电子测量原理课件第五章.ppt

1、第1页第第5 5章章 电压测量电压测量5.1 概述5.2 电压标准5.3 交流电压的测量5.4 直流电压的数字化测量及A/D转换原理5.5 电流、电压、阻抗变换技术及数字多用表5.6 数字电压表的误差分析及自动化技术5.7 电压测量的干扰及抑制技术第2页第3页第4页第5页第6页第7页第8页211()NkVukN第9页第10页第11页23204639.94(20)0.929(20)0.0092(20)0.00006(20)10()tEEttttV第12页第13页+-V1V2V3V4R1R2R3R4R5R6(R1=R2=R3=R4)1234V+V+V+VV=4561oRVVR第14页3124123

2、40VVVVVVVVRRRR12344VVVVVV561oRVVR第15页第16页第17页第18页第19页第20页高高频频电电压压V0V1RFDCDCRFR RGR RR RR RT TR RT TC CC CVRF2201222222RFTTTVVVRRR由两次电桥平衡由两次电桥平衡的功率关系，有：的功率关系，有：高频电压高频电压 有效值为：有效值为：22014RFVVV第21页RC1第22页t tu(t)Vp0UmTU第23页01()TUu t dtT01()TUu t dtT20.637ppUVV第24页201()TVu t dtT2VTR20()Tu tdtR第25页10.7072pp

3、VVV第26页21.41/2pppVKVFVKV有效值平均值(1/2)1.112/2 2pFpVKV（）ppVKV峰值有效值第27页TT第28页第29页DVpCRLu(t)CDRLu(t)VpabVPu(t)tc第30页minmax(),sdLRr CTR CT第31页I0u(t)D1D2D3D4CCu(t)D1D2I0第32页01()()22Todmdmu tu tIdtTrrrroI()u t第33页201()TVu t dtT第34页2()ut0TAu(t)Vrms第35页冷冷端端T T0 0热热端端T T第36页第37页R Ru u(t t)冷冷端端T T0 0加加热热丝丝热热端端T

4、T热热偶偶M Mu uA A连连接接导导线线I I2I U第38页R Ru u(t t)冷冷端端T T0 0加加热热丝丝热热端端T T测测量量热热偶偶电电流流表表平平衡衡热热偶偶+-V Vo oE Ex xE Ef fV Vi i热热端端T T连连接接导导线线差差分分放放大大器器U0第39页2212(.)kVkVV第40页峰峰值值检检波波表表头头(读读数数=)Vpu(t)第41页22pVV2ppVV任意pV任意2pppVVKK任意任意任意任意VV第42页2,pppppppppVVK VKVkkKKKKK任意任意任意任意任意任意任意第43页21.4121.41ppKKp（任意波）峰值V（任意波）

5、有效值V221222ppppKKKK第44页V平平均均值值检检波波表表头头(读读数数=)u(t)第45页V0.91.112 2FVVVKV0.9VV任意V任意0.9FFVKVK任意任意任意任意V第46页,FFFFVVKVKVKkK任意任意任意任意任意0.91.11FFFFKKkKK任意任意任意第47页0.90.9FK（任意波）均值V（任意波）有效值V0.910.91.1110.90.9FFFFFKKKKK第48页1 1.4100%29%1.4 第49页FVKV方波VVVVFK方波1 0.9100%11%0.9第50页第51页峰峰值值检检波波器器步步进进分分压压器器直直流流放放大大器器uA步步进

6、进分分压压器器斩斩波波稳稳零零式式放放大大器器uA(a)峰峰值值检检波波器器(探探头头内内)(b)第52页第53页第54页步步进进分分压压器器宽宽带带交交流流放放大大器器均均值值检检波波器器uA第55页1210lgPdBP2111VPR2222VPR1220lgVdBV第56页10lgwmxP dBP mW第57页20.7751600mW 20lg0.775xVVV VP dBxxmP mWP dB第58页输输入入衰衰减减器器宽宽带带交交流流放放大大器器均均值值检检波波器器uAd dB B“输输入入电电平平”选选择择标标准准电电平平震震荡荡器器“输输入入阻阻抗抗”选选择择“电电平平校校准准”d

7、B第59页103.162120lg1010dB 输输入入衰衰减减器器宽宽带带交交流流放放大大器器均均值值检检波波器器uAd dB B“输输入入电电平平”选选择择标标准准电电平平震震荡荡器器“输输入入阻阻抗抗”选选择择“电电平平校校准准”dB第60页第61页0 10lgWmViZP dBP dBZ第62页第63页第64页010lgiZZ第65页输输入入电电路路A A/D D转转换换器器数数字字显显示示器器逻逻辑辑控控制制电电路路时时钟钟发发生生器器模模拟拟部部分分数数字字部部分分Vx第66页第67页第68页142第69页第70页第71页0.1mV100%0.05%200mV第72页(%)xmVV

8、V(%)mxxVVVV%xV%mV第73页第74页第75页第76页52.51.250.6259.375rVVVVVV第77页第78页第79页逐逐次次逼逼近近移移位位寄寄存存器器(S SA AR R)D/A转转换换器器Vx+-比比较较器器C CL LK KSTARTA/D转转换换结结果果2-12-nMSBLSBVrN N第80页2xrnNVV第81页241101)108.1252xVVV（第82页斜斜波波电电压压发发生生器器QQSETCLRSR&000时时钟钟计计数数器器主主门门VrVx+-+-门门控控信信号号输输入入比比较较器器接接地地比比较较器器a计计数数输输入入第83页0VxVx、V Vr

9、 r门门控控信信号号计计数数输输入入NV Vr rt1bT0T第84页rVkRC特点、应用特点、应用 线路简单，成本低。转换速度：门控时间T即为单斜式ADC的转换时间，取决于斜波电压的斜率，并与被测电压值有关，在满量程时，转换时间最长，即转换速度最慢。可应用于精度和速度要求不高的DVM中。第85页010000100 Hz100fkms第86页第87页主主门门计计数数器器逻逻辑辑控控制制电电路路数数字字输输出出时时钟钟S1S2CRVx-VrVr积积分分器器比比较较器器-+-+S S1 1S S2 2Vot0t1复复零零t2t3VoVomT1T2N1N2t积积分分波波形形计计数数器器输输入入a.b

10、.清清零零T0f0T011T0第88页2111tomxxtTVV dtVRCRC 第89页32210()tomromrtTVV dtVVRCRC21xrTVVT221xrNVVeNN121xxrNNVVVe1rVeN第90页第91页第92页Ix9009090.90.1(200mV)200A A(200mV)2mA A(200mV)20mA A(200mV)200mA A(200mV)2A A第93页第94页恒恒流流源源(可可调调)A A/D DR Rx xIr-+A Am mp p恒恒流流源源(可可调调)A A/D D-+A Am mp pIrVrR1Rx精精密密电电阻阻VoVr取取样样电电阻

11、阻第95页1xorRVVR 1oxrVRRV 恒恒流流源源(可可调调)A A/D D-+A Am mp pIrVrR1Rx精精密密电电阻阻VoVr第96页A AC C/D DC CI I/V VZ Z/V VD DV VM MC CP PU UD DC CA AC CI IZ Z第97页第98页R Rx xIrIrVxDMMRl1Rl2R Rx xIrIrVxDMMRl1Rl2Rl3Rl4第99页第100页1234()xxNk k k k VkV1234kk k k k(%)xVVn 字第101页1234kk k k k31241234%kkkkkkkkkk12341121231234oooo

12、VVVVVkk kk k kk k k k%mVV第102页VxN0理理想想特特性性转转换换误误差差影影响响下下的的特特性性满满度度误误差差影影响响下下的的特特性性（平平行行于于理理想想特特性性）读读数数误误差差和和满满度度误误差差共共同同影影响响下下的的实实际际转转换换特特性性V 第103页HLI0DVMRsVxRi第104页iixxxHLxsissRxxxsiiRVVVVVRRRRVVVRRR 000()xHLxsxxsIxxxxVVVI RVVI RVVVV(%)/xmVV第105页0.015100%100%0.3%5.00 xxxVV 第106页误差分析误差分析 以双斜式以双斜式A/D

13、转换器构成的转换器构成的DVM为例，考虑为例，考虑由输入通道电路和由输入通道电路和A/D转换器各组成部件的非理想转换器各组成部件的非理想而引入的误差及相应的误差表达式。而引入的误差及相应的误差表达式。这些误差包括：积分器误差；比较器误差；这些误差包括：积分器误差；比较器误差；模拟开关误差；基准电压源误差；输入衰减模拟开关误差；基准电压源误差；输入衰减/放大放大器误差；器误差；A/D转换器的量化误差。转换器的量化误差。第107页UosIB-+RC积积分分器器ViVoUosVot实实际际积积分分器器输输出出理理想想积积分分器器输输出出第108页12LSB第109页Uos+-AViVo=A(Vi+U

14、os)Uos+-AViVo=AVi+Uos+-+-K1K2K3+-C0A1+AosU第110页1oososAVUUA11oiososiosiosAAVA VUUAVUAVUAA第111页第112页000A/D转转换换器器VxVr0VNxNrN0衰衰减减/放放大大器器转转换换系系数数k k总总漂漂移移U Uo os sS1S2S3第113页0osNkU000A/D转转换换器器VxVr0VNxNrN0衰衰减减/放放大大器器转转换换系系数数k k总总漂漂移移U Uo os sS1S2S3第114页(2)(3)联立三式得：联立三式得：()rrosNk VU()xxosNk VU00()()xxosos

15、xrrososrNNk VUkUVNNk VUkUV00 xxrrNNVVNN第115页(%)xmVVV VxVm0%mxVV%第116页0199.9mV180mV1.999V1.8V19.99V18V199.9V180V1200V第117页第118页干干扰扰信信号号un被被测测电电压压VxHLDVM被被测测电电压压VxHLDVM干干扰扰信信号号ucm第119页第120页HLDVMHLDVMunun外外部部感感应应信信号号Vx存存在在干干扰扰的的信信号号源源+Eucm第121页第122页Vxr1r2rcmUcmRsHLGZiI1I2DVM(机机壳壳)B第123页Vxr1r2rcmUcmRsHLGZiI1I2DVM(机机壳壳)B