仪器仪表-数字测量方法.pptx

第第4 4章章 数字数字测量方法量方法电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章第第4 4章数字章数字测量方法量方法 4.1 4.1 电压测量的数字化方法量的数字化方法4.3 4.3 多用型数字多用型数字电压表表4.4 4.4 时间和和频率的率的测量量电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章第第4 4章数字章数字测量方法量方法 U U U UDCDCDCDCF F F FU U U UDCDCDCDCT T T TU U U UDCDCDCDCt t t tw w w wT-NT-NT-NT-NT-NT-NT-NT-N计数计数计数计数寄存寄存寄存寄存译码译码译码译码显示显示显示显示X-UX-UX-UX-UDCDCDCDCX-FX-FX-FX-FX-NX-NX-NX-Nx x x x-T-T-T-Tt t t tf f f f电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章第第4 4章数字章数字测量方法量方法重点：重点：电压测量量DVM的的类型型DVM的的测量量误差差频率率测量量电子子计数式数式频率率计的原理及的原理及误差分析差分析难点：点：DVM的的类型型频率率测量的量的误差分析差分析电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.1 电压测量的数字化方法量的数字化方法4.1.1 DVM的特点的特点4.1.2 DVM的主要的主要类型型4.1.3 DVM的的测量量误差差4.1.4 DVM的抗干的抗干扰分析分析电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.1 电压测量的数字化方法量的数字化方法(续续)直流直流DVM的的组成框成框图核心核心电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.1.1 DVM的特点的特点1 1、数字显示、数字显示2 2、准确度高、准确度高 3 3、测量范围宽、测量范围宽5 5、速度快、速度快4 4、分辨力高、分辨力高6 6、输入阻抗高、输入阻抗高7 7、抗干扰能力强、抗干扰能力强位数超量程位数超量程位数超量程位数超量程消除视觉误差消除视觉误差消除视觉误差消除视觉误差 位数越多，准确度越高位数越多，准确度越高位数越多，准确度越高位数越多，准确度越高电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.1.1 DVM的特点的特点(续续)3 3、测量范围、测量范围位数超量程位数超量程位数超量程位数超量程位数位数A A A A、完整显示位、完整显示位、完整显示位、完整显示位能够显示能够显示能够显示能够显示0 0 0 0 9 9 9 9数字数字数字数字B B B B、非完整显示位、非完整显示位、非完整显示位、非完整显示位a.a.a.a.半位（半位（半位（半位（1/21/21/21/2）只能显示只能显示只能显示只能显示0 0 0 0、1 1 1 1数字数字数字数字b.3/4b.3/4b.3/4b.3/4位位位位只能显示只能显示只能显示只能显示0 0 0 0 5 5 5 5数字数字数字数字例：下面的最大显示数字分别是：例：下面的最大显示数字分别是：例：下面的最大显示数字分别是：例：下面的最大显示数字分别是：4 4 4 4位位位位位位位位位位位位99999999999999991999919999199991999959999599995999959999电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.1.1 DVM的特点的特点(续续)3 3、测量范围、测量范围位数超量程位数超量程位数超量程位数超量程超量程超量程A A A A、基本量程、基本量程、基本量程、基本量程未经放大或衰减的量程，由未经放大或衰减的量程，由未经放大或衰减的量程，由未经放大或衰减的量程，由A/DA/DA/DA/D决定的决定的决定的决定的B B B B、扩展量程、扩展量程、扩展量程、扩展量程经过放大或衰减经过放大或衰减经过放大或衰减经过放大或衰减（10101010倍）倍）倍）倍）的量程的量程的量程的量程例：例：例：例：基本量程为基本量程为基本量程为基本量程为5V5V5V5V的的的的DVMDVMDVMDVM，扩展量程有，扩展量程有，扩展量程有，扩展量程有0.5V0.5V0.5V0.5V、50V50V50V50V、500V500V500V500V若：若：若：若：该该该该DVMDVMDVMDVM是是是是 位，则位，则位，则位，则5V5V5V5V量程可测到量程可测到量程可测到量程可测到5.999V5.999V5.999V5.999V超量程能力超量程能力电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.1.1 DVM的特点的特点1 1、数字显示、数字显示2 2、准确度高、准确度高 3 3、测量范围宽、测量范围宽5 5、速度快、速度快4 4、分辨力高、分辨力高6 6、输入阻抗高、输入阻抗高7 7、抗干扰能力强、抗干扰能力强位数超量程位数超量程位数超量程位数超量程消除视觉误差消除视觉误差消除视觉误差消除视觉误差 位数越多，准确度越高位数越多，准确度越高位数越多，准确度越高位数越多，准确度越高可测弱信号，如话筒输出电压可测弱信号，如话筒输出电压可测弱信号，如话筒输出电压可测弱信号，如话筒输出电压电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.1.1 DVM的特点的特点(续续)4 4、分辨力、分辨力表灵敏度表灵敏度表灵敏度表灵敏度定义定义能够显示被测电压的最小变化值能够显示被测电压的最小变化值能够显示被测电压的最小变化值能够显示被测电压的最小变化值例例例例S1842S1842S1842S1842：最小量程最小量程最小量程最小量程V V V Vm m m m20mV20mV20mV20mV，位位位位表示表示用用用用最小最小最小最小量程末位对应的电压值表示量程末位对应的电压值表示量程末位对应的电压值表示量程末位对应的电压值表示（V/V/V/V/字）字）字）字）则可测最大电压为则可测最大电压为则可测最大电压为则可测最大电压为19.999mV19.999mV19.999mV19.999mV0.001mV因此，此因此，此因此，此因此，此DVMDVMDVMDVM的分辨力是的分辨力是的分辨力是的分辨力是0.001mV/0.001mV/0.001mV/0.001mV/字。字。字。字。电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.1.1 DVM的特点的特点(续续)分辨率分辨率特点特点用百分数表示，与量程无关，比较直观。用百分数表示，与量程无关，比较直观。用百分数表示，与量程无关，比较直观。用百分数表示，与量程无关，比较直观。表示：表示：同上例同上例同上例同上例也可：也可：也可：也可：电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.1.1 DVM的特点的特点1 1、数字显示、数字显示2 2、准确度高、准确度高 3 3、测量范围宽、测量范围宽5 5、速度快、速度快4 4、分辨力高、分辨力高6 6、输入阻抗高、输入阻抗高7 7、抗干扰能力强、抗干扰能力强位数超量程位数超量程位数超量程位数超量程消除视觉误差消除视觉误差消除视觉误差消除视觉误差 位数越多，准确度越高位数越多，准确度越高位数越多，准确度越高位数越多，准确度越高可测弱信号，如话筒输出电压可测弱信号，如话筒输出电压可测弱信号，如话筒输出电压可测弱信号，如话筒输出电压几次几次上千次上千次电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.1.2 DVM的主要的主要类型型DVM以以A/D转换方式分方式分类：比比较型型直接直接转换反反馈比比较式式逐次比逐次比较型型（*）无反无反馈比比较式式积分型分型间接接转换UTNUFN（单斜式、双斜式（单斜式、双斜式（*）、三斜式）、三斜式）电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.1.2 DVM的主要的主要类型型(续续)一、逐次比较型一、逐次比较型DVM的工作原理的工作原理原理：原理：UN大者弃，小者留大者弃，小者留1 1、原理框图、原理框图、原理框图、原理框图U UN N电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.1.2 DVM的主要的主要类型型(续续)一、逐次比较型一、逐次比较型DVM的工作原理的工作原理U UN N2 2、A/DA/D转换器原理框图转换器原理框图转换器原理框图转换器原理框图电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.1.2 DVM的主要的主要类型型(续续)一、逐次比较型一、逐次比较型DVM的工作原理的工作原理A/DA/D转换器原理分析转换器原理分析转换器原理分析转换器原理分析以以以以4 4位为例，设位为例，设位为例，设位为例，设U Urefref10V10V，U UX X8.5V8.5VCLK=1CLK=1，100010001 1保留保留保留保留CLK=2CLK=2，110011001 1保留保留保留保留电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.1.2 DVM的主要的主要类型型(续续)一、逐次比较型一、逐次比较型DVM的工作原理的工作原理A/DA/D转换器原理分析转换器原理分析转换器原理分析转换器原理分析以以以以4 4位为例，设位为例，设位为例，设位为例，设U Urefref10V10V，U UX X8.5V8.5VCLK=3CLK=3，111011101 1舍弃舍弃舍弃舍弃CLK=4CLK=4，110111011 1保留保留保留保留最后，最后，最后，最后，8.5V8.5V转化成数字信号转化成数字信号转化成数字信号转化成数字信号11011101电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.1.2 DVM的主要的主要类型型(续续)一、逐次比较型一、逐次比较型DVM的工作原理的工作原理3 3、特点分析、特点分析、特点分析、特点分析测量速度测量速度测量速度测量速度准确度准确度准确度准确度与输入信号无关，而与与输入信号无关，而与与输入信号无关，而与与输入信号无关，而与A/DA/DA/DA/D位数及时钟频率位数及时钟频率位数及时钟频率位数及时钟频率有关有关有关有关与位数有关，位数越多误差越小与位数有关，位数越多误差越小与位数有关，位数越多误差越小与位数有关，位数越多误差越小n n位分辨率：位分辨率：位分辨率：位分辨率：抗干扰性抗干扰性抗干扰性抗干扰性差，响应的是瞬时信号差，响应的是瞬时信号差，响应的是瞬时信号差，响应的是瞬时信号(n+2)T(n+2)T(n+2)T(n+2)TCLKCLKCLKCLK电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.1.2 DVM的主要的主要类型型(续续)二、双斜积分式二、双斜积分式DVM的工作原理的工作原理1 1、基本原理：、基本原理：、基本原理：、基本原理：2 2、组成框图：、组成框图：、组成框图：、组成框图：通过两次积分过程通过两次积分过程通过两次积分过程通过两次积分过程(对被测电压的对被测电压的对被测电压的对被测电压的定时积分和定时积分和定时积分和定时积分和对参考电压的对参考电压的对参考电压的对参考电压的定值积分定值积分定值积分定值积分)的比较，得到被测电压值。的比较，得到被测电压值。的比较，得到被测电压值。的比较，得到被测电压值。包括积分器、过零比较器、计数器及逻辑控制电路包括积分器、过零比较器、计数器及逻辑控制电路包括积分器、过零比较器、计数器及逻辑控制电路包括积分器、过零比较器、计数器及逻辑控制电路电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.1.2 DVM的主要的主要类型型(续续)二、双斜积分式二、双斜积分式DVM的工作原理的工作原理2 2、组成框图：、组成框图：、组成框图：、组成框图：电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.1.2 DVM的主要的主要类型型(续续)二、双斜积分式二、双斜积分式DVM的工作原理的工作原理3 3、工作过程：、工作过程：、工作过程：、工作过程：准备阶段准备阶段准备阶段准备阶段 采样阶段采样阶段采样阶段采样阶段比较阶段比较阶段比较阶段比较阶段定时积分定时积分定时积分定时积分定值积分定值积分定值积分定值积分电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章准备阶段准备阶段准备阶段准备阶段 采样阶段采样阶段采样阶段采样阶段比较阶段比较阶段比较阶段比较阶段定时积分定时积分定时积分定时积分定值积分定值积分定值积分定值积分正向积分正向积分正向积分正向积分反向积分反向积分反向积分反向积分电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.1.2 DVM的主要的主要类型型(续续)二、双斜积分式二、双斜积分式DVM的工作原理的工作原理3 3、工作过程：、工作过程：、工作过程：、工作过程：准确阶段准确阶段准确阶段准确阶段t t t t0 0 0 0tttt1 1 1 1S S S SS S S S2 2 2 2C C C C短接，短接，短接，短接，U U U U0 0 0 00 0 0 0采样阶段采样阶段采样阶段采样阶段t t t t1 1 1 1tttt2 2 2 2对积分器正向积分，时间为对积分器正向积分，时间为对积分器正向积分，时间为对积分器正向积分，时间为T T T T1 1 1 1，计数，计数，计数，计数N N N N1 1 1 16000600060006000设设设设U U U Ux x x x为正，计数容量为为正，计数容量为为正，计数容量为为正，计数容量为N N N N，时钟周期为，时钟周期为，时钟周期为，时钟周期为T T T T0 0 0 0T T T T1 1 1 1N N N N1 1 1 1T T T T0 0 0 0被测电压的被测电压的平均值平均值定时积分定时积分S S S SS S S S1 1 1 1，接入被测电压，接入被测电压，接入被测电压，接入被测电压U U U Ux x x x电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.1.2 DVM的主要的主要类型型(续续)二、双斜积分式二、双斜积分式DVM的工作原理的工作原理3 3、工作过程：、工作过程：、工作过程：、工作过程：比较阶段比较阶段比较阶段比较阶段t t t t2 2 2 2tttt3 3 3 3S S S SS S S S1 1 1 1，接入参考电压，接入参考电压，接入参考电压，接入参考电压U U U Urefrefrefref设设设设U U U Ux x x x为正，时钟周期为为正，时钟周期为为正，时钟周期为为正，时钟周期为T T T T0 0 0 0T T T T2 2 2 2N N N N2 2 2 2T T T T0 0 0 0对积分器反向积分，直到对积分器反向积分，直到对积分器反向积分，直到对积分器反向积分，直到U U U Uo o o o0 0 0 0，时间为，时间为，时间为，时间为T T T T2 2 2 2，计数，计数，计数，计数N N N N2 2 2 2令令令令U U U UrefrefrefrefN N N N1 1 1 1mVmVmVmV定值积分定值积分电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.1.2 DVM的主要的主要类型型(续续)二、双斜积分式二、双斜积分式DVM的工作原理的工作原理4 4、特点分析：、特点分析：、特点分析：、特点分析：测量速度慢测量速度慢测量速度慢测量速度慢准确度高准确度高准确度高准确度高双积分，双积分，双积分，双积分，T T T T1 1 1 1n20msn20msn20msn20ms；T T T T为几十为几十为几十为几十几百几百几百几百msmsmsms，与与与与U U U Ux x x x有关有关有关有关取决于基准电压取决于基准电压取决于基准电压取决于基准电压U U U Urefrefrefref的准确度和稳定度，的准确度和稳定度，的准确度和稳定度，的准确度和稳定度，与与与与RCRCRCRC无关无关无关无关抗干扰性强抗干扰性强抗干扰性强抗干扰性强成本低成本低成本低成本低响应的是平均值信号响应的是平均值信号响应的是平均值信号响应的是平均值信号对对对对R R R R、C C C C及时钟参数的稳定度和准确度要求不高及时钟参数的稳定度和准确度要求不高及时钟参数的稳定度和准确度要求不高及时钟参数的稳定度和准确度要求不高电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.1.2 DVM的主要的主要类型型(续续)三、两种三、两种DVM的性能比较的性能比较准确度准确度准确度准确度速度速度速度速度抗干扰抗干扰抗干扰抗干扰成本成本成本成本逐次比逐次比逐次比逐次比较型较型较型较型取决于取决于取决于取决于位数位数位数位数快，与快，与快，与快，与U UX X无关无关无关无关弱弱弱弱适中适中适中适中双斜积双斜积双斜积双斜积分型分型分型分型取决于取决于取决于取决于U Urefref慢慢慢慢，与，与，与，与U UX X有关有关有关有关强强强强低低低低电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.1.3 DVM的的测量量误差差DVM误差包含：差包含：固有固有误差差（*）表示在一定表示在一定测量条件下量条件下DVMDVM本身所固有的本身所固有的误差，差，它反映了它反映了DVMDVM的的性能指性能指标。影响影响误差差指指测量量环境境的的变化（如温度漂移）和化（如温度漂移）和测量量条件条件（如被（如被测电压的等效信号源内阻）所引起的的等效信号源内阻）所引起的测量量误差。差。电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.1.3 DVM的的测量量误差差(续续)一、固有一、固有误差的表示：差的表示：或或读数误差读数误差满度误差满度误差读数误差读数误差主要包含转换误差（或刻度误差）主要包含转换误差（或刻度误差）主要包含转换误差（或刻度误差）主要包含转换误差（或刻度误差）满度误差满度误差主要包含量化误差、主要包含量化误差、主要包含量化误差、主要包含量化误差、0 0点偏移，点偏移，点偏移，点偏移，与与与与U Ux x无关无关无关无关二、固有误差的来源：二、固有误差的来源：电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.1.3 DVM的的测量量误差差(续续)二、固有误差的来源：二、固有误差的来源：转换误差转换误差包含包含：输入衰减输入衰减输入衰减输入衰减/放大器（设传递系数分别为放大器（设传递系数分别为放大器（设传递系数分别为放大器（设传递系数分别为k k k k1 1 1 1和和和和k k k k2 2 2 2）、）、）、）、模拟开关（传递系数模拟开关（传递系数模拟开关（传递系数模拟开关（传递系数k k k k3 3 3 3）A/DA/DA/DA/D转换器（传递系数转换器（传递系数转换器（传递系数转换器（传递系数k k k k4 4 4 4）的转换特性。）的转换特性。）的转换特性。）的转换特性。则可将则可将则可将则可将DVMDVMDVMDVM的输入的输入的输入的输入V V V Vx x x x到最终转换结果到最终转换结果到最终转换结果到最终转换结果N N N N视为一个视为一个视为一个视为一个由由由由k k k k1 1 1 1kkkk4 4 4 4的多级级连系统，表示为：的多级级连系统，表示为：的多级级连系统，表示为：的多级级连系统，表示为：转换系数转换系数KK与刻度有关。与刻度有关。与刻度有关。与刻度有关。理论上理论上理论上理论上k k为常数，但由于各器件的为常数，但由于各器件的为常数，但由于各器件的为常数，但由于各器件的非理想性，必定存在误差。非理想性，必定存在误差。非理想性，必定存在误差。非理想性，必定存在误差。电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.1.3 DVM的的测量量误差差(续续)DVMDVM转换特性曲线转换特性曲线转换特性曲线转换特性曲线电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.1.3 DVM的的测量量误差差(续续)三、固有误差的计算三、固有误差的计算例：例：用用用用3 3 3 3位半位半位半位半的的的的DVMDVMDVMDVM的的的的20V20V20V20V量程分别测量量程分别测量量程分别测量量程分别测量5.00V5.00V5.00V5.00V和和和和15.00V15.00V15.00V15.00V的电压，已知该仪表的准确度为的电压，已知该仪表的准确度为的电压，已知该仪表的准确度为的电压，已知该仪表的准确度为（0.1%0.1%0.1%0.1%读数读数读数读数+1+1+1+1字）字）字）字），试计算试计算试计算试计算DVMDVMDVMDVM测量的固有误差。测量的固有误差。测量的固有误差。测量的固有误差。3 3 3 3位半、位半、位半、位半、20V20V20V20V量程，可得量程，可得量程，可得量程，可得1 1 1 1字相当于字相当于字相当于字相当于0.01V0.01V0.01V0.01V。可见，被测电压愈接近满度电压，测量的相对误差愈小可见，被测电压愈接近满度电压，测量的相对误差愈小可见，被测电压愈接近满度电压，测量的相对误差愈小可见，被测电压愈接近满度电压，测量的相对误差愈小电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.1.4 DVM的抗干的抗干扰分析分析一、干一、干扰的分的分类串模干串模干扰干干扰信号信号Usm以以串串联形式叠加到被形式叠加到被测信号信号Ux上上而而产生的生的误差。差。共模干共模干扰干干扰信号信号同同时作用作用于于DVMDVM的两个的两个测量量输入端。入端。电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.1.4 DVM的抗干的抗干扰分析分析(续续)二、干二、干扰的来源的来源串模干串模干串模干串模干扰扰的来源的来源的来源的来源被被测信号源本身信号源本身例：直流例：直流稳压电源源输出就存在出就存在纹波干波干扰引引线感感应进来的工来的工频（50Hz50Hz）或高）或高频干干扰如雷如雷电或无或无线电发射引起的空中射引起的空中电磁干磁干扰干干扰信号可从直流、低信号可从直流、低频到超高到超高频；可以是周期性；可以是周期性的或非周期性的，可以是正弦波或非正弦波（如瞬的或非周期性的，可以是正弦波或非正弦波（如瞬间的尖峰脉冲干的尖峰脉冲干扰），甚至完全是随机的。），甚至完全是随机的。各种干各种干扰信号中，信号中，50Hz50Hz的工的工频干干扰是最主要的干是最主要的干扰源。源。电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.1.4 DVM的抗干的抗干扰分析分析(续续)二、干二、干扰的来源的来源共模干共模干扰的来源的来源被被测电压本身本身（被（被测电压是一个浮置是一个浮置电压）如：如：测量一个直流量一个直流电桥的的输出出被被测电压与与DVMDVM相距相距较远，被，被测电压与与DVMDVM的的参考地参考地电位不相等。位不相等。共模干扰电压也分共模干扰电压也分直流直流电压和交流电压电压和交流电压两类。两类。共模干扰电压可能很大，共模干扰电压可能很大，如上百伏甚至上千伏如上百伏甚至上千伏。电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.1.4 DVM的抗干的抗干扰分析分析(续续)三、干三、干扰的的误差分析差分析串模干串模干扰抑制比（抑制比（SMR）串模干扰电串模干扰电串模干扰电串模干扰电压的峰值压的峰值压的峰值压的峰值干扰引起的最干扰引起的最干扰引起的最干扰引起的最大显示误差大显示误差大显示误差大显示误差SMRSMR越大，则抗干扰能力越强，一般为越大，则抗干扰能力越强，一般为越大，则抗干扰能力越强，一般为越大，则抗干扰能力越强，一般为202060dB60dB；积分型的积分型的积分型的积分型的SMRSMR较大较大较大较大，因其响应被测信号的平均值。，因其响应被测信号的平均值。，因其响应被测信号的平均值。，因其响应被测信号的平均值。电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.1.4 DVM的抗干的抗干扰分析分析(续续)三、干三、干扰的的误差分析差分析串模干串模干扰抑制比（抑制比（SMR）以以积分型分型为例例干扰信号：干扰信号：干扰信号：干扰信号：显示误差：显示误差：显示误差：显示误差：电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.1.4 DVM的抗干的抗干扰分析分析(续续)SMR SMR随干扰信号随干扰信号随干扰信号随干扰信号f f的增大而增大，的增大而增大，的增大而增大，的增大而增大，危害主要在低频危害主要在低频危害主要在低频危害主要在低频；T T1 1越大，则越大，则越大，则越大，则SMRSMR越大；越大；越大；越大；主要危害是主要危害是主要危害是主要危害是工频工频工频工频50Hz50Hz，因此，因此，因此，因此T T1 120n20n（msms）电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.1.4 DVM的抗干的抗干扰分析分析(续续)三、干三、干扰的的误差分析差分析共模干共模干扰DVMDVM浮置浮置浮置浮置测量的输入等效电路测量的输入等效电路测量的输入等效电路测量的输入等效电路低端与机低端与机低端与机低端与机壳隔离壳隔离壳隔离壳隔离Z Zi iZZ2 2Z Z2 2rrcmcm+r+r2 2电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.1.4 DVM的抗干的抗干扰分析分析(续续)三、干三、干扰的的误差分析差分析共模干共模干扰抑制比（抑制比（CMR）将将将将U Ucmcm引起在引起在引起在引起在R Rs s、r r1 1、r r2 2上的压降转换成串模干扰上的压降转换成串模干扰上的压降转换成串模干扰上的压降转换成串模干扰共模干扰电共模干扰电共模干扰电共模干扰电压的峰值压的峰值压的峰值压的峰值干扰引起的最干扰引起的最干扰引起的最干扰引起的最大显示误差大显示误差大显示误差大显示误差原理：原理：原理：原理：公式：公式：公式：公式：电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.1.4 DVM的抗干的抗干扰分析分析(续续)三、干三、干扰的的误差分析差分析共模干共模干扰抑制比（抑制比（CMR）Z Zi iZZ2 2，I I2 2II1 1，忽略，忽略，忽略，忽略I I1 1，则：，则：，则：，则：Z Z2 2rrcmcm+r+r2 2低端与机壳低端与机壳低端与机壳低端与机壳间的阻抗间的阻抗间的阻抗间的阻抗低端信号低端信号低端信号低端信号线电阻线电阻线电阻线电阻一般一般一般一般CMRCMR为为为为8686120dB120dB；除浮置外，还可采取以下措施：；除浮置外，还可采取以下措施：；除浮置外，还可采取以下措施：；除浮置外，还可采取以下措施：在输入端加在输入端加在输入端加在输入端加RCRC滤波器滤掉高频，滤波器滤掉高频，滤波器滤掉高频，滤波器滤掉高频，加屏蔽层。加屏蔽层。加屏蔽层。加屏蔽层。电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.2 直流数字直流数字电压表表由由现成的芯片加上成的芯片加上R、C元件构成元件构成7106，7107，7116，7135等等特点：特点：对CP要求不高，可用要求不高，可用RC代替石英晶体代替石英晶体LCD必必须用用30200Hz的方波交流的方波交流电驱动电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.3 多用型数字多用型数字电压表表电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.4 时间和和频率的率的测量量差频法差频法拍频法拍频法示波法示波法*电桥法电桥法谐振法谐振法比较法比较法直读法直读法李沙育图形李沙育图形测周期法测周期法模拟法模拟法频频率率测测量量方法方法数字法数字法电容充放电法电容充放电法电子计数器法电子计数器法*电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.4 时间和和频率的率的测量量(续续)电子子计数器的分数器的分类按功能分：按功能分：u*通用通用通用通用计计数器：数器：数器：数器：可可可可测测量量量量频频率、率、率、率、频频率比、周期、率比、周期、率比、周期、率比、周期、时时间间间间隔、累加隔、累加隔、累加隔、累加计计数等。其数等。其数等。其数等。其测测量功能可量功能可量功能可量功能可扩扩展。展。展。展。u频频率率率率计计数器：数器：数器：数器：其功能限于其功能限于其功能限于其功能限于测频测频和和和和计计数。但数。但数。但数。但测频测频范范范范围围往往很往往很往往很往往很宽宽。u时间计时间计数器：数器：数器：数器：以以以以时间测时间测量量量量为为基基基基础础，可，可，可，可测测量周期、量周期、量周期、量周期、脉冲参数等，其脉冲参数等，其脉冲参数等，其脉冲参数等，其测时测时分辨力和准确度很高。分辨力和准确度很高。分辨力和准确度很高。分辨力和准确度很高。u特种特种特种特种计计数器数器数器数器:具有特殊功能的具有特殊功能的具有特殊功能的具有特殊功能的计计数器。包括可逆数器。包括可逆数器。包括可逆数器。包括可逆计计数器、序列数器、序列数器、序列数器、序列计计数器、数器、数器、数器、预预置置置置计计数器等。用于工数器等。用于工数器等。用于工数器等。用于工业业测测控。控。控。控。电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.4 时间和和频率的率的测量量(续续)4.4.1 时间和和频率率标准准4.4.2 电子子计数式数式频率率计原理原理4.4.3 通用通用计数器的基本数器的基本组成和工作方式成和工作方式4.4.4 误差分析差分析电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.4.1 时间和和频率率标准准一、一、时间与与频率的原始率的原始标准准 1 1 1 1、天文、天文、天文、天文时标时标 2 2 2 2、原子、原子、原子、原子时标时标二、二、石英晶体振石英晶体振荡器器 1 1、组组成成成成 2 2 2 2、指、指、指、指标标时间科普网：时间科普网：http:/http:/电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.4.1 时间和和频率率标准准(续续)一、一、时间与与频率的原始率的原始标准准 1 1 1 1、天文、天文、天文、天文时标时标 世界时（世界时（世界时（世界时（UTUTUTUT,Universal TimeUniversal TimeUniversal TimeUniversal Time）:以地球自转以地球自转以地球自转以地球自转1 1 1 1天确天确天确天确定的时间，即定的时间，即定的时间，即定的时间，即 1/(246060)=1/864001/(246060)=1/864001/(246060)=1/864001/(246060)=1/86400为为为为1 1 1 1秒。秒。秒。秒。其误差约为其误差约为其误差约为其误差约为101010107 7 7 7量级。量级。量级。量级。历书时（历书时（历书时（历书时（ETETETET）：以地球绕太阳公转：以地球绕太阳公转：以地球绕太阳公转：以地球绕太阳公转1 1 1 1年的年的年的年的31556 31556 31556 31556 925.9747925.9747925.9747925.9747分之一为分之一为分之一为分之一为1 1 1 1秒。秒。秒。秒。参考点为参考点为参考点为参考点为1900190019001900年年年年1 1 1 1月月月月1 1 1 1日日日日0 0 0 0时（国际天文学会定义）时（国际天文学会定义）时（国际天文学会定义）时（国际天文学会定义）。准确度达。准确度达。准确度达。准确度达101010109 9 9 9 。电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.4.1 时间和和频率率标准准(续续)一、一、时间与与频率的原始率的原始标准准 2 2 2 2、原子、原子、原子、原子时标时标 基本原理：基本原理：基本原理：基本原理：原子（分子）在能级跃迁中将吸收原子（分子）在能级跃迁中将吸收原子（分子）在能级跃迁中将吸收原子（分子）在能级跃迁中将吸收(低能级到高能级低能级到高能级低能级到高能级低能级到高能级)或辐射（高能级到低能级）电磁或辐射（高能级到低能级）电磁或辐射（高能级到低能级）电磁或辐射（高能级到低能级）电磁波，其频率是恒定的：波，其频率是恒定的：波，其频率是恒定的：波，其频率是恒定的：分类：分类：分类：分类：激射器型和吸收型激射器型和吸收型激射器型和吸收型激射器型和吸收型电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.4.1 时间和和频率率标准准(续续)一、一、时间与与频率的原始率的原始标准准 2 2 2 2、原子、原子、原子、原子时标时标定义：定义：定义：定义：1967196719671967年第年第年第年第13131313届国际计量大会规定：届国际计量大会规定：届国际计量大会规定：届国际计量大会规定：“秒是秒是秒是秒是CsCsCsCs133133133133原子原子原子原子基态的两个超精细结构能级之间跃迁基态的两个超精细结构能级之间跃迁基态的两个超精细结构能级之间跃迁基态的两个超精细结构能级之间跃迁频率相应的射线束持续频率相应的射线束持续频率相应的射线束持续频率相应的射线束持续9,192,631,7709,192,631,7709,192,631,7709,192,631,770个周期的时间个周期的时间个周期的时间个周期的时间”。起点：起点：起点：起点：原子时的时刻起点为原子时的时刻起点为原子时的时刻起点为原子时的时刻起点为1958195819581958年年年年1 1 1 1月月月月1 1 1 1日日日日0 0 0 0时。时。时。时。准确度准确度准确度准确度：1 1 1 1210210210210-15-15-15-15(相当于相当于相当于相当于350350350350万年万年万年万年1111秒秒秒秒)，并仍在提高。，并仍在提高。，并仍在提高。，并仍在提高。电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.4.1 时间和和频率率标准准(续续)一、一、时间与与频率的原始率的原始标准准 2 2 2 2、原子、原子、原子、原子时标时标铯原子钟：铯原子钟：铯原子钟：铯原子钟：大铯钟大铯钟大铯钟大铯钟，专用实验室高稳定度频率基准；，专用实验室高稳定度频率基准；，专用实验室高稳定度频率基准；，专用实验室高稳定度频率基准；小铯钟小铯钟小铯钟小铯钟，频率工作基准。，频率工作基准。，频率工作基准。，频率工作基准。铷原子钟：铷原子钟：铷原子钟：铷原子钟：准确度：准确度：准确度：准确度：1010-11-11，体积小、重量轻，便于携带，体积小、重量轻，便于携带，体积小、重量轻，便于携带，体积小、重量轻，便于携带，可作为工作标准。可作为工作标准。可作为工作标准。可作为工作标准。氢原子钟：氢原子钟：氢原子钟：氢原子钟：短期稳定度高：短期稳定度高：短期稳定度高：短期稳定度高：1010-14-141010-15-15，但精度较低达，但精度较低达，但精度较低达，但精度较低达1010-12-12。电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.4.1 时间和和频率率标准准(续续)二、二、石英晶体振石英晶体振荡器器u电子计数器内部时间、频率基准采用电子计数器内部时间、频率基准采用电子计数器内部时间、频率基准采用电子计数器内部时间、频率基准采用石英晶体振石英晶体振石英晶体振石英晶体振荡器（简称荡器（简称荡器（简称荡器（简称“晶振晶振晶振晶振”）为基准信号源。为基准信号源。为基准信号源。为基准信号源。u基于压电效应产生稳定的频率输出。但是晶振基于压电效应产生稳定的频率输出。但是晶振基于压电效应产生稳定的频率输出。但是晶振基于压电效应产生稳定的频率输出。但是晶振频率易受温度影响（其频率频率易受温度影响（其频率频率易受温度影响（其频率频率易受温度影响（其频率-温度特性曲线有拐温度特性曲线有拐温度特性曲线有拐温度特性曲线有拐点，在拐点处最平坦），普通晶体频率准确度点，在拐点处最平坦），普通晶体频率准确度点，在拐点处最平坦），普通晶体频率准确度点，在拐点处最平坦），普通晶体频率准确度为为为为1010-5-5。u采用温度补偿或恒温措施（恒定在拐点处的温采用温度补偿或恒温措施（恒定在拐点处的温采用温度补偿或恒温措施（恒定在拐点处的温采用温度补偿或恒温措施（恒定在拐点处的温度）可得到高稳定、高准确的频率输出。度）可得到高稳定、高准确的频率输出。度）可得到高稳定、高准确的频率输出。度）可得到高稳定、高准确的频率输出。电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.4.1 时间和和频率率标准准(续续)二、二、石英晶体振石英晶体振荡器器1 1 1 1、组组成成成成电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.4.