《数字测量方法讲》PPT课件

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1、电子测量技术第4章数字测量方法电子测量技术数字电压表（DigitalVoltageMeter，简称DVM）。组成框图4.1电压测量的数字化方法1DVM的组成电子测量技术1)数字显示:2)准确度高:±0.0001﹪,1nV;3)测量范围:显示位数完整显示位：能够显示0-9的数字。非完整显示位(俗称半位)：只能显示0和1（在最高位上）。4.1电压测量的数字化方法2DVM的特点电子测量技术量程基本量程：无衰减或放大时的输入电压范围，由A/D转换器动态范围确定。扩展其他量程:通过对输入电压（按10倍）放大或衰减。例如：基本量程为10V的DVM，可扩展出0.1V

2、、1V、10V、100V、1000V等五档量程4.1电压测量的数字化方法电子测量技术4）分辨力高分辨最小电压变化量的能力。显示的末尾数字变化“1个字”。反映了DVM灵敏度。在最小量程上具有最高分辨力。例如，3位半的DVM，在200mV最小量程上，可以测量的最大输入电压为199.9mV，其分辨力为0.1mV/字。5）测量速度快每秒钟完成的测量次数。它主要取决于A/D转换器的转换速度。一般低速高精度的DVM测量速度在几次/秒-几十次/秒。4.1电压测量的数字化方法电子测量技术6）输入阻抗高√直流DVM：10MΩ-1000MΩ之间。(低量程输入阻抗高）√交流

3、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-几百pF之间。4.1电压测量的数字化方法电子测量技术7）抗干扰能力强4.1电压测量的数字化方法串模干扰指干扰信号以串联叠加的形式对被测信号产生的干扰电子测量技术串模抑制比4.1电压测量的数字化方法√起因：1）来自于被测信号源本身（例如，直流稳压电源输出就存在纹波干扰）；2）从测量引线感应进来的工频（50Hz）或高频干扰(如雷电或无线电发射引起的空中电磁干扰)。√特性：频率：直流、低频到超高频；波形：周期性的或非周期性的；正弦波或非正弦波（如瞬间的尖峰脉冲干扰）；随机的。各种干扰信号中，50Hz

4、的工频干扰是最主要的干扰源。电子测量技术4.1电压测量的数字化方法共模干扰干扰信号同时作用于DVM的两个测量输入端（称为高端H和低端L）电子测量技术4.1电压测量的数字化方法起因：被测电压本身被测电压与DVM的参考地电位不相等特性：直流电压和交流电压两类；共模干扰电压可能很大，如上百伏甚至上千伏。共模抑制比电子测量技术3DVM的主要类型逐次比较式4.1电压测量的数字化方法基本原理：将被测电压和一可变的基准电压进行逐次比较，最终逼近被测电压。即采用一种“对分搜索”的策略，逐步缩小Ux未知范围的办法。它类似天平称重的过程，用标准电源Ur，其各分项相当于提供

5、的有限“电子砝码”，被测电压Ux是被称量的电压量。逐步地添加或移去电子砝码的过程完全类同于称重中的加减砝码的过程，而称重结果的精度取决于所用的最小砝码。电子测量技术4.1电压测量的数字化方法电子测量技术电子测量技术原理：通过两次积分过程(“对被测电压的定时积分和对参考电压的定值积分”)的比较，得到被测电压值。4.1电压测量的数字化方法U-T积分式（双斜积分）电子测量技术电子测量技术工作过程准备阶段（t0-t1）。开关S4接通T0时间，积分电容C短接，使积分器输出电压Uo回到零（Uo=0）。对被测电压定时积分(t1-t2)。接入被测电压（设Ux为负），则

6、积分器输出Uo从零开始线性地正向增长，经过规定的时间T1，Uo达到最大Uom，式中，为Ux的平均值，为积分波形的斜率(定值)对参考电压反向定值积分(t2-t3)。接入参考电压(若Ux为负，则接入UN)，积分器输出Uo从Uom开始线性地反向减小(与Ux的积分方向相反)直至零。4.1电压测量的数字化方法电子测量技术此时，过零比较器翻转。经历的反向积分时间为T2，则有：将Uom代入可得：由于T1、T2是通过对同一时钟信号（设周期T0）计数得到（设计数值分别为N1、N2），即T1=N1T0，T2=N2T0，于是式中，为A/D转换器的刻度系数（“V/字”）。可见

7、计数结果N2（数字量）即可表示被测电压Ux，N2即为双积分A/D转换结果。4.1电压测量的数字化方法电子测量技术4.1电压测量的数字化方法双积分式ADC特点：①基于U-T变换的比较测量原理。②一次测量包括3个连续过程，所需时间为T0+T1+T2，其中，T0、T1是固定的，T2则与被测电压Ux有关，Ux愈大T2愈大。一般转换时间在几十ms-几百ms，（转换速度为几次/秒-几十次/秒），其速度是较低的，常用于高精度慢速测量的场合。③积分器的R、C元件对A/D转换结果不会产生影响，因而对元件参数的精度和稳定性要求不高。参考电压UN的精度和稳定性对A/D转换结

8、果有影响，一般需采用精密基准电压源。（例如，一个16bit的A/D转换器，其分辨率1LSB=1