直流电流电压表的核心任务,是将无法直接观测的电学量,转换为精确的读数。其工作原理经历了从经典电磁感应到现代数字信号处理的演进。
一、经典指针式:基于电磁感应
传统的磁电式表头是模拟时代。其核心是一个置于磁铁磁场中的可动线圈。当被测直流电流流经线圈时,会产生感应磁场。该磁场与永磁体磁场相互作用,产生驱动线圈偏转的力矩(即安培力原理)。同时,游丝产生反向力矩;当二力矩平衡时,指针便在刻度盘上指示出电流值。
此时,电流与指针偏转角度成正比。为了测量电压,只需根据欧姆定律,在表头线圈上串联一个高精度的电阻(称为分压器),将电压信号按比例转换为微小电流信号进行测量。
二、现代数字式:基于信号采样与处理
现代数字仪表则转向电子化,其流程如下:
信号调理:被测电压通过分压电阻网络衰减至安全范围。对于电流测量,则让其流过一个精密的“采样电阻”,将其转换为成比例的微小电压信号。
模数转换:这是数字表的核心。模拟信号被送入一个模数转换器,ADC以的速率对电压进行“采样”,并将每个采样点的瞬时电压值,量化成一个对应的二进制数字代码。
数据处理与显示:微处理器接收这些数字代码,通过内置算法进行计算、滤波和校准,最终将结果换算成标准的电压或电流值,驱动液晶屏以数字形式清晰显示。
总结
从依靠磁场力机械偏转的指针表,到对信号进行高速数字化采样与处理的数字表,直流电流电压表的演进,体现了测量技术从模拟到数字、从机械到电子的跨越。数字技术不仅消除了视差,更带来了高精度、强抗干扰能力以及智能化的测量体验。