量与误差1. 测量的基本概念测量，是人们借助于专门的设备，通过实验的方法，对客观事物取得数量观念的认识过程。测量的结果可能是纯粹的数字，也可能是一条曲线，或者是某种图形。不论是何种形式，其结果总包含有一定的数值及单位。由于种种因素的影响，测量结果中不可避免地存在着误差，所以在表示测量结果时，一般要注明测量误差数值或误差范围。测量的过程实质上是一个比较过程，即把一个
2、被测量与一个充当测量单位的已知量进行比较，确定它是该测量单位的若干倍或若干分之一。体现测量单位的器具称为量具，在使用量具测量时，一般都要配以相应的比较仪。然而，这种测量方法使用时很麻烦，并且有一些参量的测量又无相应的量具，因此在实际工程测量中，广泛使用直读式仪表或仪器。比较仪、直读式仪表或仪器都属于测量仪器。在实际工作中，为了完成某种测量任务，需要把几台测量仪器以及辅助设备组成一个整体，这个整体就称为测量装置。在实际测量中，对各种参量进行综合测量的有关测量仪器和测量装置的组合，称为测试系统。在近代测量中，有些参量的测量必须经过变换才能既方便又精确地进行。测量的过程既然是一个比较过程，就必然涉及
3、到计量的有关知识，如测量的基准或标准，量值的传递和鉴定，以及对比。其中经常要做的一项工作就是，由上一级计量机构的基准或标准，对本部门或本单位的量具、仪表或仪器进行检定。2. 测量方法的分类(1) 直接测量：用已经由标准量定标好的测量仪器对某一未知量直接进行测量，得知未知量的数值，这就是直接测量。如用电压表测量电压。(2) 间接测量：对几个与被测量有确切函数关系的参量进行直接测量，然后通过函数关系求得被测量。这就是间接测量。如直接测量某电阻R的阻值及其两端的电压V值，然后由公式I=V/R求出被测量电流I的值。(3) 组合测量：当各个未知量以一定的组合形式出现，通过直接测量和间接测量测得数据后，再
4、解一组联立方程，最后求出未知量的数值，这就是组合测量。(4) 在测量中主要的、经常使用的方法是直接测量和间接测量。(5) 误差与修正值3. 测量误差与修正值测量者通过使用一定的测量仪器对被测量进行测量，总希望获得被测量的真值。但是实际的测量结果与被测量的真值之间总存在着误差。真值是指在一定的时间、空间条件下，某参量所体现的真实数值，这个真实数值是利用理想无误差的测量仪器获得的。(1) 绝对误差令被测量的真值为A0,测量仪器的示值为x，则绝对误差为：x=x-A0由于真值A0一般无法求得，因此在实际中是用上一级标准仪器的示值A代替真值A0,当然A不等于A0，但A总比x更接近于A0，所以通常以x与A
5、之差(仪器的示值误差)表示绝对误差：x=x-A0修正值与x的绝对值对等，但符号相反，用C表示：C=-x=A-x通常由上一级标准通过检定给出受检测量仪器的修正值，利用修正值便可求出被测量的实际值：A=x+C.必须说明两点：i. 根据我国有关标准，绝对误差定义为：x=A-x。ii. 仪器的示值与读数是有区别的。读数是指从测量仪器的刻度盘、指针、显示器等直接读到的数字。而示值是该读数所代表的被测量的数值。如一只电流表线性该度为0100，量程为500mA，当指针指到85分度时，读数为85，而示值为：a) x=85/100500=425(mA)。(2) 相对误差为了判断测量结果的精确度，经常采用相对误差
6、的表示形式。i. 实际相对误差：绝对误差x与被测量的实际值A之比以百分数形式表示，就是实际相对误差，即A=x/A100%。ii. 示值相对误差：绝对误差x与测量仪器的示值x之比以百分数形式表示，就是示值相对误差，即：iii. X=x/x100%iv. 如果A和X很小，则A与x很接近，二者的差别不大，当然，如果误差本身很小，就需要注意区别了。一般在实际测量中，为了计算方便，相对误差就是示值相对误差。v. 满度相对误差(引用误差)：满度相对误差又称满度误差，就是指绝对误差x与测量仪器的满度值xm之比以百分数形式表示，即m=x/ xm 100%。xm 就是测量仪器某一量程的上限常数，所以满度相对误差
7、(引用误差)实际上给出的是绝对误差。电工仪表的精确度分级正是按m之值来确定的。因此在使用这类仪表进行测量时，为了减少测量中的示值误差，在选择量程时应使指针尽可能接近于满度值，一般最好能工作在不小于满度值2/3以上的区域。(3) 允许误差允许误差是指根据一定的技术要求，规定某一类测量仪器不应超过的最大范围。允许误差只表示某一类测量仪器可能的最大误差范围，并不是某台具体测量仪器的实际误差。允许误差的表示方法可以是绝对误差形式，也可以是相对误差的形式。4. 测量误差的主要来源测量误是指用测量仪器进行测量时，所得到的数值与被测量的实际值之差，有时简称为误差。根据产生误差的原因，测量误差的主要来源有：(
8、1) 仪器误差：这是由于仪器本身性能不完善所引起的误差，如读数误差、内部噪声引起的误差、稳定误差和动态误差等。(2) 使用误差：又称操作误差，是指在使用仪器的过程中，由于安装、调节等操作不当所引起的误差。(3) 人身误差：这是指由于人的感觉器官和运动器官不完善所引起的误差。(4) 影响误差：又称环境误差，是指受到外界环境影响，如温度、湿度、气压、电磁场和机械震动等所引起的误差。(5) 方法误差：又称理论误差，是指使用的测量方法不完善，依据的理论不完备等所引起的误差。5. 误差的性质和分类(1) 系统误差：是指在一定条件下误差的数值保持恒定或按某种已知的函数规律变化的误差，又称系差。包括有恒定系
9、差和变值系差。(2) 随机误差：又称偶然误差或随差，是一种具有随机变量特点的在一定条件下服从统计规律的误差。(3) 粗大误差：是指在一定条件下测量结果显著地偏离其实际值所对应的误差，又称粗差。其性质可能是系统误差，也可能是随机误差，但不论是哪一种，其绝对值都特别大。产生的原因有：测量方法不当；随机因素的影响；测量人员的粗心；由于这些原因产生的误差又称疏失误差。6. 近似数与有效数字在测量中得到的数，有准确数和近似数之分；在近似数中有一部分是不可靠数字。准确数和近似数两者总称为有效数字。在有效数字中，尤其是要注意“0”的使用，不可随意取舍。(1) 只与计量单位有关的“0”不计入有效数字；(2)
10、小数点以后的“0”不能随意省略；(3) 若数目很大，“0”也不能随意取舍，尤其要注意表示方法，不能因表示方法不同而影响有效数字；(4) 只有在注明具体被表示数字误差的条件下，“0”的取舍才可以不十分严格。7. 仪表读数的化整规定在不同准确度级别的仪表中，它们的标度尺分度不一样，读数也就不是随意的，有着严格的检定规程，在具体测量中必须注意。表10-1就是检定规程中的“化整规定”。举例说明：(1) 对于标度尺分度为100的0.1级仪表，在小数点以后可以读两位数，但最后一位数必须是2的整数倍(即偶数)，这样误差就取到0.02%。(2) 对于标度尺分度为100的0.2级仪表，在小数点以后可以读两位数，
11、但最后一位数必须是5的整数倍，这样读数误差就取到0.05%。(3) 对于标度尺分度为100的0.5级仪表，在小数点以后只能读一位数，这位数可以是09的任何数，这样误差就取到0.1%。表10-110-1-2测量技术与测量仪器在光源电路的电气测量中，所应用的测量技术与测量仪器由被测量的电参量决定，在被测量的电参量中，有直流和交流两类，交流又分为正弦交流、非正弦交流和脉冲等几种。根据电参量的特点，还有电压、电流、功率、频率、阻抗、波形等等，所用的测量技术也各不相同。从目前实际测量的情况分析，主要的测量技术有直流电测量技术(包括电压、电流、功率、功率因素、交流阻抗等)，脉冲测量技术等。测量仪器主要有两
12、大类：电气测量指示仪表(又称电工仪表)和电子测量仪器。从发展看，电子测量仪器的应用将会愈来愈多，因为电子测量仪器具有很多特点：频率范围极宽、量程非常广、精确度很高，可以遥测、快测，甚至测量过程可以自动化，测量内容也大大超过电气测量指示仪表的内容范围。目前在光源电路的测量中，仍以电气测量指示仪表为主，电子测量仪器正在逐步扩大其应用范围。第二节 常用电气测量指示仪表10-2-1分类电气测量指示仪表种类繁多，应用广泛，根据不同的原则可以分成很多类别。根据工作原理分类则有：磁电系、电磁系、电动系、感应系、静电系和热电系等。根据测量参数分类则有：电流表、电压表、功率表、欧姆表、电度表、相位表、频率表和多
13、用途仪表等。根据使用方式分类则有：开关板式和便携式。根据测量方法分类则有：直读式和比较式。根据工作电流分类则有：交流表、直流表和交直流两用表等。根据精确度分类，则有：.01、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5和5.0等七个级别。另外还可以根据对电磁场防御能力分类(分、和四级)和根据使用条件分类(分A、B、C三组)，还有根据仪表尺寸等分类和有关附件分类的。10-2-2电气测量指示仪表的组成和基本工作原理电气测量指示仪表的主要作用是将被测电量变换成仪表活动部分的偏转角位移。电气测量指示仪表组成如图10-1所示。图10-1 电气测量指示仪表组成的方框图测量线路的作用是将被测之量变换成测量机构可以
14、直接测量的电磁量。测量机构是仪表是主要工作部分，它的作用在于使电磁能变为使仪表可动部分偏转的机械能，从而使被测参量能够显示出来。测量机构有固定和可动两部分，其主要作用是：产生转动力矩、反作用力矩和阻尼力矩。其中，转动力矩和反作用力矩是仪表指示的两个不可缺一的重要因素；由于它们的相互作用，最后决定仪表指针的稳定偏转位置。这就是电气测量指示仪表的基本工作原理，不同种类的仪表就是采用不同的方法和结构来产生上述几种力矩的。10-2-3常用仪表1. 磁电系仪表(1) 原理磁电系仪表是利用永久磁铁的磁场与载流线圈相互作用的原理而制成的。测量机构中的固定部分就是永久磁铁，活动部分就是载流线圈(又称载流载圈)
15、。磁电系仪表的原理性结构如图10-2所示。图10-2 磁电系仪表的原理性结构图当可动线圈通过电流I时，在动圈两侧产生作用力F1和F2，如参数选择适当，则有：F1=F2=F=BNIl,式中：B为空气隙中的磁感应强度；N为载流动圈的匝数；I为载流动圈流过的电流；l为载流动圈受力边的长度。在载流动圈上产生的力矩M为：式中：b为载流动非受力边的长度；S为载流动圈的有效面积，S=bl当转动力矩和反作用力矩平衡时，仪表的载流动圈将有一个稳定的偏转角，则式中:W为游丝(或张丝)的反作用力矩系数.因S,B,N和W均为定值,通常用SL代替,则有:式中:SL称为仪表的电流灵敏度,而1/SL称为仪表的电流常数.如果
16、载流动圈的电阻R已知，则可换算成与动圈两端所加电压U的关系式了：式中：Sr为仪表的电压灵敏度，1/Sr称为仪表的电压常数。(2) 特点和应用磁电系仪表的特点是灵敏度高、工作稳定可靠、消耗功率小、精密度高等，缺点是过载能力差、结构复杂、价格昂贵等。磁电系仪表的型号以“C”代表，符号为“”。磁电系仪表只能在直流电路中测量电流(几微安到几千安；外附分流器)、电压(几毫伏到几千伏；外附电阻)等参数。如果配以整流器或变送器，也可以测量交流电路的电参数和其它非电量参数。2. 电磁系仪表(1) 原理电磁系仪表是一种交直流两用的电气测量指示仪表，其测量机构的固定部分是一个固定线圈，简称定圈；活动部分是一个可动
17、铁芯，它被置于固定线圈内，由软磁材料制成。根据固定部分与可动部分相互的关系，有三种类型的结构形式：i吸引型：由扁平型的固定线圈和可动铁芯组成，当被测以流过固定线圈时，定圈吸引可动铁芯使得指针产生相应偏移(图10-3)。图10-3 吸引型测量机构示意图ii排斥型：测量机构的固定部分由圆筒形固定线圈和固定于线圈内壁上的铁芯两部分组成；可动部分仍由可动铁芯组成，当被测电流流过固定线圈时，固定于线圈内壁上的铁芯被磁化，固定的铁芯与可动铁芯之间产生排斥力，使可动铁芯及相应的指针产生偏移(图10-4)。 图10-4 排斥型测量机构示意图iii排斥吸引型：测量机构的固定部分由圆筒形固定线圈和固定于线圈内壁两
18、侧上、下的两组铁芯等两部分组成；可动部分由两个可动铁芯组成，当被测电流流过固定线圈时，固定于线圈内壁上的铁芯被磁化，在两组固定铁芯与两组可动芯之间分别产生吸引力和排斥力，使可动铁芯及相应的指针产生偏移(图10-5)。图10-5 排斥-吸引型三种结构型式虽有不同，但都有同样的工作原理。当被测电流方向改变时，固定线圈的磁场方向及铁芯被磁化的极性同时改变，所以相互之间的吸引、排斥作用仍保持不变，这样，转动力矩的方向与电流的方向无关，这就是电磁系仪表能测量交流电气参数的原理。在测量交流电气参数时，被测交流电流流过固定线圈所产生的磁场使可动体发生偏转的电磁能量为：式中：i为流过固定线圈的交流电流 L为固
19、定线圈电感。则产生的转动力矩是：式中:d是能量dA产生的偏转角; Mt是随I变化的转动力矩瞬时值由于可动部分惯性较大，最后实际可动体的偏转是反映转动力矩的平均值MP，则这样，电磁系仪表在应用于交流电路测量时，其转动力矩与流过固定线圈中交流电流的有效值的平方成正比。在测量直流电气参数时，有同样的结果：式中：IO为流过固定线圈的直流电流； KO为直流条件下的仪表系数。(2) 特点和应用电磁系仪表的特点是结构简单，牢固，过载能力强，稳定，成本较低。近年来随着工艺的改进与提高，电磁系仪表的准确度等级在逐步提高，功率消耗也逐渐降低。电磁系仪表的型号以“T”代表。电磁系仪表不仅可以测量交直流电路中的电流和
20、电压，还可以测量电路中的电容、相位和频率。目前，电磁系仪表已和电动系仪表配套作为交流测量中的标准仪表。3. 电动系仪表(1) 原理电动系仪表是利用在磁场中的载流体要受电磁力作用的原理而制成的，其测量机构的固定部分是一个线圈，称为固定线圈，简称定圈；可动部分也是一个线圈，称为可动线圈，简称动圈。结构原理如图10-6所示。图10-6 电动系仪表结构原理当测量直流电流时，设流过定圈的电流为IJQ，流过动圈的电流为IDQ，定圈流过电流过时产生磁场使有电流通过的动圈受到电磁力的作用，作用力F1为：式中:W为游丝(或张丝)的反作用力矩系数由此可见, 与BJQ与及IDQ成正比,并与动圈位置有关(即角)。必须
21、说明，定圈中流过的电流与动圈中流过电流可以是同一个电流，也可以是不同的电流。当测量交流电流时,设流过定圈的电流和动圈的电流是相同频率的iJQ和iDQ,两者之间有一定的位相关系:iJQ= IJQmsin(t)iDQ= IDQmsin(t+)式中: IJQm和IDQm分别为相应电流的峰值 为相交两电流之间的位相差.仪表的可动部分瞬时转距为:由此式可见，在瞬时转矩中包括有恒定分量和交变分量两部分：由于可动部分存在惯性,最后的实际偏转反映的是转距的平均值,即为恒定分量,而交变分量在取平均值和为零,则图10-7表示了这一关系的曲线图10-7 电流,转矩和时间的关系曲线如果两个电流同位相，即cos=1，则
22、其结果与测量直流电流时的表示式一样。这表明，电动系仪表可同时测量交直流电路的电参数。(2) 特点和应用电动系仪表的特点是可以做成准确等级在0.5级以上的高精度仪表，不仅可以应用于直流电路，也可以应用于频率在152500Hz的交流电路中，甚至还可在更高频率范围内使用。电动系仪表可以做成电压表、电流表，尤其可以做成功率表，此外还可以做成测量功率因数、电容、电感和频率等多项电参数的仪表。电动系仪表已作为交流测量中的标准仪表被应用。电动系仪表的型号以“D”代表。电动系仪表的缺点是：仪表本身损耗功率较大，过载性能较差，电压表及电流表指示分度不均匀，结构复杂，价格高等，这些缺点正在不断被克服和改进中。虽然
23、在电压和电流的测量方面，电动系仪表有可能被电磁系仪表所取代，电动系仪表还是具有明显的优势的。在电动系仪表的应用中，作为测量功率的仪表应用十分广泛。在作为功率表的应用中，电动系仪表的定圈与动圈分开接线，通常定圈作为功率表的电流线圈，动圈作为电压线圈。另外，如果被测电路的功率因数很小，则必须选用特制的低功率因数功率表(如功率因数是0.1或0.2，都有相应的功率表)，否则如选用一般的功率表(功率因数接近1)，会产生相当大的测量误差。4. 测量用互感器测量用互感器是一种通过变换，使交流电压或交流电流便于测量的仪表。在电气测量中，常要测量高电压、大电流和大功率数值的参数，如使用一般的附件，则有体积大、功
24、率损耗大、不安全等缺点。采用测量用互感器可以很方便地扩大交流仪表的量程，从而可以减少配备各种量限的仪表。测量用互感器本质上就是一个铁芯变压器。常用的有电压互感器与电流互感器。(1) 电压互感器i. 原理：电压互感器相当于一个降压变压器，初级线圈的匝数远远大于次级线圈的匝数。一般为适应多种量程的要求，初级有很多抽头，而次级线圈为额定电压100V，配用一只100V量程的电压表，会给测量带来很大的方便。电压互感器在应用中，参数变比Kv是须首先考虑的：ii. 特点和应用：电压互感器有0.1、0.2、0.5、1.0和3.0等级别，误差来源主要是变经和相角，应用是时要注意与配用的其它仪表准确度等级相一致。
25、同时在应用时要注意以下事项：A、 要注意根据被测电压的高低选择一定的变比；B、 根据次级配套用交流电压表(一般为100V量程)及一定的变比获得测量结果；C、 注意测量仪表的功率损耗是否超过互感器的容量；D、 初级与次级务必不要接反；初级并联于被测电压端，次级则接电压表或其它仪表；E、 次级一端及铁芯必须可靠接地，以确保人身安全；F、 次级绝对不允许开路，一般都装有短路开关以便换接仪表时应用。(2) 电流互感器i. 原理:电流互感器相当于一个电流变换器,次级线圈匝数远比初级线圈匝数多.为了适应多种量限的要求,初级有很多抽头,而次级线圈为额定电流5A;配用一个5A量限的电流表,使测量很方便.电流互
26、感器在应用中参数变比KI需首先考虑:ii. 特点和应用:电流互感器有0.01, 0.02, 0.05, 0.1, 0.2, 0.5, 1.0, 和3.0等级别.误差来源主要是变比和相角,应用时要注意以下事项:A. 要注意根据被测电流的大小选择一定的变比;B. 根据次级配套用交流电流表(一般为5A量程)及一定的变比获得测量结果;C. 注意测量仪表的功率损耗是否超过互感器的容量;D. 初级与次级务必不要接反,初级与负载串联,次级则接电流表或其他仪表.E. 次级一端及铁心必须可靠接地,以确保人身安全.F. 次级绝对不允许开路,一般都装有短路开关以便换接仪表时应用.5. 热电系仪表在测量交流高频电路的
27、有关电参数时，由于一般仪表本身具有一定的R、L和C，测量机构如直接接入被测电路中，会引起电抗的很大变化，影响被测电路的工作状态。因此，一般仪表均有一定频率响应范围，通常不能应用于交流高频条件下的电参数测量。对于交流高频条件下的电参数测量 ，热电系仪表是可以应用的仪表之一。(1) 原理热电系仪表实际上是磁电系仪表的一个特例，即在磁电系仪表中加一个称为热电变换器的附件。热电变换器由两部分组成：加热器和热电偶。加热器是把被测电参数变换成热量的元件，即一个加热元件；热电偶就是测量加热器的温度变化的元件，即将温升变换成热电势。加热器是一个微小的导体，阻抗很小，在高频电流作用下，加热器被加热升温，对高频电
28、流的测量就被变换成对温度的测量。而对高频电压的测量，则可以变换成对高频电流的测量。测量温度的方法很多，最常用且方便的手段是采用热电偶，热电偶将对温度的测量变换成对热电势的测量；由于热电势很小，通常采用高灵敏度的磁电系仪表来测量热电势。热电系仪表的组成可用图10-8表示。图10-8 热电系仪表的组成(2) 特点和犄应用热电系仪表是测量温度的仪表，所以受环境影响较大，导致测量的准确度不高。为了克服环境温度的影响和提高准确度等级，热电系仪表变得十分复杂，而且制作工艺要求也十分高，因而，目前应用的高频电流表只能测量较大的高频电流，且准确度也不够理想。第三节 常用电子测量仪器由于无线电电子学的诞生和发展
29、，使经典的测量学有了新的发展，出现了电子测量这一新的技术，并且已成为一门独立的学科。电子测量就是以电子技术为手段进行的测量，电子测量的内容也大大超过电气测量指示仪表的测量内容范围。应用电子测量技术离不开电子测量仪器；电子测量仪器作为新一代的测量设备正在发展之中。在电光源与光源电器的研制和测量过程中，正在逐步应用电子测量仪器。本节主要介绍在光源电路中应用的部分电子测量仪器和应用时应注意的事项。10-3-1示波器示波器是电子测量仪器中最常用一种，其特点是能显示电参数随时间的变化情况。在光源电路中应用示波器主要是为了观察光源或附件的电压或电流的波形，了解对应的相位关系等。常用的示波器有以下几种：1
30、双踪或多踪示波器双踪或多踪示波器在一个水平轴(即时间轴)上可同时显示两个或多个信号。在光源电路中应用这样的仪器可同时观察了解两个电参数或多个电参数之间的相互关系，如光源的工作电流与端电压之间的关系，光源的电参数与附加电器电参数之间的关系等。在具体使用双踪或多踪示波器进行测量的过程，必须十分注意示波器，电源与光源电路之间的电位关系，要防止发生短路事故。通常待测的光源电路要由隔离变压器供电。如果需要将被测波形记录下来，可应用照相技术将示波屏上的波形拍摄冲印后留作资料。2 记忆示波器测量一定频率下重复出现的电信号，可用一般示波器，但是在测量某些光源电路的电参数时，其电参数的持续时间很短，仅仅是一瞬间
31、(不重复出现)，如脉冲灯的峰值电流，峰值电压、放电曲线等，又如气体放电光源的启动着火过程，灯电压或灯电流的变化情况等，对这些单次的、瞬间即逝的电信号就要用记忆示波器显示，以便观察和测量。记忆示波器又称存贮示波器，有两种存贮信息的方式(即有两种类型的记忆示波器)；一种是利用存贮示波管的记忆示波器；另一种是利用数字存贮器的记忆示波器。由于记忆示波器价格昂贵，使用程序复杂，耐过载能力差。目前应用尚不普遍.3 光线示波器这是一种利用电磁作用原理，以感光的方式实现观察和记录电信号的一种仪器。有以下特点：(1) 可以记录从低频到较高频率的输入电信号(可以是正弦或非正弦信号，也可以是周期或非周期信号，甚至是
32、单次信号)，频率的上限并不很高(约数十千赫兹)，但在一般的光源电路中应用，能满足要求。(2) 灵敏度比较高。因为电源系统本身有一定放大作用，所以使测量机构的灵敏度大大提高。(3) 可同时记录多个被测电信号(如16个)。目前在光源电路的测试中，已逐步应用光线示波器测量某些电参数。如电影放映用整流器(短孤氙灯配用)的国家标准中，已规定光线示波器作为测量某些电参数必须使用的仪器。10-3-2 频谱分析仪频谱分析仪是一种比较大型的精密测量仪器。主要用途是对非正弦的周期或非周期电信号波形进行频谱分析。在光源电路中，有许多电参数是属于非正弦的参数，如气体放电光源的电流和电压，在交流50HZ电源供电的条件下
33、都是非正弦的周期电信号。为了深入研究光源及相应电路的特性，也为了作精密测量，有必要应用频谱分析仪进行分析和测量。目前已生产和应用的频谱分析仪是两种：1 外差式频谱分析仪这种仪器又称为模拟式频谱分析仪，主要的工作特性有：(1) 频率特性：包括输入电信号的频率上、下限等。(2) 幅度特性：包括量程、动态范围等。(3) 扫频特性：包括扫频宽度、分析时间等。2 快速傅立叶变换频谱分析仪这是一种数字式频谱分析仪，简称FFT，配用计算机进行测量和计算。既可以对周期电信号进行分析，也可对单次“瞬时信号”进行分析(包括随机信号)。在光源电路的电气测量中，应用频谱分析仪工作仅仅才开始，并只对光源的电流波形、电压
34、波形进行分析，目的是精确测量各项有关的电参数。10-3-3数字式电表在光源电路的电气参数测量中，应用数字式电表的越来越多了，它比电气测量指示仪表有许多优点。应用最多的是数字式电压表，还有数字式多用表等；多数用来测量直流电压和交流电压。当然，直流电流和交流电流也可以测量，但最基本的是电压测量，因为测量电流时也是通过取样电阻(内接或外接)测量电压换算得到。由于数字电压表输入阻抗高，灵敏度也高，所以在测量直流电压时，一般都能获得满意的结果，对被测量电路影响也是极小的。当测量交流电压时(包括交流电流)，仪表内装有一定的交流直流转换器，将交流电压转换成直流电压再进行测量。这样，数字电压表测量交流电压的性
35、能如何，就由转换器的质量性能决定了。应用转换器的目的，是为了使仪器的测量指示值能表示被测的交流电压值，而交流值一般以有效值来表示。在数字电压中应用的转换器有三种：平均值转换器、有效值转换器和峰值转换器。1 平均值转换器这是把交流电压经过整流(半波或全波)变成直流电压，实际上是交流电压的平均值，但按交流有效值刻度指示。对于正弦交流电压，这种转换器能测量指示相应的有效值。2 有效值转换器这是直接测量交流电压，并以直流电压形式表示出相应的交流电压有效值，具体又析分为两种：(1) 热电式有效值转换器：将交流电压经过加热元件，再将热能变换成直流电压进行测量。这个测量结果，不仅对正弦交流电压能反映出有效值
36、，就是对非正弦交流电压，也能反映相应的有效值，又称真有效值。对于非正弦交流电压的有效值，以真有效值表示，并有严格的定义。由于非正弦交流电压不是单一的频率成分，即有许多高次谐波成分，即有许多高次谐波成分，所以用均方根值表示其真有效值。(2) 全电子式有效值转换器：这是按有效值定义，通过对被测交流电压的运算，而得到的相应的有效值。(3) 峰值转换器是将交流电压进行峰值检波等处理得到直流电压，同样按交流有效值刻度。对于正弦交流电压，一样能测量指示相应的有效值。因此，转换器类型虽然不同，但对于被测量的正弦交流电压，都可以得到同样的结果指示出相应的有效值，但对于非正弦交流电压，尤其当波形相对于正弦波有较
37、大的失真时，平均值转换器与峰值转换器就不能正确测量指示出相应的真有效值了，而用有效值转换器。所以，在应用数字电压表测量非正弦交流电压时，必须先了解电压表内转换器的类型。如果不是有效值转换器就不能进行测量。10-3-4数字式功率计数字式功率计是一种测量电器功率损耗的电子测量仪器。以前，在光源电路中，是用电气测量指示仪来测量光源或镇流器的功率损耗的。由于这类仪表本身有一定的损耗，所以在作比较精确的测量或测量较小的功率损耗时，误差较大，有时不仅不能修正测量结果，还会影响被测电路的工作状态。目前国内外应用于光源电路测量的数字式功率计都是采用时分割乘法器，最后输出数字显示。它的特点是：电压输入部分输入阻
38、抗大，电流输入部分输入阻抗小，仪器本身总的功率损耗极小，不仅可以测量正弦交流电信号，也适用于各种非正弦交流电信号，精度高，动态范围大。国内正研究另一种数字式功率计，即将相应的电流电压电信号，同样同步取样并作模数转换，在存贮到存贮器以后，再按一定程序对数字化了的信号进行运算，最后得到平均功率数，以数字显示。从原理上讲，这是完全可行的：这本质上是一台专用的微机测量仪器。10-3-5失真度仪这是一种测量光源电路中电流或电压波形失真度的仪器，为了叙述方便，先简单介绍失真度的定义。失真度又称非线性失真系数，简称失真系数，是表示一个非正弦波形与正弦波形的差别程度。失真系数Kf为：目前应用的失真度仪就是按此
39、定义设计生产的。仪器分别对原信号及将基波成分滤掉的信号进行测量，再进行计算，仪器可测得：它与Kf的关系是：当K1时，KfK,一般如失真系数在30%以下，则可认为K近似等于Kf.应用失真度仪测量光源电路中电流或电压波形的失真度，可以分析光源及有关电器的性能，发现问题并作改进。根据定义，有一台谱分析仪也可对电压或电流波形的失真度进行测量，但不如失真度仪简单方便。第四节 光源电路中部分电参数测量在光源电路中所涉及到的电参数很多，除光源本身的电参数外，还有电源及各种附属电器的电参数。另外，在光源的光参数测试和光源寿命试验中，也都离不开有关电参数的测量和观察，因此，光源各光电参数之间都是密切相关的。10
40、-4-1对测量仪器的要求电参数测量用的仪器仪表，前两节中已作叙述。目前仍以电气测量指示仪表应用为多，而今后将愈来愈多地应用电子测量仪器。不论应用哪一种仪器仪表，由于光源电路本身具有的特点，对仪器仪表的选择和应用都有一定的要求和必须注意的事项。1 对电气测量指示仪表的要求(1) 要有足够的准确度。这要根据要求和条件来选择；并不是准确度等级越高越好，而要考虑各个仪表准确度等级的一致性。(2) 仪表指示的重复性要好。在仪表的术语中是指变差要小。(3) 要有合适的灵敏度。这要根据测量量值的范围来决定仪器的选择。(4) 仪表本身的功率损耗要小。一般说电流表的内阻要小，电压表的内阻要大(即分流要小)，而功
41、率表电流绕组的内阻要小，电压绕组的内阻要大。具体在光源电路中，有关标准这样规定：串联仪表产生的附加电压不能超过被测支路电压的2%；并联仪表的分流电流不能超过被测支路电流的3%。(5) 要有良好的读数装置。(6) 要有足够的频率响应。这个要求比较复杂，在一般50HZ的正弦交流电路测量中，没什么问题，因为常用的电器测量指示仪表是按50HZ正弦波形校验出厂的，而在某些光源电路中，电压、电流波表仍为正弦形，畸变小，如热幅射光源电路中的电压、电流等参数，而其他的光源电路中，电压、电流波形有着不同程度的失真，这样将会给测量带来不同程度的误差。而波形的失真就意味着谐波分量的增加。如果仪表的频率响应能满足要求
42、，则可大大减小测量误差。2 对电子测量仪器的要求和注意事项(1) 选择的电子测量仪器应有较好的稳定性和重复性。(2) 注意被测电参数的范围，防止因过载使电子测量仪器损坏。(3) 由于电子测量仪器都独立供电，所以在应用中应注意被测光源电路与电子测量仪器之间的电压关系。当两个部分的零电位点不是同一电位时，联接后可能会发生短路事故。通常的做法是将光源电路经隔离变压器供电。10-4-2热幅射光源电参数测量1. 测量的电参数：(1) 电压：光源两端的工作电压。(2) 电流：流过光源的工作电流。(3) 功率；光源消耗的功率。2. 测量电路：如图10-9所示。图10-9 热辐射光源测量电路3. 测量仪表与装
43、置：电压表、电流表、功率表和调压变压器及开关等。4. 测量注意事项：在测量某一参数时，不用的仪表可用开关短路或开路方法使它脱离测量电路，以减少测量误差。图10-9所示的电路可用交流电源供电，也可用直流电源供电(不用调压变压器)。一般应选用稳压电源；在高精度测量时，可选用稳流电源。此外，还应注意光源在通电后应有一段稳定时间，要保证环境条件的相对稳定。11-4-3气体放电光源电参数测量气体放电光源的种类很多，这里主要叙述荧光灯的电参数测量方法，其它气体放电光源电参数的测量方法基本一样，只将一些特殊问题作些说明。1. 荧光灯电参数测量(1) 测量的电参数：电压：光源两端的工作电压。电流：流过光源的工
44、作电流。启动电流：又称预热电流，是灯丝预热时的电流。功率：光源消耗的功率。(2) 测量电路：如图10-10所示。图10-10 荧光灯测量电路(3) 测量仪器与装置：有电压表、电流表、功率表、调压变压器、基准镇流器及开关等。(4) 测量注意事项；荧光灯与热幅射光源不同，外界条件对光电参数影响十分显著，所以荧光灯在测试时，必须十分注意测试条件：A 供电电源：电源通常都是50HZ的交流电源，电源频率应稳定在一定范围内，并与镇流器的设计频率相一致，电源电压也应该稳定，电源电压的波形应是失真较小的正弦波，高次谐波的总含量不应超过3%(设基波为100%，按均方根之和计算)。频率稳定、电压稳定范围等具体指标
45、是根据测量的要求而定的,一般生产检验测量，要求低一些，频率及电压的稳定范围可以大一些，而作为计量测量，要求就比较高了。目前比较理想的供电电源是稳频稳压电源。B 测量仪表：总的要求已经说明了，只强调一点，仪表基本上不产生波形误差。在荧光灯电路中(包括其它气体放电光源电路)电流波形失真较小，电压波形失真很大，几乎是一个方波了。这也就是对仪表的频响应要求。C 基准镇流器：基准镇流器又称标准镇流器，它是测量气体放电光源必不可少的元件。由于气体放电光源实际使用中配备的气体放电光源的光电参数，为了有利于比较不同光源各项参数，就统一规定在测量中必须配备基准镇流器，即误差较小的，符合规定(电压电流比值，功率因
46、数和温升等三项参数)的特殊镇流器。这种镇流器必须由专业厂生产，并经计量部门检测确认后才可应用。D 环境条件：环境温度和通风情况对荧光灯的光电参数影响十分明显，所以测量时要求环境温度在一定范围(是不通风的密封环境)。每次测量必须使灯稳定工作15分钟以上。E 测量比较的条件：气体放电光源是一个放电特性非常不稳定的器件，所以不同灯管的测量或同一支灯管多次测量，应保证在同样的条件下进行比较。为此又有一些相应的规定：线路一样，荧光灯与电路联接的相地位置要固定；可以规定在同样电源电压下进行比较，也可以规定在同样工作电流下进行比较，或规定在同样的功率下比较。具体的规定要根据测量的要求和光源的应用情况决定。对
47、一般测量，如仅仅检验产品的成品情况，则规定在同样的电源电压下进行，因为在光源的应用过程中，只能控制电源电压，无法控制灯的工作电流或功率。但在对计量标准测试时，就应规定在同样的工作电流或功率条件下进行。F 老练：对于荧光灯，国际标准及国家标准都规定必须将新制成的灯老练100小时，也就是说，灯的光电参数必须以老练100小时以后所测得的数值为准。G 配用电子镇流器的荧光灯电参数测量：以上叙述的测量内容和注意事项都是针对用电感镇流器的荧光灯电路，如果荧光灯配用电子镇流器，则用荧光灯的电参数测量就比较困难了，因为此时荧光灯实际工作于20KHZ以上的频率范围，用普通仪表无法测量。目前针对这样的使用条件有两种处置的方法：选用相应频率响应的仪器进行测量(就目前国内仪器条件有一定困难)；将电子镇流器和灯作为一个整体看待，从电源输入端进行测量，即在规定电源电压的条件下测量电源供给的工作电流，测量电源总的消耗功率。由于电源是直流电源或50HZ交流电源，这样又成为直流或50HZ交流的电参数测量了。2.
