数字化电测仪表

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1、第4章数字化电测仪表授课老师：第4章数字化电测仪表4．1概述4．2频率、周期的数字化测量4．3相位的数字化测量4．4电压的数字化测量4．5电阻、电容的数字化测量4．6单相有功功率的测量4．7微机化仪表4．1概述4.1.1数字化测量技术的发展世界上第一台数字式仪表于1952年在美国诞生。我国数字仪表的研制始于1958年。近六十年来，随着电子技术与计算技术的飞速发展，数字式仪表与数字测量技术获得了迅速的发展。4．1．2数字式仪表的结构4．1．3数字式仪表的特点与模拟式指示仪表相比，数字式仪表有以下优点：(1)准确度高。(2)输入阻抗高。(3)灵敏度高。(4)测得结果直接以数字形式给出

2、，无读数误差，且记录方便。(5)测量速度快。(6)测量过程自动化。(7)操作简单。数字式仪表的缺点是：(1)由于采用了大量的电子元件，其结构比模拟式指示仪表复杂得多。(2)不便于观察动态过程，不直观。(3)价格较高。(4)需要有较高水平的技术人员维修。4．1．4数字式仪表的分类(1)按显示位数分可分为三位、四位、五位、六位和七位等。(2)按准确度分①低准确度：在0.1%以下；②中准确度：在0.01%以下；③高准确度：在0.01%以上。(3)按测量速度分①低速：几次/秒～几十次/秒；②中速：几百次/秒～几千次/秒；③高速：几万次/秒以上。(4)按使用场合分①标准型：它的精度高，对环

3、境条件要求比较严格，适宜于实验室条件下使用或作为标准仪器使用。②通用型：它具有一定的精度，对环境条件要求比较低，适用于现场测量。③面板型：它的精度低，对环境条件要求比较低，是面板上使用的指示仪表。(5)按测量的参数分可分为直流电压表、交流电压表、功率表、频率表相位表、电路参数表和万用表等等。4．2频率、周期的数字化测量4．2．1电子计数器的原理4．2．2用电子计数器测量频率4．2．3用电子计数器测量周期4．2．4时间间隔的测量4．2．5测量频率比4．2．6电子计数器的误差4．2．1电子计数器的原理电子计数器也称为频率计，可以用来记录脉冲的个数、测量频率、频率比、周期和时间间隔等参

4、数电子计数器原理框图(1)输入通道输入通道包括放大、整形电路。各种被测信号(如正弦波、三角波、锯齿波等)经过放大、整形后转换成矩形脉冲信号，然后在主闸门的控制下进入十进制计数器。(2)时间基准电路由晶体振荡器和分频器组成。石英晶体振荡器产生稳定的时钟信号，经过分频后可以得到一系列周期已知的标准信号。这些信号可以作为计数器的标准计数脉冲(填充脉冲)，也可以作为各种时间基准，控制计数器的门电路。(3)控制电路控制电路在所选择的基准时间内打开主闸门，允许整形后的被测脉冲信号输入到计数器中。(4)计数器和显示器对控制门输出的信号进行计数，并显示计数值。4．2．2用电子计数器测量频率用电子

5、计数器测量频率的方法如图4.2.1所示:计数器的脉冲个数:可见，可以通过改变开门时间的方法来改变频率计的量限。测量频率的波形图4．2．3用电子计数器测量周期测量周期的原理框图假设计数器计得的数为，被测周期为，若未经分频直接用开启控制门，则进入计数器的脉冲的个数为即若,用控制计数器的开启，则计数器计得的数为即测量周期的波形图4．2．4时间间隔的测量测量时间间隔的电路框图用开门时间内计数器计得的标准脉冲个数来度量时间间隔测量时间间隔的波形图4．2．5测量频率比测量频率比的原理框图4．2．6电子计数器的误差(1)测量频率的误差(2)测量周期的误差(1)测量频率的误差被测频率由主闸门的开

6、启时间和这段时间内计数器的计数值所决定，其关系为:测量频率的相对误差为：表示测量误差的式(4.2.9)可以写成：电子计数器的量化误差计数器计数时产生的相对误差：(2)测量周期的误差根据式(4.2.5)可得电子计数器测量周期的相对误差表达式为式(4.2.12)所表示的测量周期的误差公式可以写成：(4.2.12)触发电平漂移引起的误差触发时间的最大值最小值为4．3相位的数字化测量4．3．1相位测量原理4．3．2相位-时间式数字相位计4．3．1相位测量原理相位的数字化测量主要采用过零鉴相法过零鉴相法测量相位的原理框图过零鉴相法测量相位的波形图设两个同频率信号的周期为，相位差为，两信号波

7、形过零点的时间差为，则存在下列关系式所以4．3．2相位-时间式数字相位计相位-时间式相位计框图标准脉冲数设信号和的周期为，则有：将代入式(4.3.3)，得：相位-时间式相位计波形图令，则4．4电压的数字化测量电压的数字化测量可以由直流数字电压表来实现。直流数字电压表是一种通用的电子仪器，它的功能很全，应用非常广泛。直流数字电压表的原理框图4.4.1逐位逼近比较式数字电压表4.4.2电压-时间变换型数字电压表4.4.3电压－频率型(U－f)数字电压表4.4.1逐位逼近比较式数字电压