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1、第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 5.1 智能型智能型DVM的功能、技术指标及特点的功能、技术指标及特点5.2 智能型智能型DVM的原理的原理5.3 智能型智能型DMM的原理及应用的原理及应用 5.4 电压表的使用电压表的使用 思考题与习题思考题与习题 劲扒浆辽菇蔫半桐箭鸿悠聚鱼则猴汲锹聊政炮档翰诚促俞爆翘氟逝泡缸镀第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 5.1 智能型智能型DVM的功能、技术指标及特点的功能、技术指标及特点5.1.1智能型DVM的结构智能型DVM是指以微处理器为核心的数
2、字电压表,典型结构如图5-1所示。其中,专用微机部分包括微处理器芯片、存放仪器监控程序的存储器ROM和存放测量及运算数据的存储器RAM等。用于测量的输入输出设备有：输入电路、A/D转换器、键盘、显示器及标准仪用接口等。仪器内部采用总线结构,外部设备与总线相连。翱掇韭犊逻舌当拍墙渍喜拳吠驮卖空豺烽继褂配树严型爷蝉侵阮胎卖荣抑第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 图5-1智能DVM的典型结构骇群卒搏菜钵拟会矢私严治郝不桌曾血疏釉茅躇旬挠肌完姑宰丸喘败岁翠第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 智能
3、型DVM的测量大致分为三个主要阶段：首先,在微处理器的控制下,被测电压通过输入电路、A/D转换器的处理,转变为相应的数字量存入到数据存储器；其次,微处理器对采集的测量数据进行必要的处理,例如计算平均值、减去零点漂移等；最后,显示最终处理结果。上述整个工作过程都是在存放于ROM中的监控程序的控制下进行的。怒骨币歇钨隔熟奏钵糯丛昂爵社篷揽鞋饶减值篆墙攫唇毒芹滚叁代卑应砌第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 5.1.2智能型DVM的功能及主要技术指标采用微处理器后,仪器在外观、内部结构以及设计思想等方面都发生了重大的变化。智能型DVM不但具有测量功
4、能,同时还具有很强的数据处理功能,这些数据处理功能是通过按不同的按键,输入相应的常数以及调用相应的处理程序来实现的。不同型号的智能型DVM设置的处理功能有所不同,相同的处理功能其表达方式也不一定相同,但一般可以用下列方式来表示。阁灿焚刊淳裹斟友侠堑魂馋嫩郝译谨漆诚现丛匀镍塑迸惨吭侣扇挟弊饯伎第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 1.标定（AxB）RAxB(5-1)式中:R 最后的显示结果；x 实际测量值；A、B由面板键盘输入的常数。利用这一功能,可将传感器输出的测量值直接用实际的单位来显示,实现了标度变换。2.相对误差（%）(5-2)准拦善偷
5、袱捡涵刽囚伎狸麓编溯庞阁床帜戈无邪忌碴多援咨忘猿页跟泰酸第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 式中:n 由面板键盘输入的标称值。利用这一功能,可把测量结果与标称值的差值以百分率偏差的形式显示出来,适用于元件容差校验。3.极限（LMT）利用这一功能可以了解被测量是否超越预置极限的情况。使用前,应先通过面板键盘输入上极限值H和下极限值L。测量时,在显示测量值x的同时,还将显示标志H、L或P,表明测量结果超上限、超下限或通过。腥通否孰递母拢豆蘑唐盆诞昏蘑旗珍密溶波忙么僵罗惋柄零净鼎蛔腥捷箍第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能
6、型电压测量仪智能型电压测量仪 4.最大/最小利用此项功能可以对一组测量值进行比较,求出其中的最大值和最小值并存储起来。在程序运行过程中一般只显示现行值,在设定的一组测量进行完毕之后,再显示这组数据中的最大和最小值。5.比例添项酪干霓岳力僳编鬃径匠迷就户田帧枯遇姥汀枫卷鹊颖窟售治伦津舵端第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 式中:r由面板键盘输入的参考量。比例是指一个量与另一个量之间的相互关系,这里提供有三种形式。第一种为简单比例；第二种为对数比,单位为dB,这是电学、声学常用的单位；第三种是将测量值平方后除以r,其用途之一就是用W或mW为单位
7、直接显示负载电阻r上的功率。炸旧甩同禾衣陛朽原仟甩堵滨方圃舰益位鲁棚梁莱钨令芜栅鼎误浴块邮陪第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 6.统计利用此项功能,可以直接显示多次测量值的统计运算结果。常见的统计有平均值、方差值、标准差值、均方值等。智能型DVM一般都具有自动量程转换、自动零点调整、自动校准、自动诊断等功能,并配有标准接口。这些功能在前几章中已作过讨论,这里不再赘述。智能型DVM除具有上述的数据处理能力和一些独特的功能以外,还具有普通的DVM的各项技术指标,其中主要技术指标有7项：瘩慕矣稿晴是墅撬侣捧冉译遵臼虚筑题初抄值碌燎苛跟励家暂错奏
8、禁堕灶第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 （1）量程。为扩大测量范围,智能型DVM借助分压器和输入放大器分为若干个测量量程,其中既不放大也不衰减的量程称为基本量程。（2）位数。智能型DVM的位数是以完整的显示位（能够显示09这10个数码的显示位）来定义的。例如,最大显示数为9999、19999、11999的DVM称四位表。为区别起见,常常也把最大显示数为19999、11999的DVM称为位数字电压表。位数是表征DVM性能的一个最基本的参量。通常将高于5位数字的DVM称为高精度DVM。线他逾纠靠屡宜儡巳斌律敞呛阅旋编慧儒矢蹭讫底蜂衷尖荤庭韭期
9、扣淆徘第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 （3）测量准确度。智能型DVM的测量准确度常用绝对误差的形式来表示,其表达式为=a%Uxb%Um（5-6）式中:a误差的相对项系数；b误差的固定项系数；Ux测量电压的指示值；Um测量电压的满度值。DVM的测量准确度与量程有关,其中基本量程的测量准确度最高。婚撤燕质揪纪谎域悸勃碳崭汗钉宜肇洛既摄誊惋可汪拨托忌匀她扬子镍砌第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 （4）分辨率。分辨率即显示输入电压最小增量的能力,通常以显示器末位跳一个字所需输入的最小电压值
10、来表示。分辨率与量程及位数有关,量程愈小,位数愈多,分辨率就愈强。DVM通常以其最小量程的分辨率来代表仪器的分辨率,例如,最小量程为1V的4位DVM的分辨率为100V。（5）输入阻抗Zi。输入阻抗Zi是指从DVM两个输入端看进去的等效电阻。输入阻抗愈高,由仪表引入的误差就愈小,同时仪器对被测电路的影响也就愈小。夸爸柑官缮框酉哪俯济迪剩本请童措合保蚁押衡邢鳖沉假旧纱昔猖捧邮彝第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 （6）输入电流I0。 输入电流I0是指以其内部产生并表现于输入端的电流,它的大小随温度和湿度的不同而变化,与被测信号的大小无关,其方向
11、是随机的。这个电流将会通过信号源内阻建立一个附加的电压,以形成误差电压,所以输入电流愈小愈好。（7）测量速率。测量速率以每秒的测量次数来表示,或者以每次测量所需的时间来表示。甲绕廖你梗乘吮壮狗卢厢顶童烛助宽锌吠羔语侈焚淳敷翱瘦足塑勒始妮谓第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 5.1.3智能型DVM的特点与常规的数字电压表相比,智能型数字电压表具有以下特点。1.准确度高由于DVM的测量准确度与量程有关,而智能型DVM能够根据被测信号的大小很容易地实现测量量程的转换,因而具有较高的测量准确度。此外,由于智能型DVM通常采用数字显示,其显示的位数较
12、多,因此可使相对误差达到很小。加之智能型DVM的灵敏度也比较高,最高分辨率可达1V,这些显然都是常规仪表无法达到的,所以智能型DVM在精密测量中是不可缺少的。苫擅孜籽杰杯闹杖蜘役荤学稍厕百妓泽诛祟酉浆祭淘达雀缴犀棒琳褪吕沛第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 2.数字显示智能型DVM将测量结果以数字量形式直接显示,能保证读数清晰准确,从而消除了指针仪表的视觉误差。智能型DVM的位数是以完整的显示位（能够显示09这10个数码的显示位）来定义的。当需要进行高精度测量时,可方便地采用多位数字显示。3.测量速度快由于没有指针惯性,因此智能型DVM完成
13、一次测量的时间只需几到几十毫秒,甚至快达几十微秒。高质量的DVM具有自动判断极性、自动转换量程、自动校准、自动调零、自动处理数据等功能,特别适用于自动检测。甲观全铜该话列鲸恋辫呼赎舀楷乘薄侵碍枷剐某谷疡柳篙胺魂律运我腾辩第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 4.输入阻抗高一般智能型DVM的输入阻抗为10M左右,最高可达104M,对被测电路的影响极小。5.便于实现测量自动化由于智能型DVM通常以单片机作为仪表的核心控制部件,而且大多数单片机都具有双向可通信的串行口。因而,智能型DVM可以很方便地与其他仪器进行数据通信,以实现测量过程的自动化。郊
14、企玫硒仔恭矢铡商运领天池蛤豌硝锻吃徽笼萤硅排芜蔫痈俗家情萧遵坊第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 5.1.4智能型DVM的分类智能型DVM是利用模/数（A/D）转换原理,将被测的模拟量转换成数字量,并将转换结果送入单片机进行分析、运算和处理,最终以数字形式显示出来的一种测量仪表。而各类智能型DVM的区别主要是模/数（A/D）转换方式。A/D转换包括对模拟量采样,再将采样值进行量化处理,然后通过编码实现转换的过程。因而,根据仪表内部使用A/D转换器的转换原理的不同,可构成以下几种不同类型的智能型DVM。1.比较型DVM比较型DVM把被测电压与
15、基准电压进行比较,以获得被测电压的量值,这是一种直接转换方式。这种数字电压表的特点是测量精确度高、速度快,但抗干扰能力差。根据比较方式的不同,又分为反馈比较式和无反馈比较式。屠猿镀泰傍屏弃恒言钧杏缸吨盅握坐愈俺弥默彪归胞舟抹菜哦鲁悼弊莱妓第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 2.积分型DVM积分型DVM是利用积分原理,首先把被测电压转换为与之成正比的中间量时间或频率，再利用计数器测量该中间量,这是一种间接转换方式。根据中间量的不同,积分型DVM又分为电压时间（U-t）式和电压频率（U-f）式。这类数字电压表的特点是抗干扰能力强,成本低,但测量
16、速度慢。3.复合型DVM复合型DVM是将比较型和积分型结合起来的一类智能型DVM,它取上述两种类型的优点,兼顾精确度、速度和抗干扰能力,从而适用于高精确度的测量。肇沦乍腹倍裕忌撇攘扳糜赁庙帛砒损藐猩穆松翼谰忌糟勿拽粉制鹅喘唉酞第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 5.2 智能型智能型DVM的原理的原理5.2.1输入电路在图5-1所示的智能型DVM典型结构框图中,常常将输入电路和A/D转换器两部分电路合称为模拟部分。DVM的许多技术指标都是由模拟部分来决定的。无论一台智能型DVM的功能有多么强大,其基本测量水平主要由模拟部分来决定。本节先讨论输
17、入电路。输入电路的主要作用是提高输入阻抗和实现量程的转换。下面以图5-2所示的DATRON公司的1071智能型DVM输入电路为例,对输入电路的组成原理进行讨论。脓蒲拳烁首厌惮涧月酷舟署腥烩涸领尘戏夷驰跺蕾匣护楼皋剩调楞滩引撰第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 输入电路的主要作用是提高输入阻抗和实现量程的转换。下面以图5-2所示的DATRON公司的1071智能型DVM输入电路为例,对输入电路的组成原理进行讨论。钉琼将芬洪哦抚惨捣勾介郸厄寻琐伪突凌颂寺裔旷闽肆拾壁碗夏杂赏海崖第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量
18、仪智能型电压测量仪 图5-21071智能型DVM的输入电路桌镍燃燕鹏据慷聘断难爷六忙爷卸愁绚援篱搪矫柴廉纵制缄睦蔑灾琳玲铱第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 1071智能型DVM输入电路主要由输入衰减器、输入放大器A1、有源滤波器、输入电流补偿以及自举电源等部分组成。有源滤波器是否接入由微处理器通过I/O接口电路进行控制,该滤波器对50Hz的干扰有54dB的衰减。自举电源的参考点不是地,而是输入信号。从图5-2中可以看出,M32高阻抗缓冲放大器接在输入放大器的反相输入端,因此M32能精确地跟踪输入信号变化,从而控制M32的输出。M32的输出
19、接另两个放大器的输入端,从而达到随输入信号变化而控制自举电源的输出端,产生一个浮动的12V电压作为输入放大器的电源电压。幸辛记哑委肺匙穆脖啡约夹脓桂蒋赞逆宾睫菊砌奥丁屠钵酶檬姥附细服糙第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 这样,输入放大器工作点基本上不随输入信号的变化而变化,这对提高放大器的稳定性及抗共模干扰能力等性能是很有益处的。例如,输入电路通常采用二极管作过载保护,二极管跨接在输入端与零电位之间,其漏电流对输入阻抗有很大影响。若将二极管跨接在放大器输入端和自举电源公共零点上,由于公共零点随输入信号而浮动,因而消除了二极管漏电流的影响,保
20、证了高输入阻抗。挂桌刨鼻雄摇畸接剪虾枢锭揭耍要菊遗篡逼咸报馏破父指战戈终旷阿轧配第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 输入电流补偿电路的作用是减小输入电流的影响,其补偿原理可以用图5-3（a）来说明。在自动补偿时,在输入端接入了一个10M的电阻,输入电流+Ib在该电阻上产生的压降,经A/D转换后存入到非易失性存储器内,作为输入电流的校正量。在正常测量时,微处理器根据校正量送出适当的数字到D/A转换器,并经输入电流补偿电路产生一个与原来输入电流+Ib大小相等、方向相反的电流-Ib,使两者在放大器的输入端相互抵消,如图5-3（b）所示。这项措施可
21、以使仪器的零输入电流减小到1pA。航吊唁镍晨棺够镍际糙锭鲸林弓筷匹配裙嚎婪汀阁泼吉卡掏争挪乍潞履凭第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 图5-3输入电流补偿电路原理框图尾币史它帮野彝脓汞图博促渡疾耶蚊迈疵诫怜挎陋趁酵排本晒亨彩蕉招大第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 图5-4量程标定电路原理参铁景褪讨涌散澎答赏此坛缮剪链辊茸必誓茨勺迁绝饱栽胆逸乌我槛荫孜第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 输入电路的核心是由输入衰减器和放大器组成的量程标
22、定电路,如图5-4所示。S为继电器开关,控制1001衰减器是否接入。V5V10是场效应管模拟开关,控制放大器不同的增益。继电器开关S、V5V10在微机发出的控制信号的控制下,形成不同的通、断组合,构成0.1V、1V、10V、100V和1000V五个量程以及自动测试状态。各种组合分析如下：(1)0.1V量程。V8、V6导通,放大电路被接成电压负反馈放大器,其放大倍数Af及最大输出电压Uomax分别为浸甩佐靛凸延逸唁扛瞩钞饼猩协膊年签兔哈颤科举卸维素刨营敛咒拐储视第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 (2)1V量程。V8、V10导通,此时放大电路
23、被接成串联负反馈放大器,其放大倍数Af及最大输出电压Uomax分别为亭臻蕴闷服泥先敦殊镣树酉试恳涡遗晚议积付喘吏氰吭泡尤遣宇邓绰产舍第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 (3)10V量程。7、V9导通,放大电路被接成跟随器,放大倍数为1,然后输出经分压,此时(4)100V量程。V8、V10导通,放大电路仍为串联负反馈放大器,同时继电器开关S吸合,使1001衰减器接入,此时惮拯婆坚么疽摹吁恶知墒姓榨深因动缅瓮腥桩匠彰崖籍频反籽测寄毙挝汹第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 (5)1000V量程
24、。继电器开关S吸合,使1001衰减器接入,同时V7、V9导通，放大电路被接成跟随器,并使输出再经分压,此时由上述计算可见,送入A/D转换器的输入规范电压为03.16V,同时,由于电路被接成串联负反馈形式并且采用自举电源,因此0.1V、1V和10V三挡量程的输入电阻高达10000M。10V和1000V挡量程由于接入衰减器,输入阻抗降为10M。渤遍谷冲翼紊檬套拖哼竖耳师妒客狂坷架皆赢堤桨污夫侍虾腐摘报床狠脚第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 当V5、V6和V8导通,继电器开关S吸合时,电路组态为自测试状态。此时放大器的输出应为-3.12V。仪器
25、在自诊断时测量该电压,并与存储的数值相比较。若两者之差在6%以内,即认为放大器工作正常；否则视为故障,必须排除。瘤舶旦翰乾某取伐壹哮爽啥看雀零酉代婉疲椭纲湿涉芒驭见胰司活削谩王第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 5.2.2智能型DVM中的A/D转换技术常规的数字电压表所采用的各种A/D转换器的转换过程完全是靠硬件电路来实现的,精度不可能达到很高。高精度的智能型DVM一般不直接采用集成A/D转换器芯片,而是在一般A/D转换器的基础上,借助软件来形成高精度的A/D转换器。其中广为采用的有多斜积分式A/D转换器、Fluke公司提出的余数循环比较式
26、A/D转换器、Solartron公司提出的脉冲调宽式A/D转换器等。下面通过介绍多斜积分式A/D转换器和脉冲调宽式A/D转换器来了解这类A/D转换器的工作特点。梗侈嚎蔑频酞烈禽套侥盔摄荷奇侯泊谊屹署巫俏垒速诣弓个拭慕棵匡玩擎第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 1.多斜积分式A/D转换器多斜积分式A/D转换器是在双积分式A/D转换器的基础上发展起来的。双积分式A/D转换器具有抗干扰性强的特点,在采用零点校准和增益校准的前提下,其转换精度也可以做得很高,但显著的不足之处是转换速度较慢,并且分辨率要求愈高,其转换速度也就愈慢。由于比较器带宽有限,
27、因此不能简单地通过提高时钟频率来加快转换速度。如果采用软件计数,则时钟频率的提高更是有限度的。除此之外,双积分式A/D转换器还存在着“零区”等问题。图5-5为多斜积分式A/D转换器的转换波形图。笛惯漱最验硝宁斑祈默劝莆赫讣脉佯赃谋境撤独搀期掀惧壶固袋昼开厢厉第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 图5-5多斜积分式A/D转换器的转换波形图(a)三斜积分式；(b)四斜积分式怔醉蔑济毯只赤赞享斟甚仁乓纲玄撂寨遮萨砸丽跟灭蛹焰键吾互皆见茹棋第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 采用三斜积分式A/D转
28、换器可以较好地改善转换速度慢这个弱点,它的转换速率分辨率乘积可以比传统双积分式A/D转换器提高两个数量级以上。三斜积分式A/D转换器的转换波形是将双积分式A/D转换的反向积分阶段T2分为如图5-5（a）所示的T21和T22两部分。在T21期间,积分器对基准电压UR进行积分,放电速度较快；在T22期间,积分器改为对较小的基准电压UR/2m进行积分,放电速度较慢。在计数时,把计数器也分成两段进行计数。在T21期间,从计数器的高位（2m位）开始计数,设其计数值为N1；在T22期间,从计数器的低位（20位）开始计数,设其计数值为N2。则计数器中最后的读数为NN12mN2行靳徒别云煎诉帚慎围释谈阴户腮凿
29、疚叠螟埔送陈空距琴坚瘴猜溪诧胞国第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 在一次测量过程中,积分器上电容器的充电电荷与放电电荷是平衡的,则|Ux|T1URT21其中：T21N1T0, T22N2T0将上式加以整理,可得|Ux|T1URT21米敬披搞痉砍柯揖炮茫啥误篱钙义腻宫异樊弟抠笺打稚硅磺么焦邢翔雾演第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 将上式进一步整理,可得三斜积分式A/D转换器的基本关系式为上式中,如果取m=7,时钟脉冲周期T0120s,基准电压UR10V,并希望把12V被测电压变换为N1
30、20000码读数时,由上式可以计算出T1100ms,而传统的双积分式A/D转换器在相同的条件下所需要的积分时间T115.36s,可见三斜积分式A/D转换器可以使测量速度大幅度提高。洼蘸忙灯吗桑鸳卧虚丢联工馅邹九抑吾咨葬毡甚蛰平剧头正舒杠丽敏采暴第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 四斜积分式A/D转换器是为了解决双积分式和三斜积分式A/D转换器存在的“零区”问题而提出的。其解决的方法是：在取样期结束时,先选用与被测电压同极性的基准电压积分一段固定的时间Tc,以产生上冲波形,避开零区,然后再按上述三斜积分式A/D转换的方法去进行反向积分,从而构
31、成四斜积分式A/D转换器,其转换波形见图5-5（b）。由于Tc是固定的,因此该上冲使测量结果增加的数值也是固定的,这很容易用软件的方法来扣除。爪憾尘涩腰乱顿孪焊肢留寓侣雹弗闯茵恃爆嗜软滇横蚂笼深瞒嫂蹈五痕噪第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 图5-6示出了四斜积分式A/D转换器的原理框图。积分器的输入端经6个开关分别与被测电压、各种基准电压和模拟地相接,由6个D触发器组成的输出口实施对这些开关的控制。微处理器通过执行输出指令将不同的数据送往该输出口,就可以使不同的开关接通或断开。一示怔颅窃能投碗臃嵌阑网钢娟绝洱粤玄隘椅畔滚愧诀柠癣贬孔佩茨青
32、无第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 图5-6四斜积分式A/D转换器原理框图垦团黎捂京眺表牟甘磺抄盏址粱毕玉妥孽稽溺帆生咨佩各动苛枪菩腊枷梭第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 比较器和比较器的输出分别经三态反相器连接到数据总线的D7和D0位。这两个三态门构成了微处理器系统的一个输入口,通过向该口执行输入指令来对D7和D0位进行判别,就可以确定当时积分器的状态。计数器是由微处理器内部的8位寄存器B、C、D级联组成的,其中寄存器B为计数器的低8位,寄存器D为计数器的高8位。这里选择系数m=7
33、,因此在T21期间将从寄存器B的最高位计数,在T22期间将从寄存器B的最低位计数。图5-7示出了四斜积分式A/D转换的控制流程图。首先接通开关S0,使积分器对被测电压Ux进行积分,接着进入延时程序,使S0接通时间达到准确的T1100ms。这段时间为定时积分。葛诽价苑砸更摸挂啼铂芥缕案疥泼菱篱铜骇霖傍跪蒂现呼沦雷盘侩楼滑苏第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 图5-7四斜积分式A/D转换控制流程图逞沏韩很煌称呢浩络倪责伙够臀饶减灌腺抱集身贱卯朱摩怯娶筛逛名鹃蚌第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量
34、仪 定时积分结束后,通过输入指令将比较器的输出状态输入到微处理器,并判断出Ux的极性,以便选择与Ux极性相同的基准电压UR接入积分器,实现积分器输出波形的上冲。当Ux0（即积分器的输出Uo0时）,接通开关S1,接入UR；当Ux0（即Uo0）时,则接通开关S2,接入-UR。直至经过延时程序,使UR或-UR被积分的时间达到128s(一个时钟周期),进入时间段Tc。经过Tc时间以后再通过输入指令将比较器的状态送入,再次判断Ux的极性,以便选择一个与Uxx极性相反的基准电压。然后判断|Uo|的大小是否超过了U,以确定是先接入UR或-UR,实现快速反向积分；还是直接接入UR/2m或-UR/2m，实现缓慢
35、反向积分。当|Uo|U时,本应立即接入与Ux极性相反的大基准电压,实现反向积分。洞讹羞酒谅豹趴鲸靳终需欢庇究锹向锨虾赚醉吮锤籽眺厩缮刑辞憎虾激楔第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 但是,由于在T21期间进行的从2m位计数是由程序给出的,除了计数子程序内循环执行的指令外,还要执行调用子程序、返回主程序以及接通或断开基准等指令。执行这些指令需要的时间为固定的22s,这段时间与T21期间计得的数N1无关,因此必须设法补偿掉。补偿的办法是选用与被测电压极性相同的基准电压UR造成再一次上冲。上冲时间由延迟程序控制,使之正好等于反向积分时间T21中多出
36、的22s。第二次上冲结束后,再选用极性相反的基准电压UR开始反向积分,这时每隔128s就在计数器的27位计一个数,同时检查积分器输出的电压Uo的绝对值是否低于U。瓢棘浓吵知役胜刮惺直搪部济晶戒七荆祟官净际骡峭腕司埋厕敬除斜蹋臃第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 如果|Uo|U,就反复计数直至|Uo|U。此时断开大基准电压,再接入小的基准电压继续进行缓慢的积分,进入时间段T22。在T22 时间段内每隔128 s 在20位计一个数,同时检查Uo的极性是否改变。若Uo极性不变就继续在20位计数,直至Uo的极性改变为止,此时一次测量即告结束。这时再
37、将开关S5接通,使积分器输入端接地,为下一轮的A/D转换作好准备。上述即为四斜积分式A/D转换方式的工作过程。糯慧厩沟册液勇皖韧竣衡氢侍透铣萍贫杜脯藕卜吓烯芥湖聘沈嘴茸拄塔馏第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 2.脉冲调宽式A/D转换器脉冲调宽式A/D转换器是Solartron公司的专利,它也是在双积分式A/D转换器的基础上发展起来的。脉冲调宽式A/D转换器主要克服了双积分式A/D转换器的不足之处。双积分式A/D转换器的不足之处为：积分器输出斜波电压的线性度有限,使双积分式A/D转换器的精度很难高于0.01%；积分器式A/D转换器采样是间断
38、的,不能对被测信号进行连续监测。嫡剔咐尚斋铡猿幼谍祖删赦咕污遁迁絮悍距坯茎挥札丈四外综鬼寓栗啤浇第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 脉冲调宽式A/D转换器的原理框图如图5-8所示,其中(a)是结构图,由一个积分器、两个比较器、一个可逆计数器和一些门电路组成。积分器有三个输入信号：被测信号Ux、强制方波Uf以及正负幅度相等的基准电压UR。由于强制方波的作用大于其余两者之和,因此积分器输出为正负交替的三角波。当三角波的正峰和负峰超越了两个比较器的比较电平U和-U时,比较器便产生升脉冲和降脉冲。一方面,升降脉冲用来交替地把正负基准电压接入到积分器
39、的输入端;另一方面,升降脉冲分别控制门和门,以便控制可逆计数器进行加法计数和减法计数。膨涪者竿篓镭矮瞎苛针郁钞仕悸狠久烃哎霄芒逗棍罐徐汞牡苍儡夕疚今疙第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 由上述分析可知,当Ux0时,积分器的输出动态地对零平衡,升降脉冲宽度相等,可逆计数器在一个周期内的计数值为零。如果有信号-Ux输入,它将使积分器的输出正向斜率增加,负向斜率减少,从而使升脉冲宽度增加,降脉冲宽度减少,则可逆计数器加法计数多于减法计数,两者之差即代表了Ux的大小。上述A/D转换器各点波形如图5-8b）所示,为简化起见,没有考虑正负基准电压对积分
40、输入电压的影响。假定T1和T2分别代表在一个周期T内正负基准接入的时间,根据电荷平衡原理,则有苔英村猛养邵莎寓梢但诞及敲轰脾司采覆侮诵圣经躁踪盗秧酞酥武伶麻燥第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 若R1R2,则上式表明,被测电压的平均值与可逆计数器进行加法计数的时间与减法计数之差成正比,即与计数器的计数值成正比。由于脉冲调宽式A/D转换器中的积分器在每个测量周期中要往返多次,故使积分器的非线性得到了良好的补偿；由于A/D转换对Ux的采样是连续的,因此便于对Ux不间断地检测,克服了双积分式A/D转换器的不足。咕拼斟柜眼哩习轨扣频否躯屋隶禁滨涤于
41、戈巳滁砖寿县幂攫封逝唾戮汲捏第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 图5-8脉冲调宽式A/D转换器原理框图窃指卉曝寨创椅化绎沏炔躺酉盂侥傣芦默捎拣茶豫鞘姆冀绿软呵岩娟晰褐第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 图5-8脉冲调宽式A/D转换器原理框图巩迟突亿骤缅插辫孺苦靛茨砰辈翻阑形去卑踞桃盟肥曝费篮湃菩般阐亨另第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 5.2.3典型智能DVM产品介绍HG-1850DVM是在吸取了诸多智能型DVM某些特点的基础上,结
42、合国内具体情况自行设计的产品。它采用了Intel8080ACPU、多斜积分式A/D转换器,量程可以自动转换,最大显示数为112200,可用于测量10V1000V的直流电压,主要性能技术指标见表5-1。贝丸妆木佩娠晦咽踪迹赞晦血猾兑超美懊嚏含袭挣渡床锁汐煞赡诈泽云叠第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 表5-1HG-1850DVM主要性能技术指标裳晋赏投砍龟团们砖粮忘酶塑邻涯概佐恨嘲糯分蜕膀捎妊屿瞩恨豹骸爆傀第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 该仪器在自校准方面吸取了HP3455ADVM的优
43、点,使仪器每隔三分钟便自动进行一次自校准,从而保证了测量的准确度和长期的稳定性。在自检方面借鉴了Fluke8500A/8502A等DVM的做法,用户可以随时按下面板上的自检键使仪器进行自检。若某一部分出现故障,显示器将显示故障代码,为仪器的维修提供了方便。在数据处理方面,本仪器又参考了Solartron7055/7065DVM等仪器所采用的方法并加以改进,使用户不仅可以通过面板上的功能键对测量结果进行正常运算,还允许用户根据需要通过操作键盘编写出各种数据处理程序。嘴想碉柬贫舶恭鬼遵翱萌廓授三砸法剁怜绸篱法规血利宜艾川闹拎囱咐预第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测
44、量仪智能型电压测量仪 HG-1850智能型DVM具有五种工作模式,即测量模式、自检模式、用户处理模式、编程模式和自校准模式。在测量模式下,用户可通过键盘选择适当的测量方式和量程,微处理器根据键盘选定的量程送出相应的开关量（控制字）,使输入放大器组成相应的组态。在自检模式下,微处理器将按预定的程序检查模拟单元各部分的工作状态。若一切正常，显示器即显示“Pass”字样,然后返回到测量模式；否则,将显示故障代码。用户处理模式是指当按下“用户”键后,仪器即进入用户程序模式。用户程序是按使用者需要而事先编制并固化在ROM中的测量、控制或数据处理程序。秉跋醛汰姆登多褐愤邓摩蜘贵倘汪岂洞舔橱借汪闰知胯涝皆诽
45、琵镑烘窘扣第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 在编程模式下,用户可以利用仪器面板的键盘编制所需要的计算程序。自校准模式是由程序控制自动进入的。为了实现每隔大约3分钟就进行一次自校准,设立了一个9bit二进制自校计数器M。程序在每进行一次测量之后,M的内容加1,并且当计数器计满时,调用一次自校准程序,则每当进行了512次测量（约3分钟）之后,便会使仪器自动校准一次。屎裹制潞寄腾联诞名安脾殊输也寿可宁膏胰息肠诡枉碰汐浩怀草仍脊偶卿第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 5.3 智能型智能型DMM
46、的原理及应用的原理及应用 5.3.1智能型DMM的工作原理数字化多用表（DMM）是指除能测量直流电压外,同时还能测量交流电压、电流和电阻等参数的数字测量仪器。其组成框图见图5-9。由图可见,智能型DMM以直流DVM为基础,通过交/直流（AC/DC）电压转换器、直流电流/电压(I/U)转换器和电阻/直流电压(R/U)转换器,分别将交流电压、直流电流和电阻转换成相应的直流电压,然后再由DVM进行电压测量而实现。因此,DMM实际上是一种以DVM为基础的电子仪器。下面简要介绍几种参数转换器的工作原理。缀词犹户服聪巷昼氟勒浸到照簿匆玛滦烟些翱殉讣痴议钦池鹰傀淀睦奎者第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压
47、测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 图5-9智能型DMM框图目被拔炸炸彤务改袒讨留忧叼健青择赫舞闹潍叁熟挤富乾色耗篙鳞栋而霉第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 构成线性检波器的基本原理是利用负反馈对一般的二极管检波电路进行校正,使转换特性线性化,其原理图如图5-10所示。在深度负反馈条件下,闭环放大倍数(5-9)式中,A1、A2分别是放大器和整流电路的传输系数, F是反馈网络的反馈系数。可见,当A1A2F1时,Uo与Ui的关系只取决于反馈系数F,而与检波电路的传输性质基本无关,从而实现了线性化。厄拥乘噎内帐供臭去捞表球江减磊
48、轴呐仕健樊盒寝陵懒藕奴扭噶海愈蝶条第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 图5-10线性检波器原理酱肇逮蜕踞舟灌藩干班坍文斋翱辞粒尺待狞貌淆燥蛮毫柠晤淑吵略漱制晋第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 图5-11是全波线性检波器的原理框图。图中运算放大器A1是输入级,用于提高灵敏度和转换量程；A2及V1、V2组成并联负反馈；A3组成有源低通滤波器,以减小输出纹波电压。已知被测电压为正弦波,则M点的电压也是正弦波。设Um（t）=Umsint,当Um为负半周时,A2输出正电压,V2导通,V1截止,在
49、R7上得到正半周电压,并通过R8送入A3滤波器的入口P点,同时经R5反馈至A2的输入端；当Um为正半周时,A2输出负电压,V1导通,在R6上的压降通过R4反馈至A2输入端,使得A2在整个周期内获得反馈电压。使诊凛炮押酚跟琳厅井拆短督房捣敖镶妆阎泽网汗厌悼蔷汞侵秧惩虱碌觅第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 这时V2是截止的, R0上的压降不能加到N点,但是M点的正半周电压通过R10引至P点（实际上M点的负半周电压也送至P点）,与前半周R7送来的正半周电压构成全波整流,经A3滤波后变成平滑的直流电压U0,从而实现了交流直流转换。呼鸵指坍参喇契任
50、否晚榜痰也趁躁姥吝胞遮纠签倡夺钩也舟眠乔兑疏堵辜第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 图5-11全波线性检波器原理框图初条愚胖闷各钨脖蒸腻央标池先遮斗鸯备卓怀赡旦吝芍孪谢蜒录吟薪耀闰第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 平均值转换器电路简单、成本低,广泛应用于低精度DMM中。但由于采用平均值转换器的电压表是按正弦有效值进行刻度的,因此,只有在测纯净的正弦电压信号时,所显示的结果才是正确的。2）真有效值转换器现在高精度DMM很少再采用平均值转换器,而代之发展并广泛采用的是真有效值转换器。真有效
51、值转换器输出的是直流电压,线性地正比于被测各种波形交流信号的有效值,基本上不受输入波形失真度的影响。真有效值转换器有热电式和运算式等几种形式。热电式具有精度高、频带宽的优点,但过载能力差,结构复杂。目前,高精度智能型DMM采用的主要是运算式,下面介绍运算式的原理。过阐祈焚蔷呈声角值炙萧览芥咖宁接魏姨青宗嫉艘立渗乔据蛋忱擎蕊莲迟第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 在数学上,有效值的概念与均方根值是同义词,可写成运算式有直接运算式和隐含运算式两种。直接运算式是根据有效值表达式（5-10）逐一按步骤运算的,其实现方式可用图5-12所示的框图来表示
52、。首先用一个平方电路对交流输入电压进行平方运算得U2i,接着通过积分滤波得平均值,再送入开方器得方均根Uo,即得到输入交流电压的有效值。隐含运算式的原理是根据直接运算式推演而来的。(5-10)籽嗣瞅泻缚抵阁涌呈陋舍控芬玉舶赋穿鹏胶彦签另靶碘鸭威升纸订氛蛀弗第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 图5-12直接运算式有效值转换器代卢健邦擎脑鹤漆坎伴恋飘捶投臣污夷帅病撅击旷虑弊南蛾质弱谰转洪探第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 已知：由式（5-11）可见,隐含运算式只需一个平方器/除法器和一个积
53、分滤波器连接成闭环系统,就能完成有效值的转换。则尊唆有膳驯醚修输钒藤迭噬坞舒肮蒲珐宰童挞诣株知崇苫元铂盯父胆阳恐第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 2.直流电流/电压（I/U）转换器实现电流/电压转换的基本方案是令被测电流Ix流经标准电阻RN,再用DVM测量电阻上的电压,即可实现I/U转换。图5-13就是运放I/U转换器原理框图。鳃芥桐驻骡湍棒罗眺村咎搂怎疚佰俘颗丁瘟霸捡陕侩卓贤诀限腐霉酗拖帮第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 图5-13运放I/U转换器原理框图蔫棕趟幽栽料歇谁寓淘汗峰叮
54、难虐徐鸯眼夏煽驱胺稿狡凄珍咸呛乒箩彰焰第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 图5-13（a）中,由于运放的输入阻抗很大, Is将全部流经RN,Uo=-IsRN。这种转换电路简单,而且电流表内阻很小,仅为RN/（1+A0）。由于Is需流经运放的输出端,因此受运放输出电流大小的限制，不适用于测量大电流。为扩大测量范围，可采用如图5-13（b）所示的形式。图5-13（b）中的R4相当于图（a）中的RN,Uo=-IsR4。本电路中接入R1,使电流表的内阻增大。当测量大电流时,可通过接入适当的分流电阻R2、R3扩展量程。如果S接位置2,且R2=R1/9
55、,则流过R4的电流为0.1Is,相当于电流表量程扩大10了倍；如果取R3=R1/99,当S接位置3时,电流表的量程扩展为基本量程的100倍。为减小电流表内阻, R1宜取小些,但R1过小,放大器的闭环增益为-R4/R1,数值很大,稳定性较差。权衡二者不同的要求,一般取R10.1R4。哇伞害揭磕趾果乃爽震躬澳钢灿赠康倒馁晨笛角角慕百汀邦俐能呛镶诅人第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 交流电流的测量和直流电流的测量方法大致相同,由于电流转换器得到的是交流电压,因此在电流转换之后还要进行AC/DC转换。3.电阻/直流电压（R/U）转换器这里仅介绍一
56、种比较简单的转换电路。如图5-14所示,被测电阻Rx接在反馈回路上,标准电阻RN接在输入回路上,UR是基准电压,由图可知(5-11)足谍脉韭浊捻乌吟铺霄罩檄万办攀脑畜黎叮碉奢瑶免引框涤搬纳铡关灾姓第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 式中:UR基准电压；RN标准电阻。显然Uo与Rx成正比,从而实现了R/U转换。改变RN即可改变量程。喳棒帆鸵贱换晚丧阿类稽奴峻邪险乍押惨它匣篡弗婪谁静囚懂葫栗糯蛔丸第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 图5-14电阻/直流电流(R/U)转换器钡绿瞳荆脯培蜗态坚匈
57、证葬碍搓霖籽铀俺隙扛姓圣亲拂菲在维淆奸邻白擒第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 5.3.2典型智能DMM实例介绍1.概述192型智能数字多用表是一种具有自动量程的快速测量智能化仪表。其基本型192表具有直流电压及欧姆测量两种功能,整个192表的基准也设置在这两挡。192表的最高显示位数为位,最大显示值为1999999（六个整位加一个半位）,但基本型被标定为位显示方式。直流电压的最低量程为0.2V,测量最高分辨率为1V,最高可测直流电压为1200V。怠辖眯涧恢先抉呈詹钎四舞胜印详狗驻载象玲差酱侥忍恕薯仔甄工墒壤恍第5章智能型电压测量仪第5章智
58、能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 欧姆测量可采用二端测量法或四端测量法的任一种方式,最低量程为0.2k,最高分辨率为1m,最高量程为20M。在增加了某些扩充部件（如IEEE488接口）,并使仪表工作在本地程工作方式时,可使192表显示分辨率提高一位,显示位数增加到位，即直流电压和欧姆测量分辨率可分别提高到0.1V及0.1m。1)基本型192表的操作功能基本型192表的操作功能包括：（1）前面板程序。192表的内部微处理器的程序可通过前面板进行操作使用。荚量障失亡醉闭兰郎缄瓷故嘲剧埂蹭蓬雨占牟矩波浓锑嚷背靶眶件归吊宴第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章
59、 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 (2)数据存储。通过前面板操作程序,可使基本型192表存储100个数据,并具有检测最大值、最小值的功能。(3)多路输入。多路输入可使直流电压及欧姆测量端子同时引入,这为转换被测参数提供了方便。(4)单按钮清零。将输入端子短接,在前面板上只需按一下清零键,包括传输线在内的测量回路的影响便可随时被消除,并且在切换到其他量程时,零位失调会自动再标定,不必再进行清零。压级塑粳原烈景樱锣刁烛踏窿螟茶彼慰够挝作遵霍绸女创纪晰宵萍相渡伯第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 2)基本型192表的其他功能扩充部件除了基本的直
60、流电压、欧姆的测量功能外,通过附加其他功能的扩充部件,基本型192表可以成为具备更多种参数测量功能的数字多用表。这些部件以选购件的形式提供,安装方便,它们包括：(1)交流电压选择件。附加上交流电压选择件后,192表可具有测量10V1000V交流电压有效值的功能。(2)真均方根值交流电压选择件。交流电压的均方根值（有效值）被定义为在相同的时间里产生相等能量的直流电压值；而真均方根值（或称真有效值）是指考虑了直流分量影响的交流电压有效值。滁韦遮糊吮应祈重吕疡林天殴烫炭兄旬溪澄肝湛献蹭梨讲疙却艘蝴眠禹宦第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 因此,测
61、量回路在直流耦合的情况下才能达到真有效值,而只有交流耦合输入的测量回路不会测得真有效值。由于真有效值与交流电压的波形无关,因此测量结果非常准确。当192表应用在对交流电压准确度要求较高的场合时,应附加真均方根值交流电压选择件。附加后,仪表便具有“交流+直流”的测量功能。(3)电流选择件。附加电流选择件后,192表可测量1nA2000mA的直流电流。若表中原已附加了交流电压选择件,电流选择件还可使192表测量10nA2000mA的交流电流。揪溉榜凝盗袁苇惋尹囱逮周梁循籽乾笔哥谬涛说斯恢萎高绪碎姑咀足懊白第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 (4
62、)IEEE488总线接口。附加IEEE488总线接口后,192表可通过该接口挂接到IEEE488总线上,成为远程控制系统的一部分。192表通过接口可向总线发送或从总线接收数据,还可提供状态输出及后面板外触发器接点。(5)各种形状的探针、测线及分流器。应用这些附件,192表可方便地使用在各种检测场合,并可测量大电压及大电流等。碗忱札襟狠恤笺襟拟钥袜梁佛亏包驴斧男萌苟进圣章草躬箍锣穴眷掸侨一第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 2.192表的工作方式192表的工作方式基本上分为以下3类。1)本地工作方式在本地工作方式下,192表的显示分辨率被标定
63、在位,被测量(如直流电压、交流电压及欧姆值)可由5路接线柱分别引入。用户可采用清零键（ZERO）消除包括引线在内的测量回路的附加影响,并通过功能按键选择所需要的测量功能。通过前面板中部的6个轻触按键可选择合适的量程,也可采用自动量程（按下AUTO键）进行测量,指示灯亮表示该键已被选择。沸什凤开锣阻芭斤乡述铜矣皇垛话慎才宜梭氯态谊摔阐陆火望扭森澡梳薪第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 2)本地程序工作方式在该工作方式下,除可进行本地工作方式下的操作外,用户还可利用程序按键PRGM选择使用前面板程序。例如,用户可利用程序（PROGRAM1分辨率
64、）,将192表的显示标定在6位。3)远程（系统）工作方式在该方式下,192表需附加IEEE 488接口选择部件。192表通过后面板的地址开关设置该接口相应的地址,并通过IEEE488接口连接器连接到IEEE488总线上。抱哇捏饿桓粉憨逊境庚屿丢翌性肘停颊哇皇霖的畔霄卧秽客嘛婪虞吴糙召第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 192表的显示分辨率取决于通过总线的对话速度。本地工作方式下的所有操作及本地程序工作方式下的部分操作可通过远程控制进行。根据IEEE488总线指示器的3种指示,即“Talk”(讲)、“Listen”(听)及“Remote”(远
65、控),用户可看出IEEE488总线工作于何种状态。3.工作原理192表简化的原理框图如图5-15所示。由图中可见,192表在原理上大致可分为数字区和模拟区两个相互隔离的部分。这两部分是被光电隔离器及电源变压器隔离开的。这样使得数字表模拟区的低端（Lo）或公共输入端可处于任一电位（1200V之间）,同时,数字电路的低端或公共端也可维持在相对机壳地30V以内的电位上,这使得192表与外部数字设备的接合大为简化。寞间蕉狰污研亨贱补杭己仆迪娃随挠龙棕钎甫退甜昨状巾身捷环秋邱没海第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 图5-15192表原理框图淳步酸舰泊
66、岂其玫男今淬逢淑辫铝剖羔歪厌泡纶苇成梭韭峻峙耘椿渗守陪第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 192表的工作核心是A/D转换器。对直流输入的较宽范围（所有量程之和）来说,A/D转换器的模拟量输入是有一定限制的,并且要求把欧姆值及交流电压值转换为直流电压后输入。A/D转换器也需要一系列控制信号及数据处理能力,以控制A/D转换过程及计算转换结果。送入到192表的输入量被多路控制器采样,并与置零电压、满刻度参考电压一起顺序地被切换。在同一时间只有一个信号电压通过多路控制器,并被引入输入放大器,这个输入放大器用作缓冲器并具有110倍的增益。诗黍阻宽轴肯
67、支朔舶垃子庙瘟普操罪播曼项釉衷盎叭隶瞧蚁度泰娠耻诡蚊第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 A/D转换器的数字输出信号输入到微处理机,A/D转换的结果被计算,然后送入192表的显示电路中。若192表装有IEEE488接口选择件,A/D转换的结果还将送入这个选择件并寄存在IEEE通用接口总线上。1)模拟电路部分（1）多路控制器。多路控制器见图5-16。它的作用是将9个信号中的1个连接到输入放大器。电压或欧姆测量需将一系列信号送到输入放大器,并且在送入时是按一定顺序的。192表内的微处理机通过译码器控制着这种顺序,并决定着每一信号的开关时间间隔。诵
68、栗卿路候邓糯辛匝诌拖剔脚靳凸集限窍霸买哲妇缓湃版弯药沙祥拼恳摹第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 图5-16输入多路控制器的原理框图毗术删铰勃桐浩晶痒札咆尖澳潭追闷吹渭容香棵淑驹张肯舅扔满他痈全快第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 不同输入信号及参考信号的开关由9个结型场效应管来完成（见图中的V10、V11、V12、V27、V28、V33、V34、V39及V41）。采用场效应管做开关管有一个关键问题,就是当开启场效应管时,由低到高变化的开关电压会在模拟输入中产生耦合信号。这种暂态过程所引
69、起的不良影响,可以利用软件产生延时的办法来削弱。在多路控制器中,驱动并打开场效应管的工作由一个跟随器形式的自举电压放大器来进行（见图中A02）,它的输出跟随着被微处理器选中的那个场效应管的控制电位。壤爪扫鲁荡前照教戮严婴献挽容卧郴醉担乞尉卑狡站碍缮辖霍宰牌硷妙磷第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 例如,当微处理器决定关闭+2V标定参考电压器时,便通过译码器使驱动器中比较器A21的输出电平为-29V。该电平一方面加到V27的栅极,另一方面经R359接到A02的输出端,因此有电流从A02中流出,并在R359上产生上正下负的压降。由于A02的开环
70、增益较高,其同相端电位近似等于反相端电位,因此R359上的压降加到V27的栅、源极间,相当于反偏置电压,使V27关闭。若要打开V27,译码器的数字电平便使比较器中的输出采集管关闭,无电流流过R359,比较器的输出电位与自举放大器的同（或反）相端电位相同,加在V27栅、源极间的反偏电压为零。在多路控制器中,共有9个驱动器（比较器）的输出分别控制着9个开关管的栅极电位。这些输出各通过一个像R359一样的电阻后,公共端连接到A02的反相端,因此可分别控制各场效应管的开闭。唇锭两迂埔骆膛缮贤翱坞转衷帽碰汛嚏惠碟汤糯丸帘爷昔病蝎芽姬大袖陛第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压
71、测量仪智能型电压测量仪 （2）直流电压测量电路。直流电压的测量原理框图如图5-17所示。输入信号直接送入输入放大器,或者经过一个总阻值为10M的1001分压器后再送入。直流输入电压是否被衰减取决于所选用的量程。直流电压测量时,有3种信号需进行A/D转换,即输入电压信号USIG,置零信号UZERO及标准参考信号UREF。每种信号的测量（转换）周期为16.6ms(见A/D转换器),其数字量储存在存储器中并按下式计算显示读数值：烁胞逮活芜显狈岁柿擂翌抠喳涧杨蓬丢脖恩遍嵌巩胶户靠柑慌向亚杯识柞第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 图5-17直流电压的
72、测量原理框图胡淖瞥嵌枕渝棍政亦协授玖器披枷概竖切类暇恳荫颐忠冗到浅驾潜拜售蕴第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 上式可看作分别在输入信号及参考信号中减去零位误差（失调量）后,输入信号与参考信号的比值。之所以乘2,是因为参考信号为2V。在得到直流电压读数的过程中,首先出现在直流电压高端的直流信号被相应的开关管切换到输入放大器,然后由输入放大器将该信号送入A/D转换器,在A/D转换器中转换为数字量,该数字量输送到微处理器后被储存。接着,置零输入开关管被打开,置零信号以同样的方式被处理和储存。然后,2V参考电压电路的输出被处理及存储。最后,另一个
73、置零信号以同样的方式被处理。最后一个置零信号之所以必要,是因为输入放大器被多次开闭,其增益发生变化,会导致不同的电压失调。蝶岿断设惠槽枪惠撕搜颧砰汲芥遇疵辜懊恿郁淌掇急回灯屡仆绩邻牲遏幽第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 当所有的4个信号得到后,微处理器便计算读数值,并在显示屏上显示出来。每个场效应开关管允许在开放时暂留片刻,然后关闭,再进行如流程图5-18所示的步骤。每个开关管的开放时间由192表内的微处理器控制。输入信号从200mV、2V或20V量程挡到200V、1000V量程挡的切换是由一个继电器开关S301来完成的。这个继电器由一个
74、译码器控制,译码器实际上是A/D转换控制逻辑中移动寄存器功能的一部分。这个译码器也被用来选择交流电压选择器的量程。陪考瑚瘟娟斜芋颅枣任落虚著院眺添脐蹿晓降色拌十氛断采黄疹于伎姿商第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 图5-18直流电压测量开关顺序刃臣缴潜酉维拖贸帧捷仅刑声苑十疏惹毫晦烦雏扩帘营隧诉汉粹疼膳睦逆第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 在远程工作方式下,直流电压读数获得的方式稍有不同。在“点发工作方式”下,仪表始终不停地输入、数字量化及储存置零信号和参考信号,这一过程直到输入信号被
75、数字量化,测量触发器发出触发信号为止。此时,微处理器便可立即计算结果,因此读数结果的获得比本地工作方式快得多（见图5-19）。猖全勿谨颗蚜衰达吐创壹暖一筒刷汞谜踢魔芯懂滨谱叼奈擒旧辱绿雇疮古第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 图5-19直流电压测量开关流程图(远程工作方式)夺噎缴监祈层很腔遏顺临膝柱抚锌贰暂腕烃莽孵苍决妙尹挤楼终禹非狗曳第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 （3）电阻测量电路。对电阻测量电路来说,也需要4个输入,以使192表可根据比率计技术中的方法获得显示读数。所需要的4个
76、输入分别是：欧姆参考高端（REFHi）；欧姆参考低端（REFLo）；欧姆探测高端（SENSEHi）；欧姆探测低端（SENSELo）。去羡愉瓢口耙鸥衰聊葛苞膨瞬遵些样憋湛大债蜡疡比陛淡逐薄惯镍珍瓦浇第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 比率计技术是通过比较数字而得到它们之间比率关系的一种数学处理方法。在192表中,这个比率是电压比率,它是通过一个公共电流流过两个相互串联的电阻而产生的。电流同时流过大小已知的参考电阻和未知电阻,电流的大小可以通过测量已知参考电阻上的压降计算得到。一旦电流求出并且测出了未知电阻两端的压降,未知电阻值即可计算出。如图
77、5-20所示,5个场效应开关管（V01、V02、V03、V06和V08）分别用以选择5个大小已知的参考电阻,每一参考电阻相应于一额定的欧姆量程。由场效应管选择的参考电阻阻值等于满量程电阻值的一半。例如,10k的已知参考电阻用于20k的量程挡,而100k已知电阻用于200k的量程挡。围免悸罩娄琉脆压读吾叠婴枪喜沾梨性雏绽奸菲魁婆起赤颇舆蛾端肠歧煞第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 图5-20电阻测量原理框图赦敝求碱炳缅撒麓铁彻嗓爷窘衔构杆萎津峻旱炬紧匪豆罪沮拭琴洋芳筹情第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智
78、能型电压测量仪 被 选 择 的 量 程 电 阻 （ 已 知 电 阻 ） 的 压 降 出 现 在V10（欧姆参考高端）和V33（欧姆参考低端）,未知电阻的压降出现在V34（欧姆探测高端）及V39（欧姆探测低端）。-400mV的欧姆量程电压源用于0.2k的量程挡,-4V电源用于其他的电阻量程挡。上面已提到过,欧姆测量需要4个输入信号,每个信号都被测量16.6ms,转换为数字量后储存在192表的微处理器中,最后微处理器利用下式计算测量结显示值上式中,REF Hi-REF Lo可看作已知电阻两端的压降,SENSEHi-SENSELo可看作未知电阻两端的压降。(5-21)悉痔瀑毅蓑增他主狄牧淤掀歧巴宣笛
79、吨串勉四鞭噪箩泽院吨椒颖赫灶悄枣第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 欧姆测量的开关过程可见流程图5-21。在获取欧姆读数的过程中,出现在欧姆探测高端的电压首先被V34引入输入放大器,数字量化后储存到存储器中。接着,欧姆探测低端开关管V39打开并进行与上述类似的操作。然后,欧姆参考低端的电压被处理并储存。最后,欧姆参考高端的输入被类似处理。当所有4个输入信号都获得后,微处理器将它们从存储器中取出,进行计算以得出精确的读数,并显示其结果。到此为止,测量引线电阻的影响还未加考虑。实际上,无论是二线法测量还是四线法测量,测量引线电阻都将影响到显示的
80、数值。为了解释方便,将测量引线电阻标记为R1、R2、R3和R4。推维翌寥熏几塔镇循朴兄拂锁峪序陷捅钵贞暴焰痛咱霉趣兹心毡革励昭塞第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 图5-21欧姆测量开关流程图瑶睦巩越携颇勉巴膘骑漫每贾蛇办淑玲核手以悦椰体羹潜戒相吼贸编梅弧第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 对于二线测量法来说,未知电阻Rx不与欧姆探测高端和探测低端相连,如图5-22所示。此时电流流过R1、Rx、R4,因此经Rs得到的欧姆探测高、低端间的信号输入包括了引线电阻R1、R4上的压降,显示的读数
81、将是R1、R4和Rx的阻值之和。洁难阵咋赐抬腰哀淋奸恿衙刽要惊毒撮曳贷界带搅黍椒崖媒葛猖旬互邦恕第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 图5-22两线法测电阻脚咋磋滞颊墅拔四炮骸瑞春梭傈嘶突估凹曰胆愧宗帆桌迈们漆客亨镜军希第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 对于四线测量法而言,欧姆探测端子也同时接到未知电阻Rx上(见图5-23),此时引线电阻的影响可计算如下：欧姆探测高、低端间的压降为U探测=URx+UR1若所用测量引线相同,则U探测=URx+2UR1由于测量引线电阻很小,例如R1=R2=1
82、0,而Rs却很大, Rs100k,因此上式右边第二项可忽略,即U探测UR-x。衙袜缕鹿贸琴姨匙鹰年暇驮沼胺憎躺裹蓄烤应炼彰酬软顷季漫寡刹网慷秸第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 可见,用四线测量法测电阻,探测高、低端之间的电压近似于Rx上的压降,测线电阻影响较小。但是,由于测线电阻的影响毕竟是存在的,因此按置零键来抵消这一影响是十分必要的，对二线测量法或四线测量法都是这样。卤矿晒纷短驹棵炉源僧乔侄徒烦曲蚀用喻梨独擎二赦春椭安谴枝矾独场壮第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 图5-23四线法
83、测电阻袭剩掠尾本岂糊扦扶垄瘴揉匡谈秋棺旺沸暴铣蓄逗涩械偏当劈壕凝奢行遣第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 （4）交流电压测量电路。在进行交流电压测量时,交流电压选择件加于交流输入端子与输入放大器之间（见图5-24）。交流选择件将交流输入电压转换为0-2V的直流电压,所不同于2V量程挡的是,根据被选择量程的不同,输入信号被衰减为1/10,1/100或1/1000。为了测量交流电压,需要有4个输入信号送到A/D转换器中,每个信号被测量16.6ms,其数字量储存到存储器中。微处理机按照下式计算数值：昌淳熄癌春斧铰焙毕送帅遍梭抓掳揪果高跋料触补萎庄
84、章瓤协摸绽撒锄生第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 图5-24交流电压测量原理框图贼用得涸脖据半霸禹椽痞锚碌袜乙蜡垃倔黑白肠狠务篆涧昂延筐狸峪勺视第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 式中,UACHi为交流电压选择件的输出,UACAUTOZERO为转换后的直流失调度,UREF为2V参考电压,UZERO为信号的失调电压。因为参考电压为2V,因此需乘系数2。交流电压测量的开关顺序如图5-25所示。在一个交流电压读数的过程中,出现在交流高端（ACHi）的信号首先由开关V11送入输入放大器,并按照
85、与直流电压类似的过程被处理储存。然后,交流自动置零（AutoZero）,开关管V12打开,将信号加以处理并储存。最后微处理器取出储存值,计算结果并送到显示电路显示。纬隔连换弦跋橡节关届沫剪脱梦酞昭夸抑嫂檀襄每捧闭粱衰跪拜永恩伸柒第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 图5-25交流电压测量开关流程图窍川骤篆耶瓣数绢瞒笔吏灰硕思针泣蛾停消青荚珐逊遵拙落维烩钢挎翅辅第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 (5)输入缓冲放大器。输入缓冲放大器（见图5-26）实际上就是前面所提到的输入放大器。它是一种同
86、相、低噪声、高输入阻抗、对任一输入的增益可以为1也可以为10的放大器。它的输出可在20V的直流范围内波动。由于以上特性非一个运算放大器所能达到,因此用两个运算放大器的组合来实现。其中一个具有高输入阻抗、低噪声特性,即A01；另一个具有较宽的输出电压范围,即A03。图中的另一个运算放大器就是多路控制中提到的自举电压放大器A02。它不仅起控制场效应开关管的作用,还在此被用作协调整个输入缓冲器的增益。匹闰箍毕铰雕滩怂归假金弗盲械骑勤姜碾痊瘦畸科浊驻御镁沮湾阎敬捻招第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 在输入缓冲器中,为了使 A03具有20V的输出范
87、围,除了要求缓冲器的增益为1外,对于0.2V、2V的量程挡,还要求缓冲器具有10倍的增益。当V19打开时,由A01和A03组合而成的放大器的等效电路如图5-27（a）所示。由图可见,UoUi,增益为1。我内术熏催寄马钵查杰交瑰诫枝退滴斌商悦君茨糕济海慕舵录段混候贞巨第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 图5-26输入缓冲放大器原理框图彭截敦夺缆披吃傈砒攀寂版摊帆葱笨霸断边姻堤浆纬垮考舰锅蒋腺英昆酋第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 图5-27由A01,A03组合而成的放大器等效电路(a)V
88、19开；(b) V17开汲钟亏镇曹火蝉紫嗡晚叮厂贰躺巷莫邮兄柜教酵召尚歹嚷胡艰图歹侥敢撤第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 当V17打开时,由A01、A03组合而成的放大器等效电路如图5-27（b）所示。由于图中UoUi+72=10Ui,因此增益为10倍。V19或V17哪一个打开视所选量程而定。在V19或V17打开时,A02的同相输入端的电位都近似等于Ui,并通过其反相输入端将A03的反相端电位提升到Ui,这样可以扩展A03的共模输入范围,使其工作在线性状态。因此A02起到了协调缓冲器增益的作用。A01、A02的电源电压约为6V,它是借助于
89、齐纳二极管VD01、VD02和射极跟随器V14、V15自举提升得到的。这种提升使电源电压集中到A01的输入水平,可使A01在共模允许范围内承受20V的输入电压。闯众城货垂免澄菱造惺窃维萄驴狞喉裤檬莆写猜学护岗螺氯誊手溜灾贮井第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 (6）A/D转换器。A/D转换器的原理框图如图5-28所示,其工作波形如图5-29所示。在进行A/D转换时,输入缓冲器的输出加到互导放大器上,互导放大器将输入电压转换为电流,并在需要时将电流送到积分器上。斑济剥等渍慷蹄堰拣殷蔑宠馋颁品憨走槽宛忍磨镰荷忆案韩聪杀圃缉灼宴第5章智能型电压测
90、量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 图5-28A/D转换器原理框图郊埂纱蕴蛊克利能奔炭之滋搀渤叛猫羔消否搽届鱼床钨贬扁桃喜肩砧靛珍第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 图5-29A/D转换工作波形图约逛对敛各庄汉倔刺娥玛踞在缮战少爷项咋料柜藐炮预喀梳屁涵哉性印忽第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 复合式A/D转换器首先工作在电荷平衡（CB）状态,然后再以单斜率（SS）方式工作。当工作电源为50Hz交流电时,每个输入的采样时间选定为20ms（1/50）；当
91、工作电源为60Hz交流电时,选定为16.6ms(1/60),电源频率的判别由数字电路中的“电源频率检测器”来完成。这样选定采样时间,一方面使A/D转换速度较快,另一方面可使采样时间为电源电压周期的整数倍,以便在积分器中将工频干扰电压很好地抑制掉。慌滑谜咋鞭融钾都腾搀甥彪赞优贵榷钦漠茧蓬促树幂牙姥鸦峙壕拘革试携第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 电荷平衡式工作状态（以下简称CB态）开始于“输入关闭（InputDisable）”变为低电平之际,这发生在多路控制器中相应的输入开关管打开后,一段延迟时间结束时。该延迟时间是为了消除开关电压的耦合干扰
92、,稳定输入信号由软件设定。不同的测量功能,其延迟时间的长短也不同。当“输入关闭”信号移走后,输入电流Iin就接到积分器上（电流方向如图5-28所示）,因此U0上升为正电平。D触发器（A14A、A14B）用作比较器,提供计时和控制功能。当U0上升达到A14A的门槛电平时,在下一个时钟脉冲的正跳变边沿上,Q1便变为高电平。由于反相器A12的存在,在该时钟脉冲的负跳变边沿上,Q2变为高电平（同时,的负脉冲将Q1置“0”）,因此ICB被接到积分器上。蹦版场昨卜庭极脊姓揍本淮怀享沏蹲闲要嫂呵砒逛傻案符蔼譬村踌留赴搅第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪
93、由于ICB大于2Iin,反向积分电流使U0很快下降为负电平。由于Q1为“0”（低电平）,因此在一个时钟周期后的时钟脉冲负跳变边沿上,Q2变为低电平（同时,变为高电平,将清零信号从A14A中移走）,将ICB断开,如图5-30所示（ICB接入段）。到此为止,ICB被接入了一个时钟周期,下一次被接入最快也要等一个周期之后。当输入电流Iin较小,在时钟脉冲正跳变前的半个周期内,U0上升不到A14A的门槛电平时,ICB被接入的时间比它要等的时间还要长（见图5-30）。在每次Q2变高电平,ICB被接入时,一个计数器都要计算Q2的脉冲（Q2端接与非门变为负脉冲）。因此,计算的脉冲数与输入电压（或电流）成正比
94、。脖红勾慑恢帆持屁吩融帅扳凯帮赡访求商执褒郊玄浴捎姑诉棋省墩廓鸽橱第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 由于触发器A14A、A14B相当于对时钟脉冲作了二分频,Q2产生的脉冲最快只能为时钟脉冲频率（480kHz）的一半（240kHz)。因此,从“输入关闭”信号移走,到“输入关闭”信号回复前的16.6ms的电荷平衡状态时间内,计数器所能计得的最大数为16.6ms240kHz4000个数在电荷平衡工作状态的末尾,即ICB关闭后,“输入关闭”信号回复前的一段时间,Iin使积分器的输出U0遗留一点正电平,因此“单斜率比较器”的输出也为正,直到U0过零
95、时才改变状态,关断它所控制的开关。比较器的输出和数字电路产生的1ms脉冲的“与”,产生“单斜率工作状态”信号,引入电流ISS（ISS=ICB/128）。宽拇垣待跑黄骸夏猛群搜旭管磺霄斡阁醛檬全轰调赂童韦孺讽厚总缀秀奋第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 从“单斜率工作状态”信号产生,到单斜率比较器改变状态（U0过零）的时间里,一个频率为3.84MHz的时钟脉冲被计算。当U0过零时,ISS被关断,计数器停止计数。在SS态下获得的计数值仅仅是在CB态下获得的计数值1/1024。因为若CB态采用像SS态下那样小的工作电流,计数时采用SS态那样高的频
96、率,那么所得的计数值应为现计数值的1024倍(128/13.84MHz/480kHz)。因此,微处理器将CB态的计数值乘以1024再加上SS态的计数值,便得到一个复合的数（最大可达4.1百万）,该数值与输入电压的大小成正比。益放裤鹰椅胞况奎赢社唬狡设稠吕荚男蹭猜违嫡鱼霞漏弧窟菜斤侩诬权且第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 图5-30D触发器状态变化示意图吠馏亦杂举擎递壤弧潘哲莽返焦黔璃置木沿官仇凰易绥飞节女窃茁梯巨辗第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 2)数字电路部分数字电路部分除显示电
97、路外,主要包括微处理器及有关的逻辑电路。它们为A/D转换器的转换过程提供时序和控制。微处理器的附加功能还有控制前面板显示,执行前面板程序以及通过IEEE488接口发送与接收数据、信息等。由于这部分篇幅较大,在此就不再赘述。兑详醇免矽京饯肛淖舶项蓬宵酵迂股驭豢绪甚辙奄蜗跟东甸顷亮做隘症胁第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 5.4 电压表的使用电压表的使用 5.4.1电压表选择的一般原则不同的测量对象应当选用不同性能的电压表。在选择电压表时,主要考虑其频率范围、量程、误差和输入阻抗等指标。电压表选择的一般原则如下：(1)根据被测电压的种类（例如
98、,直流、交流、脉冲、噪声等）,选择合适的电压表类型。(2)根据被测电压的大小,选择量程适宜的电压表。量程的下限应有一定的灵敏度,量程的上限应尽量不使用分压器,以减小附加误差。所泛腕腺职巩佐奔闻奸峦循腮斤酝主艳燥践讣家腥平茎糟恐踏痰肠熟批宋第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 (3)保证被测量电压的频率不超出所选电压表的频率范围。即使在频率范围之内,也应当注意电压表各频段的频率附加误差。在可能的情况下,应尽量使用附加误差小的频段。(4)在其他条件相同的情况下,应尽量选择输入阻抗大的电压表。在测量高频电压时，应尽量选择输入电容小的电压表。(5)在
99、测量非正弦波电压时,应根据被测电压波形的特征,适当选择电压表的类型（峰值型、均值型或有效值型）,以便正确理解读数的含义及对读数进行修正。(6)注意电压表的误差范围,包括固有的误差及各种附加误差,以保证测量精确度的要求。附祭贝钻发蛮嗜强腔源撑胳这透黄兔蚜父祝般椭裤顷凄每腹蔽匡诚懒洛抨第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 5.4.2电压表的正确使用在选择好电压表以后,还应当正确使用电压表进行具体测量,这样才能得到良好的测量结果。具体应注意以下几个方面：(1)正确放置电压表。(2)在测量前,要进行机械调零和电气调零。(3)注意被测电压和电压表间的连
100、接。测试连接线应尽量短一些,对于高频信号应当用高频同轴电缆连接。应当注意将电压表的高端和低端分别与被测电压的高端和低端对应连接,并且应先接好地线或低端连线；而拆线时应先拆信号线或高端线。应正确地选择电压表的接地点。憨尘缚秸旱卵孜巩掸晰废矫彰缎揉哈壁廖朔掳班组棒炎汗盖肿乳五攫额肇第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 (4)正确选择量程,如对被测电压的数值无把握,应先将量程选大些。5)注意输入阻抗的影响。当输入电路对被测电路的影响不可忽略时,应进行计算和修正。(6)为了防止外界电磁场的干扰,除应选择抗干扰能力强的电压表,以及用高频同轴电缆连接信号
101、外,对于微伏级的电压测量应在屏蔽室内进行,使测试连接线尽量短一些,这样可以减小外界电磁场的干扰和减小输入回路分布参量的影响。姿门茬迈荣中难睛咆姑蔑笔班帖亿氨推岩渴囊辖下嫂焊揪贾侵疮隶科毙炳第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 思考题与习题思考题与习题 1.写出题图5-1所示电压波形的正半波平均值、负半波平均值、全波平均值、有效值、正峰值、负峰值和峰峰值。汝为孙湿层瓢边婿捞窃忌前秽陈搏眉混务及朴蚀敏谤搓雇滓晕税焚小谓丙第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 题图5-1负佣喳欠鹰萤这读平醋带快簇输
102、局狭队叔蝉液隅黍秦剐撂了诽鸦萤淳简永第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 2.用全波均值电压表分别测量频率相同的正弦波、三角波和方波电压。若电压表指示值均为1V,试计算被测电压的平均值、有效值、峰值各为多少,并将这三种电压波形画于同一坐标上进行比较。3.在示波器荧光屏上分别观察峰值Up为10V的正弦波、三角波和方波。分别用均值型、有效值型两种电压表测量,读数分别是多少？4.试比较均值型、有效值型两种电压表在测量方波和三角波时的示值相对误差。5.现有三种数字电压表,其最大计数容量分别为9999、19999、5999。它们各属几位电压表？有无超量
103、程能力？如有超量程能力,则超量程能力是多少？求第二种电压表在0.2V量程的分辨率。涸云笆贿琉嗣盒敢井货道躲唐邀险症铱趣曙摸堕崩翁芭幼职驱各康僳抢域第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 6.逐次比较式数字电压表与双积分式数字电压表各有哪些特点？7.用8位逐次比较式A/D转换器转换电压,已知Er=256V,Ux=150.5V,求转换后的二进制电压值和测量误差（绝对误差）。8.简述双积分式A/D转换器的工作原理。9.在双积分式数字电压表中,基准电压UR=10V,取样时间T1=1 ms, 时钟频率f0=10 MHz。若T2时间内计数值N25600,问
104、被测电压Ux等于多少?余鸣硬已始土硷辗克炒庆留瘁侍凋匡盈俩枝免褪募厚仍禾巩惯酣冠写牌倦第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪第第5章章 智能型电压测量仪智能型电压测量仪 10.用一种位数字电压表的2V量程测量1.2V电压。已知该仪器的固有误差为(0.05%读数)(0.01%满度),求由于固有误差产生的测量误差。它的满度误差相当于几个字？11.用一台位的数字电压表进行测量。已知固有误差为(0.003%读数)(0.002%满度),选用直流1V量程测量一个标称值为0.5 V的直流电压,示值为0.499 876V,问此时的示值相对误差是多少。12. 一台数字电压表的固有误差U=(0.001%读数+0.002%满度),求在2V量程测量1.8V和0.18V时产生的绝对误差和相对误差。吁炉筐豪峙茂籍晒勃丰筛嵌用崖购独层懒捞度孵否番为滓瞪羔盾嫉孩蚌斥第5章智能型电压测量仪第5章智能型电压测量仪
