【正文】 第 4章 數(shù)字測量方法 ? 導論 ? 電壓測量的數(shù)字化方法 ? 直流數(shù)字電壓表 ? 多用型數(shù)字電壓表 ? 頻率的測量 ? 時間的測量 ? 相位的測量 電子測量與儀表（ Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大學 1. 結(jié)合圖 DVM的組成。 2. 了解 DVM的特點。 3. 了解 DVM的主要類型 ，結(jié)合圖 式 DVM的電路組成和工作原理；結(jié)合圖 和敘述 UT 積分型 DVM的組成和工作原理。 4. 了解 DVM的測量誤差內(nèi)容，并能計算習題 。 5. 結(jié)合圖 工作過程。 6. 多用型數(shù)字電壓表的組成。 一、本章內(nèi)容 電子測量與儀表（ Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大學 一、本章內(nèi)容 7. 能分析 ACDC轉(zhuǎn)換器， RU 轉(zhuǎn)換器， IU 轉(zhuǎn)換器的組成和工作過程 。 8. 結(jié)合圖 ， 掌握電子計數(shù)式頻率計的工作原理，能詳細分析工作過程 。 9. 能詳細分析測頻方面的測量誤差 ，包括： （ 1） 量化誤差 ——177。 1誤差 （ 2） 標準頻率誤差 10. 測量時間、相位的工作原理，能詳細分析其測量誤差 。 電子測量與儀表（ Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大學 二、重點 與 難點 重點 1. UT 積分型 DVM的組成和工作原理 2. 電子計數(shù)式頻率計的工作原理 電子測量與儀表（ Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大學 數(shù)字量是信號幅度隨時間做離散型變化的物理量。 目前，電子測量儀器正向量程擴大化，集成化模塊化、智能化、虛擬化、網(wǎng)絡(luò)化、跨專業(yè)多功能化、數(shù)字化趨勢發(fā)展。而這些發(fā)展趨勢的核心是 數(shù)字化 。因此， 必須學習和掌握數(shù)字化測量方法。 無論高檔還是低檔儀器，數(shù)字化越來越普及。 第 4章 數(shù)字測量方法 。 電子測量與儀表（ Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大學 隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字電路的成本越來越低。 隨著各類儀器裝上了 CPU，數(shù)字化儀器比模擬儀器的功能更強，精度更高，應用更方便靈活，能用數(shù)字測量方法就不用模擬測量方法 。 可以將今后的儀器歸納成一個簡單的公式：“ 儀器 =AD/DA+CPU+軟件 ”， A/D芯片將模擬信號變成數(shù)字信號，再經(jīng)過 CPU及軟件處理變換后由 D/A輸出 。 A/D芯片是數(shù)字化測量的核心器件，要掌握的內(nèi)容是 A/D轉(zhuǎn)換器的基本原理，檢測方法及應用領(lǐng)域等。 第 4章 數(shù)字測量方法 電子測量與儀表（ Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大學 數(shù)字化測量 —— 將連續(xù)的 模擬量 轉(zhuǎn)換成斷續(xù)的數(shù)字量 ，進行 編碼、存儲、顯示及打印 等。 方便進行數(shù)字化測量的量 ? 直流電壓 數(shù)字電壓表 ? 頻 率 電子計數(shù)器 第 4章 數(shù)字測量方法 電子測量與儀表（ Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大學 ? 數(shù)字萬用表 電阻、電壓、電流、電容、溫度 …… ? 電子計數(shù)器 頻率、周期、時間間隔 …… ? 數(shù)字示波器 波形及其參數(shù)顯示、存儲 …… ? 其他數(shù)字化儀器 …… 第 4章 數(shù)字測量方法 電子測量與儀表（ Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大學 數(shù)字式儀表的結(jié)構(gòu) 數(shù)字式儀表的結(jié)構(gòu)框圖 被測量轉(zhuǎn)為直流電壓 被測量轉(zhuǎn)為頻率 被測量轉(zhuǎn)為數(shù)字 電子測量與儀表（ Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大學 輸入 電路 A/D 轉(zhuǎn)換器 數(shù)字 顯示器 邏輯控 制電路 時鐘 發(fā)生器 Ux 電壓測量的數(shù)字化方法 直流電壓表 （ Digital Voltage Meter——DVM）由模擬部分和數(shù)字兩部分電路構(gòu)成 模擬部分 數(shù)字部分 直流 DVM的組成原理框圖 電子測量與儀表（ Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大學 電壓測量的數(shù)字化方法 DVM的特點 ? 數(shù)字顯示 消除視覺誤差 ? 準確度高 測量誤差小，準確度達 107，靈敏度達 μV ? 測量范圍 量程，位數(shù)，超量程能力 ? 分辨力高 達 μV級 ? 測量速度快 達 μs級 ? 輸入阻抗高 一般 10MΩ，最高達 10GΩ ? 抗干擾能力強 串模、共模 電子測量與儀表（ Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大學 電壓測量的數(shù)字化方法 由于 DVM的靈敏度很高，因而對外部干擾的抑制能力就成為保證它的高精度測量能力的重要因素。外部干擾可分為 串模干擾 和 共模干擾 兩種。 (1)串模干擾 串模干擾是指干擾電壓 Usm以串聯(lián)形式與被測電壓Ux迭加后加到 DVM輸入端，見圖 。 圖 串模干擾 圖 (a)表示串模干擾來自被測信號源內(nèi)部，圖 (b)表示串模干擾是由于測量引線受外界電磁場感應所引起的。 電子測量與儀表（ Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大學 電壓測量的數(shù)字化方法 DVM對串模干擾的抑制能力用串模抑制比（ SMR）來表示 ms m plg20)dB(S M RUU??圖 串模干擾電壓波形 電子測量與儀表（ Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大學 電壓測量的數(shù)字化方法 (2)共模干擾 圖 共模干擾示意圖 當被測信號源地端與 DVM機殼間存在電位差即共模干擾電壓Ucm時，將產(chǎn)生干擾電流 I1和 I2，分別串入兩根信號引線，由于(R1+Z1)≠(R2+Z2)，所以 Ucm的作用等效于信號通道中的串聯(lián)干擾源而對測量結(jié)果發(fā)生影響。 用 DVM進行測量時的共模干擾如圖 。圖中 Z1和 Z2是 DVM兩個輸入端與機殼間的絕緣阻抗，一般 Z1Z2, R1和 R2是測量引線的電阻。 電子測量與儀表（ Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大學 電壓測量的數(shù)字化方法 DVM對共模干擾的抑制能力用共模抑制比 (CMR)來表示 mc m plg20)dB(C M RUU??電子測量與儀表（ Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大學 電壓測量的數(shù)字化方法 DVM的主要類型 各類 DVM的主要區(qū)別在于 A/D轉(zhuǎn)換的方式不同，按其工作原理主要分為： 比較型 和 積分型 兩大類。 ?????????比較式積分式變換A / D?????? 變換式脈沖調(diào)寬式雙斜式、多斜式FU???余數(shù)循環(huán)比較式逐次比較式???分級式并聯(lián)比較式?????直接比較式反饋比較式電子測量與儀表（ Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大學 DVM的主要類型 1. 逐次比較型 DVM的工作原理 圖 逐次比較型 DVM原理框圖 電子測量與儀表（ Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大學 1. 逐次比較型 DVM的工作原理 圖 逐次比較型 A/D轉(zhuǎn)換器原理框圖 逐次比較 A/D的工作原理非常類似于天平稱質(zhì)量過程 (因而也叫稱量法 )。它利用對分搜索原理，依次按二進制遞減規(guī)律減小，從數(shù)字碼的最高位(MSB，相當于滿度值FS的一半 )開始，逐次比較到低位，使 Uo逐次逼近 Ux。 DVM的主要類型 電子測量與儀表（ Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大學 1. 逐次比較型 DVM的工作原理 DVM的主要類型 逐次比較型 A/D轉(zhuǎn)換器 結(jié)構(gòu)簡單、精度高、速度快 ，但 抗干擾性能差 。 2. 積分式 DVM的工作原理 積分型 A/D轉(zhuǎn)換器是一種間接轉(zhuǎn)換器：首先對輸入的模擬電壓通過積分器變成時間（ T）或頻率（ F）等中間量，再把中間量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。根據(jù)中間量的不同分為 UT式和 UF式。 雙斜積分式 DVM屬于 UT變換型。 電子測量與儀表（ Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大學 (1) 雙斜積分式 DVM的工作原理 (a) 基本原理框圖 圖 雙斜積分式 DVM DVM的主要類型 電子測量與儀表（ Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大學 (b)工作波形 圖 雙斜積分式 DVM DVM的主要類型 (1) 雙斜積分式 DVM的工作原理 電子測量與儀表（ Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大學 (a) 基本原理框圖 圖 雙