数字式测量仪器：原理与应用

数字式测量仪器包括有：

1）模-数转换器。

2）显示器（指示器部分）。

3）供电（电源部分，电池）。

如图8-7所示，数字式万用表是把模拟测量量转换为以数字显示的数字值，它包括有为测量直流电压最小输入电阻为10MΩ的测量放大器。

如图8-8所示，数字式万用表的重要部件是模-数转换器（A-D转换器）。A-D转换器仅处理电压。对于电流和电阻的测量，则使用量值变换器。把流过测量电流的精密电阻用作量值变换器。对于电阻的测量，则是利用在所要测量的电阻上产生电压降的恒定电流源。

典型的A-D转换方法是电压/时间转换和双重积分法。

图8-7 可能的数字显示

电压/时间转换。作为模拟信号存在的测量电压通过一个比较器与一个以锯齿形增长的比较电压进行比较。当零值时，如计数器已启动，计算出测量电压达到比较电压大小时的全部脉冲数。脉冲数与测量电压值一致。

双重积分法。一个积分器的电容器在一个固定积分时间内由测量电压的电流对其进行充电。然后，电容器通过极性相反的比较电压放电。在充电时间时计算出脉冲数，其大小就是要测量的电压值。

显示：如图8-9所示，用7段显示、14段显示或矩形点阵（5×7矩阵）来显示数字或字母，如102.3Ω的显示。如果第一位显示的是0或1，则是1/2位显示。

图8-8 数字式万用表的电路原理图

图8-9 数字式测量仪器的显示

举例：

•3位 显示：000～999

•½½位 显示：第一位0或1

⇒3½½位 显示：0000～1999

数字式测量仪的测试误差。精度级为k的适用于各种测量值。计数显示不可靠性z规定为几倍值的最后显示位，如0.1V。

数字式测量仪器的测量误差

式中 F——允许的绝对误差；

M——测量值、显示值；

k——精度等级，如0.1～5；

z——最后显示位的显示不可靠性，如±1～±5（数字）；

l——数字显示的分辨率。

计算例题：

一块有位显示的数字式电压表，其精度等级为k=0.2，显示不可靠性z=±3（数字），显示电压100.0V。问：

a）分辨率为多大？

b）允许的绝对误差为多大？

解：

a）l=0.1V(www.xing528.com)

b）

数字式万用表的专业术语：

数字式万用表。图8-10所示的数字式万用表适用于测量多种电气参数。

图8-10 数字式万用表

量程：手动调整量程。

AC频带宽度：可能测量的交流电压的频率范围，并把误差保持在规定范围内。

模拟测验图：用于快速变化或稳定信号的显示。

精度：精度等级k表示测量值所允许的最大测量误差。必须注意最后一位附加的数字显示的显示可靠性，它是以数字给出。

自动量程转换：万用表自动选择对测量任务有高精度的量程。

自动测量值存储：登记测量值并把其固定在显示上，以声音信号告知存储。

声音通过检验：通过检验既可以用显示，也可以用声音告知。

峰值因数F_C：当制造商给出的峰值因数F_C大于测量数值的峰值与有效值的比值时，则正确显示测量数值的有效值（表8-4）。

表8-4 峰值因数与信号波形（举例）

峰值因数：

式中 F_C——峰值因数；

——峰值：

U——有效值。

计算例题：

在有一个节光器的相位截止控制中，其测量结果为峰值和有效值U=80V。问正确显示有效值的测量仪器应有多大的峰值因数？

解：

，测量仪器的峰值因数F_C≥5。

真实方均根平均值：既可以在正弦，也可以在非正弦交流电压和交流电流时真实显示。

二极管测试：功能正常的二极管在导通方向的电压降为0.6～0.7V。

相对修正值：在相对值模拟中，测量值被存储并显示此值与随后测量值的差。

最小/最大：测量仪器登记并自动存储最大和最小测量值。

睡眠模式：在长时间如10分钟不使用时，测量仪器自动断电。

工作比：在一个脉冲信号时，以百分数表示的脉冲宽度与周期的比。

输入警戒状态：当测试线已插进电流输入插孔而功能转换开关不在电流挡时，则发出声响报警信号。

串行接口：用于计算机的连接以继续处理测量数值。