电子测量数字测量方法.ppt

Chapter 4 §4.1 电压测量的数字化方法 §4.2 直流数字电压表 §4.3 多用型数字电压表 §4.4 频率的测量 §4.5 时间的测量 §4.6 相位的测量 §4.1 电压测量的数字化方法 §4.2 直流数字电压表 §4.3 多用型数字电压表 §4.4 频率的测量 §4.5 时间的测量 §4.6 相位的测量 * 数字测量方法 数字化测量是将连续模拟量转换成断续的数字量，然后进行编码、存储、显示及打印等。 进行数字化处理，比较方便的量是直流电压和脉冲(或交流)频率。对应的测量仪器是数字电压表 ( DVM ) 和电子计数器(一般称计数式频 率计 )。 * 直流 DVM 的测量原理 A/F (A/T) * 综合数字化仪表的测量原理 一、DVM的特点： 1．数字显示 2．准确度高 3．量程转换灵活：自动转换、手动转换 分辨力高 测量速度快 输入阻抗高 抗干扰能力强 二、DVM的主要类型： 按工作方式分类 1. 逐次逼近型、 2. 并行比较型/串并行型、 3. 积分型、 4. ∑-Δ调制型、 5. 电容阵列逐次比较型 6. 压频变换型 1. 并行比较型 DVM 工作原理 (1)电路 输入电压通过比较器与各个比较器的反相端电压比较，比较器反相端电压是参考电压UR通过电阻分档的电压，输入电压比哪些个档的参考电压高，则哪些个比较器就输出高电平，但是由于比较器后接优先编码器，所以只有最高级别的比较器输出的高电平被编码。 右图是3位并行A/D转换器。设参考电压为8V，比较器反相端的分档电压为1V，2V，3V，4V，5V，6V，7V。在第1个采样到来时，输入模拟量大于3V，则有三个比较器都输出高电平，但优先编码器只对反相端接3V分档电压的比较器的输出进行编码，输出数字量为011。余此类推，有如下的表格： (2)特点 优点：转换速度快。 缺点： 转换位数越多，需比较器数量越多。N位AD转换器需 2n-1 个比较器。 并行模/数转换原理图 优先编码器 采样脉冲 0 1 2 3 4 5 6 7 1 2 4 D D D 0 1 2 比较器 Uk R R R R R R R R 模拟输入 . 2．逐次比较型 DVM 工作原理 比较器 时序逻辑 控制电路 输出缓冲器 转换结束 输出允许 启动 时钟 U i U S D/A 转换器 基 准 源 数 据 寄存器 译 码 显 示 (1)特点 优点：转换速度较慢。 缺点： 转换电路相对精炼。 0.125VMAX V 0.6875VMAX 0.75 VMAX 0.625VMAX 0.5 VMAX 0.5VMAX 第一次比较 1 第二次比较 0 第三次比较 1 第四次比较 0 VIN 0 t 0.25VMAX 0.0625VMAX (2)电路 (3) 例 DVM做4次比较，基准Ur = 1V， 输入Ui =0.68V， Uom t0 t1 t2 t3′ t3′ uN 放大器积分输出： 工作过程：时段①：定时积分, T1 = t2-t1 ; 时段②：定值积分，从t2开始，过零结束; 若时钟频率为F，则T2 期间的脉冲数： (2)基本原理： (1)电路结构 3．双积分型 DVM 工作原理 (2)应用电路： 由集成块7106构成3位半数字电压表的典型电路如图 4．U-F变换型 DVM 工作原理 (1)电压反馈式U／F转换器组成原理 被测电压Ux经放大后输出电压Uo，经过U-F 转换器获得频率为UF 的序列脉冲。经过F-U 电路转换成UF ，再与UX 比较，产生差值电压ΔU＝ UX - UF 。两者差使UO及F 输出改变，如此循环，直至动态平衡。 若放大器的增益足够大，则ΔU≈0， UX ≈UF 。因为UF 正比于F ，∴UX 正比于F ， 即： UX ≈ k?F (2)特点 U/F型A/D转换器多用电压反馈形式。具有较好的抗干扰能力, 准确度和输入阻抗高。 其中 uN uN uT uo uN (3)原理电路 (4)应用电路： ①恢复型U－F 转换器电路图1 ②恢复型U－F 转换器电路图2 图4.1.10(b )　　恢复型U－F 转换器电路图 三、DVM的测量误差： DVM的固有误差，常用下列两种方式表示： 其中： ① a％UX 为示值相对误差，与读数成正比，称为读数误差。它与仪器各单元电路的不稳定性有关。 ②