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§4.3 数字电压表的概述


一、数字电压表组成原理


典型的直流数字电压表主要由输入电路、A/D转换器、控制逻辑电路、计数器、显示器,以及电源电路等几部分构成。除电源外可以分为模拟和数字两大部分。


二、数字电压表的主要技术性能


1. 测量范围

包括显示位数、量程划分和超量程能力、还可包括量程的选择方式是手动、自动或远控等。

1)量程:借助于分压器和输入放大器来实现

2)位数:显示位数:通常为3½位~8½位。

判定数字仪表的位数有两条原则:

能显示从09所有数字的位是整数值;

分数位的数值是以最大显示值中最高位数字为分子,用满量程时最高位数字做分母。

    3) 超量程能力:整数位没有超量程能力,半位才有可能有超量程能力,在临界量程处,不会降低精度和分辨力。

2、分辨率

DVM能够显示被测电压的最小变化值,即最小量程时显示器末位跳一个字所需的最小输入电压。用量程除以最大显示值来求取。例如,DVM的分辨率为1/1999=1mV分辨力越高,被测电压愈小,电压表愈灵敏,故有时把分辨力称作灵敏度。

3、固有误差(工作误差)

数字电压表所允许的最大绝对误差由两部分构成:读数误差和满度误差,可以表示为:

U=±(a%Ux+b%Um

U=±a%Ux±n个字

4、测量速率

是每秒钟能完成的测量次数或测量一次所需的时间,主要取决于DVM中所采用的A/D转换器的转换速率。

5、输入阻抗

目前,多数数字电压表的输入级用场效应管组成,在小量程上,其输入阻抗可高达104MΩ以上,在大量程时(100V1000 V),由于使用了分压器,输入阻抗一般为10MΩ

6、响应时间

DVM跟踪输入电压突变所需的时间。共分为三种:一种是衡量对阶跃输入电压响应速度的阶跃响应时间,一种是衡量对极性自动变换的相应速度的极性响应时间,还有一种是衡量对量程自动变换的响应速度的量程响应时间。

7、抗干扰能力

数字电压表的内部干扰有漂移及噪声,外部干扰有串模干扰及共模干扰。用串模抑制比和共模抑制比来衡量抗干扰能力。

三、数字电压表的分类


1、按位数分:三位半、五位、八位等

2、按测量速度分:高速、低速

3、按体积、重量分:袖珍式、便携式、台式

4、按A/D变换原理分:直接转换型、间接转换型

1)直接转换型(比较型)

原理:将被测电压与基准电压比较,在比较过程中被测电压被量化为数字量,直接用电子计数器计数,数字显示测量结果。

特点:测量速度快、测量精度高、抗干扰能力差

2)间接转换型(积分型)

包括V-T变换和V-F变换两大类

V-T变换原理:用积分器将被测电压转换为时间间隔,然后用电子计数器在此时间间隔内累计脉冲数,用数字显示。

V-F变换原理:将被测电压经过积分变为频率(计数脉冲),在标准闸门时间内累计脉冲数,用数字显示。

特点:抗干扰能力强、提高仪器稳定度、速度慢。

 



案例

案例


【例1DS26A直流DVM基本量程8V档固有误差为±0.02%Ux±0.005%Um,最大显示为79999,问满度误差相当于几个字?

解:一个字相当于多少电压:8V/79999=0.1mV

    0.005%Um=0.005%*8V=0.4mV  所以相当于4个字。

 

【例2】用4 ½SX1842DVM1.5V电压,分别用2V档和200档测量,已知:

2V档固有误差:±0.025%Ux ±1个字,200V档固有误差:±0.03%Ux±1个字

问:两种情况下由固有误差引起的测量误差各为多少?

 

测验


资源下载
扩展学习


教材阅读:《电子测量与仪器》第3版,陈尚松等,电子工业出版社.P164-168.

课外阅读:

张永瑞等,《电子测量技术基础(第二版)》,西安电子科大出版社.

陈永普等,《常用电子测量技术仪器使用》,电子工业出版社.

赵会兵等,《电子测量技术》,高等教育出版社.

林占江等,《电子测量技术(第3版)》,电子工业出版社. 

练习

两台DVM ,最大计数容量分别为199999999。若前者的最小量程为200mV,试问:

(1) 各是几位的 DVM 

(2) DVM的分辨力是多少?

(3) 若第DVM的工作误差为0.02%Ux±1字,分别用2V档和20V 档测量Ux=1.56V电压时,问误差各是多少?

 

答案:

解:(1)计数容量为19999DVM4位半,计数容量为9999DVM4位;

   2)第DVM的最小量程为200mV,所以DVM显示数据应为199.99mV,即最小分辨力为0.01mV

   3)当用2V档测量时:为1.9999V,所以一个字误差为:0.0001V,测量误差为:0.02%×1.560.0001V0.000412V0.41mV

当用20V档测量时:为19.999V,所以一个字误差为:0.001V,测量误差为:0.02%×1.560.001V0.001312 V1.3mV


 



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