1、电子测量技术第 1页 第 4章 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技术第 2页 4 1 电压测量的数字化方法u 4 1 1 DVM的组成原理及主要性能指标u 1） DVM的组成 数字电压表（ Digital Voltage Meter， 简称 DVM）。 组成框图电子测量技术第 3页 4 1 1 DVM的组成原理及主要性能指标u 1） DVM的组成 组成框图 包括模拟和数字两部分。 输入电路：对输入电压衰减 /放大、变换等。 核心部件是 A/D转换器（ Analog to Digi
2、tal Converter， 简称 ADC）， 实现模拟电压到数字量的转换。 数字显示器：显示模拟电压的数字量结果。 逻辑控制电路：在统一时钟作用下，完成内部电路的协调有序工作。电子测量技术第 4页 4 1 1 DVM的组成原理及主要性能指标 应用 直流或慢变化电压 信号的测量（通常采用高精度低速 A/D转换器）。 通过 AC-DC变换电路，也可测量交流电压的有效值、平均值、峰值，构成 交流数字电压表 。 通过电流 -电压、阻抗 -电压等变换，实现电流、阻抗等测量，进一步扩展其功能。 基于微处理器的智能化 DVM称为 数字多用表（ DMM，Digital MultiMeter） 。 DMM功能
3、更全，性能更高，一般具有一定的数据处理能力（平均、方差计算等）和通信接口 (如 GPIB)。电子测量技术第 5页 4 1 1 DVM的组成原理及主要性能指标 2）主要性能指标 显示位数n 完整显示位 ：能够显示 09的数字。n 非完整显示位 (俗称半位 )：只能显示 0和 1（在最高位上）。n 如 4位 DVM， 具有 4位完整显示位，其最大显示数字为 9999 。n 而 位（ 4位半） DVM， 具有 4位完整显示位， 1位非完整显示位，其最大显示数字为 19999 。 量程n 基本量程 ：无衰减或放大时的输入电压范围，由 A/D转换器动态范围确定。n 通过对输入电压（按 10倍）放大或衰减
4、，可 扩展其他量程。电子测量技术第 6页 4 1 1 DVM的组成原理及主要性能指标n 如基本量程为 10V的 DVM， 可扩展出 0.1V、 1V、 10V、 100V、 1000V等五档量程；n 基本量程为 2V或 20V的 DVM， 可扩展出 200mV、 2V、 20V、200V、 1000V等五档量程。 分辨力n 指 DVM能够 分辨最小电压变化量的能力 。反映了 DVM灵敏度。n 用每个字对应的电压值来表示，即 V/字 。n 不同的量程上能分辨的最小电压变化的能力不同，显然，在最小量程上具有最高分辨力 。n 例如， 3位 半的 DVM， 在 200mV最小量程上，可以测量的最大输入
5、电压为 199.9mV， 其分辨力为 0.1mV/字（即 当输入电压变化 0.1mV时，显示的末尾数字将变化 “ 1个字 ” ）。电子测量技术第 7页 4 1 1 DVM的组成原理及主要性能指标 分辨力n 分辨率：用百分数表示，与量程无关，比较直观。如上述的 DVM在最小量程 200mV上分辨力为 0.1mV， 则分辨率为：分辨率也可直接从显示位数得到（与量程无关），如 3位半的 DVM， 可显示出 1999（共 2000个字），则分辨率为 测量速度n 每秒钟完成的测量次数。它主要取决于 A/D转换器的转换速度。n 一般低速高精度的 DVM测量速度在几次 /秒 几十次 /秒。电子测量技术第 8
6、页 4 1 1 DVM的组成原理及主要性能指标 测量精度n 取决于 DVM的固有误差和使用时的附加误差（温度等）。n 固有误差表达式：n 示值（读数）相对误差为：式中， Vx 被测电压的读数； Vm 该量程的满度值（Full Scale, FS）； 误差的相对项系数； 误差的固定项系数。n 固有误差由两部分构成：读数误差和满度误差。n 读数误差： 与当前读数有关。主要包括 DVM的刻度系数误差和非线性误差。n 满度误差： 与当前读数无关，只与选用的量程有关。电子测量技术第 9页 4 1 1 DVM的组成原理及主要性能指标 测量精度n 有时将 等效为 “ n 字 ” 的电压量表示，即 n 如某台
7、 3位半 DVM， 说明书给出基本量程为 2V，= （ 0.01%读数 +1字） 。则在 2V量程上， 1字 =1mV， 由 2V=0.1mV可知，=0.005%，即表达式中 “ 1字 ” 的满度误差项与“ 0.005%” 的表示是完全等价的： n 当被测量（读数值）很小时，满度误差起主要作用，当被测量较大时，读数误差起主要作用 。为减小满度误差的影响，应合理选择量程，以 使被测量大于满量程的 2/3以上。电子测量技术第 10页 4 1 1 DVM的组成原理及主要性能指标 输入阻抗n 输入阻抗取决于输入电路（并与量程有关）。n 输入阻抗宜越大越好，否则将影响测量精度。 n 对于直流 DVM， 输入阻抗用输入电阻表示，一般在10M1000M 之间。n 对于交流 DVM， 输入阻抗用输入电阻和并联电容表示，电容值一般在几十 几百 pF之间。
