智能仪器原理及应用

图中， M32是高阻抗电压跟随器，它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。M32输出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输出端，产生一个浮动的±12V电源。 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。
输入电流补偿电路的作用是减小输入电流的影响。 自动补偿时，在输入端接入一个10MΩ电阻，这样，输入电流 + I b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。 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 + I b 大小相等方向相反的电流 - I b ，使两者在 放大器的输入端相互抵消。
一、 组成
概述
智能DVM的测量过程大致分为三个主要阶段： １、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，然后存入到数据存 储器中；
２、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；
３、显示处理结果。
上述整个工作过程都是在存放在ROM中监控程序的控 制下进行的。
(1)
为扩大测量范围， 智能DVM借助于分压器和输入放大器分 为若干个量程， 其中既不放大也不衰减的量程称为基本量程。 (2)
智能DVM的位数是以完整的显示位（能够显示0～9十个数 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4 位半数字电压表。
1071 型DVM输入电路主要由输入衰减器、输入放大器、有源滤波器、 输入电流补偿电路及自举电路等部分组成。 有源滤波器是否接入由微处理器通过I/O接口电路实施控制，该滤波器对 50Hz 的干扰有54dB的衰减。
输入放大器由直流自举电路供电，以使放大器的地线电压和电源电压跟 随输入信号而变化，即所谓“浮动”的电源。
数据处理功能：
1． 标度变换(AX+B) R＝Ax+B 式中 ： R—— x—— A，B——
利用这一功能，可将传感器输出的测量值， 直接用实际的
2． 相对误差(Δ％) xn R 100% n 式中： n 为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
数据处理功能：
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。
普通DVM的各项技术指标
(6) 输入电流 I0
输入电流I0 是指仪器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，而与被测信号的大小无关， 其方向是随机的。 这个电流将会通过信号源内阻建立一个附加的电压，而形 成误差电压，所以输入电流愈小愈好。
6.1.1
概述百度文库
二、 智能DVM的功能及主要技术指标
1、数据处理功能及自动测量功能等：
标度变换(AX+B) 、相对误差(Δ％) 、极限(LMT) 、 最大/最 小值 、比例关系 、统计等数据处理功能；
自动量程转换、自动零点调整、自动校准、自动诊断等自动 测量功能。
2、普通DVM的各项技术指标： 量程、位数、测量准确度、分辨率、输入阻抗、输入电流、 测量速率等。
在程序运行过程中一般只显示现行测量值， 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值和最小值。
数据处理功能：
5． 比例指测量值与另一个测量值或参考值之间的关系，有 三种表达形式。 R＝x／ r R＝20 log（x／ r） R＝x2 ／r 式中 : r 第一种表达形式为简单比例； 第二种为对数比关系，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， 其用途之一就是用瓦或 毫瓦为单位直接显示负载电阻r
3． 极限(LMT) 即上下限报警功能。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，还将显示标志字H，L 或P， 表明测量结果超上限、超下限或通过。
4． 最大/
利用此项功能能对一组测量值进行处理， 求出其中的最大 值和最小值并存储起来。
数据处理功能：
6．统计
利用此项功能， 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。
自动测量等功能
智能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。这些功能在第4章和 第5章中已做过讨论。
二、 智能DVM的功能及主要技术指标 普通DVM的各项技术指标
第6章 电压测量为主的智能仪器
• 电压测量是电子测量中最基本的测量内容，这是
因为其他电量和非电量的测量大多数是先转化为 直流电压，尔后再进行测量，所以电压测量具有
非常广泛的意义。
• 6.1 智能DVM原理
• 6.2 智能DMM原理
• 6.3 智能RLC测量仪原理
6.1.1
一、 组成
概述
6.1.1
分辨率即能显示输入电压最小增量的能力，通常以使显示 器末位跳一个字所需输入的最小电压值来表示。 分辨率与量程及位数有关，量程愈小位数愈多，分辨率就 愈高。DVM 通常以仪器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 100μV (5) 输入阻抗 Zi
输入阻抗Zi 是指从DVM两个输入端子看进去的等效电阻。
位数是表征DVM性能的一个最基本的参量。通常将高于五 位数字的DVM称为高精度DVM。
普通DVM的各项技术指标
(3) Δ＝±a％UX±b％Um 式中： a——
b——
UX —— 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。
普通DVM的各项技术指标
(4) 分辨率
(7)
测量速率
以每秒的测量次数来表示，
6.1.2
输入电路
输入电路主要由输入衰减器、输入放大器、有源滤波器、 输入电流补偿电路等部分组成。输入电路的主要作用是提高输 入阻抗和实现量程转换。 常常将DVM的输入电路和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。 下面以DATRON公司1071型智能DVM输入电路为例对输入 电路的组成原理进行讨论。1071 型DVM输入电路主要由输入衰 减器、输入放大器、有源滤波器、输入电流补偿电路及自举电 路等部分组成。