电子测量技术夏哲雷第3章节.ppt

* [例] 一台3位半的DVM给出的精度为:±(0.1%读数+1字),如用该DVM的0~20V DC的基本量程分别测量5.00V和15.00V的电源电压，试计算DVM测量的固有误差。 [解]首先,计算出“1字”对应的满度误差。 在0~20V量程上,3位半的DVM对应的刻度系数为0.01V/字,因而满度误差“1字”相当于0.01V。 当Ux =5.00V时,固有误差和相对误差分别为： ΔUx＝±(0.1%×5.00V＋0.01V)＝±0.015V * 当Ux =15.00V时,固有误差和相对误差分别为： ΔUx＝±(0.1%×15.00V＋0.01V)＝±0.025V 可见,被测电压愈接近满度电压,测量的(相对)误差愈小(这也是在使用DVM时应注意的)。 当被测量(读数值)很小时,满度误差起主要作用,当被测量较大时,读数误差起主要作用。 为减小满度误差的影响,应合理选择量程,以使被测量大于满量程的2/3以上。 * DVM中各部件的误差分析 以双斜式A/D转换器构成的DVM为例,考虑由输入通道电路和A/D转换器各组成部件的非理想而引入的误差及相应的误差表达式。这些误差包括： 积分器误差； 比较器误差； 模拟开关误差； 基准电压源误差； 输入衰减/放大器误差； A/D转换器的量化误差。 测量误差 * 电压测量的干扰及抑制技术 干扰 是对有用被测信号的扰动,特别是当被测信号较小(或微弱)时,干扰的影响显得更为严重。 必须提高电压测量的抗干扰能力,特别是对于高分辨力高精度的数字电压表更为重要。 干扰分为： 串摸干扰 共摸干扰 * 串摸干扰和共摸干扰 串摸干扰 指干扰信号以串联叠加的形式对被测信号产生的干扰； 共摸干扰 指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)。 被测信号Ux 干扰信号Usm 干扰信号Ucm 被测信号Ux * 串摸干扰 串模干扰起因及特性： 可能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)； 也可能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)。 干扰源的频率来说,可从直流、低频到超高频;干扰信号的波形可以是周期性的或非周期性的,可以是正弦波或非正弦波(如瞬间的尖峰脉冲干扰),甚至完全是随机的。 各种干扰信号中,50Hz的工频干扰是最主要的干扰源。 * 串模干扰的抑制 抑制原理及基本方法 直流串模干扰：由于串模干扰是叠加在被测信号上,则很难从硬件上予以抑制,通常可采用软件校准和数据处理的方法来处理。 周期性串模干扰：可采用滤波的方法抑制(从被测信号中滤除掉干扰信号)。另外,采用积分式A/D转换器的DVM,由于积分对输入信号的平均作用,因此具有较好的抑制干扰的作用 尖峰脉冲的干扰：由于干扰强度大持续时间短,一般首先应在信号输入端加入限幅,再采用模拟硬件滤波器或软件数字滤波。 * 串模干扰的抑制 DVM对串模干扰的抑制能力用串模抑制比(SMR)来表示 Usmp为串模干扰电压的峰值； ΔUmax为由Usm引起的最大显示误差。 SMR愈大,表示DVM的抗串模干扰能力愈强,一般为 20~60 dB。 * 串模干扰的抑制 由于积分型DVM是对被测电压在测量周期内进行平均,所以具有较高的SMR。 设串模干扰电压为一正弦波,逼常以50 Hz工频干扰出现。如图: 加到DVM输入端的电压 设DVM的采样时间为T1,在T1内经积分后的电压反映了ux’的平均值 * 串模干扰的抑制 若串模干扰不能完全消失时,将产生显示值误差,可由SMR定义求得 串模干扰的危害主要在低频。 对50 Hz的工频干扰必须重视,它的Tsm＝20ms。 在采样时间T1内,干扰源频率愈高(Tsm愈小), SMR愈大 * 串模干扰的抑制 如果取T1 = nTsm 这时 当n为整数时,SMR=∞,即干扰信号经平均后消失 积分型DV M使用的采样时间为20ms的整数倍，一般取正向积分时间T1= 60~80 ms。 T1取值愈大,平均效果愈好,但将降低测量速度。 * 共模干扰 共模干扰起因及特性： 被测电压本身就存在共模电压(被测电压是一个浮置电压)。如测量一个直流电桥的输出。 当被测电压与DVM相距较远,被测电压与DVM的参考地电位不相等,将引起测量时的共模干扰 共模干扰电压也分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。 * 共模干扰的抑制 如图,共模干扰电压Ucm通过环路电流I1和I2同时作用于DVM的H、L端(他们对H、L端的影响量并不相等),从而造成测量误差。 I1在信号源内阻Rs及R1上的压降,以及I2在R2上的压降,分别转换成串模干扰后,对测量产生影响。 UC Z2 Z1 R2 R1 UX RS I2 I1 UC R2 R1 Z1 Z2