在工程測量上,過去的時代都使用指針式伏特計,其中電磁式電壓表基本工作原理是:繞組通過電流形成的磁場在永磁場內產生的紐矩對游絲的阻力做功(力X距離),這正好跟有效值定義相吻合,所以,電磁式電壓表讀數永遠遵循有效值的規(guī)律,而不是有的人誤認為的是平均值.如果你硬要用指針式萬用表測量交流電壓的平均值也不是不可以,你直接用直流檔測量交流,由于指針的慣性和阻尼,正負半周的動作趨勢被抵消,讀數為0,這個值就是交流電壓的算術平均值.
在模擬電路方面,交流電壓有效值的獲得(采樣)一直是個技術難題,據我所知至今沒有得到解決,其基本難點在于沒有找到合適的電路可以反映電參數的做功能力,也曾經看到過個別這方面專利,實際上也沒有根本解決.
實際上,對于模擬電路,嚴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,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,如果你能夠設計出真正意義上的交流電壓平均值電路,那也是需要相當高的水平.如果能夠做出有效值,就可以申請專利.
相比之下,最容易獲得的是交流電壓的峰值.一個簡單的DC充電電路就可以達此目的.

電子數字化進程給交流有效值采樣帶來新的途徑.現在的數字式萬用表都力圖給人以有效值的表象,但實際上大多數并不是真有效值.比如:
以正弦波為參照設計的交流電壓有效值算法,利用峰值、平均值或某個(或少數幾個)瞬間值與正弦波有效值的關系換算的.這樣的電壓表遇到非正弦波就會出現不可思議的數字.
真有效值數字電壓表不是普通價格可以買到的,其基本方法有兩種:
一是采用硬件乘法器實現均方根算法,也有專用的有效值采樣IC.
二是高速AD采樣,軟件實現均方根算法,這需要高速計算芯片的支撐.筆者曾用普通8位單片機編程實現工頻交流電壓有效值AD采樣和均方根算法,其中的開方算法還是經過特別優(yōu)化過的(詳見本人博客---最快的開方算法),要實現每個周期128點的采樣和計算都是比較緊張的.工頻尚且如此,對于KHz、MHz級的難度可想而知.
真有效值數字電壓表主要指標是采樣精度和帶寬,其中任何一個指標的提高都是需要付出高昂代價的.筆者曾用8位單片機10位AD做到最高32KHz的采樣頻率,如果按每周期最低32點的采樣精度,則8位單片機能夠達到的極限帶寬為1KHz.

"....繞組通過電流形成的磁場在永磁場內產生的紐矩對游絲的阻力做功(力X距離),這正好跟有效值定義相吻合,所以,電磁式電壓表讀數永遠遵循有效值的規(guī)律,而不是有的人誤認為的是平均值"

是嗎?你試下量度一個方波,看看讀數是不是它的RMS值?

....電磁式電壓表基本工作原理是:繞組通過電流形成的磁場在永磁場內產生的紐矩對游絲的阻力做功(力X距離)....

應該是“通電線圈在磁場中受到的力F=BIl產生的沖量”與“紐矩對游絲的紐力產生的沖量”相等,沖量是力對時間的積分,與通過的電量成正比,所以對一般的指針表頭測的都是平均值

對與50Hz的交流電壓,用運放可以進行幾乎理想的信號整流,然后通過RC或LC濾波可以獲得很精確的平均電壓值;對于頻率高些的嘛,沒做過,好象也沒什么意義,我想通過MOS整流可以比較理想的整流

牛頓物理學里的沖量是力產生的? 沖量是速度和質量產生的吧? 力是用來做功的,或者用來產生加速度的,而不是產生沖量

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,如果沒有負載,他就是峰值,如果負載阻抗為0,他就是0,如果負載不確定,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.

這個還需要實驗嗎? 理想的方波經過理想的整流得到的是理想的直流,你說他是什么值?

那是在二極管整流(單向導電的情況下),運放和MOS的電流都是雙向的

力對距離積分是功,對時間積分是沖量

地球人都知道是平均值也是有效值,問題是指針表給你的讀數是幾多?何妨實驗一下. :-)

假設 某電壓方波 幅值 10V 周期 1s 占空比 50% 施加在 1歐姆 的負載電阻上
1、 電阻上電壓的平均值 10V× 50%×1s/1s = 5V
    平均值計算的功率 (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)開根號 = 7.07V
    有效值計算的功率 (7.07V)×(7.07V)/1ohm = 50W
    每周期做功 50W×1s = 50j
3、 電阻上實際1s中產生的熱量是((10V)×(10V)/1ohm)×0.5s = 50j

表針擺到對應位置后就應該穩(wěn)定不動了啊,那樣只有力沒有位移了……

老弟,你犯了一個低級錯誤:
某電壓方波 幅值 10V 周期 1s 占空比 50%
這個波形等效于一個5V的直流和一個5V(正半周負半周都是5V)的方波交流的疊加波形.
然后再帶入你后面的計算(暫且不說你后面的計算有沒有問題).

這正是我們需要的,有多少力做多少功,達到多大的位移----刻度.

如此推論,沖量就是一個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,也必須從數學角度證明才行,或者建立一個仿真模型來驗證.

你是說我第二步哪里,對均方根的計算方式有錯誤么?
我再仔細想想.
不過你說的 5V直流 和5V交流方波疊加能夠帶來什么樣的計算簡化呢?(對于有效值)請指教計算過程.

交流方波的平均值有效值都是1.
但是疊加之后 5V直流的做功時間可就不是1S了,而是和方波一樣的0.5s.
因為電流是串聯(lián)的.呵呵

也可以這樣理解
變力使物體加速的能力
沖量的引入就是因為要衡量 變力對物體的作用.

理解不透.
我覺得 普通的指針表頭的偏移刻度是同通過的電流成比例的.這里應該是達到了力的平衡.
就是說表針發(fā)生偏轉是因為流過表頭線圈的電流產生的磁力與游絲的阻力不等,此時外電流對游絲和線圈內阻做功,游絲形變積累能量.當二者相等時則表針停止擺動.停止擺動時流過的表頭的電流對線圈內阻做功,對游絲不做功.
我們考慮穩(wěn)態(tài)情況
外電源在表頭上所產生的電流只對表頭內阻做功.而影響刻度的是該電流所產生的力,此時游絲就像彈簧一樣,其每弧度形變所產生的力是恒定的.
所以 外加電壓 決定了瞬時電流(假定表頭內阻恒定) 瞬時電流決定了瞬時電磁力 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.
所以表頭測量的是平均值.

發(fā)個PDF的,大家看看 37621200358737.pdf

后面的計算本身沒有問題, 主要是你前提錯誤,所以結論錯誤,要分別計算那個直流分量和交流分量各自做的功才對,他們都是5V電壓在1S時間內的積分,是2個25J,就和你最后的結果完全一致了.
隨便說一句,一般電流或者電壓我們都說疊加,不說串聯(lián)并聯(lián),起碼電壓不能說并聯(lián),電流不能說串聯(lián)

可是很明顯,直流5v有一半時間是沒有電流的啊.這里怎么理解?

給大家看個運放精密整流的電流,有很多種,這只是其中一種,我以前驗證過,基本理想,使用時需要注意運放的選型和加適當的小電容補償,否則在電壓過零時會有一點點失真,對于一般的信號整流已經相當足夠了

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你還沒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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這兩個電壓疊加后不就是你說的波形嗎?

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

這個只是整流,不是平均值

沒有負載,怎會是峰值?