概览
学习创建AC或DC电压测量系统的基础知识。查看如何将信号连接至数据采集系统，实现精确采集。
目录
- 电压测量概述
- 如何进行直流(DC)电压测量
- 下一步
1. 电压测量概述
电压是电气或电子电路两点间的电势差，单位为伏特，用以测量电场在导电体中形成电流的势能。
大多数测量设备都能测量电压。两种常用的电压测量为直流(DC)和交流(AC)。
虽然电压测量是各种模拟测量中最简单的，但是噪音因素对电压测量提出了独特的挑战。
2. 如何进行直流(DC)电压测量
虽然很多传感器输出的直流电压可通过万用表或数据采集设备测量，但本白皮书主要研究的是一般直流电压测量（不经过中间传感器）。
电压测量基础
为理解如何测量电压，有必要了解关于测量方式的背景知识。本质上，电压是电路中所选两点间的电势之差。然而，如何确定测量参考点容易引起混淆。测量参考点是测量时作为参考的电平。
参考点方法
有两种测量电压的方法：接地和差分。
接地参考电压测量
一种方法是参考公共点或“地”点测量电压。通常，“地”是稳定不变的，且一般在0V左右。“地”这个术语源于通过将信号直接同大地连接，以确保电势为0V的惯例做法。
满足下列条件的通道适合采用接地参考输入连接：
- 输入信号为高电平
- 连接信号至设备的导线小于10英尺（3米）
- 输入信号可与其他信号共享一个公共参考点。
接地参考可通过设备测量得出，或由被测的外部信号提供。当接地参考来自设备测量时，该设置称为接地参考单端模式(RSE)；当接地参考来自外部信号时，该设置称为非参考单端模式(NRSE)。
大部分仪器都为模拟输入测量提供相似的引脚配置。以下例子演示了该类测量，使用CompactDAQ机箱及NI 9205模拟输入模块（见图1）。
图1. 带NI 9205模拟输入模块的CompactDAQ机箱
图2演示了使用带NI 9205模块的NI cDAQ-9178机箱进行RSE电压测量的连线图，以及模块的引脚。图2中，引脚1对应“模拟输入0 (AI0)”通道，引脚17对应公共地(COM)。
图2. 接地参考单端模式
图3演示了使用带NI 9205模块的cDAQ-9178机箱进行NRSE电压测量的连线图。图中，引脚1对应“模拟输入0 ”通道，引脚35对应“模拟输入感应 ”通道。该通道专用于NRSE测量，可以侦测到来自信号的对地电压。
图3. 非参考单端模式
差分电压测量
另一种测量电压的方式是：确定电路中两个独立点之间的差分电压。例如，若需测量通过单个电阻的电压，就测量电阻两端的电压。电压差值就是通过电阻的电压。通常，差分电压测量在确定通过电路独立元件的电压或信号源嘈杂的情况下很有用。
以下几种通道适合采用拆分输入连接：
- 输入信号为低电平
- 连接信号至设备的导线大于3米（10英尺）
- 输入信号需要一个单独的接地参考点或返回信号
- 信号导线经过嘈杂的环境
图4演示了使用带NI 9205模块的cDAQ-9178机箱进行差分电压测量的连线图。图中，引脚1对应“模拟输入0 ”通道，引脚19对应“模拟输入8 ”通道。
在差分模式中，负端信号连接至一个模拟引脚，该模拟引脚正对的模拟通道已接入正端信号。例如，“模拟输入0 ”连接到正端，而“模拟输入8 ”连接到负端信号；“模拟输入1 ”连接到正端，而“模拟输入9 ”连接到负端信号，以此类推。差分模式的缺点在于：模拟输入测量通道的数量会减少一半。
图4. 差分模式
信号源类型
配置输入通道和连接信号前，必须确定信号源是浮动的还是接地的。
浮动信号源
浮动信号源未连接至建筑物地，但有一个隔离地参考点。浮动信号源包括：变压器、热电偶、靠电池供电的设备、光耦隔离器和隔离放大器等的输出。拥有隔离输出的仪器或者设备就是一个浮动信号源。浮动信号的地参考点必须同设备的地相连，为信号建立一个本地或者板载的参考点。否则，在信号源超出共模电压范围时，待测输入信号就会发生变化。
接地信号源
接地信号源与建筑接地系统连接，因此在假定测量设备与信号源接入到同一个供电系统的条件下，信号源已经连接到与设备相关的公共接地点。接入建筑供电系统的仪器和设备的非隔离输出都属于这一范畴。两种仪器之间的接地电势差连接至通常处于1 mV和100 mV间的建筑电力系统，但如果配电电路连接得不合理，差分会高许多。如测量方式不当，该电势差可能会导致测量错误。请阅读接地信号源连接须知，减少测量信号的电势差。
图5演示了不同的信号源类型以及基于各个测量方法的最优化连线图。请注意，根据信号类别，某种电压测量方法会比其他方法更有效。
图5. 常规信号源类型及其推荐输入配置