《測試儀器第七章》word版(文件)
【正文】 量速度?，F(xiàn)以SOLARTRON7081型數(shù)字電壓表為例，它是有8位數(shù)字顯示的高精度儀表，內(nèi)部采用脈沖調(diào)寬型積分轉(zhuǎn)換器。表71 7081型DVM刻度尺與積分時間的關(guān)系刻度尺長度積分時間／s測量數(shù)度附加誤差（數(shù)字）.99999999－.9999999.999999.99999.9999.9991..62510數(shù)字濾波法的優(yōu)點是不僅可以抗工頻干擾，而且對其他頻率的干擾亦有抑制作用，缺點是對幅值大于被測信號的干擾，當(dāng)信號與干擾幅值之和超過當(dāng)時使用的量程時，就必須上升一個量程后才能測量，從而降低了分辨率及增大了測量誤差(參閱第一章中兩項和方式的誤差公式)。在采用數(shù)字濾波法即取平均值法時，必須同時使用鎖相頻率跟蹤法，保證時鐘周期及采樣時間均能跟蹤工頻周期的波動而變化，才能取得良好的效果。串模電壓源的頻率為(1177。72 共模干擾及其抑制共模干擾電壓是指數(shù)字電壓表兩輸入端和地之間存在的電壓。一、 共模干擾電壓的產(chǎn)生原因 在實際測量現(xiàn)場，尤其存在高電壓、大電流、強(qiáng)磁場等的設(shè)備時，對于具有雙輸入端儀表，常常會產(chǎn)生同時施加在兩個輸入端上的電壓，它們可能是直流的或交流的，也可能是交直流混合的。2．電磁場干擾 當(dāng)高壓設(shè)備的電場同時通過分布電容耦合到無屏蔽的雙輸入線而使之具有對地電位時，或者交流大電流設(shè)備的磁場通過與雙輸入線的互感在雙輸入線中感應(yīng)出相同大小的電動勢時，都可能產(chǎn)生共模電壓施加在數(shù)字電壓表的輸入端，如圖7—19所示那祥。反之，則同時還產(chǎn)生差模干擾電動勢=。無論是何種原因產(chǎn)生的共模干擾電壓(假設(shè)電、磁耦合均對稱，因而不存在差模電壓時)，其效果都相當(dāng)于接地點電位差，因此在討論共模干擾電壓的影響時可將圖720作為等效電路進(jìn)行分析。由圖7—21可見，即使只存在等效共模電壓，它所產(chǎn)生的及也不可能相等，因而產(chǎn)生差模 圖720 地電位差形成共模干擾電壓電流=，這種差模電流對于具有差分輸入級的測量電路來說，將使測量結(jié)果產(chǎn)生誤差。模擬地與機(jī)殼之間存在絕緣電阻及寄生電容 (主要是變壓器原、剮線圈間的電容)形成浮置阻抗，其值一般以兆歐為單位。大電流磁場在屏蔽線外皮中感應(yīng)的電流，將以屏蔽及地為回路而不流入測量儀器輸入端，但在外皮電阻上會形成一定的電壓降，由圖可見與是并聯(lián)的，其影響也可歸入中去。因此，圖7—22的防護(hù)結(jié)構(gòu)并不十分完善。設(shè)輸入阻抗之 (近代數(shù)字電壓表的輸入阻抗為MΩ)，則≈，為浮置阻抗中的電流，而由外電路不對稱引起的串模干擾電壓為 (7－20)共模干擾抑制比若理解為由共模電壓所引起的與被測信號疊加的串模信號的影響，則可將兩者之比的分貝值來表示共模抑制比的大小，即 (7－22)由式(722)可見，外輸入電路越不平衡(越大)，或浮值阻抗越小，則CMR就越小。由此可見，如是直流共模電壓，則利用式(722)可以計算出CMR。圖中，模擬電路部分與內(nèi)屏蔽無電的連接，即對內(nèi)屏蔽是浮置的。內(nèi)、外屏間的阻抗為。由于，下降甚多。 內(nèi)層屏蔽切勿與外殼相接，否則將短路了，內(nèi)層屏蔽也就失去作用了。交流共模電壓源的頻率為(1177。最后應(yīng)該指出，數(shù)字化測量儀表的防護(hù)與接地問題，除了上述提高SMR及CMR的措施以外，由于數(shù)字化測量儀器本質(zhì)上是一種全電子化的儀器，還有其他許多方面需要考慮_并采取措施。以上有關(guān)課程中討論過的問題，為節(jié)省篇幅，本書不再介紹。 (二)圖7－26所示為一種抗串模干擾的方案。圖7—26一種抗串模干擾方案的原理框圖(三)圖727中左面的儀器為標(biāo)準(zhǔn)電壓發(fā)生器，右面為被校驗的數(shù)字電壓表，兩者均具雙層保護(hù)屏蔽，應(yīng)如何連接各、才是正確的?(四)圖728中有一不平衡電橋線路，a、c為不平衡電壓輸出端，電源U有一端接地，現(xiàn)用一具有雙層屏蔽的數(shù)字電壓表測量輸出電壓、G、E各端鈕應(yīng)如何連接(提示：允許配置輔助支路)。而幅值不變；為加法器。因此，設(shè)計者應(yīng)將以上有關(guān)課程介紹的原則方法充分應(yīng)用于實際設(shè)計中去，而切勿有所疏忽。更深入一些的問題，讀者可參考專著[4]、[F]。測試過程如下：逐漸加大共模干擾電壓(直流或交流)，使被試表的讀數(shù)發(fā)生變化，分別記下這時共模干擾電壓峰值及被試表輸出信息變化值△U按下式計算共模干擾抑制比 CMR=201g (dB)不平衡電阻分別串于低輸入端(L端)及高輸入端(H端)各測一次，取其影響較大者。測試時應(yīng)注意各輸入端的正確連接，保護(hù)端G應(yīng)按虛線所示連接。設(shè)=10MΩ，=10Ω，則增加了一百萬倍，即120dB。第一，、的值進(jìn)一步減??；第二，有了極大的降低。兩者互相隔離，信號通過脈沖變壓器或光電耦合器件互相傳遞。因此，實際的情況是：一臺數(shù)字電壓表的直流共模抑制比CMR(DC)交流共模抑制比CMR(AC)，這是因為浮置阻抗中不起旁路作用；另一方面，積分型模/數(shù)轉(zhuǎn)換式數(shù)字電壓表交流共模抑制比常常優(yōu)于其他型式的。在上面諸參數(shù)中=1000pF是一個關(guān)鍵值，如能采用良好的變壓器屏蔽隔離技術(shù)，使大大降低；就可提高使CMR進(jìn)一步增加。從原理上講，還可采取某種對稱措施，使外電路兩輸入支路的電阻相等，消除，但由于實際被測信號源的千差萬別，其內(nèi)阻變動范圍很大，難以造成固定不變的對稱。情況雖然改善了，但共模干擾并未完全消除。信號源內(nèi)阻與輸入線電阻足≠的影響共同以不平衡阻抗等效之，而輸入阻抗的≠的影響以等效之。圖7—21 共模干擾等效圖二、抑制共模干擾電壓的方法由前面分析可以得到針對共模干擾產(chǎn)生原因的相應(yīng)抑制措施，這些措施可歸結(jié)為屏蔽、接地、浮置、隔離、對稱五種。與為電磁感生電動勢。由圖可見，對數(shù)字電壓表而言，是共模干擾電壓，為兩接地點間的等效電阻。若耦合電路不對稱，則≠，不僅產(chǎn)生共模電壓，且將產(chǎn)生差模干擾電壓=－。圖718所示為不平衡電橋的輸出方式，輸出對角的兩點a、c的對地電位，即為共模。共模干擾抑制比的概念不是在數(shù)字電壓表中專有的，一個有雙輸入端的差分放大器也存在共模電壓的干擾問題，對于它的抑制，主要采取放大器電路的合理設(shè)計來解決。串模干擾電壓的大小應(yīng)使輸出值的變化盡可能的大，但其峰值與所加直流電壓之和不應(yīng)超出被試表的有效測量范圍。七、SMR的測定按照ZBY095—82的規(guī)定，串模干擾抑制比必須在最高分辨力量程上進(jìn)行，測試方法框圖如圖717所示。DATRON的1081型精密數(shù)字電壓表也可提供7位讀數(shù)顯示及10nV的分辨率，但測量時間為500ms，可見數(shù)字濾波法在速度上遜色不少。在進(jìn)行特別精密的測量時，只能使“”測量檔， s，實際是進(jìn)行了32768次采樣，并由微處理機(jī)算出平均值，因而幾乎完全排除了工頻干擾，分辨率穩(wěn)定地保證10nV，示數(shù)穩(wěn)定，可提供位讀數(shù)。一般說來，若以n次采樣結(jié)果取平均值，則誤差可降低倍。但實際用于直流數(shù)字電壓表中抑制串模干擾時，由于被
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