电子测量技术（第3版）第五章第2部分ppt课件.ppt

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1、数字式电压表（DVM）是利用模/数（A/D）转换器，将模拟的被测电压量转换成数字量，然后利用十进制数字显示方式显示被测量数值的电压表。数字多用表的框图如图5.13所示。5.4数字式多用表图5.13数字多用表的框图目前数字电压表的品种很多，按其模/数转换器（A/D）原理来区分，可分为斜坡式、双积分式、比较式和复合式等四类。5.4.1数字电压表的分类1．斜坡式数字电压表斜坡式数字电压表是利用积分器产生的线性斜坡电压与被测电压进行比较，把被测电压转换成与其瞬时值成比例的时间间隔T，即采用的是U-T（电压-时间）变换式，并在T时间内，用时钟脉冲进

2、行计数，计数的结果即为被测电压值。2．双积分式数字电压表利用积分器对被测电压进行正向和反向两次积分，得到与输入电压平均值成正比的时间间隔T，并在T的时间间隔内对时钟脉冲进行计数，最后用数字显示被测电压值。3．比较式数字电压表利用输入的模拟电压与基准电压进行比较的方法，把模拟量直接转换成数字量的电压表。4．复合式数字电压表复合式数字电压表是将积分式与比较式结合起来，取长补短发展起来的一种测速快、抗干扰能力强的高精度DVM。1．测量范围测量范围包括显示的位数、量程的范围和是否具有超量程能力等。（1）显示位数位数是指能显示0~9共十个完整数码的

3、显示器的位数。其中1/2位，指的是最高位只能取“1”或“0”，不能将0~9十个数码全部显示的位。（2）量程的范围DVM的量程范围包括基本量程和扩展量程。基本量程是测量误差最小的量程，它不经过衰减和放大器；扩展量程是采用输入衰减器和放大器来完成的，它的测量精度比基本量程的测量精度降低。5.4.2数字电压表的主要技术指标（3）超量程能力1/2位和基本量程结合起来，说明DVM是否具有超量程能力。2．分辨率分辨率是指DVM能够显示的被测电压的最小变化值，即显示器末位跳动一个数字所需的电压值。在不同的量程上DVM的分辨率是不同的，在最小量程上，DV

4、M具有最高分辨率。3．测量速率测量速率是指每秒对被测电压的测量次数，或一次测量全过程所需的时间。4．输入特性输入特性包括输入阻抗和零电流两个指标。直流测量时，DVM输入阻抗用Ri表示。量程不同，Ri也有差别，一般在10～1000MW之间。交流测量时，DVM输入阻抗用Ri和输入电容Ci的并联值表示，一般Ci在几十至几百皮法之间。5．抗干扰能力DVM的干扰分为共模干扰和串模干扰两种。仪器中采用共模抑制比和串模抑制比来表示DVM的抗干扰能力。一般共模干扰抑制比为80～150dB；串模抑制比为50～90dB。在DVM中抑制串模干扰的措施有两种，一

5、是在DVM的输入端设置滤波器；二是从A/D转换原理上采用双积分电路来消除干扰。在DVM中抑制共模干扰主要采用输出端浮置的办法。6．固有误差和工作误差DVM的固有测量误差主要是读数误差和满度误差，通常用测量的绝对误差表示。△U＝±（α％·Ux+β%·Um）式中α——误差的相对项系数；β——误差的固定项系数；Ux——被测电压读数；Um——该量程的满度值。工作误差指在额定条件下的误差，通常也以绝对值形式给出。1．数字电压表的组成数字电压表的组成如图5.14所示。5.4.3数字电压表的工作原理图5.14数字电压表的组成框图整个框图包括两大部分，模

6、拟部分包括输入电路（如阻抗变换电路、放大和扩展量程电路）和A/D转换器。A/D转换器是数字电压表的核心，完成模拟量到数字量的转换。数字部分主要完成逻辑控制、译码和显示功能。2．逐次逼近比较式DVM的基本原理（1）电路组成框图。如图5.15所示，逐次逼近比较式A/D转换器由电压比较器、D/A转换器、逐次逼近寄存器（SAR）、逻辑控制电路和输出缓冲器等部分组成。图5.15逐次逼近比较式A/D转换框图(2)工作原理逐次逼近比较式A/D变换是属于直接式A/D变换。其基本原理是用被测电压和一个可变的已知的电压（基准电压）进行比较，直至比较结果相等。

7、达到测出被测电压值的目的。(3)工作特点①测量速度快。②测量精度取决于标准电阻和基准电压源的精度，还与D/A转换器的位数有关。③由于测量值对应于瞬时值，而不是平均值，所以抗串模干扰能力差。3．双积分式DVM的基本原理V-T变换原理是用积分器将被测电压转换为时间间隔，然后用电子计数器在此间隔内累计脉冲数，数字显示测量结果，计数的结果就是正比于输入模拟电压的数字信号。(1)电路模型电路模型如图5.16所示，双积分器的电路模型实际上是一个线性的积分器，它利用电容和运算放大器获得线性的充放电电压。图5.16双积分器的电路模型(2)工作原理在一个测

8、量周期内，借助于积分器的两次积分过程，获得与积分电压成比例的时间间隔。如图5.17所示，首先将被测电压Ux加到积分器的输入端，在确定的时间第一次积分，对Ux定时积分，定时时间为t1~t2段，记