在工程測(cè)量上,過(guò)去的時(shí)代都使用指針式伏特計(jì),其中電磁式電壓表基本工作原理是:繞組通過(guò)電流形成的磁場(chǎng)在永磁場(chǎng)內(nèi)產(chǎn)生的紐矩對(duì)游絲的阻力做功(力X距離),這正好跟有效值定義相吻合,所以,電磁式電壓表讀數(shù)永遠(yuǎn)遵循有效值的規(guī)律,而不是有的人誤認(rèn)為的是平均值.如果你硬要用指針式萬(wàn)用表測(cè)量交流電壓的平均值也不是不可以,你直接用直流檔測(cè)量交流,由于指針的慣性和阻尼,正負(fù)半周的動(dòng)作趨勢(shì)被抵消,讀數(shù)為0,這個(gè)值就是交流電壓的算術(shù)平均值.
在模擬電路方面,交流電壓有效值的獲得(采樣)一直是個(gè)技術(shù)難題,據(jù)我所知至今沒(méi)有得到解決,其基本難點(diǎn)在于沒(méi)有找到合適的電路可以反映電參數(shù)的做功能力,也曾經(jīng)看到過(guò)個(gè)別這方面專利,實(shí)際上也沒(méi)有根本解決.
實(shí)際上,對(duì)于模擬電路,嚴(yán)格意義的交流電壓的平均值也不是那么容易獲得的,盡管我們很容易在任何模擬電路上獲得電壓信號(hào),但是都不是平均值,更不是有效值.不服氣的DX們可以親自試試,如果你能夠設(shè)計(jì)出真正意義上的交流電壓平均值電路,那也是需要相當(dāng)高的水平.如果能夠做出有效值,就可以申請(qǐng)專利.
相比之下,最容易獲得的是交流電壓的峰值.一個(gè)簡(jiǎn)單的DC充電電路就可以達(dá)此目的.

電子數(shù)字化進(jìn)程給交流有效值采樣帶來(lái)新的途徑.現(xiàn)在的數(shù)字式萬(wàn)用表都力圖給人以有效值的表象,但實(shí)際上大多數(shù)并不是真有效值.比如:
以正弦波為參照設(shè)計(jì)的交流電壓有效值算法,利用峰值、平均值或某個(gè)(或少數(shù)幾個(gè))瞬間值與正弦波有效值的關(guān)系換算的.這樣的電壓表遇到非正弦波就會(huì)出現(xiàn)不可思議的數(shù)字.
真有效值數(shù)字電壓表不是普通價(jià)格可以買到的,其基本方法有兩種:
一是采用硬件乘法器實(shí)現(xiàn)均方根算法,也有專用的有效值采樣IC.
二是高速AD采樣,軟件實(shí)現(xiàn)均方根算法,這需要高速計(jì)算芯片的支撐.筆者曾用普通8位單片機(jī)編程實(shí)現(xiàn)工頻交流電壓有效值A(chǔ)D采樣和均方根算法,其中的開(kāi)方算法還是經(jīng)過(guò)特別優(yōu)化過(guò)的(詳見(jiàn)本人博客---最快的開(kāi)方算法),要實(shí)現(xiàn)每個(gè)周期128點(diǎn)的采樣和計(jì)算都是比較緊張的.工頻尚且如此,對(duì)于KHz、MHz級(jí)的難度可想而知.
真有效值數(shù)字電壓表主要指標(biāo)是采樣精度和帶寬,其中任何一個(gè)指標(biāo)的提高都是需要付出高昂代價(jià)的.筆者曾用8位單片機(jī)10位AD做到最高32KHz的采樣頻率,如果按每周期最低32點(diǎn)的采樣精度,則8位單片機(jī)能夠達(dá)到的極限帶寬為1KHz.

"....繞組通過(guò)電流形成的磁場(chǎng)在永磁場(chǎng)內(nèi)產(chǎn)生的紐矩對(duì)游絲的阻力做功(力X距離),這正好跟有效值定義相吻合,所以,電磁式電壓表讀數(shù)永遠(yuǎn)遵循有效值的規(guī)律,而不是有的人誤認(rèn)為的是平均值"

是嗎?你試下量度一個(gè)方波,看看讀數(shù)是不是它的RMS值?

....電磁式電壓表基本工作原理是:繞組通過(guò)電流形成的磁場(chǎng)在永磁場(chǎng)內(nèi)產(chǎn)生的紐矩對(duì)游絲的阻力做功(力X距離)....

應(yīng)該是“通電線圈在磁場(chǎng)中受到的力F=BIl產(chǎn)生的沖量”與“紐矩對(duì)游絲的紐力產(chǎn)生的沖量”相等,沖量是力對(duì)時(shí)間的積分,與通過(guò)的電量成正比,所以對(duì)一般的指針表頭測(cè)的都是平均值

對(duì)與50Hz的交流電壓,用運(yùn)放可以進(jìn)行幾乎理想的信號(hào)整流,然后通過(guò)RC或LC濾波可以獲得很精確的平均電壓值;對(duì)于頻率高些的嘛,沒(méi)做過(guò),好象也沒(méi)什么意義,我想通過(guò)MOS整流可以比較理想的整流

牛頓物理學(xué)里的沖量是力產(chǎn)生的? 沖量是速度和質(zhì)量產(chǎn)生的吧? 力是用來(lái)做功的,或者用來(lái)產(chǎn)生加速度的,而不是產(chǎn)生沖量

RC或LC濾波后的電壓是平均值? 天方夜談!
RC或LC濾波后的電壓,如果沒(méi)有負(fù)載,他就是峰值,如果負(fù)載阻抗為0,他就是0,如果負(fù)載不確定,他就可能是0到峰值之間的任何值,也許偶爾剛好等于平均值.

這個(gè)還需要實(shí)驗(yàn)嗎? 理想的方波經(jīng)過(guò)理想的整流得到的是理想的直流,你說(shuō)他是什么值?

那是在二極管整流(單向?qū)щ姷那闆r下),運(yùn)放和MOS的電流都是雙向的

力對(duì)距離積分是功,對(duì)時(shí)間積分是沖量

地球人都知道是平均值也是有效值,問(wèn)題是指針表給你的讀數(shù)是幾多?何妨實(shí)驗(yàn)一下. :-)

假設(shè) 某電壓方波 幅值 10V 周期 1s 占空比 50% 施加在 1歐姆 的負(fù)載電阻上
1、 電阻上電壓的平均值 10V× 50%×1s/1s = 5V
    平均值計(jì)算的功率 (5V)(5V)/1ohm = 25W
    每周期做功 25W×1s = 25j
2、 電阻上電壓的有效值 ((10V×10V + 0V×0V)/2)開(kāi)根號(hào) = 7.07V
    有效值計(jì)算的功率 (7.07V)×(7.07V)/1ohm = 50W
    每周期做功 50W×1s = 50j
3、 電阻上實(shí)際1s中產(chǎn)生的熱量是((10V)×(10V)/1ohm)×0.5s = 50j

表針擺到對(duì)應(yīng)位置后就應(yīng)該穩(wěn)定不動(dòng)了啊,那樣只有力沒(méi)有位移了……

老弟,你犯了一個(gè)低級(jí)錯(cuò)誤:
某電壓方波 幅值 10V 周期 1s 占空比 50%
這個(gè)波形等效于一個(gè)5V的直流和一個(gè)5V(正半周負(fù)半周都是5V)的方波交流的疊加波形.
然后再帶入你后面的計(jì)算(暫且不說(shuō)你后面的計(jì)算有沒(méi)有問(wèn)題).

這正是我們需要的,有多少力做多少功,達(dá)到多大的位移----刻度.

如此推論,沖量就是一個(gè)和速度成正比的物理量了?

理想的整流就是用理想的二極管做出的全波整流電路,還有其他整流方式能夠把交流電壓變成符合平均值規(guī)律的方法? 如果有,也必須從數(shù)學(xué)角度證明才行,或者建立一個(gè)仿真模型來(lái)驗(yàn)證.

你是說(shuō)我第二步哪里,對(duì)均方根的計(jì)算方式有錯(cuò)誤么?
我再仔細(xì)想想.
不過(guò)你說(shuō)的 5V直流 和5V交流方波疊加能夠帶來(lái)什么樣的計(jì)算簡(jiǎn)化呢?(對(duì)于有效值)請(qǐng)指教計(jì)算過(guò)程.

交流方波的平均值有效值都是1.
但是疊加之后 5V直流的做功時(shí)間可就不是1S了,而是和方波一樣的0.5s.
因?yàn)殡娏魇谴?lián)的.呵呵

也可以這樣理解
變力使物體加速的能力
沖量的引入就是因?yàn)橐饬?變力對(duì)物體的作用.

理解不透.
我覺(jué)得 普通的指針表頭的偏移刻度是同通過(guò)的電流成比例的.這里應(yīng)該是達(dá)到了力的平衡.
就是說(shuō)表針發(fā)生偏轉(zhuǎn)是因?yàn)榱鬟^(guò)表頭線圈的電流產(chǎn)生的磁力與游絲的阻力不等,此時(shí)外電流對(duì)游絲和線圈內(nèi)阻做功,游絲形變積累能量.當(dāng)二者相等時(shí)則表針停止擺動(dòng).停止擺動(dòng)時(shí)流過(guò)的表頭的電流對(duì)線圈內(nèi)阻做功,對(duì)游絲不做功.
我們考慮穩(wěn)態(tài)情況
外電源在表頭上所產(chǎn)生的電流只對(duì)表頭內(nèi)阻做功.而影響刻度的是該電流所產(chǎn)生的力,此時(shí)游絲就像彈簧一樣,其每弧度形變所產(chǎn)生的力是恒定的.
所以 外加電壓 決定了瞬時(shí)電流(假定表頭內(nèi)阻恒定) 瞬時(shí)電流決定了瞬時(shí)電磁力 此力的平均值(由于線圈、指針、框架的慣性)與游絲形變力平衡 表頭指示穩(wěn)定.
所以表頭測(cè)量的是平均值.

發(fā)個(gè)PDF的,大家看看 37621200358737.pdf

后面的計(jì)算本身沒(méi)有問(wèn)題, 主要是你前提錯(cuò)誤,所以結(jié)論錯(cuò)誤,要分別計(jì)算那個(gè)直流分量和交流分量各自做的功才對(duì),他們都是5V電壓在1S時(shí)間內(nèi)的積分,是2個(gè)25J,就和你最后的結(jié)果完全一致了.
隨便說(shuō)一句,一般電流或者電壓我們都說(shuō)疊加,不說(shuō)串聯(lián)并聯(lián),起碼電壓不能說(shuō)并聯(lián),電流不能說(shuō)串聯(lián)

可是很明顯,直流5v有一半時(shí)間是沒(méi)有電流的啊.這里怎么理解?

給大家看個(gè)運(yùn)放精密整流的電流,有很多種,這只是其中一種,我以前驗(yàn)證過(guò),基本理想,使用時(shí)需要注意運(yùn)放的選型和加適當(dāng)?shù)男‰娙菅a(bǔ)償,否則在電壓過(guò)零時(shí)會(huì)有一點(diǎn)點(diǎn)失真,對(duì)于一般的信號(hào)整流已經(jīng)相當(dāng)足夠了

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你還沒(méi)明白電壓疊加的意思,直流就是直流,哪有占空比的概念?

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這兩個(gè)電壓疊加后不就是你說(shuō)的波形嗎?

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不是要驗(yàn)證這個(gè)電路整流如何精密,而是要驗(yàn)證他的輸出電壓是否符合平均值規(guī)律.
我看不出這個(gè)電路有獲得交流平均值的結(jié)構(gòu),要獲得平均值應(yīng)該是一個(gè)無(wú)限大阻抗對(duì)無(wú)限大容抗在兩個(gè)半周分別充電的積分電路.

這個(gè)只是整流,不是平均值

沒(méi)有負(fù)載,怎會(huì)是峰值?