电子测量与仪器课件-第三章-电压测量与电压表2

1,3.3.4使用方法及注意事项选择量程、频率范围、误差和输入阻抗合适的电压表外，还应注意：（1）调零（2）量程选择（3）拆接线顺序（4）测量非正弦波电压（5）测量音频电压（6）测量电平值电平即绝对电平，有功率电平Pw和电压电平Pu之分。-,2,2.数字式电压表DVM核心：A/D（模/数）变换器将模拟量变换成数字量，十进制数字形式显示被测电压值直流数字电压表。直流数字电压表+交直流变换器=交流数字电压表A/D变换器分为积分式、（直流数字电压表）比较式复合式,3,数字电压表组成，如图3.5所示。,数字电压表的特点：不能完全代替模拟式电压表。,4,3.4数字电压表3.4.1主要技术指标1.电压测量范围（1）量程（2）显示位数（3）超量程能力2.分辨力灵敏度3.测量误差U=(%Ux+%Um)或U=%Uxn字,5,例3-3某5位DVM在5V量程测得电压为2V，已知5V量程的固有误差计算式为U=(0.005%Ux+0.004%Um)，试求DVM的固有误差、读数误差和满度误差各是多少？满度误差相当于几个字？解：因为DVM位数为5，且量程为5V，所以电压表末尾1个单位为0.0001V。读数误差为：0.005%Ux=0.005%2V=0.0001V满度误差为：0.004%Um=0.004%5V=0.0002V满度误差相当于：固有误差：（0.0001V+0.0002V）=0.0003V答：（略）,6,4.输入电阻和输入零电流5.抗干扰能力数字电压表的抗干扰能力较强.通常用串模干扰抑制比和共模干扰抑制比来表示.,7,串模干扰抑制比一般是针对工频干扰而言，计算如下：共模干扰抑制比计算如下：6.测量速度测量速度是指在单位时间内，以规定的准确度完成的最大测量次数，或完成单次测量所用的时间。,8,3.4.2A/D变换器直流数字电压表数字电压表的核心是A/D变换器常用双积分式A/D变换器、逐次比较式A/D变换器。1.双积分式A/D变换器原理：将直流电压与基准电压的比较通过两次积分变换为两个时间段的比较，并由此将模拟电压变换为与其输入电压的平均值（即输入直流电压）成正比的时间段，时间段的长短则由计数器来测定，计数器所得的计数值即A/D变换的结果。工作过程：准备、取样和比较三个阶段,9,10,11,显然，电容t2时刻充上的电荷与t3时刻放去的电荷相等。经推导得知：为Ux在时间T1内的平均值；T1=t2t1，为定时取样时间；T2=t3t2，为定值比较时间；UR/N1称为A/D变换器的变换灵敏度；N2为取样阶段所计脉冲数，与输入电压的大小有关。,(3-3),(3-4),12,2.三次积分式A/D变换器原理：将双积分式A/D变换器的第二次积分（定值反向积分）分成两次进行：粗积分、精积分。工作过程：准备、取样、粗积分和精积分四个阶段（1）取样阶段（t1t2）Ux被接入积分器，开始取样（第一次积分），取样时间由计数器低位部分溢出脉冲控制，设t2时刻结束取样，则取样时间为（t2t1）=2n/f0,即计数器所计脉冲数为N1=2n。,13,（2）粗积分阶段（t2t3）t2时刻，基准电压UR接入积分器，开始粗积分（第二次积分），积分器输出向反方向变化，在对UR进行积分期间仅计数器高位部分（22n-12n）工作，至t3时止，计数器所计脉冲数为N2=2nf0(t3t2)。（3）精积分阶段（t3t4）t3时刻，UR/2n接入积分器，开始粗积分（第三次积分）,N=2nN2+N3（3-6）,(3-5),14,15,16,3.逐次比较式A/D变换器原理：按照“大者弃、小者留”的原则，将被测电压与可变基准电压逐次进行比较，直至逼近被测电压值。数码寄存器SAR(SuccessiveApproximationRegister)在时钟脉冲的作用下逐次提供从高位到低位代表不同电压（即跳步电压）的二进制基准码。基本量程满度值UR=10V，A/D变换器的位数为6位（二进制），则从高位到低位每个二进制基准码的跳步电压值分别为5V（102-1）、2.5V(102-2)、1.25V(102-3)、0.625V(102-4)、0.3125V(102-5)、0.15625V(102-6)。,工作过程：UR=10VUx=5.625VY=(100100)2,17,18,(2)逐次比较式A/D变换器特点优点为变换速度快、精度高。这是因为跳步电压是按照2-nUR递减设置的，没有双积分式A/D变换器中电压的积分过程，且只要二进制数码位数足够多，其精度亦很高。缺点为抗干扰能力差。这是因为电压比较器的输入是被测电压瞬时值，所以外界任何干扰电压的串入都可以影响测量结果，通常在输入端设置低通滤波器来抑制串模工频干扰。常见逐次比较式A/D变换器集成电路有：,19,3.4.3直流数字电压表实例DS-26A型直流数字电压表为双积分式数字电压表1.技术指标（1）测量范围（2）分辨力（灵敏度）（3）固有误差（4）输入阻抗（通电时）（5）测量速度2.DS-26A型直流数字电压表的工作原理DS-26A型直流数字电压表原理框图如图3.25所示。主要由输入电路、双积分式A/D变换器、显示电路、电子开关等部分组成。,20,21,本章小结本章介绍电子电压表，它是电子测量仪器中使用最广泛的、也是最为重要的仪器之一。（1）电子电压表分为模拟式和数字式电压表两大类。（2）交流电压表的结构类型有检波-放大式、放大-检波式和外差式等多种，性能最好的是外差式电压表，频宽范围大的是检波-放大式。（3）测量交流电压时，一般利用检波器将交流电压变换为直流电压。检波器分为均值、峰值、有效值检波器三种。模拟式交流电压表分为均值、峰值、有效值电压表三种。均值电压表的结构为放大检波式，属于高频毫伏表。峰值电压表的结构一般为检波放大式，但也可构成放大检波式，属于超高频毫伏表。（4）A/D变换器分为积分式、比较式和复合式等类型，常用的是双积分式和逐次比较式A/D变换器。,22,（5）双积分式A/D变换器由积分器、电子开关、比较器、逻辑控制电路等组成，分为准备、定时取样、定值比较三个工作过程，取样与比较是方向相反的两次积分。它的工作速度较低，但抗干扰能力强，测量准确度高、价格低廉。（6）三次积分式A/D变换器是双积分式A/D变换器的改进型，与双积分式A/D变换器的区别之处是改变双积分式A/D变换器的第二次积分（比较）为粗积分和精积分两次积分。它除了具有双积分式A/D变换器的优点外，其变换