[生物学]4 数字化电测仪表.pptVIP

第4章 数字化电测仪表 第4章 数字化电测仪表 概述 频率、周期的数字化测量 相位的数字化测量 电压的数字化测量 电阻、电容的数字化测量 单相有功功率的测量 微机化仪表 4.1 概述 4.1.1 数字化测量技术的发展 世界上第一台数字式仪表于1952年在美国诞生。我国数字仪表的研制始于1958年。近六十年来，随着电子技术与计算技术的飞速发展，数字式仪表与数字测量技术获得了迅速的发展。 4.1.2 数字式仪表的结构 4.1.3 数字式仪表的特点 与模拟式指示仪表相比，数字式仪表有以下优点： 准确度高。 精度?0.0001% 输入阻抗高。＞1000MΩ 灵敏度高。 电压分辨率1uV 测得结果直接以数字形式给出，无读数误差，且记录方便。 测量速度快。 万次/秒 测量过程自动化。 极性、量程、显示、记录 操作简单。 数字式仪表的缺点是： 由于采用了大量的电子元件，其结构比模拟式指示仪表复杂得多。 不便于观察动态过程，不直观。 价格较高。 需要有较高水平的技术人员维修。 4.1.4 数字式仪表的分类 按显示位数分 可分为三位、四位、五位、六位和七位等。 按准确度分 ①低准确度：在0.1%以下； ②中准确度：在0.01%以下； ③高准确度：在0.01%以上。 按测量速度分 ①低速：几次/秒～几十次/秒； ②中速：几百次/秒～几千次/秒； ③高速：几万次/秒以上。 按使用场合分 ①标准型：它的精度高，对环境条件要求比较严格，适宜于实验室条件下使用或作为标准仪器使用。 ②通用型：它具有一定的精度，对环境条件要求比较低，适用于现场测量。 ③面板型：它的精度低，对环境条件要求比较低，是面板上使用的指示仪表。 按测量的参数分 可分为直流电压表、交流电压表、功率表、频率表相位表、电路参数表和万用表等等。 4.2 频率、周期的数字化测量 电子计数器的原理 用电子计数器测量频率 用电子计数器测量周期 时间间隔的测量 测量频率比 电子计数器的误差 4.2.1 电子计数器的原理 电子计数器也称为频率计，可以用来记录脉冲的个数、测量频率、频率比、周期和时间间隔等参数 电路组成 输入通道 输入通道包括放大、整形电路。被测信号经过放大、整形后转换成矩形脉冲信号，然后在主闸门的控制下进入十进制计数器。 时间基准电路 由晶体振荡器和分频器组成。石英晶体振荡器产生稳定的时钟信号，经过分频后可以得到一系列周期已知的标准信号,控制计数器的门电路。 控制电路 控制电路在所选择的基准时间内打开主闸门，允许整形后的被测脉冲信号输入到计数器中。 计数器和显示器 对控制门输出的信号进行计数，并显示计数值。 4.2.2 用电子计数器测量频率 用电子计数器测量频率的方法如图所示 : 4.2.3 用电子计数器测量周期 电子计数器测量周期 假设计数器计得的数为 ，被测周期为 ，若未经分频直接用开启控制门，则进入计数器的脉冲的个数为： 电子计数器测量周期 若被测信号经分频 ,用 控制计数器的开启，则计数器计得的数为假设计数器计得的数 为 ， 4.2.4 时间间隔的测量 被测脉冲分送A和B通道，A信号开门，B信号关门。用开门时间内计数器计得的标准脉冲个数来度量时间间隔 4.2.5 测量频率比 4.2.6 电子计数器的误差 测量频率的误差 测量周期的误差 触发电平漂移引起的误差 4.3 相位的数字化测量 相位测量原理 相位表，相位的数字化测量主要采用过零鉴相法 相位测量原理 具有相位差 的两个同频率信号u1和u2经过放大、整形后变成方波，其前后沿分别对应正、负向过零点，可以用过零时间差测相位。 设两个同频率信号的周期为 ，相位差为 ，两信号波形过零点的时间差为 ，则存在下列关系式： 4.3.2 相位-时间式数字相位计 相位-时间式相位计波形图 4.4 电压的数字化测量 电压的数字化测量可以由直流数字电压表来实现。直流数字电压表是一种通用的电子仪器，它的功能很全，应用非常广泛。 4.4.1 逐位逼近比较式数字电压表 这种电压表的准确度主要取决于基准源、数/模转换器和比较器的性能指标。其突出特点是速度快；但是，由于与标准电压比较的是被测电压的瞬时值，没有能力去识别被测电压中是否混有交变的干扰信号，故抗干扰能力较差。 4.4.2 电压-时间变换型数字电压表 单斜率式 电压-时间变换型数字电压表 双斜率积分式 双斜率积分式 该电压表的特点为 准确度主要取决于基准电压，而与积分器的元件参数R、C基本无关。 由于测得的结果是被测电压在时间段内的平均值，故混入被测电压信号中的交流干扰成分通过积分被削弱。 由于积分作用，所以测量速度比较慢。 受