第04章数字测量方法

1、第四章 数字测量方法第四章 数字测量方法4.1电压测量的数字化方法电压测量的数字化方法4.2直流数字电压表直流数字电压表4.3多多用型数字电压表用型数字电压表4.4频频率的测量率的测量4.5时间的测量时间的测量4.6相位的测量相位的测量第四章 数字测量方法4.1电压测量的数字化方法电压测量的数字化方法1.1概述概述模拟式电压表直接从指针式显示仪表的表盘上读取测量结果。 “模拟模拟”的含义是指随着被测电压的连续变化，的含义是指随着被测电压的连续变化， 表表头指针的偏转角度也连续变化。头指针的偏转角度也连续变化。 模拟式电压表结构简单， 价格低廉， 交流模拟式电压表的频率范围比较宽， 因而在电压测

2、量尤其是高频电压测量中得到了广泛应用。 但由于表头误差和读数误差的限制，表头误差和读数误差的限制， 模拟式电压表的灵敏度和精模拟式电压表的灵敏度和精度不高。度不高。第四章 数字测量方法从20世纪50年代逐步发展起来的数字式测量方法是利用模拟模拟/数字数字(A/D)变换器变换器， 将连续的模拟量转换成离散的数字量， 然后利用十进制数字方式显示被测量的数值。 由于电子技术、 计算技术、 半导体技术的发展， 数字式仪表的绝大部分电路都已集成化， 又因为摆脱了笨重的指针式表头， 所以数字式仪表显得格外精巧、 轻便。 更主要的是， 它具有下列模拟式仪表所不能比拟的优点。第四章 数字测量方法(1) 准确度

3、高准确度高。 以直流数字式电压表为例， 高档的准确度可达10-7量级， 测量灵敏度(分辨力)达1 V。(2) 数字显示数字显示。 测量结果以十进制数字显示， 消除了指针式仪表的读数误差。 由于数字显示代替指针机械偏转， 仪器内又有保护电路， 因此数字仪表的过载能力强。(3) 输入阻抗高输入阻抗高。 一般的数字电压表(DVM)为10 M左右， 高的可超过1000 M， 因而其负载效应几乎可以忽略。第四章 数字测量方法(4) 测量速度快，测量速度快， 自动化程度高。自动化程度高。 由于没有指针惯性， 因此DVM完成一次测量的时间(从信号输入到显示结果)很短(可小于几个s)。 由于微处理器的应用，

4、中、 高档DVM已普遍具有很强的数据存储、 计算、 自检、 自校、 自诊断等功能， 并配有IEEE-488和/或RS232C接口， 有的还具有模拟量输出， 很容易构成自动测试系统。 例如， 8520数字多用表可储存400个测量数据， 具有14种运算程序。第四章 数字测量方法(5) 功能多样功能多样。 现在的数字式仪表一般都具有多种功能， 这种仪表称为数字多用表数字多用表， 具有直流电压(DCV)、 直流电流(DCI)、 交流电压(ACV)、 交流电流(ACI)和电阻()五项功能， 有的还有频率、 温度等的测量功能。当前， 数字式电压表的缺点是交流测量时的频率范围数字式电压表的缺点是交流测量时的

5、频率范围不够宽，不够宽， 一般上限频率在一般上限频率在1 MHz以下以下。第四章 数字测量方法4.2数字式电压表数字式电压表(DVM)的组成原理的组成原理1. 直流数字式电压表直流数字式电压表直流数字式电压表的组成如图1所示。 图中， 模拟部模拟部分包括输入电路分包括输入电路(如阻抗变换、如阻抗变换、 放大电路、放大电路、 量程控制量程控制)和和A/D变换器变换器， A/D完成模拟量到数字量的转换。 电压表的主要技术指标如准确度准确度、 分辨力分辨力等主要取决于这一部分电路。 数字部分完成逻辑控制、 译码(比如将二进制数字转换成十进制数字)和显示等功能。第四章 数字测量方法图1直流数字电压表的

6、组成输输入入电电路路A A/ /D D转转换换器器数数字字显显示示器器逻逻辑辑控控制制电电路路时时钟钟发发生生器器模模拟拟部部分分数数字字部部分分Vx第四章 数字测量方法2. 数字多用表数字多用表(DMM)在直流数字式电压表前端配接相应的交流交流-直流变换器直流变换器(AC/DC)、 电流电流-电压转换电路电压转换电路(I/V)、 电阻电阻-电压转换电路电压转换电路(/V)等， 就构成了数字多用表， 如图2所示。图2数字式多用表组成原理第四章 数字测量方法2. 数字多用表数字多用表(DMM)可以看出， 数字式多用表的核心是数字直流电压表。 由于直流数字式电压表是线性化显示的仪器，由于直流数字式

7、电压表是线性化显示的仪器， 因此要求因此要求其前端配接的其前端配接的AC/DC、 I/V、 /V等变换器也必须是线性变等变换器也必须是线性变换器换器， 即变换器的输出与输入间成线性关系。 像前面介绍的有效值检波器的输出(流过直流微安表电流I)和电压有效值U之间不是线性关系， 因而那种有效值检波器不是线性AC/DC变换器。第四章 数字测量方法1) 线性线性AC/DC变换器变换器数字多用表中的线性数字多用表中的线性AC/DC变换器主要有平均值变换器主要有平均值AC/DC和有效值和有效值AC/DC两种。两种。 模拟式电压表利用二极管构成的平均值和峰值检波电路，驱动直流微安表指针偏转。这种检波器是非线

8、性的，因为二极管非线性特性和阈值电压UT的影响，使检波输出的线性很差。如图3所示，输出电压瞬时值uO与交流输人电压瞬时值ui存在如下关系: 当输入电压ui较低时， ui的很大部分消耗在非线性二极管压降UVD上，当uO1(通常k在105108之间)， 因此式简化为12oRRu可见，这样的补偿使得VDl的等效正向压降减小到6uV的数量级，二极管可以视为理想检波器件，输入与输出之问呈现良好的线性。第四章 数字测量方法第四章 数字测量方法运放式半波检波电路运放式半波检波电路 下图所示为实际的半波检波电路，即AC-DC变换器电路图。其中，当输入交流电压进入负半波时，由VD2 、R 3形成负反馈通道。检波

9、级的增益由R1/R2的比例决定。本电路中这两个电阻均为l0k的，故增益为1。正半波时经VD1进行半波检波，完成AC-DC变换作用。第四章 数字测量方法运放式半波检波电路运放式半波检波电路在ux负半周， A点电压uA为正值， VD2导通， VD1截止。 设VD2检波增益为kd， 则uo/ui=k kd， 由于k值很大， 因而k kd值也很大， 此负半周uo输出与kd变化基本无关， 这就大大削弱了VD2伏安特性的非线性失真。 第四章 数字测量方法运放式半波检波电路运放式半波检波电路 uA为负值， VD1导通， VD2截止， 考虑运放的“虚短路”和“虚断路”特性， uo被箝位在0 V， 这样， 就构

10、成了线性半波检波器。 第四章 数字测量方法精密全波检波电路精密全波检波电路 上面的运放式半波检波电路又称为精密半波检波电路。以此为基础可以构成各种精密全波检波电路。它的特点是输出电压与输人电压的幅值成比例，而与输人电压的极性无关，即输出电压与输人电压的绝对值成比例。下面介绍一种基本的精密全波检波电路，它由半波检波电路和加法器电路两部分组成。如下图所示，A1构成半波检波电路，A2构成加法器电路。第四章 数字测量方法第四章 数字测量方法精密全波检波电路精密全波检波电路 当输入信号为正时，即ui0,VD2导通，VD1截止，半波检波电路的输出电压为加法电路对ui和uO1两电压进行求和运算，其输出电压为

11、第四章 数字测量方法第四章 数字测量方法精密全波检波电路精密全波检波电路 若在A2的反馈电阻R5上并联一只电容，则其输出电压与输人电压绝对值的平均值成比例，它的波形及检波特性曲线如图所示。第四章 数字测量方法2) I/V变换器变换器将直流电流Ix变换成直流电压最简单的方法， 是让该电流流过标准电阻Rs， 根据欧姆定律， Rs上端电压URx=Rs Ix， 从而完成了I/V线性转换。 为了减小对被测电路的影响， 电阻Rs的取值应尽可能小。 下图是两种I/V变换器的原理图。第四章 数字测量方法2) I/V变换器变换器图(a)采用高输入阻抗同相运算放大器， 不难算出输出电压Uo与被测电流Ix之间满足:

12、 用开关S切换不同的采样电阻，即可得到不同的电流量程。而UO是一规范值。 例如： 5mA挡，取RN=10， Ui =0.05v ， UO =5v ； 500mA挡，取RN=0.1， Ui =0.05v ， UO =5v 。 可见电流量程改变了，但UO的值不变。图(a)将采样电阻串联到被测电路中，这是一个缺点，多适用于Ix较大的情况。xNIARUo第四章 数字测量方法2) I/V变换器变换器图(b)将采样电阻串联在放大器的反馈回路中，则第四章 数字测量方法3) /V变换器变换器实现/V变换的方法有多种。 下图是恒流法/V变换器的原理图。 图中， Rx为待测电阻； Rs为标准电阻； Us为基准电压

13、源。 该图实质上是由运算放大器构成的负反馈电路， 利用前面的分析方法， 可以得到：xsRRUUso即输出电压与被测电阻成正比， Us/Rs实质上构成了恒流源， 改变Rs， 可以改变Rx的量程。第四章 数字测量方法第四章 数字测量方法3) /V变换器变换器下图是两种改进型电路。图(a)由复合管VT1、VT2来供给Rx电流，有这是一个恒定电流，所以可以测小电阻。第四章 数字测量方法3) /V变换器变换器图(b)是与双积分DVM相配合的R一U转换电路。第四章 数字测量方法1.3DVM的主要类型的主要类型除了将DVM分成直流DVM和交流DVM外， 还可以根据A/D变换的基本原理进行分类。比较型比较型A

14、/D变换器变换器采用的是将输入模拟电压与离散标准电压相比较的方法， 典型的是具有闭环反馈系统的逐次比较式。积分型积分型A/D变换器是一种间接转换形式变换器是一种间接转换形式。 它对输入模拟电压进行积分并转换成中间量时间T或频率f， 再通过计数器等将中间量转换成数字量。第四章 数字测量方法比较型和积分型是A/D变换的基本类型。 由比较型由比较型A/D变换器构成的变换器构成的DVM测量速度快测量速度快(最高可达每秒最高可达每秒100万次万次以上以上)， 电路比较简单，电路比较简单， 但抗干扰能力差。但抗干扰能力差。 积分型积分型A/D变变换器构成的换器构成的DVM其突出优点是抗干扰能力强，其突出优

15、点是抗干扰能力强， 主要不足主要不足是测量速度慢。是测量速度慢。复合型DVM是将积分型与比较型结合起来的一种类型。 随着电子技术的发展， 新的A/D变换原理和器件不断涌现， 推动DVM的性能不断提高。 下表列出了三类A/D变换器的常见形式。第四章 数字测量方法第四章 数字测量方法14逐次比较型逐次比较型DVM下图是逐次比较型DVM的原理框图， 逐次比较也称逐逐次逼近次逼近。 这种DVM的核心是逐次比较型A/D变换器。1. 主要电路单元主要电路单元逐次比较型A/D变换器的主要电路单元有比较器比较器、 控制控制电路电路、 逐次逼近寄存器逐次逼近寄存器SAR、 缓冲寄存器缓冲寄存器、 译码显示电路译

16、码显示电路和模模/数数(D/A)变换器变换器。第四章 数字测量方法 逐次逼近型数字电压表的原理框图第四章 数字测量方法比较器比较器应用一种特殊设计的高速高增益运算放大器高速高增益运算放大器来完成输入端两电压的比较运算输入端两电压的比较运算。 在上图中， 模拟输入电压Ux、 反馈电压U0分别作用在比较器输入端， 若U0Ux， 则比较器输出Qc=0(逻辑低电平)， 若U0Ux， 则Qc=1(逻辑高电平)。控制器发出一系列的节拍脉冲， 并根据Qc值控制SAR各位的输出状态。第四章 数字测量方法SAR是一组双稳触发器是一组双稳触发器， 如果是二进制n位A/D， 则SAR中就有n个双稳触发器， 各位的输

17、出由控制器控制， 并送往缓冲寄存器锁存和送往D/A变换成模拟量U0。D/A包括基准电压源、 电子开关电路和由分压分流电路组成的解码网络， 其功能是将二进制数字量转换成模拟量二进制数字量转换成模拟量。 比如， 基准电压源的基准电压是Us=2.8 V， 对于8 位D/A， 当输入数字量为10000000时， 输出模拟电压为U0=（128256）Us=1.4 V； 当输入数字量为00000001时， 输出模拟电压U0=（1256）Us=10.94 mV。 可见， 同是二进制数码“1”， 它在二进制数中的位置不同， 其所代表的值也不同， 不同位置上的“1”所代表的值称为权值。第四章 数字测量方法若基准

18、电压满度值为Ur=10 V，被测电压Ux=3.285 V， 下面以一个6位A/D变换器来说明完成一次A/D变换的全过程。(1) 起始脉冲使A/D变换过程开始。 第一个钟脉冲使SAR的最高位(MSB)， 即2-1位置于“1”， SAR输出一个基准码(100000) 2， 经D/A转换器输出基准电压Ur1=2-1Ur=5.000V，后者加到比较器， 这正如我们在天平中将一个(1/2)W的标准法码放到测量盘中一样， 故Ur1有“电压砝码”之称。 由于Ur1Ux，则比较器输出为低电平“0”， 所以当第二脉冲到来时， 2-1位将回到“0”， 这就是“大者弃”。第四章 数字测量方法(2) 第二个钟脉冲到来

19、时， SAR的2-1位回到“0”的同时， 其下一位(2-2)被置于“1”， 故SAR输出的基准码为(010000) 2，经D/A转换器输出一个电压砝码Ur2=(0+2-2)Ur= =2.500V，后者加到比较器， 这一次由于Ur2Ux，则比较器输出为高电平“1”， 所以当第三个脉冲到来时， SAR的2-2位保留在“1”， 这就是“小者留”。1(0)4rU第四章 数字测量方法(3) 第三个钟脉冲到来时，SAR的2-2位保留在“1”的同时， 其下一位(2-3)被置于“1”， 这时SAR输出的基准码为(011000) 2，经D/A转换器输出为Ur3=(0+2-2+2-3)Ur=3.750V， 后者加

20、到比较器， 这一次由于Ur3Ux，则比较器输出为低电平“0”， 所以当第四个脉冲到来时， SAR的2-3位返回到“0”， 这就是“大者弃”。11(0)48rU第四章 数字测量方法(4) 第四个钟脉冲到来时， SAR的2-3位回到“0”的同时， 其下一位(2-4)被置于“1”， 故SAR输出的基准码为(010100) 2， 经D/A转换器输出一个电压基准码为Ur4=(0+2-2+0+2-4)Ur= =3.125V，后者加到比较器， 这一次由于Ur4Ux， 则比较器输出为高电平“1”， 所以当第五个脉冲到来时，SAR的2-4位保留在“1”， 这就是“小者留”。 11(00)416rU第四章 数字测

21、量方法(5) 同样， 第五个钟脉冲到来时， SAR输出的基准码为(010110) 2， 得Ur5=3.437 V，由于Ur5Ux， 当第六个脉冲到来时， SAR的2-5位返回到“0”。(6) 最后， 当第六个钟脉冲到来时，SAR输出的基准码为(010101) 2， 得Ur6=3.281V，由于Ur6Ux， 则比较器输出为高电平“1”， 所以SAR的最低位(LSB)保留在“1”。第四章 数字测量方法经过以上六次比较之后， 最后SAR的输出为(010101) 2(或3.281V)， 这就是最终得到的A/D变换器的输出数据。 SAR的输出数据送经译码器， 然后以十进制数显示被测结果。 从以上讨论过程

22、可以看出， 由于D/A转换器输出的基准电压是量化的， 因此， 最后变换的结果为3.281V，其测量误差为U=3.281-3.285=-0.004 V，这就是D/A转换的量化误差。 第四章 数字测量方法 显然， 上述转换过程中Ur的分项越多， 则逼近结果越接近Ux， 即量化误差越小。逐次逼近比较式A/D变换器的准确度， 由基准电压、 D/A转换器、 比较器的漂移等决定， 其变换时间与输入电压大小无关， 仅由它的输出数码的位数(比特数)和钟频决定。 这种A/D变换器能兼顾速度、 准确度和成本三个方面的要求。 逐次比较式A/D变换器已单片集成化， 常见的产品有8位的AD0809、 12位的AD121

23、0和16位的AD7805等。 第四章 数字测量方法1.5 积分式积分式DVM1. 双积分式双积分式DVM双积分式DVM也称双斜式积分DVM，其特点是在一次其特点是在一次测量过程中用同一积分器先后进行两次积分测量过程中用同一积分器先后进行两次积分。首先对被测电压Ux的定时积分， 然后对参考电压Ur的定值积分， 通过两次积分过程的比较， 将Ux变换成与之成正比的时间间隔。 所以， 这种电压表的A/D变换属于U-T变换。下图为双积分式DVM的原理框图和积分波形图。它包括积分器、 过零比较器、 计数器及逻辑控制电路等， 其工作过程如下。第四章 数字测量方法双积分A/D的原理图第四章 数字测量方法1.5

24、双积分型双积分型DVM 其工作过程如下所述。准备阶段(t0t1)： 控制逻辑使开关S4接地， S1S3断开， 使积分器输入、 输出为零， 作为初始状态。取样阶段(t1t2): t1时刻， 控制逻辑发出取样指令， 接通S1， 断开S2S4, 被测电压(Ux)(设Ux为负值)加到积分器， 积分器输出电压U0线性上升， 一旦U00， 零比较器输出由低电平跳变到高电平。第四章 数字测量方法打开计数闸门， 时钟脉冲通过闸门， 计数器开始减法计数。 由于时钟是等周期T0的脉冲， 因此这里的计数实质上就是计时。 经过预置时间T1(对应计数器预置初值N1)， 到达t2时， 计数器溢出， 并复零。 此时积分器的

25、输出达到最大值：xxttxURCTNURCTtURCU0110md )(121第四章 数字测量方法比较阶段(t2t3)： 在取样结束， 计数器复零时， 控制逻辑断开S1， 接通正基准电压Us， Us接到积分器进行反向积分， 输出U0线性下降。 与此同时， 计数器从零开始进行加法计数。 到达t3时刻， 积分器输出U0=0， 零比较器由高电平跳到低电平， 闸门关闭， 停止计数， 设此时计数器值为N2， 则反向积分时间T2=t3t2=N2T0。 比较阶段积分器的输出电压为tURCUUttd 11s0m0第四章 数字测量方法在t3时刻， U0=0， 因此s02s2s0md 132URCTNURCTtU

26、RCUtt将式代入上式得s12s12UTTUNNUx从而得到了被测电压值。 适当地选择时钟周期T0和取样时间， 可以使计数器的计数值直接对应被测电压值。第四章 数字测量方法如果被测电压为正Ux, 则只需在比较开始时将基准电压-Us接入即可。 计数结果与R、 C元件无关， 因而对积分元件的精度要求不高。 另外， 取样和比较阶段都使用同一计数器对同一时钟源脉冲计数， 因而对时钟源要求也不高。第四章 数字测量方法国产TD-830系列数字多用表(DMM)中就采用了十进制3位双积分型A/D变换器7106芯片(相当于二进制13位)。 SX1842 DVM中使用的是CMOS工艺大规模集成电路双积分A/D芯片

27、7135， 最高分辨力为1 V， 最大显示数为19 999(十进制4位）。2121第四章 数字测量方法1.6DVM的技术指标的技术指标前面曾提到， 衡量DVM性能的技术指标多达30项， 作为DVM的使用者， 应掌握其中最重要的项目， 以便正确选择和使用DVM。1. 测量范围测量范围测量范围包括显示位数、 量程划分和超量程能力， 还包括量程的选择方式是手动、 自动或远控等。第四章 数字测量方法DVM的量程以基本量程(即A/D变换器的电压范围)为基础， 通过步进分压器或前置放大器向高、 低两端扩展。 基本量程通常为1 V或10 V， 也有2 V或5 V。 例如，BY1955A(仿8520A)高速高

28、精度DVM的基本量程为1 V， 在直流1 V1000 V量程内划分为5挡： 100 mV、 1 V、 10 V、 100 V、 1000 V。 SX1842 DVM的基本量程为2 V， 分为20 mV、 200 mV、 2 V、 20 V、 200 V、 1000 V共6挡。第四章 数字测量方法DVM的位数是指能显示09十个数码的位数。 通常术语中， 3位、 4位或5位(三位半、 四位半、 五位半)中的1/2位指最高位只能取“1”或“0”， 而不能像其他位一样可取09中的任一数码。 1/2位和基本量程结合起来， 能说明DVM有无超量程能力。 如某3位DVM的基本量程为1 V， 那么该DVM具有

29、超量程能力， 因为在1 V挡上它的最大显示为1.999 V。 21212121第四章 数字测量方法超量程能力超量程能力超量程能力是DVM的重要特性， 举例说明： 用一台5位DVM测一个电压值为10.0001 V 的直流电压， 若置于满量程为10 V挡， 即最大显示为9.9999 V， 很明显计数将溢出(因为无超量程能力)， 若这时自动转换到100 V挡， 则显示10.000 V， 可见被测电压最后一位数将丢失， 即对0.0001 V(0.1 mV)无法分辨。 具有超量程能力的DVM， 有一附加首位， 当被测电压超过量程时， 这一位显示1， 即在10 V挡全部显示为10.0001 V。 第四章

30、数字测量方法对于具有附加首位的DVM， 是否具有超量程能力有下面两种情况： 第一种情况， 若DVM的基本量程为1 V或10 V。 那么带有1/2位的DVM， 表示具有超量程能力。 例如， 在10.000 V量程上计数器最大显示为9.999 V， 很明显这是一台4位DVM， 无超量程能力， 即计数大于9999即溢出。 第四章 数字测量方法另一台DVM， 在10.000 V量程上， 最大显示为19.999 V， 即其首位只能显示0或1， 这一位不应与完整位混淆， 它反映有超量程能力(最大计数可超过量程)。 第二种情况是， 基本量程不为1 V或10 V， 其首位肯定不是完整显示位， 但是无超量程能力

31、。 例如， 一台基本量程为2 V的DVM， 在基本量程上的最大显示为1.9999 V， 但无超量程能力。 第四章 数字测量方法对于基本量程为2 V的DVM， 它就不具备超量程能力， 因为它在2 V挡上的最大显示仍是1.999 V。 如果DVM有超量程能力， 那么当被测电压超过该量程满度值时， 所得结果没有降低精度和分辨力。 例如， 被测电压为13.04 V， 如果所用三位DVM无超量程能力， 则必须使用100 V量程挡， 显示13.0 V。 如果DVM有超量程能力(实际上为三位半DVM)， 则仍可使用10 V挡测量， 显示结果为13.04 V。 显然， 后者没有降低测量精度和分辨力。第四章 数

32、字测量方法2. 分辨力分辨力 分辨力指DVM能够分辨最小电压变化量的能力， 在数字电压表中， 通常用每个字对应的电压值来表示， 即V/字。 例如， 位的DVM， 在200 mV量程上， 可以测量的最大输入电压为199.9 mV， 其分辨力为0.1 mV/字， 即当输入电压变化0.1 mV时， 显示的末尾数字将变化“1个字”。213第四章 数字测量方法 或者说， 当输入电压变化量小于0.1 mV时， 则测量结果的显示值不会发生变化， 而为使显示值“跳变”1个字， 所需电压变化量为0.1 mV， 即0.1 mV/字。 在DVM中， 每个字对应的电压量也可用“刻度系数”表示。 显然， 在不同的量程上

33、能分辨的最小电压变化的能力是不同的， DVM的分辨力一般指最小量程上能分辨的最小电压变化的能力。 第四章 数字测量方法3. 测量速度测量速度测量速度指每秒钟能完成的测量次数， 它主要取决于DVM所使用的A/D。 积分型DVM的速度较低， 一般在几次/秒到几百次/秒之间； 逐次比较型DVM可达每秒100万次以上。4. 输入阻抗输入阻抗输入阻抗取决于输入电路， 并与量程有关。 输入阻抗越大越好， 否则将对测量准确度产生影响。 对于直流DVM， 输入阻抗用输入电阻表示， 一般在101000 M。 对于交流DVM， 输入阻抗用输入电阻和并联电容表示， 电容值一般在几十到几百皮法之间。 第四章 数字测量

34、方法5. 固有误差或工作误差固有误差或工作误差DVM的固有误差通常用绝对误差表示：U=(a%Ux+b%Um)U=a%Ux几个字其中， Ux为测量示值； Um为该量程的满度值； a% Ux称为读数误差； b%Um称为满度误差， 它与被测电压大小无关， 而与所取量程有关。 当量程选定后， 显示结果末位1个字所代表的电压值也就一定， 因此满度误差通常用正负几个字表示。第四章 数字测量方法示值(读数)相对误差为 )%(xmxUUUU第四章 数字测量方法读数误差项与当前读数有关， 它主要包括DVM的刻度系数误差和非线性误差。 刻度系数理论上是常数， 但由于DVM输入电路的传输系数(如放大器增益)的漂移，

35、 以及A/D转换器采用的参考电压的不稳定性， 都将引起刻度系数误差。 非线性误差则主要由输入电路和A/D转换器的非线性引起。 满度误差项与读数无关， 只与当前选用的量程有关。 它主要由A/D转换器的量化误差、 DVM的零点漂移、 内部噪声等引起。 当被测量(读数值)很小时， 满度误差起主要作用， 当被测量较大时， 读数误差起主要作用。 第四章 数字测量方法有时将Um等效为“n字”的电压值表示， 即 U(Uxn字) 如某台位DVM，说明书给出基本量程为2V，U(0.01读数1字)，显然，在2 V量程上， 1字0.1 mV，由Um2 V0.1 mV可知0.005，因此， U表达式中“1字”的满度误

36、差项与“0.005Um”的表示是完全等价的， 只是表示形式不同， 两者可直接相互换算。214第四章 数字测量方法【例例1】DS26A直流DVM的基本量程8 V挡的固有误差为0.02%Ux0.005%Um， 最大显示为79 999， 问满度误差相当于几个字?解解： 满度误差为UFs=0.005%8=0.0004 V该量程每个字所代表的电压值为Ue=0.0001 V所以8 V挡上的满度误差0.005%Um也可以用4个字表示。999 798第四章 数字测量方法【例例2】用4位SX1842 DVM测量1.5 V电压， 分别用2 V挡和200 V挡测量， 已知2 V挡和200 V挡固有误差分别为0.02

37、5%Ux1个字和0.03%Ux1个字。 问： 两种情况下由固有误差引起的测量误差各为多少?解解： 该DVM为四位半显示， 最大显示为19 999， 所以2 V挡和200 V挡1个字分别代表：Ue2=0.0001 V999 192第四章 数字测量方法和Ue200=0.01 V用2 V挡测量时的示值相对误差为999 19200%032. 05 . 10001. 0%025. 022xxxUUU用200 V挡测量时的示值相对误差为%70. 0%67. 0%03. 0 5 . 101. 0%03. 0200200 xxxUUU第四章 数字测量方法6. 抗干扰能力抗干扰能力由于DVM的灵敏度很高， 因而对外部干扰的抑制能力就成为保证它的高精度测量能力的重要因素。 外部干扰可分为串模干扰和共模干扰两种。1) 串模干扰串模干扰是指干扰电压usm以串联形式与被测电压Ux叠加后加到DVM输入端， 见下图。 图(a)表示串模干扰来自被测信号源内部， 图(b)表示串模干扰是由于测量引线受外界电磁场感应所引起的。第四章 数字测量方法 串模干扰示意图第四章 数字测