直流数字电压表

数字式仪表的结构
被测量转为直流 电压
被测量转为频率
被测量转为数字
数字式仪表的结构框图
4.1 电压测量的数字化方法
❖ 直流电压表（Digital Voltage Meter——
DVM）由模拟部分和数字两部分电路构成
模拟部分
Ux
输入
A/D
电路
转换器
数字部分
数字 显示器
逻辑控 制电路
时钟 发生器
直流DVM的组成原理框图
差。
二、重点与难点
重点
1. U-T 积分型DVM的组成和工作原理 2. 电子计数式频率计的工作原理
第4章 数字测量方法
数字量是信号幅度随时间做离散型变化 的物理量。目前，电子测量仪器正向量程扩 大化，集成化模块化、智能化、虚拟化、网 络化、跨专业多功能化、数字化趋势发展。 而这些发展趋势的核心是数字化。因此，必 须学习和掌握数字化测量方法。无论高档还 是低档仪器，数字化越来越普及。
较 较
式余 逐 式分 并
次 数 联 级
比较式 循环比较 比较式 式
式
4.1.2 DVM的主要类型
1. 逐次比较型DVM的工作原理
图4.1.5 逐次比较型DVM原理框图
4.1.2 DVM的主要类型
1. 逐次比较型DVM的工作原理
逐次比较A/D的工作原理 非常类似于天平称质量过程(因 而也叫称量法)。它利用对分搜 索原理，依次按二进制递减规 律减小，从数字码的最高位 (MSB，相当于满度值FS的一 半)开始，逐次比较到低位，使 Uo逐次逼近Ux。
表示串模干扰是由于测
量引线受外界电磁场感
应所引起的。
图4.1.2 串模干扰
4.1 电压测量的数字化方法
DVM对串模干扰的 抑制能力用串模抑制比 （SMR）来表示
SMR(dB) 20lg Usmp Um
图4.1.3 串模干扰电压波形
4.1 电压测量的数字化方法
(2)共模干扰
用DVM进行测量时的共模干扰如图4.1.4所示。图中Z1和Z2是DVM两个输 入端与机壳间的绝缘阻抗，一般Z1>>Z2, R1和R2是测量引线的电阻。
双斜积分式DVM属于U-T变换型。
4.1.2 DVM的主要类型
(1) 双斜积分式DVM的工作原理
(a) Hale Waihona Puke Baidu本原理框图
图4.1.7 双斜积分式DVM
4.1.2 DVM的主要类型
(1) 双斜积分式DVM的工作原理
(b) 工作波形
图4.1.7 双斜积分式DVM
一、本章内容
7. 能分析AC-DC转换器，R-U 转换器，I-U 转换器的 组成和工作过程。
8. 结合图4.4-2和图4.4-3，掌握电子计数式频率计的工 作原理，能详细分析工作过程。
9. 能详细分析测频方面的测量误差，包括： （1）量化误差——±1误差 （2）标准频率误差 10. 测量时间、相位的工作原理，能详细分析其测量误
当被测信号源地端与DVM机壳间存在电 位差即共模干扰电压Ucm时，将产生干扰 电流I1和I2，分别串入两根信号引线，由 于(R1+Z1)≠(R2+Z2)，所以Ucm的作用等效 于信号通道中的串联干扰源而对测量结果 发生影响。
图4.1.4 共模干扰示意图
4.1 电压测量的数字化方法
DVM对共模干扰的抑制能力用共模抑制比(CMR) 来表示
一、本章内容
1. 结合图4.1-1分析数字仪表的结构及直流DVM的组成。 2. 了解DVM的特点。 3. 了解DVM的主要类型，结合图4.1-5能阐述逐次比较
式DVM的电路组成和工作原理；结合图4.1-7能分析 和叙述U-T 积分型DVM的组成和工作原理。 4. 了解DVM的测量误差内容，并能计算习题。 5. 结合图4.2-1能分析和叙述直流数字电压表的组成和 工作过程。 6. 多用型数字电压表的组成。
4.1 电压测量的数字化方法
由于DVM的灵敏度很高，因而对外部干扰的抑制 能力就成为保证它的高精度测量能力的重要因素。外 部干扰可分为串模干扰和共模干扰两种。
(1)串模干扰
串模干扰是指干扰电压Usm以串联形式与被测电压 Ux迭加后加到DVM输入端，见图4.1.2。
图(a)表示串模干扰来自
被测信号源内部，图(b)
CMR(dB) 20lg Ucmp Um
4.1 电压测量的数字化方法
4.1.2 DVM的主要类型
各类DVM的主要区别在于A/D转换的方式不同， 按其工作原理主要分为：比较型和积分型两大类。
双 斜 式 、 多 斜 式
积 分 式脉 冲 调 宽 式
A/D变
换
比
较
U F变 换 式
反 馈 式
直 接
比 比
4.1 电压测量的数字化方法
4.1.1 DVM的特点
• 数字显示 消除视觉误差 • 准确度高 测量误差小，准确度达10-7，灵敏度达μV • 测量范围 量程，位数，超量程能力 • 分辨力高 达μV级 • 测量速度快 达μs级 • 输入阻抗高 一般10MΩ，最高达10GΩ • 抗干扰能力强 串模、共模
图4.1.6 逐次比较型A/D转换器原理框图
4.1.2 DVM的主要类型
1. 逐次比较型DVM的工作原理
逐次比较型A/D转换器结构简单、精度高、速度 快，但抗干扰性能差。
2. 积分式DVM的工作原理
积分型A/D转换器是一种间接转换器：首先对输 入的模拟电压通过积分器变成时间（T）或频率（F） 等中间量，再把中间量转换成数字量。根据中间量 的不同分为U-T式和U-F式。
第4章 数字测量方法
❖ 数字化测量——将连续的模拟量转换成断续
的数字量，进行编码、存储、显示及打印等。
方便进行数字化测量的量
直流电压 数字电压表 频 率 电子计数器
第4章 数字测量方法
数字万用表 电阻、电压、电流、电容、温度…… 电子计数器 频率、周期、时间间隔…… 数字示波器 波形及其参数显示、存储…… 其他数字化仪器……
第4章 数字测量方法
❖ 随着微电子技术的发展，数字电路的成本 越来越低。随着各类仪器装上了CPU，数字化 仪器比模拟仪器的功能更强，精度更高，应用 更方便灵活，能用数字测量方法就不用模拟测 量方法。
❖ 可以将今后的仪器归纳成一个简单的公式： “仪器=AD/DA+CPU+软件”，A/D芯片将模拟 信号变成数字信号，再经过CPU及软件处理变 换后由D/A输出。A/D芯片是数字化测量的核心 器件，要掌握的内容是A/D转换器的基本原理， 检测方法及应用领域等。