数字多用表的计量检定讲稿.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,数字多用表的计量检定讲稿,*,PPT,文档演模板,Office,PPT,数字多用表的计量检定讲稿,2025/6/7 周六,数字多用表的计量检定讲稿,课程主要内容,交直流数字仪器计量基础知识,交直流数字仪器技术要求,交直流数字仪器的基本原理,交直流数字仪器的检定,数字多用表的计量检定讲稿,第一章 交直流数字仪器计量基础知识,交直流数字仪器是指以数字形式显示测量结果，测量或输出交直流电压，交直流电流，交直流电阻的仪器仪表。,数字多用表的计量检定讲稿,第一节 数字仪器发展与现状,数字仪器准确度高，从2 1/2到8 1/2。不仅可以作为测量用工作计量器具，也可以作为量值传递用计量标准甚至计量基准。,数字仪器具有智能化和可程控性，智能化通过自动零位修正、自动线性修正等技术进一步促进了准确度等性能指标的提高，同时还使数字仪器具有了测量结果的自动数据处理、自动操作、自动量程转换、自动检测、自动调整、自动诊断自动化等功能。,可程控性使数字仪器能够与计算机连接，通过计算机等外部控制器实现更强大的自动测试、自动处理数据、自动编辑数据、自动存储、自动显示、自动打印等功能。,用计算机和可程控数字仪器能够方便地组成自动测试系统，使计量测试实现了自动化，使计量测试领域跟上计算机、网络时代的步伐成为可能。,数字多用表的计量检定讲稿,为了使不同国别、不同厂家、不同功能、不同类型的可程控数字仪器的接口具有通用性，使其能够方便地与计算机及其他装置相互连接，组成各种目的的自动测试系统，需要通用的接口总线。,目前数字仪器常用的接口总线是GPIB通用接口总线和RS232C通讯接口总线。绝大多数台式数字仪器、便携式数字仪器都带有GPIB接口或RS232C接口。,如果各个不同厂家、不同功能的器件，都配装了包含器件功能和接口功能的GPIB接口，由于各接口是标准化的，那么在组建自动测试系统时，人们在接口硬件方面无需再做任何硬件工作，只需用一条条GPIB母线将它们连接起来，便可方便地组成各种目的的自动测试系统。,RS-232C标准串行接口总线是美国电子工业协会EIA公布的串行通讯标准，目前广泛应用于计算机与外围设备的串行异步通信接口中。,数字多用表的计量检定讲稿,在由多台独立数字仪器组成的自动测试系统中，每台数字仪器都有显示器、键盘和存储器等部件。这些部件功能重复没有必要，为了降低自动测试系统的成本，电源的体积和重量，将独立仪器中的显示电路、键盘、存储器等去掉，把测量电路部分和接口电路部分制成插卡式模块，用不同的模块与计算机等设备连接组成自动测试系统，1992年制定了适用于模块化仪器的接口总线标准VXIbus ReV.1.4。不同国别、不同厂家、不同功能的带VXIbus接口总线仪器模块，即VXIbus模块都可插入同一机箱。VXI仪器系统是标准总线式模块化仪器系统，一般由微机、VXIbus模块和VXIbus机箱组成。,VXIbus仪器模块是数字仪器的发展方向，VXIbus仪器自动测试系统是自动测试系统的发展方向。,数字多用表的计量检定讲稿,PCI、VXI、PXI,VXI,PCI,PXI,数字多用表的计量检定讲稿,图形语言的发展使我们能够用图形语言编写GPIB仪器自动测试系统的程序，与windows视窗操作系统类似，能够通过点击图标和图形来编写和运行程序，实现仪器程控，完成自动测试系统的测试目的。这些图标和图形可以做成与独立测量仪器面板上的控制件和显示件相似，这样便在自动测试系统主计算机屏幕上形成仪器软面板，即所谓虚拟仪器。虚拟仪器的实现主要依靠计算机图形语言，美国惠普公司（HP）、美国国家仪器公司NI、美国吉时利公司Keithly和美国艾欧泰克公司Iotech研制开发出了许多适合于自动测试系统的图形语言，尤其是美国NI公司的labview得到了广泛的认同和应用。,数字仪器的发展使测试仪器跟上了计算机发展的步伐，计算机技术的发展产生了全新概念的测量仪器，数字仪器是测量仪器的发展方向，VXI硬件模块和计算机软件形成的虚拟仪器是数字仪器的发展方向，数字仪器将进一步软件化、集成化、系统化。自动测试系统的硬件组建将更加方便灵活，软件编程将更加简单，巧妙的测试方法，精湛的测试技术，丰富的测试经验将被固化到测试程序中，形成软件形式的专家测试系统。,数字多用表的计量检定讲稿,目前交直流数字仪器的用途和性能水平为：,一、,直流数字电压表,直流数字电压表的,基本用途,是测量直流电压，低电压表可作为电压指零仪，即作为测量用工作计量器具，由于直流数字电压表准确度不断提高，已经可以做到8 1/2位，10,-6,数量级，所以直流数字电压表已进入校准实验室，作为量值传递用的计量标准，承担保存和复现直流电压量值的任务，检定直流电压表，直流电压源等直流电压计量器具。智能型直流数字电压表还可以测量一段时间内被测量的最大值、最小值，测量误差，比例，平均值，方差等。,数字多用表的计量检定讲稿,目前先进的直流数字电压表性能为：,1.显示位数 达到8 1/2,2.分辨力 达到0.01V,3.输入电阻 达到10,10,4.测量误差 达到10,-6,数量级,5.测量速度 达到每秒几万次,6.测量范围 100nV100kV,按工作原理分,1.比较型 比较型又分为逐次比较型、剩余电压再循环型,2.积分型 积分型又分为双积分型、三积分型、脉冲调宽型、V-F变换型,3.斜波型 斜波型又分为斜波式、阶梯斜波式,4.复合型 复合型又分为积分内插式、积分电位差式。,数字多用表的计量检定讲稿,二、直流数字电流表,直流数字电流表用于测量直流电流，小电流表可用作电流指零仪，还可用作计量标准，保持和复现直流电流量值对直流电流进行量值传递，检定直流电流表，直流电流源等直流电流计量器具。目前先进的直流电流表性能为：,1.显示位数 6 1/2,2.分辨力 0.1aA,3.测量误差 10,5,数量级,4.测量范围 1pA20A,直流数字电流表的类型按原理分有电阻式、放大器式、斩波放大器式。按显示位数分有三位、三位半六位、六位半。按体积形状分有台式、便携式、手持式、面板式。,数字多用表的计量检定讲稿,三、直流数字欧姆表,直流数字欧姆表用于测量直流电阻，精密低阻值的直流数字欧姆表一般可以测量四线接法的直流电阻以便消除引线电阻引入的测量误差。直流数字欧姆表还可用作计量标准，保持和复现直流电阻量值，对直流电阻进行量值传递，检定直流电阻表，直流电阻源，直流电阻箱，直流电桥等直流电阻计量器具。目前先进的直流数字欧姆表的性能为：,1.显示位数 8 1/2,2.分辨力 1,3.测量误差 10,6,数量级,4.测量范围 110,8,直流数字欧姆表的类型按原理分有恒流源式运算放大器法、四线测量法、电压法、比率法、逐位平衡法。按显示位数分有三位、三位半八位、八位半。按体积形状分有台式、便携式、手持式、面板式。,数字多用表的计量检定讲稿,四、交流数字电压表,交流数字电压表用于测量交流电压，还可用作计量标准，保存和复现交流电压量值，对交流电压进行量值传递，检定交流电压表，交流电压源等交流电压计量器具。目前先进的交流数字电压表的性能为：,1.显示位数 6 1/2,2.分辨力 1nV,3.测量误差 10,5,数量级,4.测量范围 1mV10kV 10Hz10MHz,交流数字电压表的类型很多。,按被测量的参数分，有平均值表、有效值表、峰值表。最适用的是真有效值表，不仅可以测量正弦电压的有效值，也可测量非正弦电压的有效值，但原理复杂，成本较高。平均值表原理结构简单，成本低，只是不适用于非正弦，应用也比较多。峰值表只适用于某些特殊测量，应用较少。,按工作原理分，有检波式、热电式、电子式。,按显示位数分有三位、三位半七位半。,数字多用表的计量检定讲稿,五、交流数字电流表,交流数字电流表用于测量交流电流，还可用作计量标准，保持和复现交流电流量值，对交流电流进行量值传递，检定交流电流表，交流电流源等交流电流计量器具。目前先进的交流数字电流表的性能为：,1.显示位数 5 1/2,2.分辨力 1nA,3.测量误差 10,4,4.测量范围 10nA20A 10Hz100kHz,交流数字电流表的原理多为分流器式。,数字多用表的计量检定讲稿,有国家检定规程时，检定必须执行国家检定规程，没有国家的，可执行部门或地方检定规程，部门或地方也没有时，应作为校准或测试项目。,交直流数字仪器现有如下一些,检定规程,：,国家检定规程JJG315-1983 直流数字电压表检定规程,国家检定规程JJG598-1989 直流数字电流表检定规程,国家检定规程JJG724-1991 直流数字欧姆表检定规程,航天部检定规程JJG（航天）341999 交流数字电压表检定规程,航天部检定规程JJG（航天）351999 交流数字电流表检定规程,数字多用表的计量检定讲稿,检定和校准,检定是指为评定计量器具的计量性能，确定其是否合格所进行的全部工作，包括检验和加封盖印等。它是进行量值传递的重要形式，是保证量值准确一致的重要措施。,“在规定条件下，为确定测量仪器或测量系统所指示的量值，或实物量具或参考物质所代表的量值，与对应的由标准所复现的量值之间关系的一组操作”。即校准就是确定被校的量值。将被校所指示的量与标准所复现的量进行比较，来确定被校所指示的量的量值。,数字多用表的计量检定讲稿,第二章 交直流数字仪器技术要求,第一节 数字表,一、,示值误差,测量器具的,示值Xt,与对应输入量的,真值Xr,之差值为测量器具的示值误差。,由于真值不能确定，故使用约定真值（即标准值）Xr代替真值。,标准值是满足规定的准确度的用来代替真值的值，它一般是计量标准的示值。,从计量角度来说，测量器具的示值Xt与它所指示的输入量的标准值Xr之差值为测量器具的示值误差，标准值是计量标准测量这个输入量时所指示的值。,示值误差按绝对形式,表示为：,绝对示值误差的单位与输入量相同。,数字多用表的计量检定讲稿,示值误差按相对形式,表示为：,相对示值误差为无量纲数，以百分数表示或10的幂次方表示。,数字多用表的计量检定讲稿,示值误差按工作条件的不同分为固有误差和工作误差。,固有误差,是在标准条件下确定的示值误差，又称为基本误差。规定基本误差的意义在于：,（1）便于评定考核计量器具的内部质量缺陷。控制影响量使其影响减小并且固定，在这种情况下，计量器具表现出来的计量性能反映了计量器具的内部质量缺陷，一般在标准条件下，计量器具的计量性能是最佳计量性能。在这种条件下使用，测量误差最小。,（2）便于同类仪器性能比较。若某台直流数字电压表25温度下的年允许误差极限为0.5%,另一台直流数字电压表20温度下的24h允许误差极限为0.1%，很难看出准确度的优劣，若都用基本误差来比较，便可一目了然。,（3）便于量值传递。较高一级计量标准校准本级计量标准，确定本级计量标准的量值是在标准条件下确定的，本级计量标准校准下级计量标准，确定下级计量标准的量值也应在标准条件下确定。这样量值传递的准确度高。,工作误差,是在规定的工作条件下确定的示值误差。,数字多用表的计量检定讲稿,较高准确度的交直流数字仪器的示值误差都带有时间概念为24h误差、30d误差、90天误差、0.5a误差、1a误差。从上述数列中选取，1a误差就是一年的示值误差，其他类似。在这段时间内不进行调整，连续或不连续工作，任何时刻实测误差均应符合这段时间的允许误差极限。如实测24h误差应符合24h允许误差极限。,测量器具示值误差的技术要求为测量器具的允许误差极限，允许误差极限是技术规范、规程中规定的测量器具的允许示值误差极限值。,数字多用表的计量检定讲稿,允许误差极限按绝对形式,表示为：,式中：,lim,允许误差极限,X,t,测量器具的示值,X,m,所测量程的满度值,a测量误差的相对项系数,b测量误差的固定项系数,数字多用表的计量检定讲稿,允许误差极限按相对形式,表示为：,允许误差极限的图形表示如图9-2-1，图9-2-2所示。,从允许误差极限的相对误差曲线可见，被测量越接近满量程相对误差越小，因此在使用数字仪器时,要尽量使用靠近满量程的区域,，在检定数字仪器时，选择的标准仪器，其准确度不仅在满度点要小于被检的1/3，在远离满量程的那些检定点也要小于被检的1/3。,tg,=a%,X,m,X,m,-Xm,Xm,b%Xm,Xt,a%,b%,Xt,lim,Xm,数字多用表的计量检定讲稿,二、,线性误差,测量仪器输入输出特性实际曲线与理想直线的偏差为线性误差，该直线为量程始末的连线，即为清除零点误差，调整满量程误差为零后，量程始末的连线。,测量仪器输入输出特性曲线即为被测量与示值的关系曲线。测量仪器一般都尽量设计为线性的输入输出特性曲线，但由于设计制造的不完善，又总存在一定程度的非线性。线性误差即表征这一计量特性。,测量仪器输入输出特性曲线图如图9-2-3所示。,理想直线,实际曲线,Xm,-Xm,Xt,Xo,数字多用表的计量检定讲稿,用一个量程内各检定点中的最大误差的引用误差表示线性误差的大小：,式中：实际曲线与理想直线的最大偏差；,测量仪器的满度值。,测量仪器线性误差用百分数或10的幂次方表示。某一量程的一个点或几个点的示值误差可用外标准调整使其减小甚至消除，但又不是所有点都能被调整。如果测量仪器线性度好，几个点示值误差被调整掉，其他点也会随之减小，反之则不然，所以线性误差是测量仪器的重要计量特性。,数字多用表的计量检定讲稿,三、重复性,在相同测量条件下，测量器具对重复使用相同的被测量提供非常接近的示值的能力。,相同测量条件包括：相同的测试程序、相同的观测者、在相同条件下使用相同的测量设备、相同地点和在短时间内进行重复测量。重复性用多次重复测量的,实验标准偏差,表示：,重复性是准确度的先决条件，允许重复性极限与其允许误差极限的比一般应小于1/5。,数字多用表的计量检定讲稿,四,、,稳定性,测量器具保持其计量特性恒定的能力。,可以用计量特性变化到某个规定的量所经过的时间表示，也可以用在规定时间内所发生的变化表示。,测量器具作为计量标准，需要保存量值，稳定性是十分重要的计量特性。测量器具作为工作量具去进行测量，如果有测量误差，可以进行修正，如果稳定性不好，就很难修正，不可能测准，所以从某种意义上来讲，,稳定性比准确度更重要。,允许稳定性误差极限与其允许误差极限的比一般应小于1/3。,数字多用表的计量检定讲稿,五、,分辨力,测量仪器能显示出的被测量的最小增量。也就是使交直流数字仪器最低一位数字变化一个字所对应的被测量的变化量。,分辨力用被测量的最小增量值表示。如若6 1/2位直流数字电压表的最小量程为100mV，则它的分辨力为0.1V。,分辨力是准确度的先决条件，分辨力引入的测量不确定度与其允许误差极限的比一般应小于1/5。,六、鉴别力,使测量仪器产生未察觉的响应变化的最大激励变化，这种激励变化应是缓慢而单调地进行。,七、响应时间,按规定的量值对测量仪器施加激励到响应达到并保持在规定误差范围内所需要的时间。,八、复现性,在变化的测量条件下，测量器具对同一被测量的测量结果之间的一致性。,九、超然性,测量器具不影响被测量值的能力。,数字多用表的计量检定讲稿,十、,输入阻抗,在工作状态下，测量仪器输入端所呈现的阻抗值，它不含零电流和偏置电流的影响。,直流数字电压表开机工作状态下的输入电阻比非工作状态下的输入电阻大得多。这是因为直流数字电压表输入端的前置放大器的负反馈作用会大大提高输入电阻。连接到负载能力很低的信号源（如标准电池）时应特别注意应在关机前先断开连接。,十一、输入零电流,在工作状态下，在输入信号为零时，测量仪器的输入电路中由仪器内部电路引起的电流。如图 9-2-4。,直流数字电压表的输入零电流在被测源内阻上要产生电压降引入测量误差，若测量线路的等效电路如图9-2-4所示，则输入零电流引入的测量误差为：,直流电压表,被测信号源,R,O,I,O,数字多用表的计量检定讲稿,如果I,O,约为10,10,A，R,O,约为1，则约为10,10,V。直流数字电压表输入零电流引入的误差影响数字电压表的固定项误差。,如果不对输入零电流引入的误差进行修正，而且也不知道直流数字电压表零电流的确切量值和被测信号源输出电阻的确切量值，将引入测量不确定度。应进行具体分析，使输入零电流引入的测量不确定度可忽略。,直流数字电压表零电流是由于前置放大器的失调电流、漏电流、斩波器的尖峰电流、输入电流的不对称性等原因形成的。,十二、抗干扰特性,任何企图改变测量仪器被测输入信号的能源都称为干扰源，根据干扰源与输入信号的引线关系，可分为,串模干扰和共模干扰,。,（一）串模干扰抑制比NMRR（Normal mode rejection ratio）,串接在直流数字电压表输入回路中的干扰源为串模干扰，如图9-2-5所示。,数字多用表的计量检定讲稿,对串模干扰的抑制能力用串模抑制比NMRR来表示。,式中：,U,nm,串模干扰电压的峰值，V；,U,nm,由串模干扰电压引起的直流数字电压表示值的最大变化，V。,H 直流数字电压表,L,数字多用表的计量检定讲稿,直流数字电压表的串模干扰抑制比往往与干扰信号的频率有关，有时还与被测直流输入信号的大小有关，检定时应按要求设置干扰信号的频率和被测直流信号。,串模干扰抑制比也是准确度的先决条件，在同样的串模干扰信号作用下，串模抑制比越大引入的测量不确定度越小，应进行具体分析，使串模干扰引入的测量不确定度可忽略。,数字多用表的计量检定讲稿,（二）,共模干扰抑制比CMRR（common mode rejectiou ratio）,同时加在直流数字电压表高低输入端与公共端之间的干扰源为共模干扰，公共端可以是机壳、大地、外供电电源地。共模干扰分直流共模干扰和交流共模干扰，如图9-2-6，图9-2-7所示。,共模干扰一种情况是被测信号源的地与数字电压表的地之间的电流引起的，另一种情况是数字电压表浮地测量引起的。,对共模干扰的抑制能力用共模抑制比CMRR来表示。,式中：U,cm,共模干扰电压的峰值，,V；,U,cm,由共模干扰电压引起的数字电压表示值的最大变化,，V。,数字多用表的计量检定讲稿,H 直流数字电压表,L,G,H直流数字电压表,L,G,数字多用表的计量检定讲稿,直流数字电压表的共模干扰抑制比往往与干扰信号的频率有关，有时还与被测直流输入信号的大小有关，检定时应按要求设置干扰信号的频率和被测直流信号，厂家在给出共模抑制比指标的同时，应给出共模干扰电压的频率范围，如500.5HZ或501.0HZ。,共模干扰抑制比也是准确度的先决条件，在同样的共模干扰信号作用下，共模干扰抑制比越大，引入的测量不确定度越小，应进行具体分析，使共模干扰引入的测量不确定度可忽略。,十三、波峰因数,周期性被测信号的峰值与它的有效值之比。,交流数字电压表测量其波峰因数小于规定的波峰因数的被测信号时，测量误差都应满足允许误差极限。,数字多用表的计量检定讲稿,三、重复性,标准源的重复性是在相同条件下，对于相同的示值，提供非常接近的输出量的能力。,标准源重复性的其他一些概念与数字表相同。,四、稳定性,标准源稳定性的概念与数字表相同。,五、分辨力,调节标准源输出调节盘最后一盘示值变化一个字，对应的输出量的变化量。,分辨力用这一变化量表示。,标准源分辨力的其他概念与数字表相同。,六、建立时间,从一个稳定的输出值设定另一输出值开始至输出信号达到并保持在规定误差范围内所需的时间。,七、复现性,在变化的条件下，标准源对同一示值，输出电压的一致性。,八、输出阻抗,在工作状态下，标准源输出端对外呈现的阻抗。,数字多用表的计量检定讲稿,第三章 交直流数字仪器的基本原理,交直流数字仪器工作原理很多，交直流数字表有V/T变换型、逐次逼近比较型、双积分型、脉冲调宽型、剩余电压再循环型等，交直流标准源有放大器型，电阻分压型、脉冲调宽型等。下面重点简介几例，以便了解其工作原理，加深对交直流数字仪器性能的理解。,数字多用表的计量检定讲稿,第一节 直流数字电压表基本原理,一、,直流数字电压表基本原理,直流数字电压表基本原理框图如图 9-3-1所示。,U,x,U,i,N,衰减器K 前置放大器A A/D转换器C 计数译码显示器,基准电压,A/D转换器为模数转换器。,将被测量U,x,经衰减器和前置放大器规范为A/D转换器输入范围内的量，再经A/D转换器转换成数字量N，计数译码显示电路完成对N的记录和显示。不同的U,x,值与不同的N值一一对应，从而实现对模拟量U,X,的数字化测量。,式中：K衰减器衰减系数；A放大器放大系数；,CA/D转换器转换系数。,理想情况下K、A、C都是常数，N正比于U,X,，显示值正比于被测量。,数字多用表的计量检定讲稿,二、直流数字电压表各部分主要功能,（一）A/转换器,A/D转换器的作用是将规范化的模拟量U,i,转换成数字量N，这部分是直流数字电压表的核心，不同原理的A/D变换器构成了不同原理的直流数字电压表，A/D变换器的不同特性也对整机的不同特性产生主要影响。,（二）基准电压,基准电压是直流数字电压表的内部参考电压。我们讲测量就是将被测量与同性质的已知的标准量进行比较，用标准量或标准量的倍数来表示被测量。A/D转换器就是实现这一比较的装置，基准电压就是已知的标准量。因此基准电压是作为测量仪器的直流数字电压表的不可缺少的部件。,（三）前置放大器,前置放大器的作用一方面是使整机的测量范围向小量程扩展，另一方面是为了改善整机的输入特性，减小整机的零电流，提高整机的输入电阻，并且前置放大器作为A/D转换器的前级，也可以减小和固定A/D转换器的信号源的输出电阻。,数字多用表的计量检定讲稿,（四）衰减器,衰减器的作用是对大信号进行衰减以便使整机的测量范围向大量程扩展。,（五）计数译码显示电路,将A/D转换器输出的数字量N变成十进制数显示出来。,三、A/D转换器基本原理,A/D转换器类型很多。,按被测量分，有瞬时值和平均值型。,按转换技术分，有积分型和非积分型。,按转换程序分，有有程序和无程序。,测量是被测量和标准量进行比较的过程，从这个概念出发，若按怎样比较来分，有直接比较型、间接比较型和复合比较型。,数字多用表的计量检定讲稿,直接比较型是将模拟电压直接与标准电压相比较，得到数字量，这类包括连续比较，逐次比较，斜波电压比较等多种。这种转换是瞬时比较，抗干扰能力差，但速度快。,间接比较型是输入的电压信号不直接与标准电压相比较，而是先将两者都变为中间物理量，再进行比较（中间物理量一般为频率F或时间T），然后将比较得到的频率或时间进行数字编码，这类包括双斜式，脉冲调宽式，积分型V-f式，多斜式等。,这类转换是平均值测量，抗干扰能力强，但速度慢。,复合型是将直接与间接比较两类原理结合起来，取长补短，获得了更佳的性能，目前这种类型的新产品不断出现，发展很快，但线路复杂，成本较高。,以下举例详述A/D转换器原理,（一）逐次逼近比较型A/D转换器,1.,转换原理,逐次逼近比较型A/D转换器的转换原理可以用天平称法码的称量法来加以类比，如图9-3-2所示。,数字多用表的计量检定讲稿,2.,逐次逼近比较型A/D转换器的性能及对整机指标的影响,（1）A/D的转换准确度,A/D转换过程是用D/A转换器输出的标准电压法码逼近输入电压V,i,，转换结束时，数码形式的电压法码便可作为数字输出。,这时V,i,=V,Ri,（i取所有被保留下来的电压法码的那些号码）从表达式可见，A/D的转换准确度主要取决于D/A的转换准确度，后者一般比前者高。,D/A转换器一般由基准电压、模拟开关、解码网络、运算放大器组成，如图9-3-5所示。,一般：,式中：A,f,运算放大器的闭环放大系数；,V,N,基准电压；,解码网络的电阻比率。,与输入数码成线性关系,数字多用表的计量检定讲稿,可见D/A转换准确度主要由基准电压的准确度和稳定性、运算放大器的运算误差、解码网络的比率误差等决定，并直接影响DVM整机的测量准确度，形成其相对项误差。另外，模拟开关的残余参量，放大器的零漂、噪声、偏移等也直接影响DVM整机的测量准确度，形成其固定项误差。,由于解码网络的比率误差与输入D/A转换器的数码有关，故反馈逼近比较型A/D转换器的非线性误差具有比较复杂的形式，即不容易用一简单的函数关系式来表达。,（2）A/D转换器的分辨力,比较器的阀值和零漂噪声，放大器、A/D转换器的零漂噪声限制了转换器的分辨力，也限制了DVM整机的分辨力。,数字多用表的计量检定讲稿,（,3）A/D转换器的,转换速度,A/D转换器的转换速度一方面受比较器动态响应的制约，另一方面受D/A转换器响应时间的限制，整个A/D转换过程由固定的n步组成（n为电压法码总个数），对每一步所安排的时间至少要大于比较器响应时间与D/A转换器响应时间之和。但一般也在微秒级，例如对一个五位表来说，具有20个电压法码需20步，若每一步为5s则转换时间仅为100s，故转换速度高是逐次逼近比较型A/D转换器的突出特点。,同时由于转换具有固定的程序，故转换速度不随输入电压V,i,太小而变化。,（4）抗干扰能力和被测量性质,反馈逼近比较型A/D转换器属于直接比较型，测量的是被测电压的瞬时值，因此抗干扰能力差，叠加在被测电压上的干扰信号100%地反映在测量结果中。,数字多用表的计量检定讲稿,（二）,双斜式A/D转换器,1.转换原理,双斜式V-T转换型A/D转换器简化框图如图9-3-6所示。信号波形图如图9-3-7所示。,2.双斜式A/D转换器的性能及对整机指标的影响,（1）转换准确度,由转换公式可见，基准电压的准确度稳定性直接影响转换准确度，进而影响整机测量准确度的相对项误差。N,1,、N,2,的量化误差影响整机准确度的固定项。其次模拟开关残余参量积分器的偏移、零漂、噪声也都影响整机准确度的固定项。,（2）A/D转换器的分辨力,A/D转换器的分辨力主要受比较器阀值电压的限制，这也是影响整机分辨力的主要因素。,数字多用表的计量检定讲稿,（3）,抗干扰能力,双斜式A/D转换是间接比较型，测量的是被测量在采样时间T,1,内的平均值，因此对叠加在被测量信号上的交流干扰信号有较好的抑制能力，一般情况下串模干扰电压主要为电网,电压，如图9-3-8所示。如果取采样时间为电网电压周期的整数倍，则对称的工频干扰即可完全消除。当然，工频变化时，T,1,不变，抑制能力将随之下降，所以在检查数字电压表的串模抑制能力时，对所加的串模干扰信号的频率有一定要求，在不同的频率下，DVM表现不同的串模干扰抑制能力。,（4）,转换速度,双斜式转换速度较慢，为了提高对工频干扰的抑制能力，采样时间最少为20ms，因,此总的转换速度就更慢了，一般不超过20次/秒，与反馈逼近比较型相比差两三个数量级。,数字多用表的计量检定讲稿,（三）脉冲调宽式A/D转换器,脉冲调宽式A/D转换器原理框图如图9-3-9所示。,脉冲调宽式A/D转换器信号波形图如图3-10所示。,A/D转换器的原理类型是十分多的，这里我们仅列举出以上三个例子，远不能代表其全部，但从中可以对A/D转换原理建立一个基本概念，了解不同原理的A/D转换器，测量的量是不同的（例如有的测平均值，有的测瞬时值）。原理不同，其性能指标各有优缺点（例如有的速度快但抗干扰能力差，有的速度慢但抗干扰能力强）。原理不同，非线性误差性质不同，即刻度特性曲线的形状不同。并且可以大致了解，A/D转换电路影响整机测量准确度的误差来源和因素加深我们对整机性能指标的理解，A/D转换器作为DVM的核心，它的性能主要影响整机的测量准确度、线性度、稳定性、分辨力、抗干扰能力、测量速度、响应时间,数字多用表的计量检定讲稿,四、前置放大器,由于前置放大器主要作用是为了提高整机的输入特性，因此DVM中的前置放大器多采用电压串联负反馈电路，以便提高整机的输入阻抗。如图9-3-11所示。,电压串联负反馈电路,（一）闭环放大倍数A,可见前置放大器闭环增益仅仅决定于电阻的比值，电阻比值的误差决定了闭环放大倍,数的误差，而采用精密线绕电阻，比值误差是可以做得很小的。,当一定时，A,o,越大，这一误差越小。,当A,o,一定时，越大，这一误差越小。的大小实际上是DVM量程的不同，因此说明不同量程放大器闭环放大倍数的误差不同，这也是各量程误差大小不同的原因之一。,另外放大器的零偏、零漂、噪声也是重要的误差源，它们是在输入短路时，输出端电压。这是由于制造上的不对称，时漂、温漂、器件噪声等引起的，它们的作用等效为在被测电压上叠加了误差电压，如图9-3-12所示，这一误差影响整机测量准确度的固定项误差。,数字多用表的计量检定讲稿,（二）闭环输入电阻,前置放大器闭环输入电阻的等效电路如图9-3-13所示。,可见闭环输入电阻R,i,比开环输入电阻r,i,增加了1+A,o,倍，一般DVM都利用串联电压,反馈技术来提高整机的输入电阻，使用时要注意DVM在工作状态（即开机时）具有很高的输入电阻，而在非工作状态（即关机时）输入电阻仅仅是开环输入电阻r,i,比R,i,大大降低。,（三）零电流I,o,DVM的零电流或是由运算放大器第一级管子的工作电流引起，或是由斩波器尖峰电压引起，或是由斩波管泄漏电流引起，它的大小随温度和湿度而变化，其方向是固定不变的，I,o,的大小与V,X,无关，但随环境温度变化。,数字多用表的计量检定讲稿,五、衰减器,衰减器一般是电阻分压式，如图9-3-14所示。,分压系数的误差取决于分压电阻的精度，一般是能够做得比较高的，但是要注意，当输入电压比较高时，分压电阻上的功率比较大时，电阻阻值相对低功率时会发生变化，进而造成分压系数的误差，在作1000V量程检定时，有不少表显示值随时间而明显变化，这恐怕就是分压电阻阻值的变化所引起的。,衰减器的输入电阻构成整机高量程输入电阻，为提高输入电阻，希望分压电阻阻值尽量大，而太大了衰减系数又易受泄漏电流的影响，所以又不能太大，一般高精度表高量程输入电阻做到10M输入电阻。,数字多用表的计量检定讲稿,六、基准电压,基准电压多采用齐纳二极管，从上述两种A/D转换可见,数字表的显示值都与基准电压有关，数字表的稳定性，尤其是长期稳定性，主要由基准电压的基准齐纳管来决定，所以基准电压也是数字表的关键环节。,数字多用表的计量检定讲稿,第二节 交流数字电压表基本原理,一个交流直流电压转换器配上一个直流数字电压表，就构成一台交流数字电压表。,交流电压有三个特征量：平均值、有效值和峰值，根据这三个特征量，交直流电压转换器也分为平均值、有效值和峰值三种类型。采用不同原理的交直流电压转换器配上直流数字电压表，就构成不同原理的交流数字电压表。,数字多用表的计量检定讲稿,第三节,直流数字电流表基本原理,直流数字电流表是用于对直流电流进行精密测量的一种主要设备。一般是将被测直流电流转换成直流电压信号，然后进行测量。一般称这种转换电路为电流电压（IV）转换器。根据转换原理的不同，可以分为两种不同方式的电流电压（IV）转换器，即分流器式电流电压（IV）转换器和负反馈放大式电流电压（IV）转换器。根据被测电流的大小不同，这两种转换器都有广泛的应用。,最简单的电流电压（IV）转换器是根据欧姆定律得来的：即让被测电流I,X,通过标准电阻RN变换成直流电压U,X,，再利用直流数字电压表测量电压的方法准确测量直流电压U,X,，则被测电流I,X,的大小用R,N,上的压降U,X,表示为：,I,X,=U,X,/R,N,对于多量程直流数字电流表，一般是通过量程选择开关分别接通不同阻值的标准电阻，从而实现对大小不同的被测电流进行分量程测量。原理框图如图9-3-26所示。,数字多用表的计量检定讲稿,第四节,交流数字电流表基本原理,在数字多用表中，交流电流的测量功能是以电流电压（IV）变换器和交流直流（ACDC）变换器为基础实现的,被测交流电流首先流经电流电压变换器，转换成交流电压，再经过交流直流变换器转换成直流电压，最后经量程选择、模数转换、显示逻辑及驱动等，在显示器件上显示被测交流电流的实际值。,数字多用表的计量检定讲稿,第五节,直流数字欧姆表基本原理,将电阻变换成直流电压的转换电路被称为电阻电压（）变换器，简称为欧姆变换器。欧姆变换器通常有两种构成方式：即运算放大器法和积分运算法。直流数字式欧姆表通常由一个精确的直流运算放大器和一个数字电压表组成，有的做成插件，成为数字多用表的一部分，有的则做成单功能的数字欧姆表。总之，数字欧姆表利用直流运算放大器进行电阻电压（）变换，再用直流数字电压表测出电压，从而得到被测电阻的欧姆数值。,数字多用表的计量检定讲稿,交直流数字仪器的检定,交直流数字仪器的检定方法比较简单，采用检定规程介绍的检定方法即可。但应注意寄生参数的影响，如直流数字电压表的输入电阻、零电流影响，小电流、高电压测量时漏电流影响，小电压测量时信号线电阻影响，大电流测量时温升影响等。,数字多用表的计量检定讲稿,检定规程,检定规程一般包括如下内容：,1 检定规程的适用范围；,2 被检计量器具的用途原理和结构；,3 被检计量器具的技术要求；,4 被检计量器具的检定条件；,5 被检计量器具的检定项目；,6 被检计量器具的检定方法；,7 检定结果的处理方法；,8 检定周期的规定。,数字多用表的计量检定讲稿,第一节,直流数字电压表的检定,直流数字电压表的检定项目有：示值误差，线性误差，稳定性，分辨力，输入电阻和零电流，串模抑制比，共模抑制比。,一、示值误差的检定,（一）标准的选择检定方法和检定线路,根据被检直流数字电压表的测量范围和允许误差极限，根据本实验室标准设备条件，从检定规程介绍的检定方法中选择检定方法和检定线路。根据计量标准的测量不确定度一般应优于被检器具的允许误差极限的,1/3,原则,，分析计量标准的不确定度，根据检定线路写出标准值表达式，根据标准值表达式和隐含的不确定因素，对标准值进行不确定度评定。,数字多用表的计量检定讲稿,标准设备的要求,标准装置的总不确定度应小于被检仪器允许误差的1/31/5,标准源的稳定度和调节细度应小于被检仪器允许误差的1/51/10，且应连续可调。,标准装置信号源的稳定性和纹波、噪声应小于被检表示值允许误差极限的1/51/10。,标准设备应在检定周期内且合格。,数字多用表的计量检定讲稿,检定线路,直流标准电压发生器法,数字多用表的计量检定讲稿,直接比较法,数字多用表的计量检定讲稿,标准仪器法,用电位差计等标准仪器检定直流数字电压表。,（二）检查环境条件,欲测量固有误差时，应保证环境条件符合检定规程规定的标准工作条件。,（三）准备工作,对被检表及检定装置按厂家说明书要求进行预热。按检定规程选择检定点，设计原始记录表格。,数字多用表的计量检定讲稿,（四）测量与判定,当标准的误差小于被检表允许误差1/5时,可忽略。,不可忽略时：,测量结果应在,（e-n）%范围内,e%被检表的误差,n%标准的误差,数字多用表的计量检定讲稿,二、线性误差的检定,在进行示值误差检定时，如果按照直流数字电压表检定规程的要求，在基本量程内均匀地选择不少于,10,个检定点，在非基本量程内均匀地选择不少于,3,5,个检定点，则被检表的输入输出特性实际曲线便同时被测量出来，从中找出最大的绝对示值误差，除以满量程值,Y,m,即为线性误差：,若实测的线性误差小于或等于被检表允许线性误差极限，则被检表线性误差合格。,数字多用表的计量检定讲稿,三、稳定性的检定,在进行示值误差检定时，如果检定了某时间段的误差，如年误差，则被检表的稳定性便同时被测量出来，被检表年变化量实测值为被检表的稳定性误差。,若实测的稳定性误差小于或等于被检表允许稳定性误差极限，则被检表稳定性合格。,数字多用表的计量检定讲稿,四、分辨力的检定,分辨力的检定线路与示值误差检定线路相同，调节直流标准电压源使被检表示值变化一个字时，测量相应的2个标准值Y,o1,和Y,o2,，两者之差,即为被检表的分辨力，符合被检表分辨力指标时为合格。,应测量被检表最小量程1/2满量程点的分辨力。,注意，标准设备的分辨力，重复性应大大优于被检数字表。,数字多用表的计量检定讲稿,五