[5]智能仪器原理及应用.ppt
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第5章 智能型电压测量仪
第5章 智能型电压测量仪
5.1 智能型DVM的功能、 技术指标及特点 5.2 智能型DVM的原理 5.3 智能型DMM原理及应用 5.4 电压表的使用 思考题与习题
第5章 智能型电压测量仪
5.1 智能型DVM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。
2 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wk.baidu.com 的DVM称为高精度DVM。
第5章 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，
Δ = ±a%Ux±b%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。
第5章 智能型电压测量仪
（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。
（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。
第5章 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0～9这10个数码的显示位）来定义的。例如，最大显示数为 9999、19 999、11 999的DVM称四位表。为区别起见，常常也把 最大显示数为19 999、11 999的DVM称为 4 1 位数字电压表。
第5章 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0～9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。
n
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。
第5章 智能型电压测量仪
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。
第5章 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。
第5章 智能型电压测量仪
5. 比例
R x r
R 20lg x r
R x2 r
（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。
第5章 智能型电压测量仪
5.1.3 智能型DVM的特点
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1 μV，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。
第5章 智能型电压测量仪
内部 总线
微处 理器
程序 存储 器
数据 存储 器
I/O
被测电压 输入 电路
I/O
I/O
A/D
键盘
转换 器
I/O 显示 器
标准 仪用 接口
外部 仪用 标准 总线
图 5-1 智能DVM的典型结构
第5章 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。
第5章 智能型电压测量仪
1. 标定（Ax＋B）
R＝Ax＋B
(5-1)
式中:R —— 最后的显示结果；
x ——
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。
第5章 智能型电压测量仪
2.相对误差（Δ%）
R x n 100%
(5-2)
第5章 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1 V的4位DVM的分辨率为100 μV。
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为单位直接显示负载电阻r上的功率。
第5章 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：
第5章 智能型电压测量仪
5.1 智能型DVM的功能、 技术指标及特点 5.2 智能型DVM的原理 5.3 智能型DMM原理及应用 5.4 电压表的使用 思考题与习题
第5章 智能型电压测量仪
5.1 智能型DVM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。
2 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wk.baidu.com 的DVM称为高精度DVM。
第5章 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，
Δ = ±a%Ux±b%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。
第5章 智能型电压测量仪
（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。
（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。
第5章 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0～9这10个数码的显示位）来定义的。例如，最大显示数为 9999、19 999、11 999的DVM称四位表。为区别起见，常常也把 最大显示数为19 999、11 999的DVM称为 4 1 位数字电压表。
第5章 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0～9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。
n
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。
第5章 智能型电压测量仪
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。
第5章 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。
第5章 智能型电压测量仪
5. 比例
R x r
R 20lg x r
R x2 r
（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。
第5章 智能型电压测量仪
5.1.3 智能型DVM的特点
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1 μV，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。
第5章 智能型电压测量仪
内部 总线
微处 理器
程序 存储 器
数据 存储 器
I/O
被测电压 输入 电路
I/O
I/O
A/D
键盘
转换 器
I/O 显示 器
标准 仪用 接口
外部 仪用 标准 总线
图 5-1 智能DVM的典型结构
第5章 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。
第5章 智能型电压测量仪
1. 标定（Ax＋B）
R＝Ax＋B
(5-1)
式中:R —— 最后的显示结果；
x ——
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。
第5章 智能型电压测量仪
2.相对误差（Δ%）
R x n 100%
(5-2)
第5章 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1 V的4位DVM的分辨率为100 μV。
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为单位直接显示负载电阻r上的功率。
第5章 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：