电压表

定义

电压表是用于测量电压的仪表，其读数以伏特为单位^[2]。汉语中也称伏特计，西方语言中对应 voltmeter^[3]。它的表盘或外壳上通常标有字母 V；若 V 下方加一短横表示直流电压表，加波浪线则表示交流电压表^[4]。

按量程不同，电压表可分为千伏表、伏特表和毫伏表，分别以 kV、V、mV 为单位^[4]。中学实验室常用的电压表有 0～3 V 和 0～15 V 两个量程，并设有 1 个负接线柱和 2 个正接线柱^[4]。

电压表在电路中的作用是把电路两端的电位差转换成可读出的指示值。测量时它必须与被测部分并联，使表的正接线柱接高电位端、负接线柱接低电位端^[5]。

原理

以磁电系指针式电压表为例，其核心是灵敏电流计的表头。表头内部有永磁体，磁场中放置可绕轴转动的线圈，线圈两端接游丝，轴上装有指针。电流经游丝流入线圈后受到电磁力矩而偏转，同时游丝变形产生反作用力矩，两者相等时指针停在某一位置^[6]。

由于偏转角与通过线圈的电流成正比，要把表头改成电压表，需在测量机构上串联由电阻构成的分压器(倍压器)。设表头满偏电流为 $I_m$、内阻为 $R_e$，串联电阻 $R_n$ 后，可测电压上限为 $U = I_m(R_e + R_n)$；串联不同阻值的分压器并配合量程开关，即可得到多量程电压表^[7]。

电压表各量程内阻与其量程之比称为内阻常数，单位常用 Ω/V，标注在表盘上；该值越大，使指针偏转同样角度所需驱动电流越小^[7]。磁电系机构只能直接测直流，若通入交流，指针将停在零位或抖动，因此测交流须配整流器组成整流系仪表^[6]。

交流电子电压表通常由衰减器、交流电压放大器、检波器和整流电源四部分组成：被测电压先衰减、再放大，经检波变为直流后由磁电式表头指示^[8]。其指针偏转角正比于被测电压的平均值，而面板按正弦交流有效值刻度，故只能测正弦波的有效值；测非正弦波时读数须除以波形系数 1.11 才对应平均值^[8]。

发展历程

早期电测量以指针式仪表为主，这类仪表依靠载流线圈或可磁化物体在磁场中的偏转角直接指示被测电参量，结构简单、稳定可靠，精度等级一般在 0.1 级至 2.5 级之间^[9]。按工作原理，常用的指针式电表分为磁电系、电磁系、电动系三大类，另有静电式、热电式等类型，其中磁电系应用最广，误差可达 0.1%^[9]。

随着模数转换技术成熟，出现了以 A/D 转换器为测量机构、用数字显示器显示结果的数字电压表^[9]。集成器件普及后，数字仪表因电路集成度提高而得到广泛应用；相比指针式仪表，它无机械运动、显示位数多、读数清楚^[9]。电子电压表的读数也逐渐从指针式过渡到液晶显示，并具备编程控制和自动换档能力^[10]。

应用

在电学实验与教学中，电压表用于测量电源或各用电器两端的电压。若并联的电压表与用电器直接接在电源两端，测得的是电源电压；若干路中还有其它用电器，则测得的是所接那部分电路的电压。

在强电领域，交流电压表常用于监视线路电压。表计选型一般使示值落在表盘满刻度的 2/3 左右，例如 380 V 线路选用满刻度 500 V 的电压表^[8]。高压测量中电压表与电压互感器配套使用，6 kV 系统选用表盘标有 6000/100 的电压表，该比值称为变比，与互感器的变比一致；相关回路须配置熔断器以防短路^[8]。

在电子测量中，电子电压表用于测量各种高、低频信号电压，是使用最广泛的仪器之一；其输入阻抗高，一般输入电阻为 500 kΩ～1 MΩ，接入后对被测电路影响小，频率适用范围可达 20 Hz～2 MHz，最低可测微伏级电压^[10]。交流电压表按其适用频率范围大致分为高频电压表和低频电压表两类^[8]。

局限

电压表并联接入会分流，从而改变被测电路的工作状态，带来负载效应。因此要求内阻远大于负载电阻；在量程较低时输入电阻更小，影响不可忽略^[7]。磁电系仪表过载能力差，使用时须注意极性和量限选择。

被测电压不得超过表的量程，否则可能损坏仪表，实际中常先用大量程试触再换到合适量程^[4]。此外，交流电子电压表按正弦有效值刻度，测非正弦波时读数没有直接意义；若正弦波失真较大，测量结果也不再准确^[8]。

受测量机构线圈电感限制，电磁系、电动系电压表的使用频率范围较窄，上限频率低于 1～2 kHz；整流式电压表的上限使用频率约为几千赫，且仅在交流电压为正弦波形时读数才正确。

参见

• 电流表 —— 与电压表同属电测量指示仪表，但串联接入电路测量电流。

• 万用表 —— 集电压、电流、电阻等多种测量功能于一体的常用仪表。

• 电压互感器 —— 高压测量中与电压表配套使用，按变比把高电压变换为低电压。

• 模数转换器 —— 数字电压表的核心部件，把模拟电压转换为数字量。

• 欧姆定律 —— 电压表分压器设计与量程扩展所依据的基本关系。