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1、 第第4 4章章 数字测量方法数字测量方法电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章第第4 4章数字测量方法章数字测量方法 4.1 4.1 电压测量的数字化方法电压测量的数字化方法4.3 4.3 多用型数字电压表多用型数字电压表4.4 4.4 时间和频率的测量时间和频率的测量电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章第第4 4章数字测量方法章数字测量方法 U U U UDCDCDCDCF F F FU U U UDCDCDCDCT T T TU U U UDCDCDCDCt t t tw w w wT-NT-NT-NT-NT-NT-NT-NT-N计数计数计数计数寄存寄存寄存寄存译码
2、译码译码译码显示显示显示显示X-UX-UX-UX-UDCDCDCDCX-FX-FX-FX-FX-NX-NX-NX-Nx x x x -T -T -T -Tt t t tf f f f电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章第第4 4章数字测量方法章数字测量方法重点：重点：电压测量电压测量电压测量电压测量 DVMDVM的类型的类型的类型的类型 DVMDVM的测量误差的测量误差的测量误差的测量误差频率测量频率测量频率测量频率测量 电子计数式频率计的原理及误差分析电子计数式频率计的原理及误差分析电子计数式频率计的原理及误差分析电子计数式频率计的原理及误差分析难点：难点：DVMDVM的类型的类
3、型的类型的类型频率测量的误差分析频率测量的误差分析频率测量的误差分析频率测量的误差分析电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.1 电压测量的数字化方法电压测量的数字化方法4.1.1 DVM的特点的特点4.1.2 DVM的主要类型的主要类型4.1.3 DVM的测量误差的测量误差4.1.4 DVM的抗干扰分析的抗干扰分析电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.1 电压测量的数字化方法电压测量的数字化方法( (续续续续) )直流直流DVM的组成框图的组成框图核心核心电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.1.1 DVM的特点的特点1 1、数字显示、数字显示2 2、
4、准确度高、准确度高 3 3、测量范围宽、测量范围宽5 5、速度快、速度快4 4、分辨力高、分辨力高6 6、输入阻抗高、输入阻抗高7 7、抗干扰能力强、抗干扰能力强位数超量程位数超量程位数超量程位数超量程消除视觉误差消除视觉误差消除视觉误差消除视觉误差 位数越多，准确度越高位数越多，准确度越高位数越多，准确度越高位数越多，准确度越高电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.1.1 DVM的特点的特点( (续续续续) )3 3、测量范围、测量范围位数超量程位数超量程位数超量程位数超量程位数位数A A A A、完整显示位、完整显示位、完整显示位、完整显示位能够显示能够显示能够显示能够显示0
5、 0 0 0 9 9 9 9数字数字数字数字B B B B、非完整显示位、非完整显示位、非完整显示位、非完整显示位a.a.a.a.半位（半位（半位（半位（1/21/21/21/2）只能显示只能显示只能显示只能显示0 0 0 0、1 1 1 1数字数字数字数字b.3/4b.3/4b.3/4b.3/4位位位位只能显示只能显示只能显示只能显示0 0 0 0 5 5 5 5数字数字数字数字例：下面的最大显示数字分别是：例：下面的最大显示数字分别是：例：下面的最大显示数字分别是：例：下面的最大显示数字分别是：4 4 4 4位位位位位位位位位位位位99999999999999991999919999199
6、991999959999599995999959999电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.1.1 DVM的特点的特点( (续续续续) )3 3、测量范围、测量范围位数超量程位数超量程位数超量程位数超量程超量程超量程A A A A、基本量程、基本量程、基本量程、基本量程未经放大或衰减的量程，由未经放大或衰减的量程，由未经放大或衰减的量程，由未经放大或衰减的量程，由A/DA/DA/DA/D决定的决定的决定的决定的B B B B、扩展量程、扩展量程、扩展量程、扩展量程经过放大或衰减经过放大或衰减经过放大或衰减经过放大或衰减（10101010倍）倍）倍）倍）的量程的量程的量程的量程例：
7、例：例：例：基本量程为基本量程为基本量程为基本量程为5V5V5V5V的的的的DVMDVMDVMDVM，扩展量程有，扩展量程有，扩展量程有，扩展量程有0.5V0.5V0.5V0.5V、50V50V50V50V、500V500V500V500V若：若：若：若：该该该该DVMDVMDVMDVM是是是是 位，则位，则位，则位，则5V5V5V5V量程可测到量程可测到量程可测到量程可测到5.999V5.999V5.999V5.999V超量程能力超量程能力电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.1.1 DVM的特点的特点1 1、数字显示、数字显示2 2、准确度高、准确度高 3 3、测量范围宽、测
8、量范围宽5 5、速度快、速度快4 4、分辨力高、分辨力高6 6、输入阻抗高、输入阻抗高7 7、抗干扰能力强、抗干扰能力强位数超量程位数超量程位数超量程位数超量程消除视觉误差消除视觉误差消除视觉误差消除视觉误差 位数越多，准确度越高位数越多，准确度越高位数越多，准确度越高位数越多，准确度越高可测弱信号，如话筒输出电压可测弱信号，如话筒输出电压可测弱信号，如话筒输出电压可测弱信号，如话筒输出电压电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.1.1 DVM的特点的特点( (续续续续) )4 4、分辨力、分辨力表灵敏度表灵敏度表灵敏度表灵敏度定义定义能够显示被测电压的最小变化值能够显示被测电压的
9、最小变化值能够显示被测电压的最小变化值能够显示被测电压的最小变化值例例例例S1842S1842S1842S1842：最小量程最小量程最小量程最小量程V V V Vm m m m20mV20mV20mV20mV， 位位位位表示表示用用用用最小最小最小最小量程末位对应的电压值表示量程末位对应的电压值表示量程末位对应的电压值表示量程末位对应的电压值表示（V/V/V/V/字）字）字）字）则可测最大电压为则可测最大电压为则可测最大电压为则可测最大电压为19.999mV19.999mV19.999mV19.999mV0.001mV因此，此因此，此因此，此因此，此DVMDVMDVMDVM的分辨力是的分辨力是
10、的分辨力是的分辨力是0.001mV/0.001mV/0.001mV/0.001mV/字。字。字。字。电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.1.1 DVM的特点的特点( (续续续续) )分辨率分辨率特点特点用百分数表示，与量程无关，比较直观。用百分数表示，与量程无关，比较直观。用百分数表示，与量程无关，比较直观。用百分数表示，与量程无关，比较直观。表示：表示：同上例同上例同上例同上例也可：也可：也可：也可：电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.1.1 DVM的特点的特点1 1、数字显示、数字显示2 2、准确度高、准确度高 3 3、测量范围宽、测量范围宽5 5、速度快、
11、速度快4 4、分辨力高、分辨力高6 6、输入阻抗高、输入阻抗高7 7、抗干扰能力强、抗干扰能力强位数超量程位数超量程位数超量程位数超量程消除视觉误差消除视觉误差消除视觉误差消除视觉误差 位数越多，准确度越高位数越多，准确度越高位数越多，准确度越高位数越多，准确度越高可测弱信号，如话筒输出电压可测弱信号，如话筒输出电压可测弱信号，如话筒输出电压可测弱信号，如话筒输出电压几次几次上千次上千次电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.1.2 DVM的主要类型的主要类型DVM以以A/D转换方式分类：转换方式分类：比较型比较型直接转换直接转换反馈比较式反馈比较式反馈比较式反馈比较式逐次比较型逐
12、次比较型逐次比较型逐次比较型（* *）无反馈比较式无反馈比较式无反馈比较式无反馈比较式积分型积分型间接转换间接转换U UT TN NU UF FN N（单斜式、双斜式（单斜式、双斜式（*） 、三斜式）、三斜式）电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.1.2 DVM的主要类型的主要类型( (续续续续) )一、逐次比较型一、逐次比较型DVM的工作原理的工作原理原理：原理：UN大者弃，小者留大者弃，小者留1 1、原理框图、原理框图、原理框图、原理框图U UN N电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.1.2 DVM的主要类型的主要类型( (续续续续) )一、逐次比较型一、逐次
13、比较型DVM的工作原理的工作原理U UN N2 2、A/DA/D转换器原理框图转换器原理框图转换器原理框图转换器原理框图电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.1.2 DVM的主要类型的主要类型( (续续续续) )一、逐次比较型一、逐次比较型DVM的工作原理的工作原理A/DA/D转换器原理分析转换器原理分析转换器原理分析转换器原理分析以以以以4 4位为例，设位为例，设位为例，设位为例，设U Urefref10V10V，U UX X8.5V8.5VCLK=1CLK=1，100010001 1保留保留保留保留CLK=2CLK=2，110011001 1保留保留保留保留电子测量技术基础电
14、子测量技术基础 第第4 4章章4.1.2 DVM的主要类型的主要类型( (续续续续) )一、逐次比较型一、逐次比较型DVM的工作原理的工作原理A/DA/D转换器原理分析转换器原理分析转换器原理分析转换器原理分析以以以以4 4位为例，设位为例，设位为例，设位为例，设U Urefref10V10V，U UX X8.5V8.5VCLK=3CLK=3，111011101 1舍弃舍弃舍弃舍弃CLK=4CLK=4，110111011 1保留保留保留保留最后，最后，最后，最后，8.5V8.5V转化成数字信号转化成数字信号转化成数字信号转化成数字信号11011101电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4
15、章章4.1.2 DVM的主要类型的主要类型( (续续续续) )一、逐次比较型一、逐次比较型DVM的工作原理的工作原理3 3、特点分析、特点分析、特点分析、特点分析测量速度测量速度测量速度测量速度准确度准确度准确度准确度与输入信号无关，而与与输入信号无关，而与与输入信号无关，而与与输入信号无关，而与A/DA/DA/DA/D位数及时钟频率位数及时钟频率位数及时钟频率位数及时钟频率有关有关有关有关与位数有关，位数越多误差越小与位数有关，位数越多误差越小与位数有关，位数越多误差越小与位数有关，位数越多误差越小n n位分辨率：位分辨率：位分辨率：位分辨率：抗干扰性抗干扰性抗干扰性抗干扰性差，响应的是瞬时
16、信号差，响应的是瞬时信号差，响应的是瞬时信号差，响应的是瞬时信号(n+2)T(n+2)T(n+2)T(n+2)TCLKCLKCLKCLK电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.1.2 DVM的主要类型的主要类型( (续续续续) )二、双斜积分式二、双斜积分式DVM的工作原理的工作原理1 1、基本原理：、基本原理：、基本原理：、基本原理：2 2、组成框图：、组成框图：、组成框图：、组成框图： 通过两次积分过程通过两次积分过程通过两次积分过程通过两次积分过程( ( ( (对被测电压的对被测电压的对被测电压的对被测电压的定时积分和定时积分和定时积分和定时积分和对参考电压的对参考电压的对参
17、考电压的对参考电压的定值积分定值积分定值积分定值积分) ) ) )的比较，得到被测电压值。的比较，得到被测电压值。的比较，得到被测电压值。的比较，得到被测电压值。包括积分器、过零比较器、计数器及逻辑控制电路包括积分器、过零比较器、计数器及逻辑控制电路包括积分器、过零比较器、计数器及逻辑控制电路包括积分器、过零比较器、计数器及逻辑控制电路电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.1.2 DVM的主要类型的主要类型( (续续续续) )二、双斜积分式二、双斜积分式DVM的工作原理的工作原理2 2、组成框图：、组成框图：、组成框图：、组成框图：电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章
18、4.1.2 DVM的主要类型的主要类型( (续续续续) )二、双斜积分式二、双斜积分式DVM的工作原理的工作原理3 3、工作过程：、工作过程：、工作过程：、工作过程：准备阶段准备阶段准备阶段准备阶段 采样阶段采样阶段采样阶段采样阶段比较阶段比较阶段比较阶段比较阶段定时积分定时积分定时积分定时积分定值积分定值积分定值积分定值积分电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章准备阶段准备阶段准备阶段准备阶段 采样阶段采样阶段采样阶段采样阶段比较阶段比较阶段比较阶段比较阶段定时积分定时积分定时积分定时积分定值积分定值积分定值积分定值积分正向积分正向积分正向积分正向积分反向积分反向积分反向积分反向积
19、分电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.1.2 DVM的主要类型的主要类型( (续续续续) )二、双斜积分式二、双斜积分式DVM的工作原理的工作原理3 3、工作过程：、工作过程：、工作过程：、工作过程：准确阶段准确阶段准确阶段准确阶段t t t t0 0 0 0tttt1 1 1 1S S S SS S S S2 2 2 2C C C C短接，短接，短接，短接，U U U U0 0 0 00 0 0 0采样阶段采样阶段采样阶段采样阶段t t t t1 1 1 1tttt2 2 2 2对积分器正向积分，时间为对积分器正向积分，时间为对积分器正向积分，时间为对积分器正向积分，时间为T
20、 T T T1 1 1 1，计数，计数，计数，计数N N N N1 1 1 16000600060006000设设设设U U U Ux x x x为正，计数容量为为正，计数容量为为正，计数容量为为正，计数容量为N N N N，时钟周期为，时钟周期为，时钟周期为，时钟周期为T T T T0 0 0 0T T T T1 1 1 1N N N N1 1 1 1T T T T0 0 0 0被测电压的被测电压的平均值平均值定时积分定时积分S S S SS S S S1 1 1 1，接入被测电压，接入被测电压，接入被测电压，接入被测电压U U U Ux x x x电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4
21、4章章4.1.2 DVM的主要类型的主要类型( (续续续续) )二、双斜积分式二、双斜积分式DVM的工作原理的工作原理3 3、工作过程：、工作过程：、工作过程：、工作过程：比较阶段比较阶段比较阶段比较阶段t t t t2 2 2 2tttt3 3 3 3S S S SS S S S1 1 1 1，接入参考电压，接入参考电压，接入参考电压，接入参考电压U U U Urefrefrefref设设设设U U U Ux x x x为正，时钟周期为为正，时钟周期为为正，时钟周期为为正，时钟周期为T T T T0 0 0 0T T T T2 2 2 2N N N N2 2 2 2T T T T0 0 0
22、0对积分器反向积分，直到对积分器反向积分，直到对积分器反向积分，直到对积分器反向积分，直到U U U Uo o o o0 0 0 0，时间为，时间为，时间为，时间为T T T T2 2 2 2，计数，计数，计数，计数N N N N2 2 2 2令令令令U U U UrefrefrefrefN N N N1 1 1 1mVmVmVmV定值积分定值积分电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.1.2 DVM的主要类型的主要类型( (续续续续) )二、双斜积分式二、双斜积分式DVM的工作原理的工作原理4 4、特点分析：、特点分析：、特点分析：、特点分析：测量速度慢测量速度慢测量速度慢测量速
23、度慢准确度高准确度高准确度高准确度高双积分，双积分，双积分，双积分，T T T T1 1 1 1n20msn20msn20msn20ms；T T T T为几十为几十为几十为几十几百几百几百几百msmsmsms，与与与与U U U Ux x x x有关有关有关有关取决于基准电压取决于基准电压取决于基准电压取决于基准电压U U U Urefrefrefref的准确度和稳定度，的准确度和稳定度，的准确度和稳定度，的准确度和稳定度，与与与与RCRCRCRC无关无关无关无关抗干扰性强抗干扰性强抗干扰性强抗干扰性强成本低成本低成本低成本低响应的是平均值信号响应的是平均值信号响应的是平均值信号响应的是平均值
24、信号对对对对R R R R、C C C C及时钟参数的稳定度和准确度要求不高及时钟参数的稳定度和准确度要求不高及时钟参数的稳定度和准确度要求不高及时钟参数的稳定度和准确度要求不高电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.1.2 DVM的主要类型的主要类型( (续续续续) )三、两种三、两种DVM的性能比较的性能比较电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.1.3 DVM的测量误差的测量误差DVM误差包含：误差包含：固有误差固有误差（* *）表示在一定测量条件下表示在一定测量条件下表示在一定测量条件下表示在一定测量条件下DVMDVMDVMDVM本身所固有的误差，本身所固有的误
25、差，本身所固有的误差，本身所固有的误差，它反映了它反映了它反映了它反映了DVMDVMDVMDVM的的的的性能指标性能指标性能指标性能指标。影响误差影响误差指测量指测量指测量指测量环境环境环境环境的变化（如温度漂移）和测量的变化（如温度漂移）和测量的变化（如温度漂移）和测量的变化（如温度漂移）和测量条件条件条件条件（如被测电压的等效信号源内阻）所引起的测（如被测电压的等效信号源内阻）所引起的测（如被测电压的等效信号源内阻）所引起的测（如被测电压的等效信号源内阻）所引起的测量误差。量误差。量误差。量误差。电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.1.3 DVM的测量误差的测量误差( (续
26、续续续) )一、固有误差的表示：一、固有误差的表示：或或读数误差读数误差满度误差满度误差读数误差读数误差主要包含转换误差（或刻度误差）主要包含转换误差（或刻度误差）主要包含转换误差（或刻度误差）主要包含转换误差（或刻度误差）满度误差满度误差主要包含量化误差、主要包含量化误差、主要包含量化误差、主要包含量化误差、0 0点偏移，点偏移，点偏移，点偏移，与与与与U Ux x无关无关无关无关二、固有误差的来源：二、固有误差的来源：电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.1.3 DVM的测量误差的测量误差( (续续续续) )二、固有误差的来源：二、固有误差的来源：转换误差转换误差包含包含：
27、输入衰减输入衰减输入衰减输入衰减/ / / /放大器（设传递系数分别为放大器（设传递系数分别为放大器（设传递系数分别为放大器（设传递系数分别为k k k k1 1 1 1和和和和k k k k2 2 2 2）、）、）、）、 模拟开关（传递系数模拟开关（传递系数模拟开关（传递系数模拟开关（传递系数k k k k3 3 3 3） A/DA/DA/DA/D转换器（传递系数转换器（传递系数转换器（传递系数转换器（传递系数k k k k4 4 4 4）的转换特性。的转换特性。的转换特性。的转换特性。 则可将则可将则可将则可将DVMDVMDVMDVM的输入的输入的输入的输入V V V Vx x x x到最
28、终转换结果到最终转换结果到最终转换结果到最终转换结果N N N N视为一个视为一个视为一个视为一个由由由由k k k k1 1 1 1kkkk4 4 4 4的多级级连系统，表示为：的多级级连系统，表示为：的多级级连系统，表示为：的多级级连系统，表示为：转换系数转换系数KK与刻度有关。与刻度有关。与刻度有关。与刻度有关。理论上理论上理论上理论上k k为常数，但由于各器件的为常数，但由于各器件的为常数，但由于各器件的为常数，但由于各器件的非理想性，必定存在误差。非理想性，必定存在误差。非理想性，必定存在误差。非理想性，必定存在误差。电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.1.3 DVM
29、的测量误差的测量误差( (续续续续) )DVMDVM转换特性曲线转换特性曲线转换特性曲线转换特性曲线电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.1.3 DVM的测量误差的测量误差( (续续续续) )三、固有误差的计算三、固有误差的计算例：例： 用用用用3 3 3 3位半位半位半位半的的的的DVMDVMDVMDVM的的的的20V20V20V20V量程分别测量量程分别测量量程分别测量量程分别测量5.00V5.00V5.00V5.00V和和和和15.00V15.00V15.00V15.00V的电压，已知该仪表的准确度为的电压，已知该仪表的准确度为的电压，已知该仪表的准确度为的电压，已知该仪表
30、的准确度为（0.1%0.1%0.1%0.1%读数读数读数读数+1+1+1+1字）字）字）字），试计算试计算试计算试计算DVMDVMDVMDVM测量的固有误差。测量的固有误差。测量的固有误差。测量的固有误差。3 3 3 3位半、位半、位半、位半、20V20V20V20V量程，可得量程，可得量程，可得量程，可得1 1 1 1字相当于字相当于字相当于字相当于0.01V0.01V0.01V0.01V。 可见，被测电压愈接近满度电压，测量的相对误差愈小可见，被测电压愈接近满度电压，测量的相对误差愈小可见，被测电压愈接近满度电压，测量的相对误差愈小可见，被测电压愈接近满度电压，测量的相对误差愈小电子测量技
31、术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.1.4 DVM的抗干扰分析的抗干扰分析一、干扰的分类一、干扰的分类串模干扰串模干扰干扰信号干扰信号干扰信号干扰信号U Usmsm以以以以串联串联串联串联形式叠加到被测信号形式叠加到被测信号形式叠加到被测信号形式叠加到被测信号U Ux x上上上上而产生的误差。而产生的误差。而产生的误差。而产生的误差。共模干扰共模干扰干扰信号干扰信号干扰信号干扰信号同时作用同时作用同时作用同时作用于于于于DVMDVMDVMDVM的两个测量输入端。的两个测量输入端。的两个测量输入端。的两个测量输入端。电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.1.4 DVM的抗干扰
32、分析的抗干扰分析( (续续续续) )二、干扰的来源二、干扰的来源串模干扰的来源串模干扰的来源串模干扰的来源串模干扰的来源被测信号源本身被测信号源本身被测信号源本身被测信号源本身 例：直流稳压电源输出就存在例：直流稳压电源输出就存在例：直流稳压电源输出就存在例：直流稳压电源输出就存在纹波干扰纹波干扰纹波干扰纹波干扰引线感应进来的工频（引线感应进来的工频（引线感应进来的工频（引线感应进来的工频（50Hz50Hz50Hz50Hz）或高频干扰）或高频干扰）或高频干扰）或高频干扰 如雷电或无线电发射引起的空中电磁干扰如雷电或无线电发射引起的空中电磁干扰如雷电或无线电发射引起的空中电磁干扰如雷电或无线电发
33、射引起的空中电磁干扰 干扰信号可从直流、低频到超高频；可以是周期性干扰信号可从直流、低频到超高频；可以是周期性干扰信号可从直流、低频到超高频；可以是周期性干扰信号可从直流、低频到超高频；可以是周期性的或非周期性的，可以是正弦波或非正弦波（如瞬的或非周期性的，可以是正弦波或非正弦波（如瞬的或非周期性的，可以是正弦波或非正弦波（如瞬的或非周期性的，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。间的尖峰脉冲干扰），甚至完全是随机的。间的尖峰脉冲干扰），甚至完全是随机的。间的尖峰脉冲干扰），甚至完全是随机的。 各种干扰信号中，各种干扰信号中，各种干扰信号中，各种干扰信号中，50Hz
34、50Hz50Hz50Hz的工频干扰的工频干扰的工频干扰的工频干扰是最主要的干扰是最主要的干扰是最主要的干扰是最主要的干扰源。源。源。源。电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.1.4 DVM的抗干扰分析的抗干扰分析( (续续续续) )二、干扰的来源二、干扰的来源共模干扰的来源共模干扰的来源被测电压本身被测电压本身被测电压本身被测电压本身（被测电压是一个浮置电压）（被测电压是一个浮置电压）（被测电压是一个浮置电压）（被测电压是一个浮置电压） 如：测量一个直流电桥的输出如：测量一个直流电桥的输出如：测量一个直流电桥的输出如：测量一个直流电桥的输出被测电压与被测电压与被测电压与被测电压与
35、DVMDVMDVMDVM相距较远，被测电压与相距较远，被测电压与相距较远，被测电压与相距较远，被测电压与DVMDVMDVMDVM的的的的参考地电位不相等。参考地电位不相等。参考地电位不相等。参考地电位不相等。 共模干扰电压也分共模干扰电压也分直流直流电压和交流电压电压和交流电压两类。两类。 共模干扰电压可能很大，共模干扰电压可能很大，如上百伏甚至上千伏如上百伏甚至上千伏。电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.1.4 DVM的抗干扰分析的抗干扰分析( (续续续续) )三、干扰的误差分析三、干扰的误差分析串模干扰抑制比（串模干扰抑制比（SMR）串模干扰电串模干扰电串模干扰电串模干扰电
36、压的峰值压的峰值压的峰值压的峰值干扰引起的最干扰引起的最干扰引起的最干扰引起的最大显示误差大显示误差大显示误差大显示误差SMRSMR越大，则抗干扰能力越强，一般为越大，则抗干扰能力越强，一般为越大，则抗干扰能力越强，一般为越大，则抗干扰能力越强，一般为202060dB60dB；积分型的积分型的积分型的积分型的SMRSMR较大较大较大较大，因其响应被测信号的平均值。，因其响应被测信号的平均值。，因其响应被测信号的平均值。，因其响应被测信号的平均值。电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.1.4 DVM的抗干扰分析的抗干扰分析( (续续续续) )三、干扰的误差分析三、干扰的误差分析串模
37、干扰抑制比（串模干扰抑制比（SMR）以积分型为例以积分型为例干扰信号：干扰信号：干扰信号：干扰信号：显示误差：显示误差：显示误差：显示误差：电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.1.4 DVM的抗干扰分析的抗干扰分析( (续续续续) ) SMRSMR随干扰信号随干扰信号随干扰信号随干扰信号f f的增大而增大，的增大而增大，的增大而增大，的增大而增大，危害主要在低频危害主要在低频危害主要在低频危害主要在低频； T T1 1越大，则越大，则越大，则越大，则SMRSMR越大；越大；越大；越大； 主要危害是主要危害是主要危害是主要危害是工频工频工频工频50Hz50Hz，因此因此因此因此T
38、 T1 120n20n（msms）电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.1.4 DVM的抗干扰分析的抗干扰分析( (续续续续) )三、干扰的误差分析三、干扰的误差分析共模干扰共模干扰DVMDVM浮置浮置浮置浮置测量的输入等效电路测量的输入等效电路测量的输入等效电路测量的输入等效电路低端与机低端与机低端与机低端与机壳隔离壳隔离壳隔离壳隔离Z Zi iZZ2 2Z Z2 2rrcmcm+ r+ r2 2电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.1.4 DVM的抗干扰分析的抗干扰分析( (续续续续) )三、干扰的误差分析三、干扰的误差分析共模干扰抑制比（共模干扰抑制比（CMR
39、）将将将将U Ucmcm引起在引起在引起在引起在R Rs s、 r r1 1、 r r2 2上的压降转换成串模干扰上的压降转换成串模干扰上的压降转换成串模干扰上的压降转换成串模干扰共模干扰电共模干扰电共模干扰电共模干扰电压的峰值压的峰值压的峰值压的峰值干扰引起的最干扰引起的最干扰引起的最干扰引起的最大显示误差大显示误差大显示误差大显示误差原理：原理：原理：原理：公式：公式：公式：公式：电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.1.4 DVM的抗干扰分析的抗干扰分析( (续续续续) )三、干扰的误差分析三、干扰的误差分析共模干扰抑制比（共模干扰抑制比（CMR）Z Zi iZZ2 2，
40、I I2 2II1 1，忽略，忽略，忽略，忽略I I1 1，则：，则：，则：，则：Z Z2 2rrcmcm+ r+ r2 2低端与机壳低端与机壳低端与机壳低端与机壳间的阻抗间的阻抗间的阻抗间的阻抗低端信号低端信号低端信号低端信号线电阻线电阻线电阻线电阻一般一般一般一般CMRCMR为为为为8686120dB120dB；除浮置外，还可采取以下措施：；除浮置外，还可采取以下措施：；除浮置外，还可采取以下措施：；除浮置外，还可采取以下措施：在输入端加在输入端加在输入端加在输入端加RCRC滤波器滤掉高频，滤波器滤掉高频，滤波器滤掉高频，滤波器滤掉高频， 加屏蔽层。加屏蔽层。加屏蔽层。加屏蔽层。电子测量技
41、术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.2 直流数字电压表直流数字电压表由现成的芯片加上由现成的芯片加上R、C元件构成元件构成71067106，71077107，71167116，71357135等等等等特点：特点：对对对对CPCP要求不高，可用要求不高，可用要求不高，可用要求不高，可用RCRC代替石英晶体代替石英晶体代替石英晶体代替石英晶体LCDLCD必须用必须用必须用必须用3030200Hz200Hz的方波交流电驱动的方波交流电驱动的方波交流电驱动的方波交流电驱动电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.3 多用型数字电压表多用型数字电压表电子测量技术基础电子测量技术基础 第第
42、4 4章章4.4 时间和频率的测量时间和频率的测量差频法差频法拍频法拍频法示波法示波法*电桥法电桥法谐振法谐振法比较法比较法直读法直读法李沙育图形李沙育图形测周期法测周期法模拟法模拟法频频率率测测量量方法方法数字法数字法电容充放电法电容充放电法电子计数器法电子计数器法*电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.4 时间和频率的测量时间和频率的测量( (续续续续) )电子计数器的分类电子计数器的分类按功能分：按功能分：u* *通用计数器：通用计数器：通用计数器：通用计数器： 可测量频率、频率比、周期、时可测量频率、频率比、周期、时可测量频率、频率比、周期、时可测量频率、频率比、周期、时
43、间间隔、累加计数等。其测量功能可扩展。间间隔、累加计数等。其测量功能可扩展。间间隔、累加计数等。其测量功能可扩展。间间隔、累加计数等。其测量功能可扩展。u频率计数器：频率计数器：频率计数器：频率计数器：其功能限于测频和计数。但测频范其功能限于测频和计数。但测频范其功能限于测频和计数。但测频范其功能限于测频和计数。但测频范围往往很宽。围往往很宽。围往往很宽。围往往很宽。u时间计数器：时间计数器：时间计数器：时间计数器：以时间测量为基础，可测量周期、以时间测量为基础，可测量周期、以时间测量为基础，可测量周期、以时间测量为基础，可测量周期、脉冲参数等，其测时分辨力和准确度很高。脉冲参数等，其测时分辨
44、力和准确度很高。脉冲参数等，其测时分辨力和准确度很高。脉冲参数等，其测时分辨力和准确度很高。u特种计数器特种计数器特种计数器特种计数器: : : :具有特殊功能的计数器。包括可逆具有特殊功能的计数器。包括可逆具有特殊功能的计数器。包括可逆具有特殊功能的计数器。包括可逆计数器、序列计数器、预置计数器等。用于工业计数器、序列计数器、预置计数器等。用于工业计数器、序列计数器、预置计数器等。用于工业计数器、序列计数器、预置计数器等。用于工业测控。测控。测控。测控。电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.4 时间和频率的测量时间和频率的测量( (续续续续) )4.4.1 时间和频率标准时间和
45、频率标准4.4.2 电子计数式频率计原理电子计数式频率计原理4.4.3 通用计数器的基本组成和工作方式通用计数器的基本组成和工作方式4.4.4 误差分析误差分析电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.4.1 时间和频率标准时间和频率标准一、时间与频率的原始标准一、时间与频率的原始标准 1 1 1 1、天文时标、天文时标、天文时标、天文时标 2 2 2 2、原子时标、原子时标、原子时标、原子时标二、二、 石英晶体振荡器石英晶体振荡器 1 1、组成、组成、组成、组成 2 2 2 2、指标、指标、指标、指标时间科普网：时间科普网：电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.4.1
46、 时间和频率标准时间和频率标准( (续续续续) )一、时间与频率的原始标准一、时间与频率的原始标准 1 1 1 1、天文时标、天文时标、天文时标、天文时标 世界时（世界时（世界时（世界时（UTUTUTUT, , , ,Universal TimeUniversal TimeUniversal TimeUniversal Time）:以地球自转以地球自转以地球自转以地球自转1 1 1 1天确天确天确天确定的时间，即定的时间，即定的时间，即定的时间，即 1/(246060)=1/86400 1/(246060)=1/86400 1/(246060)=1/86400 1/(246060)=1/864
47、00为为为为1 1 1 1秒。秒。秒。秒。 其误差约为其误差约为其误差约为其误差约为101010107 7 7 7量级。量级。量级。量级。 历书时（历书时（历书时（历书时（ETETETET）：以地球绕太阳公转：以地球绕太阳公转：以地球绕太阳公转：以地球绕太阳公转1 1 1 1年的年的年的年的31556 31556 31556 31556 925.9747925.9747925.9747925.9747分之一为分之一为分之一为分之一为1 1 1 1秒。秒。秒。秒。 参考点为参考点为参考点为参考点为1900190019001900年年年年1 1 1 1月月月月1 1 1 1日日日日0 0 0 0时
48、（国际天文学会定义）时（国际天文学会定义）时（国际天文学会定义）时（国际天文学会定义）。准确度达。准确度达。准确度达。准确度达101010109 9 9 9 。电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.4.1 时间和频率标准时间和频率标准( (续续续续) )一、时间与频率的原始标准一、时间与频率的原始标准 2 2 2 2、原子时标、原子时标、原子时标、原子时标 基本原理：基本原理：基本原理：基本原理：原子（分子）在能级跃迁中将吸收原子（分子）在能级跃迁中将吸收原子（分子）在能级跃迁中将吸收原子（分子）在能级跃迁中将吸收( ( ( (低能级到高能级低能级到高能级低能级到高能级低能级到高
49、能级) ) ) )或辐射（高能级到低能级）电磁或辐射（高能级到低能级）电磁或辐射（高能级到低能级）电磁或辐射（高能级到低能级）电磁波，其频率是恒定的：波，其频率是恒定的：波，其频率是恒定的：波，其频率是恒定的：分类：分类：分类：分类：激射器型和吸收型激射器型和吸收型激射器型和吸收型激射器型和吸收型电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.4.1 时间和频率标准时间和频率标准( (续续续续) )一、时间与频率的原始标准一、时间与频率的原始标准 2 2 2 2、原子时标、原子时标、原子时标、原子时标定义：定义：定义：定义：1967196719671967年第年第年第年第13131313届
50、国际计量大会规定：届国际计量大会规定：届国际计量大会规定：届国际计量大会规定： “秒是秒是秒是秒是CsCsCsCs133133133133原子原子原子原子基态的两个超精细结构能级之间跃迁基态的两个超精细结构能级之间跃迁基态的两个超精细结构能级之间跃迁基态的两个超精细结构能级之间跃迁频率相应的射线束持续频率相应的射线束持续频率相应的射线束持续频率相应的射线束持续9,192,631,7709,192,631,7709,192,631,7709,192,631,770个周期的时间个周期的时间个周期的时间个周期的时间”。起点：起点：起点：起点：原子时的时刻起点为原子时的时刻起点为原子时的时刻起点为原子
51、时的时刻起点为1958195819581958年年年年1 1 1 1月月月月1 1 1 1日日日日0 0 0 0时。时。时。时。准确度准确度准确度准确度：1 1 1 1210210210210-15-15-15-15( ( ( (相当于相当于相当于相当于350350350350万年万年万年万年1111秒秒秒秒) ) ) )，并仍在提高。，并仍在提高。，并仍在提高。，并仍在提高。电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.4.1 时间和频率标准时间和频率标准( (续续续续) )一、时间与频率的原始标准一、时间与频率的原始标准 2 2 2 2、原子时标、原子时标、原子时标、原子时标铯原子钟
52、：铯原子钟：铯原子钟：铯原子钟：大铯钟大铯钟大铯钟大铯钟，专用实验室高稳定度频率基准；，专用实验室高稳定度频率基准；，专用实验室高稳定度频率基准；，专用实验室高稳定度频率基准；小铯钟小铯钟小铯钟小铯钟，频率工作基准。，频率工作基准。，频率工作基准。，频率工作基准。铷原子钟：铷原子钟：铷原子钟：铷原子钟：准确度：准确度：准确度：准确度： 1010-11-11，体积小、重量轻，便于携带，体积小、重量轻，便于携带，体积小、重量轻，便于携带，体积小、重量轻，便于携带，可作为工作标准。可作为工作标准。可作为工作标准。可作为工作标准。氢原子钟：氢原子钟：氢原子钟：氢原子钟：短期稳定度高：短期稳定度高：短期
53、稳定度高：短期稳定度高：1010-14-141010-15-15，但精度较低达，但精度较低达，但精度较低达，但精度较低达1010-12 -12 。电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.4.1 时间和频率标准时间和频率标准( (续续续续) )二、二、 石英晶体振荡器石英晶体振荡器u电子计数器内部时间、频率基准采用电子计数器内部时间、频率基准采用电子计数器内部时间、频率基准采用电子计数器内部时间、频率基准采用石英晶体振石英晶体振石英晶体振石英晶体振荡器（简称荡器（简称荡器（简称荡器（简称“晶振晶振晶振晶振”）为基准信号源。为基准信号源。为基准信号源。为基准信号源。u基于压电效应产生稳
54、定的频率输出。但是晶振基于压电效应产生稳定的频率输出。但是晶振基于压电效应产生稳定的频率输出。但是晶振基于压电效应产生稳定的频率输出。但是晶振频率易受温度影响（其频率频率易受温度影响（其频率频率易受温度影响（其频率频率易受温度影响（其频率- -温度特性曲线有拐温度特性曲线有拐温度特性曲线有拐温度特性曲线有拐点，在拐点处最平坦），普通晶体频率准确度点，在拐点处最平坦），普通晶体频率准确度点，在拐点处最平坦），普通晶体频率准确度点，在拐点处最平坦），普通晶体频率准确度为为为为1010-5-5。u采用温度补偿或恒温措施（恒定在拐点处的温采用温度补偿或恒温措施（恒定在拐点处的温采用温度补偿或恒温措施（
55、恒定在拐点处的温采用温度补偿或恒温措施（恒定在拐点处的温度）可得到高稳定、高准确的频率输出。度）可得到高稳定、高准确的频率输出。度）可得到高稳定、高准确的频率输出。度）可得到高稳定、高准确的频率输出。电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.4.1 时间和频率标准时间和频率标准( (续续续续) )二、二、 石英晶体振荡器石英晶体振荡器1 1 1 1、组成、组成、组成、组成电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.4.1 时间和频率标准时间和频率标准( (续续续续) )二、二、 石英晶体振荡器石英晶体振荡器2 2 2 2、指标、指标、指标、指标晶振类型晶振类型晶振类型晶振类型
56、输出频率输出频率输出频率输出频率(MHz)(MHz)日稳定度日稳定度日稳定度日稳定度准确度准确度准确度准确度普通普通普通普通1 1，10101010-5-51010-6-61010-5-5温度补偿温度补偿温度补偿温度补偿1 1，5 5，10101010-6-61010-7-71010-6-6单恒温槽单恒温槽单恒温槽单恒温槽1 1，2.52.5，5 5，10101010-7-71010-9-91010-6-61010-8-8双恒温槽双恒温槽双恒温槽双恒温槽2.52.5，5 5，10101010-9-91010-11-11优于优于优于优于1010-8-8通过分频或倍频得到测周的通过分频或倍频得到测
57、周的通过分频或倍频得到测周的通过分频或倍频得到测周的时标时标时标时标和测频的和测频的和测频的和测频的闸门时间闸门时间闸门时间闸门时间。电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.4.2 电子计数式频率计原理电子计数式频率计原理放大整形放大整形主门主门计数器计数器门控门控分频分频晶振晶振译码器译码器显示器显示器10ms10sT被测被测信号信号SN闸门时间闸门时间闸门时间闸门时间fx电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.4.3 通用计数器的基本组成和工作方式通用计数器的基本组成和工作方式1 1、基本组成、基本组成、基本组成、基本组成T=mTT=mTB B放大整形放大整形主门主
58、门计数显示计数显示门控门控分频分频TB1000 TBTAS放大整形放大整形BTAfAfBN多周期多周期电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.4.3 通用计数器的基本组成和工作方式通用计数器的基本组成和工作方式2 2、工作方式、工作方式、工作方式、工作方式测频测频测频测频测周测周测周测周测频比测频比测频比测频比A A A Af f f fx x x xB B B B晶振晶振晶振晶振f f f fC C C CB B B BT T T Tx x x xA A A A时标时标时标时标T T T Ts s s sA A A Af f f fA A A AB B B Bf f f fB B
59、 B B电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.4.4 误差分析误差分析一、测频误差一、测频误差量化误差量化误差量化误差量化误差标频误差标频误差标频误差标频误差1 1 1 1、量化误差、量化误差、量化误差、量化误差来源：来源：来源：来源：被测信号与门控信号不同步引起的。被测信号与门控信号不同步引起的。被测信号与门控信号不同步引起的。被测信号与门控信号不同步引起的。特点：特点：特点：特点：数字化仪器所特有的，对任意数字化仪器所特有的，对任意数字化仪器所特有的，对任意数字化仪器所特有的，对任意N N N N，最，最，最，最大误差总是大误差总是大误差总是大误差总是1 1 1 1个量化单位
60、。个量化单位。个量化单位。个量化单位。电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.4.4 误差分析误差分析( (续续续续) )一、测频误差一、测频误差2 2 2 2、标频误差、标频误差、标频误差、标频误差测频总误差：测频总误差：测频总误差：测频总误差：减少误差措施：减少误差措施：减少误差措施：减少误差措施：TTTT增大，增大，增大，增大，即增大闸门时间即增大闸门时间即增大闸门时间即增大闸门时间测高频测高频测高频测高频, , , , 低频用测周法低频用测周法低频用测周法低频用测周法采用优质晶振采用优质晶振采用优质晶振采用优质晶振T=0.1sT=0.1sT=0.1sT=0.1s1s1s1s
61、1s10s10s10s10s电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.4.4 误差分析误差分析( (续续续续) )二、测周误差二、测周误差量化误差量化误差量化误差量化误差时标误差时标误差时标误差时标误差减少误差措施：减少误差措施：减少误差措施：减少误差措施： m m m m增大，增大，增大，增大，即多周期测量即多周期测量即多周期测量即多周期测量测低频测低频测低频测低频 采用优质晶振采用优质晶振采用优质晶振采用优质晶振多周期测量多周期测量多周期测量多周期测量分频系数分频系数分频系数分频系数电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章4.4.4 误差分析误差分析( (续续续续) )三、中界频率三、中界频率fm使测频和测周的使测频和测周的使测频和测周的使测频和测周的误差相同误差相同误差相同误差相同的频率，即：的频率，即：的频率，即：的频率，即：测频测频测频测频N N N N测周测周测周测周N N N N或或或或当当当当f f f fx x x xffffm m m m时，用测频法时，用测频法时，用测频法时，用测频法当当当当f f f fx x x xffffm m m m时，用测周法时，用测周法时，用测周法时，用测周法电子测量技术基础电子测量技术基础 第第4 4章章作业作业P1481504.4，4.64.11，4.14 ，4.15
