电子测量数字测量方法
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二、DVM的主要类型：
按工作方式分类 1. 逐次逼近型、 2. 并行比较型/串并行型、 3. 积分型、 4. ∑-Δ调制型、 5. 电容阵列逐次比较型 6. 压频变换型
电子测量数字测量方法
1. 并行比较型 DVM 工作原理
(1)电路
输入电压通过比较器与各个比较器的反相端电压比较，比较器反相端电压是参考电
模拟式电压表利用二极管构成的平均值和峰值检波电路，驱动直流微安表 指针偏转，如图 (a)。
这种检波器是非线性的，因为二极管非线性特性和阀值电压VT的影响，使 检波输出的线性很差，如图 (b)所示。输出电压瞬时值 uo与交流输入电压瞬时 值ui 存在如下关系：
当 ui 较低时, 其很大部分消耗在非线性二极管压降UDV上, 当ui＜ UT=0.6V 时；uo= 0 ，这种畸变对于测量变换是不允许的。
三、DVM的测量误差：
DVM的固有误差，常用下列两种方式表示：
其中： ① a％UX 为示值相对误差，与读数成正比，称为读数误差。它与仪器各单
元电路的不稳定性有关。
② b％ UX 为不随读数变化的满度误差，由量化误差和0点误差等组成。量
化是把本来有无穷个取值的模拟量用有限个数字量来表示的过程。0点偏移如 同磁电式电压表的机械0点没有调好一样，对于DVM，多发生在末位数字上。
Chapter 4
数字测量方法
§4.1 电压测量的数字化方法 §4.2 直流数字电压表 §4.3 多用型数字电压表 §4.4 频率的测量 §4.5 时间的测量 §4.6 相位的测量 电子测量数字测量方法
Leabharlann Baidu4.1 电压测量的数字化方法
数字化测量是将连续模拟量转换成断续的数字量，然后进行编码、存储、 显示及打印等。
(1)电路结构
放大器积分输出：u01R 1C0TuxdxR uxC T
Uom
uN
t0 t1
t2
t3′ t3′
(2)基本原理：
工作过程：时段①：定时积分, T1 = t2-t1 ;
Uom RuxCT1
时段②：定值积分，从t2开始，过零结束;
Uom RuxCT1
若时钟频率为F，则UoT22期U间om 的脉R uN 冲C T 数电2子：测N 0量2数 字T T 测2 2 F 量方 U 法(ou u m N x R uN T 1) C F R u x(T C u u 1N xR u N N F 1 C )u F uN x T 1u N N 1u x
R
1个采样到来时，输入模
拟量大于3V，则有三个
R
比较器都输出高电平，
但优先编码器只对反相
R
端接3V分档电压的比较
R
器的输出进行编码，输
优先编码器
7
6
1
D0
5 4
2
D1
3
4
D2
2
1
0
出数字量为011。余此类
R
采样脉冲
推，有如下的表格：
(2)特点
R
并行模/数转换原理图
优点：转换速度快。
.
电子测量数字测量方法
(2)应用电路：
电子测量数字测量方法
由集成块7106 构成3位半数字电压 表的典型电路如图
4．U-F变换型 DVM 工作原理
(1)电压反馈式U／F转换器组成原理
被测电压Ux经放大后输出电压Uo，经过U-F 转换器获 得频率为UF 的序列脉冲。经过F-U 电路转换成UF ，再与 UX 比较，产生差值电压ΔU＝ UX - UF 。两者差使UO及F 输出改变，如此循环，直至动态平衡。 若放大器的增益 足够大，则ΔU≈0， UX ≈UF 。因为UF 正比于F ，∴UX 正 比于F ， 即： UX ≈ k∙F
缺点： 转换位数越多，需比较器数量越多。N位AD转换器需 2n-1 个比较器。
2．逐次比较型 DVM 工作原理
(1)特点 优点：转换速度较慢。 缺点： 转换电路相对精炼。
(2)电路
D/A 转换器
基准源
输出缓冲器
US Ui
比较器
数据 寄存器
译码 显示
启动
时序逻辑 控制电路
转换结束 输出允许
V
时钟
0.75 VMAX VIN
0.0625VMAX
0.625VMAX
0.5 VMAX
0.25VMAX
0.125VMAX
0.5VMAX
第一次比较 第二次比较
第三次比较 第四次比较 0
(3) 例
1
0
1
0.6875VMAX
DVM做4次比较，基准Ur 输入Ui =0.68V，
=
1V，
电子测量数字测量方法
0
t
3．双积分型 DVM 工作原理
(2)特点
U/F型A/D转换器多用电压反馈形式。具有较好的抗干扰能力, 准确度和输入阻抗高。
(3)原理电路
uo uN
uT
uN uN
电子测量数字测量方其法中
(4)应用电路：
①恢复型U－F 转换器电路图1
电子测量数字测量方法
②恢复型U－F 转换器电路图2
图4.1.10(b ) 电恢子测复量型数U字－测量F方转法换器电路图
满度误差与被测电压大小无关，而与所取量程有关，∴常常用正负几个字来
表示。为了避免满度误差对测量结果的影响，应选择合适的量程，使被测电压
显示的位数尽量多。 例: 用某型DVM测量0.5V电压，
若使用200 V量程时，显示000.52V,满度误差±2个字,误差的影响是很大的； 而使用2 V量程时，能显示0.5002 ,这时的满度误差±2个字,误差就小多了。
进行数字化处理，比较方便的量是直流电压和脉冲(或交流)频率。对应的 测量仪器是数字电压表 ( DVM ) 和电子计数器(一般称计数式频 率计 )。
* 直流 DVM 的测量原理 * 综合数字化仪表的测量原理
A/F (A/T)
电子测量数字测量方法
§4.2 直流数字电压表
一、DVM的特点：
1．数字显示 2．准确度高 3．量程转换灵活：自动转换、手动转换 4. 分辨力高 5. 测量速度快 6. 输入阻抗高 7. 抗干扰能力强
压UR通过电阻分档的电压，输入电压比哪些个档的参考电压高，则哪些个比较器就输 出高电平，但是由于比较器后接优先编码器，所以只有最高级别的比较器输出的高电
平被编码。 右图是3位并行A/D
转换器。设参考电压为
Uk
R 模拟输入
比较器
8V，比较器反相端的分
档电压为1V，2V，3V，
R
4V，5V，6V，7V。在第
与其他仪器一样，DVM除了上述固有误差之外，还有影响误差等。例如: 输 入阻抗、环境温度 等引起的误差电。子测量数字测量方法
例题: P145例1
电子测量数字测量方法
纠教材 P145 之“综上所述”
§4.3 多用型数字电压表
* 多用表组成：
DVM
电子测量数字测量方法
一、交流电压—直流电压转换器： 1. 直接二极管检波 ：
按工作方式分类 1. 逐次逼近型、 2. 并行比较型/串并行型、 3. 积分型、 4. ∑-Δ调制型、 5. 电容阵列逐次比较型 6. 压频变换型
电子测量数字测量方法
1. 并行比较型 DVM 工作原理
(1)电路
输入电压通过比较器与各个比较器的反相端电压比较，比较器反相端电压是参考电
模拟式电压表利用二极管构成的平均值和峰值检波电路，驱动直流微安表 指针偏转，如图 (a)。
这种检波器是非线性的，因为二极管非线性特性和阀值电压VT的影响，使 检波输出的线性很差，如图 (b)所示。输出电压瞬时值 uo与交流输入电压瞬时 值ui 存在如下关系：
当 ui 较低时, 其很大部分消耗在非线性二极管压降UDV上, 当ui＜ UT=0.6V 时；uo= 0 ，这种畸变对于测量变换是不允许的。
三、DVM的测量误差：
DVM的固有误差，常用下列两种方式表示：
其中： ① a％UX 为示值相对误差，与读数成正比，称为读数误差。它与仪器各单
元电路的不稳定性有关。
② b％ UX 为不随读数变化的满度误差，由量化误差和0点误差等组成。量
化是把本来有无穷个取值的模拟量用有限个数字量来表示的过程。0点偏移如 同磁电式电压表的机械0点没有调好一样，对于DVM，多发生在末位数字上。
Chapter 4
数字测量方法
§4.1 电压测量的数字化方法 §4.2 直流数字电压表 §4.3 多用型数字电压表 §4.4 频率的测量 §4.5 时间的测量 §4.6 相位的测量 电子测量数字测量方法
Leabharlann Baidu4.1 电压测量的数字化方法
数字化测量是将连续模拟量转换成断续的数字量，然后进行编码、存储、 显示及打印等。
(1)电路结构
放大器积分输出：u01R 1C0TuxdxR uxC T
Uom
uN
t0 t1
t2
t3′ t3′
(2)基本原理：
工作过程：时段①：定时积分, T1 = t2-t1 ;
Uom RuxCT1
时段②：定值积分，从t2开始，过零结束;
Uom RuxCT1
若时钟频率为F，则UoT22期U间om 的脉R uN 冲C T 数电2子：测N 0量2数 字T T 测2 2 F 量方 U 法(ou u m N x R uN T 1) C F R u x(T C u u 1N xR u N N F 1 C )u F uN x T 1u N N 1u x
R
1个采样到来时，输入模
拟量大于3V，则有三个
R
比较器都输出高电平，
但优先编码器只对反相
R
端接3V分档电压的比较
R
器的输出进行编码，输
优先编码器
7
6
1
D0
5 4
2
D1
3
4
D2
2
1
0
出数字量为011。余此类
R
采样脉冲
推，有如下的表格：
(2)特点
R
并行模/数转换原理图
优点：转换速度快。
.
电子测量数字测量方法
(2)应用电路：
电子测量数字测量方法
由集成块7106 构成3位半数字电压 表的典型电路如图
4．U-F变换型 DVM 工作原理
(1)电压反馈式U／F转换器组成原理
被测电压Ux经放大后输出电压Uo，经过U-F 转换器获 得频率为UF 的序列脉冲。经过F-U 电路转换成UF ，再与 UX 比较，产生差值电压ΔU＝ UX - UF 。两者差使UO及F 输出改变，如此循环，直至动态平衡。 若放大器的增益 足够大，则ΔU≈0， UX ≈UF 。因为UF 正比于F ，∴UX 正 比于F ， 即： UX ≈ k∙F
缺点： 转换位数越多，需比较器数量越多。N位AD转换器需 2n-1 个比较器。
2．逐次比较型 DVM 工作原理
(1)特点 优点：转换速度较慢。 缺点： 转换电路相对精炼。
(2)电路
D/A 转换器
基准源
输出缓冲器
US Ui
比较器
数据 寄存器
译码 显示
启动
时序逻辑 控制电路
转换结束 输出允许
V
时钟
0.75 VMAX VIN
0.0625VMAX
0.625VMAX
0.5 VMAX
0.25VMAX
0.125VMAX
0.5VMAX
第一次比较 第二次比较
第三次比较 第四次比较 0
(3) 例
1
0
1
0.6875VMAX
DVM做4次比较，基准Ur 输入Ui =0.68V，
=
1V，
电子测量数字测量方法
0
t
3．双积分型 DVM 工作原理
(2)特点
U/F型A/D转换器多用电压反馈形式。具有较好的抗干扰能力, 准确度和输入阻抗高。
(3)原理电路
uo uN
uT
uN uN
电子测量数字测量方其法中
(4)应用电路：
①恢复型U－F 转换器电路图1
电子测量数字测量方法
②恢复型U－F 转换器电路图2
图4.1.10(b ) 电恢子测复量型数U字－测量F方转法换器电路图
满度误差与被测电压大小无关，而与所取量程有关，∴常常用正负几个字来
表示。为了避免满度误差对测量结果的影响，应选择合适的量程，使被测电压
显示的位数尽量多。 例: 用某型DVM测量0.5V电压，
若使用200 V量程时，显示000.52V,满度误差±2个字,误差的影响是很大的； 而使用2 V量程时，能显示0.5002 ,这时的满度误差±2个字,误差就小多了。
进行数字化处理，比较方便的量是直流电压和脉冲(或交流)频率。对应的 测量仪器是数字电压表 ( DVM ) 和电子计数器(一般称计数式频 率计 )。
* 直流 DVM 的测量原理 * 综合数字化仪表的测量原理
A/F (A/T)
电子测量数字测量方法
§4.2 直流数字电压表
一、DVM的特点：
1．数字显示 2．准确度高 3．量程转换灵活：自动转换、手动转换 4. 分辨力高 5. 测量速度快 6. 输入阻抗高 7. 抗干扰能力强
压UR通过电阻分档的电压，输入电压比哪些个档的参考电压高，则哪些个比较器就输 出高电平，但是由于比较器后接优先编码器，所以只有最高级别的比较器输出的高电
平被编码。 右图是3位并行A/D
转换器。设参考电压为
Uk
R 模拟输入
比较器
8V，比较器反相端的分
档电压为1V，2V，3V，
R
4V，5V，6V，7V。在第
与其他仪器一样，DVM除了上述固有误差之外，还有影响误差等。例如: 输 入阻抗、环境温度 等引起的误差电。子测量数字测量方法
例题: P145例1
电子测量数字测量方法
纠教材 P145 之“综上所述”
§4.3 多用型数字电压表
* 多用表组成：
DVM
电子测量数字测量方法
一、交流电压—直流电压转换器： 1. 直接二极管检波 ：