數(shù)字多用表的計量檢定講稿ppt課件

1、數(shù)字多用表電學(xué)培訓(xùn)-課程主要內(nèi)容交直流數(shù)字儀器計量根底知識交直流數(shù)字儀器技術(shù)要求交直流數(shù)字儀器的根本原理交直流數(shù)字儀器的檢定第一章 交直流數(shù)字儀器計量根底知識 交直流數(shù)字儀器是指以數(shù)字方式顯示丈量結(jié)果，丈量或輸出交直流電壓，交直流電流，交直流電阻的儀器儀表。 第一節(jié) 數(shù)字儀器開展與現(xiàn)狀 數(shù)字儀器準(zhǔn)確度高，從2 1/2到8 1/2。不僅可以作為丈量用任務(wù)計量器具，也可以作為量值傳送用計量規(guī)范甚至計量基準(zhǔn)。 數(shù)字儀器具有智能化和可程控性，智能化經(jīng)過自動零位修正、自動線性修正等技術(shù)進一步促進了準(zhǔn)確度等性能目的的提高，同時還使數(shù)字儀器具有了丈量結(jié)果的自動數(shù)據(jù)處置、自動操作、自動量程轉(zhuǎn)換、自動檢測、自動

2、調(diào)整、自動診斷自動化等功能。可程控性使數(shù)字儀器可以與計算機銜接，經(jīng)過計算機等外部控制器實現(xiàn)更強大的自動測試、自動處置數(shù)據(jù)、自動編輯數(shù)據(jù)、自動存儲、自動顯示、自動打印等功能。 用計算機和可程控數(shù)字儀器可以方便地組成自動測試系統(tǒng)，使計量測試實現(xiàn)了自動化，使計量測試領(lǐng)域跟上計算機、網(wǎng)絡(luò)時代的步伐成為能夠。為了使不同國別、不同廠家、不同功能、不同類型的可程控數(shù)字儀器的接口具有通用性，使其可以方便地與計算機及其他安裝相互銜接，組成各種目的的自動測試系統(tǒng)，需求通用的接口總線。目前數(shù)字儀器常用的接口總線是GPIB通用接口總線和RS232C通訊接口總線。絕大多數(shù)臺式數(shù)字儀器、便攜式數(shù)字儀器都帶有GPIB接口或

3、RS232C接口。 假設(shè)各個不同廠家、不同功能的器件，都配裝了包含器件功能和接口功能的GPIB接口，由于各接口是規(guī)范化的，那么在組建自動測試系統(tǒng)時，人們在接口硬件方面無需再做任何硬件任務(wù)，只需用一條條GPIB母線將它們銜接起來，便可方便地組成各種目的的自動測試系統(tǒng)。RS-232C規(guī)范串行接口總線是美國電子工業(yè)協(xié)會EIA公布的串行通訊規(guī)范，目前廣泛運用于計算機與外圍設(shè)備的串行異步通訊接口中。在由多臺獨立數(shù)字儀器組成的自動測試系統(tǒng)中，每臺數(shù)字儀器都有顯示器、鍵盤和存儲器等部件。這些部件功能反復(fù)沒有必要，為了降低自動測試系統(tǒng)的本錢，電源的體積和分量，將獨立儀器中的顯示電路、鍵盤、存儲器等去掉，把丈量

4、電路部分和接口電路部分制成插卡式模塊，用不同的模塊與計算機等設(shè)備銜接組成自動測試系統(tǒng)，1992年制定了適用于模塊化儀器的接口總線規(guī)范VXIbus ReV.1.4。不同國別、不同廠家、不同功能的帶VXIbus接口總線儀器模塊，即VXIbus模塊都可插入同一機箱。VXI儀器系統(tǒng)是規(guī)范總線式模塊化儀器系統(tǒng)，普通由微機、VXIbus模塊和VXIbus機箱組成。 VXIbus儀器模塊是數(shù)字儀器的開展方向，VXIbus儀器自動測試系統(tǒng)是自動測試系統(tǒng)的開展方向。PCI、VXI、PXIVXIPCIPXI圖形言語的開展使我們可以用圖形言語編寫GPIB儀器自動測試系統(tǒng)的程序，與windows視窗操作系統(tǒng)類似，可以

5、經(jīng)過點擊圖標(biāo)和圖形來編寫和運轉(zhuǎn)程序，實現(xiàn)儀器程控，完成自動測試系統(tǒng)的測試目的。這些圖標(biāo)和圖形可以做成與獨立丈量儀器面板上的控制件和顯示件類似，這樣便在自動測試系統(tǒng)主計算機屏幕上構(gòu)成儀器軟面板，即所謂虛擬儀器。虛擬儀器的實現(xiàn)主要依托計算機圖形言語，美國惠普公司HP、美國國家儀器公司NI、美國吉時利公司Keithly和美國艾歐泰克公司Iotech研制開發(fā)出了許多適宜于自動測試系統(tǒng)的圖形言語，尤其是美國NI公司的labview得到了廣泛的認(rèn)同和運用。 數(shù)字儀器的開展使測試儀器跟上了計算機開展的步伐，計算機技術(shù)的開展產(chǎn)生了全新概念的丈量儀器，數(shù)字儀器是丈量儀器的開展方向，VXI硬件模塊和計算機軟件構(gòu)成

6、的虛擬儀器是數(shù)字儀器的開展方向，數(shù)字儀器將進一步軟件化、集成化、系統(tǒng)化。自動測試系統(tǒng)的硬件組建將更加方便靈敏，軟件編程將更加簡單，巧妙的測試方法，精深的測試技術(shù)，豐富的測試閱歷將被固化到測試程序中，構(gòu)成軟件方式的專家測試系統(tǒng)。目前交直流數(shù)字儀器的用途和性能程度為： 一、直流數(shù)字電壓表 直流數(shù)字電壓表的根本用途是丈量直流電壓，低電壓表可作為電壓指零儀，即作為丈量用任務(wù)計量器具，由于直流數(shù)字電壓表準(zhǔn)確度不斷提高，曾經(jīng)可以做到8 1/2位，10-6數(shù)量級，所以直流數(shù)字電壓表已進入校準(zhǔn)實驗室，作為量值傳送用的計量規(guī)范，承當(dāng)保管和復(fù)現(xiàn)直流電壓量值的義務(wù)，檢定直流電壓表，直流電壓源等直流電壓計量器具。智能

7、型直流數(shù)字電壓表還可以丈量一段時間內(nèi)被丈量的最大值、最小值，丈量誤差，比例，平均值，方差等。目前先進的直流數(shù)字電壓表性能為： 1. 顯示位數(shù) 到達(dá)8 1/22. 分辨力 到達(dá)0.01V3. 輸入電阻 到達(dá)10104. 丈量誤差 到達(dá)10-6數(shù)量級5. 丈量速度 到達(dá)每秒幾萬次6. 丈量范圍 100nV100kV按任務(wù)原理分1. 比較型 比較型又分為逐次比較型、剩余電壓再循環(huán)型2. 積分型 積分型又分為雙積分型、三積分型、脈沖調(diào)寬型、V-F變換型3. 斜波型 斜波型又分為斜波式、階梯斜波式4. 復(fù)合型 復(fù)合型又分為積分內(nèi)插式、積分電位差式。 二、直流數(shù)字電流表 直流數(shù)字電流表用于丈量直流電流，小

8、電流表可用作電流指零儀，還可用作計量規(guī)范，堅持和復(fù)現(xiàn)直流電流量值對直流電流進展量值傳送，檢定直流電流表，直流電流源等直流電流計量器具。目前先進的直流電流表性能為： 1. 顯示位數(shù) 6 1/22. 分辨力 0.1aA3. 丈量誤差 105數(shù)量級4. 丈量范圍 1pA20A 直流數(shù)字電流表的類型按原理分有電阻式、放大器式、斬波放大器式。按顯示位數(shù)分有三位、三位半六位、六位半。按體積外形分有臺式、便攜式、手持式、面板式。 三、直流數(shù)字歐姆表 直流數(shù)字歐姆表用于丈量直流電阻，精細(xì)低阻值的直流數(shù)字歐姆表普通可以丈量四線接法的直流電阻以便消除引線電阻引入的丈量誤差。直流數(shù)字歐姆表還可用作計量規(guī)范，堅持和復(fù)

9、現(xiàn)直流電阻量值，對直流電阻進展量值傳送，檢定直流電阻表，直流電阻源，直流電阻箱，直流電橋等直流電阻計量器具。目前先進的直流數(shù)字歐姆表的性能為： 1. 顯示位數(shù) 8 1/2 2. 分辨力 13. 丈量誤差 106數(shù)量級4. 丈量范圍 1108直流數(shù)字歐姆表的類型按原理分有恒流源式運算放大器法、四線丈量法、電壓法、比率法、逐位平衡法。按顯示位數(shù)分有三位、三位半八位、八位半。按體積外形分有臺式、便攜式、手持式、面板式。四、交流數(shù)字電壓表 交流數(shù)字電壓表用于丈量交流電壓，還可用作計量規(guī)范，保管和復(fù)現(xiàn)交流電壓量值，對交流電壓進展量值傳送，檢定交流電壓表，交流電壓源等交流電壓計量器具。目前先進的交流數(shù)字電

10、壓表的性能為：1. 顯示位數(shù) 6 1/22. 分辨力 1nV3. 丈量誤差 105數(shù)量級4. 丈量范圍 1mV10kV 10Hz10MHz交流數(shù)字電壓表的類型很多。按被丈量的參數(shù)分，有平均值表、有效值表、峰值表。最適用的是真有效值表，不僅可以丈量正弦電壓的有效值，也可丈量非正弦電壓的有效值，但原理復(fù)雜，本錢較高。平均值表原理構(gòu)造簡單，本錢低，只是不適用于非正弦，運用也比較多。峰值表只適用于某些特殊丈量，運用較少。按任務(wù)原理分，有檢波式、熱電式、電子式。按顯示位數(shù)分有三位、三位半七位半。 五、交流數(shù)字電流表交流數(shù)字電流表用于丈量交流電流，還可用作計量規(guī)范，堅持和復(fù)現(xiàn)交流電流量值，對交流電流進展量

11、值傳送，檢定交流電流表，交流電流源等交流電流計量器具。目前先進的交流數(shù)字電流表的性能為： 1. 顯示位數(shù) 5 1/22. 分辨力 1nA3. 丈量誤差 1044. 丈量范圍 10nA20A 10Hz100kHz交流數(shù)字電流表的原理多為分流器式。有國家檢定規(guī)程時，檢定必需執(zhí)行國家檢定規(guī)程，沒有國家的，可執(zhí)行部門或地方檢定規(guī)程，部門或地方也沒有時，應(yīng)作為校準(zhǔn)或測試工程。交直流數(shù)字儀器現(xiàn)有如下一些檢定規(guī)程：國家檢定規(guī)程JJG315-1983 直流數(shù)字電壓表檢定規(guī)程國家檢定規(guī)程JJG598-1989 直流數(shù)字電流表檢定規(guī)程國家檢定規(guī)程JJG724-1991 直流數(shù)字歐姆表檢定規(guī)程航天部檢定規(guī)程JJG航

12、天341999 交流數(shù)字電壓表檢定規(guī)程航天部檢定規(guī)程JJG航天351999 交流數(shù)字電流表檢定規(guī)程檢定和校準(zhǔn) 檢定是指為評定計量器具的計量性能，確定其能否合格所進展的全部任務(wù)，包括檢驗和加封蓋印等。它是進展量值傳送的重要方式，是保證量值準(zhǔn)確一致的重要措施。 “在規(guī)定條件下，為確定丈量儀器或丈量系統(tǒng)所指示的量值，或?qū)嵨锪烤呋騾⒖嘉镔|(zhì)所代表的量值，與對應(yīng)的由規(guī)范所復(fù)現(xiàn)的量值之間關(guān)系的一組操作。即校準(zhǔn)就是確定被校的量值。將被校所指示的量與規(guī)范所復(fù)現(xiàn)的量進展比較，來確定被校所指示的量的量值。 第二章 交直流數(shù)字儀器技術(shù)要求 第一節(jié) 數(shù)字表 一、示值誤差丈量器具的示值Xt與對應(yīng)輸入量的真值Xr之差值為丈

13、量器具的示值誤差。由于真值不能確定，故運用商定真值即規(guī)范值Xr替代真值。規(guī)范值是滿足規(guī)定的準(zhǔn)確度的用來替代真值的值，它普通是計量規(guī)范的示值。從計量角度來說，丈量器具的示值Xt與它所指示的輸入量的規(guī)范值Xr之差值為丈量器具的示值誤差，規(guī)范值是計量規(guī)范丈量這個輸入量時所指示的值。示值誤差按絕對方式表示為：絕對示值誤差的單位與輸入量一樣。示值誤差按相對方式表示為：相對示值誤差為無量綱數(shù)，以百分?jǐn)?shù)表示或10的冪次方表示。 示值誤差按任務(wù)條件的不同分為固有誤差和任務(wù)誤差。固有誤差是在規(guī)范條件下確定的示值誤差，又稱為根本誤差。規(guī)定根本誤差的意義在于：1便于評定考核計量器具的內(nèi)部質(zhì)量缺陷?？刂朴绊懥渴蛊溆绊?/p>

14、減小并且固定，在這種情況下，計量器具表現(xiàn)出來的計量性能反映了計量器具的內(nèi)部質(zhì)量缺陷，普通在規(guī)范條件下，計量器具的計量性能是最正確計量性能。在這種條件下運用，丈量誤差最小。2便于同類儀器性能比較。假設(shè)某臺直流數(shù)字電壓表25溫度下的年允許誤差極限為0.5%,另一臺直流數(shù)字電壓表20溫度下的24h允許誤差極限為0.1%，很難看出準(zhǔn)確度的優(yōu)劣，假設(shè)都用根本誤差來比較，便可一目了然。3便于量值傳送。較高一級計量規(guī)范校準(zhǔn)本級計量規(guī)范，確定本級計量規(guī)范的量值是在規(guī)范條件下確定的，本級計量規(guī)范校準(zhǔn)下級計量規(guī)范，確定下級計量規(guī)范的量值也應(yīng)在規(guī)范條件下確定。這樣量值傳送的準(zhǔn)確度高。任務(wù)誤差是在規(guī)定的任務(wù)條件下確定

15、的示值誤差。較高準(zhǔn)確度的交直流數(shù)字儀器的示值誤差都帶有時間概念為24h誤差、30d誤差、90天誤差、0.5a誤差、1a誤差。從上述數(shù)列中選取，1a誤差就是一年的示值誤差，其他類似。在這段時間內(nèi)不進展調(diào)整，延續(xù)或不延續(xù)任務(wù)，任何時辰實測誤差均應(yīng)符合這段時間的允許誤差極限。照實測24h誤差應(yīng)符合24h允許誤差極限。丈量器具示值誤差的技術(shù)要求為丈量器具的允許誤差極限，允許誤差極限是技術(shù)規(guī)范、規(guī)程中規(guī)定的丈量器具的允許示值誤差極限值。允許誤差極限按絕對方式表示為： 式中：lim允許誤差極限 Xt丈量器具的示值 Xm所丈量程的滿度值 a丈量誤差的相對項系數(shù) b丈量誤差的固定項系數(shù) 允許誤差極限按相對方式

16、表示為：允許誤差極限的圖形表示如圖9-2-1，圖9-2-2所示。從允許誤差極限的相對誤差曲線可見，被丈量越接近滿量程相對誤差越小，因此在運用數(shù)字儀器時要盡量運用接近滿量程的區(qū)域，在檢定數(shù)字儀器時，選擇的規(guī)范儀器，其準(zhǔn)確度不僅在滿度點要小于被檢的1/3，在遠(yuǎn)離滿量程的那些檢定點也要小于被檢的1/3。 tg=a%Xm Xm -Xm Xm b%Xm Xt a%b%Xt limXm 二、線性誤差丈量儀器輸入輸出特性實踐曲線與理想直線的偏向為線性誤差，該直線為量程始末的連線，即為去除零點誤差，調(diào)整滿量程誤差為零后，量程始末的連線。丈量儀器輸入輸出特性曲線即為被丈量與示值的關(guān)系曲線。丈量儀器普通都盡量設(shè)計

17、為線性的輸入輸出特性曲線，但由于設(shè)計制造的不完善，又總存在一定程度的非線性。線性誤差即表征這一計量特性。丈量儀器輸入輸出特性曲線圖如圖9-2-3所示。理想直線實踐曲線Xm -Xm XtXo 用一個量程內(nèi)各檢定點中的最大誤差的援用誤差表示線性誤差的大?。菏街校?實踐曲線與理想直線的最大偏向； 丈量儀器的滿度值。丈量儀器線性誤差用百分?jǐn)?shù)或10的冪次方表示。某一量程的一個點或幾個點的示值誤差可用外規(guī)范調(diào)整使其減小甚至消除，但又不是一切點都能被調(diào)整。假設(shè)丈量儀器線性度好，幾個點示值誤差被調(diào)整掉，其他點也會隨之減小，反之那么不然，所以線性誤差是丈量儀器的重要計量特性。三、反復(fù)性在一樣丈量條件下，丈量器具

18、對反復(fù)運用一樣的被丈量提供非常接近的示值的才干。一樣丈量條件包括：一樣的測試程序、一樣的觀測者、在一樣條件下運用一樣的丈量設(shè)備、一樣地點和在短時間內(nèi)進展反復(fù)丈量。反復(fù)性用多次反復(fù)丈量的實驗規(guī)范偏向表示：反復(fù)性是準(zhǔn)確度的先決條件，允許反復(fù)性極限與其允許誤差極限的比普通應(yīng)小于1/5。四、穩(wěn)定性丈量器具堅持其計量特性恒定的才干?？梢杂糜嬃刻匦宰兓侥硞€規(guī)定的量所經(jīng)過的時間表示，也可以用在規(guī)定時間內(nèi)所發(fā)生的變化表示。丈量器具作為計量規(guī)范，需求保管量值，穩(wěn)定性是非常重要的計量特性。丈量器具作為任務(wù)量具去進展丈量，假設(shè)有丈量誤差，可以進展修正，假設(shè)穩(wěn)定性不好，就很難修正，不能夠測準(zhǔn)，所以從某種意義上來講，

19、穩(wěn)定性比準(zhǔn)確度更重要。允許穩(wěn)定性誤差極限與其允許誤差極限的比普通應(yīng)小于1/3。五、分辨力丈量儀器能顯示出的被丈量的最小增量。也就是使交直流數(shù)字儀器最低一位數(shù)字變化一個字所對應(yīng)的被丈量的變化量。分辨力用被丈量的最小增量值表示。如假設(shè)6 1/2位直流數(shù)字電壓表的最小量程為100mV，那么它的分辨力為0.1V。分辨力是準(zhǔn)確度的先決條件，分辨力引入的丈量不確定度與其允許誤差極限的比普通應(yīng)小于1/5。六、鑒別力使丈量儀器產(chǎn)生未覺察的呼應(yīng)變化的最大鼓勵變化，這種鼓勵變化應(yīng)是緩慢而單調(diào)地進展。七、呼應(yīng)時間按規(guī)定的量值對丈量儀器施加鼓勵到呼應(yīng)到達(dá)并堅持在規(guī)定誤差范圍內(nèi)所需求的時間。八、復(fù)現(xiàn)性在變化的丈量條件下

20、，丈量器具對同一被丈量的丈量結(jié)果之間的一致性。九、超然性丈量器具不影響被丈量值的才干。十、輸入阻抗在任務(wù)形狀下，丈量儀器輸入端所呈現(xiàn)的阻抗值，它不含零電流和偏置電流的影響。直流數(shù)字電壓表開機任務(wù)形狀下的輸入電阻比非任務(wù)形狀下的輸入電阻大得多。這是由于直流數(shù)字電壓表輸入端的前置放大器的負(fù)反響作用會大大提高輸入電阻。銜接到負(fù)載才干很低的信號源如規(guī)范電池時應(yīng)特別留意應(yīng)在關(guān)機前先斷開銜接。十一、輸入零電流在任務(wù)形狀下，在輸入信號為零時，丈量儀器的輸入電路中由儀器內(nèi)部電路引起的電流。如圖 9-2-4。直流數(shù)字電壓表的輸入零電流在被測源內(nèi)阻上要產(chǎn)生電壓降引入丈量誤差，假設(shè)丈量線路的等效電路如圖9-2-4所

21、示，那么輸入零電流引入的丈量誤差為：直流電壓表被測信號源ROIO 假設(shè)IO約為1010A，RO約為1，那么約為1010V。直流數(shù)字電壓表輸入零電流引入的誤差影響數(shù)字電壓表的固定項誤差。假設(shè)不對輸入零電流引入的誤差進展修正，而且也不知道直流數(shù)字電壓表零電流確實切量值和被測信號源輸出電阻確實切量值，將引入丈量不確定度。應(yīng)進展詳細(xì)分析，使輸入零電流引入的丈量不確定度可忽略。直流數(shù)字電壓表零電流是由于前置放大器的失調(diào)電流、漏電流、斬波器的尖峰電流、輸入電流的不對稱性等緣由構(gòu)成的。十二、抗干擾特性任何企圖改動丈量儀器被測輸入信號的能源都稱為干擾源，根據(jù)干擾源與輸入信號的引線關(guān)系，可分為串模干擾和共模干擾

22、。一串模干擾抑制比NMRRNormal mode rejection ratio串接在直流數(shù)字電壓表輸入回路中的干擾源為串模干擾，如圖9-2-5所示。 對串模干擾的抑制才干用串模抑制比NMRR來表示。式中： Unm 串模干擾電壓的峰值，V；Unm 由串模干擾電壓引起的直流數(shù)字電壓表示值的最大變化，V。 H 直流數(shù)字電壓表 L直流數(shù)字電壓表的串模干擾抑制比往往與干擾信號的頻率有關(guān)，有時還與被測直流輸入信號的大小有關(guān)，檢定時應(yīng)按要求設(shè)置干擾信號的頻率和被測直流信號。串模干擾抑制比也是準(zhǔn)確度的先決條件，在同樣的串模干擾信號作用下，串模抑制比越大引入的丈量不確定度越小，應(yīng)進展詳細(xì)分析，使串模干擾引入的

23、丈量不確定度可忽略。 二共模干擾抑制比CMRRcommon mode rejectiou ratio同時加在直流數(shù)字電壓表高低輸入端與公共端之間的干擾源為共模干擾，公共端可以是機殼、大地、外供電電源地。共模干擾分直流共模干擾和交流共模干擾，如圖9-2-6 ，圖9-2-7所示。共模干擾一種情況是被測信號源的地與數(shù)字電壓表的地之間的電流引起的，另一種情況是數(shù)字電壓表浮地丈量引起的。對共模干擾的抑制才干用共模抑制比CMRR來表示。 式中：Ucm共模干擾電壓的峰值，V；Ucm由共模干擾電壓引起的數(shù)字電壓表示值的最大變化，V。 H 直流數(shù)字電壓表LG H直流數(shù)字電壓表LG直流數(shù)字電壓表的共模干擾抑制比往

24、往與干擾信號的頻率有關(guān)，有時還與被測直流輸入信號的大小有關(guān)，檢定時應(yīng)按要求設(shè)置干擾信號的頻率和被測直流信號，廠家在給出共模抑制比目的的同時，應(yīng)給出共模干擾電壓的頻率范圍，如500.5HZ或501.0HZ。共模干擾抑制比也是準(zhǔn)確度的先決條件，在同樣的共模干擾信號作用下，共模干擾抑制比越大，引入的丈量不確定度越小，應(yīng)進展詳細(xì)分析，使共模干擾引入的丈量不確定度可忽略。十三、波峰因數(shù)周期性被測信號的峰值與它的有效值之比。交流數(shù)字電壓表丈量其波峰因數(shù)小于規(guī)定的波峰因數(shù)的被測信號時，丈量誤差都應(yīng)滿足允許誤差極限。三、反復(fù)性規(guī)范源的反復(fù)性是在一樣條件下，對于一樣的示值，提供非常接近的輸出量的才干。規(guī)范源反復(fù)

25、性的其他一些概念與數(shù)字表一樣。四、穩(wěn)定性規(guī)范源穩(wěn)定性的概念與數(shù)字表一樣。五、分辨力調(diào)理規(guī)范源輸出調(diào)理盤最后一盤示值變化一個字，對應(yīng)的輸出量的變化量。分辨力用這一變化量表示。規(guī)范源分辨力的其他概念與數(shù)字表一樣。六、建立時間 從一個穩(wěn)定的輸出值設(shè)定另一輸出值開場至輸出信號到達(dá)并堅持在規(guī)定誤差范圍內(nèi)所需的時間。七、復(fù)現(xiàn)性在變化的條件下，規(guī)范源對同一示值，輸出電壓的一致性。八、輸出阻抗在任務(wù)形狀下，規(guī)范源輸出端對外呈現(xiàn)的阻抗。第三章 交直流數(shù)字儀器的根本原理 交直流數(shù)字儀器任務(wù)原理很多，交直流數(shù)字表有V/T變換型、逐次逼近比較型、雙積分型、脈沖調(diào)寬型、剩余電壓再循環(huán)型等，交直流規(guī)范源有放大器型，電阻分

26、壓型、脈沖調(diào)寬型等。下面重點簡介幾例，以便了解其任務(wù)原理，加深對交直流數(shù)字儀器性能的了解。 第一節(jié) 直流數(shù)字電壓表根本原理 一、直流數(shù)字電壓表根本原理直流數(shù)字電壓表根本原理框圖如圖 9-3-1所示。 Ux Ui N 衰減器K 前置放大器A A/D轉(zhuǎn)換器C 計數(shù)譯碼顯示器 基準(zhǔn)電壓A/D轉(zhuǎn)換器為模數(shù)轉(zhuǎn)換器。將被丈量Ux經(jīng)衰減器和前置放大器規(guī)范為A/D轉(zhuǎn)換器輸入范圍內(nèi)的量，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量N，計數(shù)譯碼顯示電路完成對N的記錄和顯示。不同的Ux值與不同的N值一一對應(yīng)，從而實現(xiàn)對模擬量UX的數(shù)字化丈量。式中：K衰減器衰減系數(shù)；A放大器放大系數(shù)；CA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換系數(shù)。理想情況下K、A、C都是

27、常數(shù)，N正比于UX，顯示值正比于被丈量。二、直流數(shù)字電壓表各部分主要功能一A/轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換器的作用是將規(guī)范化的模擬量Ui轉(zhuǎn)換成數(shù)字量N，這部分是直流數(shù)字電壓表的中心，不同原理的A/D變換器構(gòu)成了不同原理的直流數(shù)字電壓表，A/D變換器的不同特性也對整機的不同特性產(chǎn)生主要影響。二基準(zhǔn)電壓基準(zhǔn)電壓是直流數(shù)字電壓表的內(nèi)部參考電壓。我們講丈量就是將被丈量與同性質(zhì)的知的規(guī)范量進展比較，用規(guī)范量或規(guī)范量的倍數(shù)來表示被丈量。A/D轉(zhuǎn)換器就是實現(xiàn)這一比較的安裝，基準(zhǔn)電壓就是知的規(guī)范量。因此基準(zhǔn)電壓是作為丈量儀器的直流數(shù)字電壓表的不可短少的部件。三前置放大器前置放大器的作用一方面是使整機的丈量范圍向小量程擴展

28、，另一方面是為了改善整機的輸入特性，減小整機的零電流，提高整機的輸入電阻，并且前置放大器作為A/D轉(zhuǎn)換器的前級，也可以減小和固定A/D轉(zhuǎn)換器的信號源的輸出電阻。 四衰減器衰減器的作用是對大信號進展衰減以便使整機的丈量范圍向大量程擴展。五計數(shù)譯碼顯示電路將A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字量N變成十進制數(shù)顯示出來。三、A/D轉(zhuǎn)換器根本原理A/D轉(zhuǎn)換器類型很多。按被丈量分，有瞬時值和平均值型。按轉(zhuǎn)換技術(shù)分，有積分型和非積分型。按轉(zhuǎn)換程序分，有有程序和無程序。丈量是被丈量和規(guī)范量進展比較的過程，從這個概念出發(fā)，假設(shè)按怎樣比較來分，有直接比較型、間接比較型和復(fù)合比較型。直接比較型是將模擬電壓直接與規(guī)范電壓相比較，

29、得到數(shù)字量，這類包括延續(xù)比較，逐次比較，斜波電壓比較等多種。這種轉(zhuǎn)換是瞬時比較，抗干擾才干差，但速度快。間接比較型是輸入的電壓信號不直接與規(guī)范電壓相比較，而是先將兩者都變?yōu)橹虚g物理量，再進展比較中間物理量普通為頻率F或時間T，然后將比較得到的頻率或時間進展數(shù)字編碼，這類包括雙斜式，脈沖調(diào)寬式，積分型V-f式，多斜式等。這類轉(zhuǎn)換是平均值丈量，抗干擾才干強，但速度慢。復(fù)合型是將直接與間接比較兩類原理結(jié)合起來，取長補短，獲得了更佳的性能，目前這種類型的新產(chǎn)品不斷出現(xiàn)，開展很快，但線路復(fù)雜，本錢較高。以下舉例詳述A/D轉(zhuǎn)換器原理一逐次逼近比較型A/D轉(zhuǎn)換器1. 轉(zhuǎn)換原理逐次逼近比較型A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換

30、原理可以用天平稱法碼的稱量法來加以類比，如圖9-3-2所示。2. 逐次逼近比較型A/D轉(zhuǎn)換器的性能及對整機目的的影響1A/D的轉(zhuǎn)換準(zhǔn)確度A/D轉(zhuǎn)換過程是用D/A轉(zhuǎn)換器輸出的規(guī)范電壓法碼逼近輸入電壓Vi，轉(zhuǎn)換終了時，數(shù)碼方式的電壓法碼便可作為數(shù)字輸出。這時Vi=VRii取一切被保管下來的電壓法碼的那些號碼從表達(dá)式可見，A/D的轉(zhuǎn)換準(zhǔn)確度主要取決于D/A的轉(zhuǎn)換準(zhǔn)確度，后者普通比前者高。D/A轉(zhuǎn)換器普通由基準(zhǔn)電壓、模擬開關(guān)、解碼網(wǎng)絡(luò)、運算放大器組成，如圖9-3-5所示。普通：式中：Af運算放大器的閉環(huán)放大系數(shù)；VN基準(zhǔn)電壓；解碼網(wǎng)絡(luò)的電阻比率。與輸入數(shù)碼成線性關(guān)系 可見D/A轉(zhuǎn)換準(zhǔn)確度主要由基準(zhǔn)電壓

31、的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性、運算放大器的運算誤差、解碼網(wǎng)絡(luò)的比率誤差等決議，并直接影響DVM整機的丈量準(zhǔn)確度，構(gòu)成其相對項誤差。另外，模擬開關(guān)的剩余參量，放大器的零漂、噪聲、偏移等也直接影響DVM整機的丈量準(zhǔn)確度，構(gòu)成其固定項誤差。由于解碼網(wǎng)絡(luò)的比率誤差與輸入D/A轉(zhuǎn)換器的數(shù)碼有關(guān)，故反響逼近比較型A/D轉(zhuǎn)換器的非線性誤差具有比較復(fù)雜的方式，即不容易用一簡單的函數(shù)關(guān)系式來表達(dá)。 2A/D轉(zhuǎn)換器的分辨力比較器的閥值和零漂噪聲，放大器、A/D轉(zhuǎn)換器的零漂噪聲限制了轉(zhuǎn)換器的分辨力，也限制了DVM整機的分辨力。3A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度一方面受比較器動態(tài)呼應(yīng)的制約，另一方面受D/A轉(zhuǎn)換器呼應(yīng)

32、時間的限制，整個A/D轉(zhuǎn)換過程由固定的n步組成n為電壓法碼總個數(shù)，對每一步所安排的時間至少要大于比較器呼應(yīng)時間與D/A轉(zhuǎn)換器呼應(yīng)時間之和。但普通也在微秒級，例如對一個五位表來說，具有20個電壓法碼需20步，假設(shè)每一步為5s那么轉(zhuǎn)換時間僅為100s，故轉(zhuǎn)換速度高是逐次逼近比較型A/D轉(zhuǎn)換器的突出特點。同時由于轉(zhuǎn)換具有固定的程序，故轉(zhuǎn)換速度不隨輸入電壓Vi太小而變化。4抗干擾才干和被丈量性質(zhì)反響逼近比較型A/D轉(zhuǎn)換器屬于直接比較型，丈量的是被測電壓的瞬時值，因此抗干擾才干差，疊加在被測電壓上的干擾信號100%地反映在丈量結(jié)果中。 二雙斜式A/D轉(zhuǎn)換器1. 轉(zhuǎn)換原理雙斜式V-T轉(zhuǎn)換型A/D轉(zhuǎn)換器簡化

33、框圖如圖9-3-6所示。信號波形圖如圖9-3-7所示。2.雙斜式A/D轉(zhuǎn)換器的性能及對整機目的的影響1轉(zhuǎn)換準(zhǔn)確度由轉(zhuǎn)換公式可見，基準(zhǔn)電壓的準(zhǔn)確度穩(wěn)定性直接影響轉(zhuǎn)換準(zhǔn)確度，進而影響整機丈量準(zhǔn)確度的相對項誤差。N1 、N2的量化誤差影響整機準(zhǔn)確度的固定項。其次模擬開關(guān)剩余參量積分器的偏移、零漂、噪聲也都影響整機準(zhǔn)確度的固定項。2A/D轉(zhuǎn)換器的分辨力A/D轉(zhuǎn)換器的分辨力主要受比較器閥值電壓的限制，這也是影響整機分辨力的主要要素。3抗干擾才干雙斜式A/D轉(zhuǎn)換是間接比較型，丈量的是被丈量在采樣時間T1內(nèi)的平均值，因此對疊加在被丈量信號上的交流干擾信號有較好的抑制才干，普通情況下串模干擾電壓主要為電網(wǎng)電壓

34、，如圖9-3-8所示。假設(shè)取采樣時間為電網(wǎng)電壓周期的整數(shù)倍，那么對稱的工頻干擾即可完全消除。當(dāng)然，工頻變化時，T1不變，抑制才干將隨之下降，所以在檢查數(shù)字電壓表的串模抑制才干時，對所加的串模干擾信號的頻率有一定要求，在不同的頻率下，DVM表現(xiàn)不同的串模干擾抑制才干。4轉(zhuǎn)換速度雙斜式轉(zhuǎn)換速度較慢，為了提高對工頻干擾的抑制才干，采樣時間最少為20ms，因 此總的轉(zhuǎn)換速度就更慢了，普通不超越20次/秒，與反響逼近比較型相比差兩三個數(shù)量級。三脈沖調(diào)寬式A/D轉(zhuǎn)換器脈沖調(diào)寬式A/D轉(zhuǎn)換器原理框圖如圖9-3-9所示。脈沖調(diào)寬式A/D轉(zhuǎn)換器信號波形圖如圖3-10所示。A/D轉(zhuǎn)換器的原理類型是非常多的，這里我

35、們僅列舉出以上三個例子，遠(yuǎn)不能代表其全部，但從中可以對A/D轉(zhuǎn)換原理建立一個根本概念，了解不同原理的A/D轉(zhuǎn)換器，丈量的量是不同的例如有的測平均值，有的測瞬時值。原理不同，其性能目的各有優(yōu)缺陷例如有的速度快但抗干擾才干差，有的速度慢但抗干擾才干強。原理不同，非線性誤差性質(zhì)不同，即刻度特性曲線的外形不同。并且可以大致了解，A/D轉(zhuǎn)換電路影響整機丈量準(zhǔn)確度的誤差來源和要素加深我們對整機性能目的的了解，A/D轉(zhuǎn)換器作為DVM的中心，它的性能主要影響整機的丈量準(zhǔn)確度、線性度、穩(wěn)定性、分辨力、抗干擾才干、丈量速度、呼應(yīng)時間 四、前置放大器由于前置放大器主要作用是為了提高整機的輸入特性，因此DVM中的前置

36、放大器多采用電壓串聯(lián)負(fù)反響電路，以便提高整機的輸入阻抗。如圖9-3-11所示。 電壓串聯(lián)負(fù)反響電路一閉環(huán)放大倍數(shù)A可見前置放大器閉環(huán)增益僅僅決議于電阻的比值，電阻比值的誤差決議了閉環(huán)放大倍數(shù)的誤差，而采用精細(xì)線繞電阻，比值誤差是可以做得很小的。 當(dāng)一定時，Ao越大，這一誤差越小。當(dāng)Ao一定時，越大，這一誤差越小。的大小實踐上是DVM量程的不同，因此闡明不同量程放大器閉環(huán)放大倍數(shù)的誤差不同，這也是各量程誤差大小不同的緣由之一。另外放大器的零偏、零漂、噪聲也是重要的誤差源，它們是在輸入短路時，輸出端電壓。這是由于制造上的不對稱，時漂、溫漂、器件噪聲等引起的，它們的作用等效為在被測電壓上疊加了誤差電

37、壓，如圖9-3-12所示，這一誤差影響整機丈量準(zhǔn)確度的固定項誤差。二閉環(huán)輸入電阻前置放大器閉環(huán)輸入電阻的等效電路如圖9-3-13所示。可見閉環(huán)輸入電阻Ri比開環(huán)輸入電阻ri添加了1+Ao倍，普通DVM都利用串聯(lián)電壓反響技術(shù)來提高整機的輸入電阻，運用時要留意DVM在任務(wù)形狀即開機時具有很高的輸入電阻，而在非任務(wù)形狀即關(guān)機時輸入電阻僅僅是開環(huán)輸入電阻ri比Ri大大降低。三零電流IoDVM的零電流或是由運算放大器第一級管子的任務(wù)電流引起，或是由斬波器尖峰電壓引起，或是由斬波管走漏電流引起，它的大小隨溫度和濕度而變化，其方向是固定不變的，Io的大小與VX無關(guān)，但隨環(huán)境溫度變化。五、衰減器衰減器普通是電

38、阻分壓式，如圖9-3-14所示。分壓系數(shù)的誤差取決于分壓電阻的精度，普通是可以做得比較高的，但是要留意，當(dāng)輸入電壓比較高時，分壓電阻上的功率比較大時，電阻阻值相對低功率時會發(fā)生變化，進而呵斥分壓系數(shù)的誤差，在作1000V量程檢定時，有不少表顯示值隨時間而明顯變化，這恐怕就是分壓電阻阻值的變化所引起的。衰減器的輸入電阻構(gòu)成整機高量程輸入電阻，為提高輸入電阻，希望分壓電阻阻值盡量大，而太大了衰減系數(shù)又易受走漏電流的影響，所以又不能太大，普通高精度表高量程輸入電阻做到10M輸入電阻。六、基準(zhǔn)電壓基準(zhǔn)電壓多采用齊納二極管，從上述兩種A/D轉(zhuǎn)換可見數(shù)字表的顯示值都與基準(zhǔn)電壓有關(guān)，數(shù)字表的穩(wěn)定性，尤其是長

39、期穩(wěn)定性，主要由基準(zhǔn)電壓的基準(zhǔn)齊納管來決議，所以基準(zhǔn)電壓也是數(shù)字表的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。第二節(jié) 交流數(shù)字電壓表根本原理 一個交流直流電壓轉(zhuǎn)換器配上一個直流數(shù)字電壓表，就構(gòu)成一臺交流數(shù)字電壓表。交流電壓有三個特征量：平均值、有效值和峰值，根據(jù)這三個特征量，交直流電壓轉(zhuǎn)換器也分為平均值、有效值和峰值三種類型。采用不同原理的交直流電壓轉(zhuǎn)換器配上直流數(shù)字電壓表，就構(gòu)成不同原理的交流數(shù)字電壓表。 第三節(jié) 直流數(shù)字電流表根本原理 直流數(shù)字電流表是用于對直流電流進展精細(xì)丈量的一種主要設(shè)備。普通是將被測直流電流轉(zhuǎn)換成直流電壓信號，然后進展丈量。普通稱這種轉(zhuǎn)換電路為電流電壓IV轉(zhuǎn)換器。根據(jù)轉(zhuǎn)換原理的不同，可以分為兩種不同

40、方式的電流電壓IV轉(zhuǎn)換器，即分流器式電流電壓IV轉(zhuǎn)換器和負(fù)反響放大式電流電壓IV轉(zhuǎn)換器。根據(jù)被測電流的大小不同，這兩種轉(zhuǎn)換器都有廣泛的運用。最簡單的電流電壓IV轉(zhuǎn)換器是根據(jù)歐姆定律得來的：即讓被測電流IX經(jīng)過規(guī)范電阻RN變換成直流電壓UX，再利用直流數(shù)字電壓表丈量電壓的方法準(zhǔn)確丈量直流電壓UX，那么被測電流IX的大小用RN上的壓降UX表示為： IX=UX/RN對于多量程直流數(shù)字電流表，普通是經(jīng)過量程選擇開關(guān)分別接通不同阻值的規(guī)范電阻，從而實現(xiàn)對大小不同的被測電流進展分量程丈量。原理框圖如圖9-3-26所示。第四節(jié) 交流數(shù)字電流表根本原理在數(shù)字多用表中，交流電流的丈量功能是以電流電壓IV變換器和

41、交流直流ACDC變換器為根底實現(xiàn)的被測交流電流首先流經(jīng)電流電壓變換器，轉(zhuǎn)換成交流電壓，再經(jīng)過交流直流變換器轉(zhuǎn)換成直流電壓，最后經(jīng)量程選擇、模數(shù)轉(zhuǎn)換、顯示邏輯及驅(qū)動等，在顯示器件上顯示被測交流電流的實踐值。 第五節(jié) 直流數(shù)字歐姆表根本原理 將電阻變換成直流電壓的轉(zhuǎn)換電路被稱為電阻電壓變換器，簡稱為歐姆變換器。歐姆變換器通常有兩種構(gòu)成方式：即運算放大器法和積分運算法。直流數(shù)字式歐姆表通常由一個準(zhǔn)確的直流運算放大器和一個數(shù)字電壓表組成，有的做成插件，成為數(shù)字多用表的一部分，有的那么做成單功能的數(shù)字歐姆表?？傊瑪?shù)字歐姆表利用直流運算放大器進展電阻電壓變換，再用直流數(shù)字電壓表測出電壓，從而得到被測電阻的歐姆數(shù)值。交直流數(shù)字儀器的檢定 交直流數(shù)字儀器的檢定方法比較簡單，采用檢定規(guī)程引見的檢定方法即可。但應(yīng)留意寄生參數(shù)的影響，如直流數(shù)字電壓表的輸入電阻、零電流影響，小電流、高電壓丈量時漏電流影響，小電壓丈量時信號線電阻影響，大電流丈量時溫升影響等。 檢定規(guī)程 檢定規(guī)程普通包括如下內(nèi)容： 1 檢定規(guī)程的適用范圍； 2 被檢計量器具的用途原理和構(gòu)造； 3 被檢計量器具的技術(shù)要求； 4 被檢計量器具的檢定條件； 5 被檢計量器具的檢定工程； 6 被檢計量器具的檢定方法； 7 檢定結(jié)果的處置方法； 8 檢定周期的規(guī)定。第一節(jié) 直流數(shù)字電壓表的檢定 直流數(shù)字電壓表的檢定工程有：