电子测量技术与应用项目08第15-16学时2.4数字电压表.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,*,*,*,2.4.3,电压的数字化测量,双积分式,A/D,转换器工作原理及特点,能力目标：,能在理解数字电压表的原理基础上，更好地使用数字电压表,主要内容：,量程、显示位数、超量程能力、,分辨力、抗干扰能力；,1,2,4,3,电压的数字化测量,一、概述,数字电压表（,DVM,）,是利用变换原理，将待测的模拟量变换成数字量，并将测量结果以数字形式显示出来的一种电压表。主要了解两种,A/D,变换器。,(1),积分式,A/D,变换：,积分式,A/D,变换器是先用积分器将输入模拟电压变换成时间或频率，再将其变换为数字量。根据变换的中间量不同，它又分为,V,T,（,电压时间）式和,V,F,（,电压频率）式两种。,(2),非积分式,A/D,变换：,非积分式常分为两类：,比较式,（电位差计式）,和,斜坡电压式,。,2,数字电压表中能显示,0,9,十个数码,的数位称为满位，否则，称为半位,或,1/2,位。,二、,DVM,主要工作特性,P,44,1.,电压测量范围,（,1,）,量程,:,电压表的测量范围称量程。未经衰减器和放大器的量程称为基本量程，基本量程的测量误差最小。,（,2,）,显示位数,:,3,最大显示数字为,39.999,的称为 位数字电压表。,最大显示数字为,9.999,的称为,4,位数字电压表；,最大显示数字为,19.999,的称为 位数字电压表；,4,最大显示数字为,11.999,的也称为 位数字电压表，,虽然左边第二位在显示最大数字时只能显示为,1,，,但在其他情况下是可以显示,0,9,这十个数字的，该,位仍为满位，而左边第一位则可以显示,0,1,共,2,个,数字，故仍称之为 位数字电压表。,因为,39.999,的左边第一位可以显示的数字为,0,3,共,4,个数字，但可以作为有效数字的只有,1,、,2,、,3,共,3,个数字，而满位位数为,4,，故称之为 位数字电,压表。,5,超量程能力指的是数字,电压表在一个量程,上所能测量的最大电压超出量程值的能,力。,（,3,）,超量程能力,：,6,最大显示数字,;,对应量程,;,超量程能力,分别为,:,9.999,、,19.999,、,19.999,、,4.999,、,5.999,、,11.999,10V 20V 10V 5V 5V 10V,0%0%100%0%20%20%,7,分辨力即灵敏度，指数字电压表能够显示出的,被测电压的最小变化值，,也即显示器末位跳一个字所,需的最小输入电压值,。,不同量程的分辨力不同。,最小量程的分辨力最高。通常以最小量程的分辨,力作为数字电压表的分辨力。,例如：,4,位半,DVM,在,20V,、,200V,、,1000V,量程上的分辨力分别为,2.,分辨力,1,9,9,9,9,1,9,9,9,9,8,测量速率指每秒钟对被测电压的测量次数，,或完成一次测量所需的时间。数字电压表测,量速度的快慢主要取决于其中,A/D,转换器的,类型。,3.,测量速度,9,4.,抗干扰能力,串模干扰 抑制比：,共模干扰抑制比,：,10,数字电压表的固有误差一般采用以下两种表,示方法：,5.,测量误差,数字电压表的测量误差通常以它的固有误差来衡量，固有误差是指在基准条件下测定的误差，属于允许误差。,3.,测量误差,读数误差 满度误差,11,为被测电压的读数值；,为数字电压表量程满度值；,称为读数误差；,称为相对项系数；,称为固定项系数；,称为满度误差。,不同位数的,DVM,，不同量程时，,1,个字代表的最小电压值是不同的，即该量程下的分辨力。,n=,满度误差,/,分辨力,12,例：一台量程为,2V,的,5,位,DVM,，其绝对误差,U=0.01%U,x,1,分析：,5,位,DVM 2V,量程时,1,个字对应的电压变化值为,0.0001V,20V,量程时,1,个字对应的电压变化值为,0.001V,任一表示值下 的相对误差为：,可见,随,U,x,的增大而减小，当满量程时，,U,x,=U,m,误差最小。在满量程使用时可获得最高的测量准确度。因此测量时应尽量在接近满量程时使用。,1,9,9,9,9,1,9,9,9,9,13,例题：,某,5,位,DVM,在,5V,量程测得电压为,2.5V,，已知,5V,量,程的固有误差计算式为,:,（,0.006,%,U,x,0.004,U,m,）,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,，量程为,5V,，故,1,个字对应的电压,变化值为,0.0001V,；虽然给出计算式中的两项均带,，但,固有误差应是两项绝对值之和，且带号。计算如下：,读数误差为,：,0.006,%,U,x,=,0.006,%,2.5V=0.00015V,满度误差为,：,0.004,%,U,m,=,0.004,%,5V=0.0002V,满度误差相当于,：,0.0002,/0.0001=,2字,固有误差,：,（,0.00015,+0.0002,）,V=,0.00035V,14,6.,输入电阻和输入偏置电流,（输入零电流）,输入偏置电流又称为零电流，是由于,DVM,输入电路,中用到了场效应管等有源器件而使得在电压表输入,端短路时所出现的电流。测量电压时该电流是始终,存在的，应尽量减小输入偏置电流。,数字电压表的,Ri,10M,(,1G,),15,数字电压表组成,模拟电路、,数字逻辑电路 显示电路,16,三、非积分式,DVM,1.,逐次逼近比较式,DVM,逐次逼近比较式,DVM,中的,A/D,变换属于比较式,A/D,变换，其基本原理是用被测电压和基准电压进行比较，方法是将基准电压分成若干基准码，未知电压按指令与最大的一个码（通过,D/A,变换）比较，逐次进行，比较时大者弃，小者留，直至逼近被测电压。逐次逼近比较式,DVM,的组成框图如图,2-40,所示。,17,图中的,逐次逼近寄存器,SAR,由移位寄存器和数码寄存器以及一些门电路组成，它在时钟脉冲作用下逐次提供代表不同基准电压的基准码，并通过,D/A,变换器输出量化的基准电压，后者加到比较器与待测电压相比较。,18,设被测电压为,1315mV,逐次逼近寄存器,D/A,转换器为,8,位，参考电压为,5000mV,。,2,-1,5000=2500mV,，,2,-2,5000=1250mV,，,2,-3,5000=625mV,，,2,-4,5000=312.5mV,，,2,-5,5000=156.25mV,，,2,-6,5000=76.125mV,2,-7,5000=38.0625mV,，,2,-8,5000=19.03125mV,最终结果：,01000011,最终显示结果：,1308mV.,19,2.,斜坡电压式,DVM,斜坡电压式,DVM,测量的第一步是用一个线性斜坡电压将模拟直流电压变换成容易数字化的时间间隔，而该时间间隔与被测量成正比。测量的第二步是用计数法对这个时间间隔进行数字编码，以便把被测量用数字形式显示出来。,20,作业,P55 18,21,