《電子測量技術(shù)》課件-第3章

第3章電流、電壓與功率測量3.1直流電流的測量3.2交流電流的測量3.3直流電壓的測量3.4交流電壓的測量3.5功率測量3.6數(shù)字萬用表的特點(diǎn)與技術(shù)原理

3.1直流電流的測量

3.1.1直流電流測量的原理與方法從原理上來講,直流電流測量是一種最基本的電子測量。它讓直流電流經(jīng)過一種叫電流表的電磁裝置或電子裝置,在這些裝置上以指針的偏轉(zhuǎn)角度或數(shù)字的大小表示出被測電流量的大小。其過程如圖3.1所示。

圖3.1直流電流測量

可以用來測量直流電流的儀表有許多,最常用的有模擬直流電流表、模擬萬用表、數(shù)字多用表等。用電流表進(jìn)行電流測量要注意兩個方面的問題。一方面,由于實際電路的外在條件會影響被測電流的大小,因此,為了保證足夠的精度,電流表的內(nèi)阻必須足夠小。設(shè)電流表的內(nèi)阻為r,在圖3.2(a)所示的測量電路中,原電路中電流I=E/R,而在圖3.2(b)所示的電路

中,電流改變?yōu)镮'=E/(R+r),兩者的誤差為

僅當(dāng)R?r時,ΔI才可以忽略不計。

圖3.2電流表內(nèi)阻的影響

另一方面,實際電路一般是密合的整體,要測定其中某一支路中的電流,必須將其斷開,插入電流表,這是很不方便的,而且是很危險的,一旦搞錯極易造成電路中其他回路電流的不正常增加或減少,引起電子元件的意外損壞,或者造成測量儀表的損壞,這時可以采用間接測量法進(jìn)行測量。間接測量法是通過測量被測電流所流過的電阻上產(chǎn)生的電壓,由公式I=U/R推算出電流的值。在有些工作時不能中斷的電路中,可以增設(shè)一個電阻,工作時只需檢測該電阻上的電壓,即可監(jiān)測其電路中電流的情況,這樣的電阻稱為取樣電阻。取樣電阻阻值較小,一般為零點(diǎn)幾歐到幾十歐。

3.1.2模擬直流電流表的工作原理

直流電流表多數(shù)為磁電式儀表,磁電式儀表一般由可動線圈、游絲和永久磁鐵組成。線圈框架的轉(zhuǎn)軸上固定一個讀數(shù)指針,當(dāng)線圈流過電流時,在磁場的作用下,可動線圈發(fā)生偏轉(zhuǎn),帶動上面固定的讀數(shù)指針偏轉(zhuǎn),偏轉(zhuǎn)的角度與通過可動線圈的電流大小成正比。模擬直流電流表具有無須電池驅(qū)動、顯示穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn),同時亦存在非線性誤差大、容易損壞等缺點(diǎn)。

3.1.3數(shù)字萬用表測量直流電流的原理

數(shù)字萬用表是用電子技術(shù)來檢測直流電流的。通常在直流電流擋,對外電路來說,數(shù)字萬用表僅相當(dāng)于一個取樣電阻RN

(不同的量程RN的值不同),測量時RN上有電壓信號Ui=IRN

,其測量原理如圖3.3所示。

圖3.3數(shù)字萬用表測量原理框圖

3.2交流電流的測量

3.2.1低頻交流電流的測量原理和方法對于工頻(50Hz)和低頻交流電流的測量,完全類似于直流電流的測量。其區(qū)別僅僅是將采樣信號先進(jìn)行檢波,轉(zhuǎn)換為直流電壓再進(jìn)行測量。以磁電式萬用表為例,其交流電流擋比直流電流擋增加了一個二極管整流和濾波電路。被測交流電流經(jīng)過二極管被整流成單向脈動電流,再經(jīng)過電容與電阻組成的低通濾波電路,最后成為近似的直流電壓,并加以適當(dāng)修正后送給后續(xù)直流電壓測量機(jī)構(gòu)進(jìn)行測量與顯示。

與磁電式萬用表相比,數(shù)字萬用表可以測量頻率更高(頻率為幾千赫至幾十千赫)的交流電流,其交流電流測量電路比直流電流測量電路多一個如圖3.4所示的交、直流轉(zhuǎn)換電路。

圖3.4交、直流轉(zhuǎn)換電路

3.2.2高頻交流電流的測量原理和方法

高頻電流的測量(特別是在頻率特別高的情況下)可以采用熱電偶電表來實現(xiàn)。這種方法的理論依據(jù)是,在高頻電流流過的導(dǎo)體附近的閉合線路內(nèi)有直流電流產(chǎn)生。因此,我們可以通過測量這種與高頻電流密切相關(guān)的直流電流的大小,間接地檢測出高頻電流的大小,具體原理如圖3.5所示。

圖3.5熱電偶電表原理

3.3直流電壓的測量

3.3.1直流電壓的測量原理與方法一般來說,直流電壓測量是將直流電壓表直接跨接在被測電壓的兩端,由直流電壓表讀出被測電壓的值。因此,電壓測量是一種最簡便的電參數(shù)測量,其過程如圖3.6所示。

圖3.6直流電壓測量

從原理上說,直流電壓測量是在直流電流測量的基礎(chǔ)上加以擴(kuò)展而來的。我們已經(jīng)知道,一般形式的直流電流表都可以等效為一個較小的內(nèi)阻Rg和一個指示器的簡單形式。當(dāng)其與適當(dāng)?shù)姆謮弘娮柘嗯浜蠒r,即組成了直流電壓表,如圖3.7所示。

圖3.7基于直流表的直流電壓表構(gòu)成框圖

因此,從本質(zhì)上來說,直流電壓測量和直流電流測量的核心原理是相同的。區(qū)別在于:直流電流表具有較小的內(nèi)阻,測量時直接串接于被測電路中;直流電壓表的內(nèi)阻很大,測量時并接于被測電路的兩端。為了保證測量的準(zhǔn)確度,要求直流電壓表的內(nèi)阻要比被測電路的等效阻抗大得多。設(shè)被測電路可等效為內(nèi)阻為Rx、開路電壓為Ux的電壓源,直流電壓表的等效內(nèi)阻為R0,則測量的完整電路簡化為圖3.8所示的電路。圖3.8直流電壓表測量電路

由圖3.8可知,當(dāng)直流電壓表并接于被測電路兩端時,由于R0的存在,電壓表所測得的電壓由原來的Ux

改變?yōu)?/p>

因此,只要R0

?Rx,即可進(jìn)行精確的測量。

3.3.2直流電壓測量儀表

1.模擬式萬用表

模擬式萬用表的直流電壓擋是由表頭串聯(lián)分壓電阻而構(gòu)成的。儀表一般都給出了輸入電阻的值。

在測量具有高內(nèi)阻的電路時,要根據(jù)萬用表的內(nèi)阻對測量結(jié)果加以修正。

在圖3.9所示的分壓電路中,使用MF500B型萬用表的100V擋進(jìn)行測量,該儀表的靈敏度為10kΩ/V,可以推算出在100V擋的輸入電阻為100×10=1000kΩ=1MΩ,實際測得的電壓為

可見,實際測量值比理論值少了10V。

2.數(shù)字式萬用表

數(shù)字萬用表均有直流電壓測量擋。與模擬式萬用表相比,其主要優(yōu)點(diǎn)是:

(1)輸入阻抗高,一般直流輸入阻抗在20MΩ以上。

(2)分辨力高,可精確到1%,即在10V擋,可分辨到0.1V,而指針式的模擬萬用表的分辨力為最小刻度間隔所代表的電壓值的一半,量程越大,其分辨力越低。

3.示波器

示波器的直流電壓擋特別適用于觀測較大幅度的直流電壓信號或含有交流成分的直流電壓信號。

4.電子電壓表

電子電壓表一般為數(shù)字式儀表,輸入端設(shè)有由場效應(yīng)管電路組成的阻抗隔離電路和放大電路,因而具有較高的輸入阻抗和靈敏度,適用于在電子電路中測量高內(nèi)阻電路的電壓。

3.4交流電壓的測量

3.4.1交流電壓的特征與量值表示1.交流電壓信號的特點(diǎn)交流電壓信號的幅度與時間的關(guān)系是復(fù)雜的。從波形來看,可以是規(guī)則的正弦波、方波、三角波、脈沖波等,也可以是調(diào)制波、組合波、隨機(jī)噪聲等;從頻率的角度來看,可以是極低頻率的信號,如0.01Hz的信號,也可以是極高頻率的信號,如高達(dá)數(shù)千吉赫茲的信號;從幅值的強(qiáng)度來看,可以是微伏級的,也可以是數(shù)千伏級的。

常見交流電壓的波形如圖3.10所示。圖3.10常見交流電壓的波形

2.交流電壓的表示量值

交流電壓幅度值的相對大小常用峰峰值、平均值和有效值來表示。

1)峰－峰值UP-P

峰－峰值表示信號的最大值與最小值的差。對于對稱的正弦信號來說,更常用的是峰值UP,其值等于UP-P/2。例如,U(t)=Acosωct,則有UP-P=2A,UP=A。

3.4.2交流電壓的測量原理與方法

1.測量方法

交流電壓測量與直流電壓測量相類似,都是將電壓表并聯(lián)于被測電路上,其電路連接如圖3.11所示。

圖3.11交流電壓的測量

2.測量原理

交流電壓的大小一般由峰值、平均值和有效值來表征。

1)交流電壓的模擬測量

用模擬電路的技術(shù)和方法測量交流電壓,最常用的轉(zhuǎn)換器有峰值檢波電路、平均值檢波電路和熱電偶式轉(zhuǎn)換電路,其工作原理如圖3.12(a)、(b)、(c)所示。

圖3.12測量原理

盡管模擬電壓表的檢波器或轉(zhuǎn)換器有不同的種類,但一般均以有效值來劃分指示表頭的刻度。這僅對正弦波形的電壓來說是正確的。以峰值電壓表為例,其顯示值是將峰值檢

波器檢測到的電壓值除以波峰因數(shù)KP得到的,若顯示讀數(shù)為α,則

例3.1用一峰值電壓表去測量一個方波電壓,讀數(shù)為10V,該方波電壓的有效值是多少?

2)交流電壓的數(shù)字化測量

現(xiàn)代的數(shù)字化電壓測量方法是對被測交流電壓信號進(jìn)行抽樣,再對抽樣值進(jìn)行求峰值、平均值和有效值的運(yùn)算,得出所需的測量值。其特點(diǎn)是嚴(yán)格按定義測量特征值,沒有波形誤差和轉(zhuǎn)換誤差,其測量精度高,速度快。

3.4.3交流模擬電壓表

1.放大檢波式電壓表

放大檢波式電壓表的組成如圖3.13(a)所示,各個組成單元的基本特性如下所述。

1)阻抗變換器

阻抗變換器的作用是對外(輸入)呈現(xiàn)高阻抗,對內(nèi)(輸出)呈現(xiàn)低阻抗,典型的電路如圖3.13(b)所示。

2)衰減器

衰減器的作用是在測量大信號時對輸入信號進(jìn)行衰減以擴(kuò)大測量量程。衰減器亦要求有寬帶的特性,在高頻時要考慮電路與元件的分布電容效應(yīng),采用復(fù)合阻容結(jié)構(gòu)。典型的

衰減器如圖3.13(c)所示。

3)寬帶放大器

寬帶放大器一般選用寬帶線性集成放大器,如LM733,可工作在直流到50MHz的頻率范圍。

4)檢波器

常用的檢波器有峰值檢波器和倍壓檢波器,如圖3.13(d)所示。

圖3.13放大檢波式模擬電壓表原理框圖

2.檢波－放大式電壓表

檢波－放大式電壓表首先直接對被測電壓信號進(jìn)行檢波,然后對轉(zhuǎn)化成的直流信號進(jìn)行處理并顯示,具有結(jié)構(gòu)簡單、輸入阻抗高、適用于高頻測量的特點(diǎn),其頻率范圍和輸入阻抗主要取決于檢波器。當(dāng)采用了超高頻檢波二極管時,頻率范圍為幾十至幾百兆赫茲,稱為高頻或超高頻毫伏表。缺點(diǎn)是檢波二極管導(dǎo)通需要的起始測量信號較大,一般為幾十

毫伏,信號非線性誤差也較大。其工作原理如圖3.14所示。

圖3.14檢波放大式電壓表原理框圖

3.熱偶式電壓表

熱電偶不僅可以用于電流測量,還可以作為電壓測量的核心部件。我們知道,熱電的直流輸出僅與熱電偶接觸界面的溫差成正比。當(dāng)我們把被測電壓作為加熱源,即熱電偶

的溫差由被測電壓產(chǎn)生時,通過檢測熱電偶的熱電勢,即構(gòu)成了真有效值電壓表。這種電壓表可以測量直流至上百兆的交流信號。其缺點(diǎn)是靈敏度低(一般為上百伏),輸入阻抗低,受環(huán)境溫度影響大,具有非線性特性等。

4.外差式電壓表

由于頻響和靈敏度的限制,放大檢波式電壓表、檢波放大式電壓表和熱偶式電壓表均不可以用于高頻微伏級電壓檢測。這時可采用外差式電壓表,它的測量頻率可達(dá)幾百兆赫,靈敏度一般都是微伏級。其工作原理如圖3.15所示。

圖3.15外差式電壓表原理框圖

3.4.4交流數(shù)字電壓表

根據(jù)工作頻率的高低,交流數(shù)字電壓表可分為低頻、高頻和寬帶三種類型。

低頻數(shù)字電壓表一般是在直流數(shù)字電壓表的基礎(chǔ)上增加放大器和交、直流變換器而組成的,如圖3.16(a)所示。

高頻數(shù)字電壓表的一般組成如圖3.16(b)所示。它的檢波器探頭高頻特性較好。

寬帶數(shù)字電壓表的一般組成如圖3.16(c)所示。

圖3.16交流數(shù)字電壓表組成框圖

3.4.5交流電壓測量的其他應(yīng)用

1.脈沖電壓測量

脈沖電壓的特點(diǎn)是幅度較大、持續(xù)時間短。一些占空比很小的脈沖,含有很高的頻率分量。對于一些采用交流放大、檢波直流放大流程的交流電壓表,不僅會對其動態(tài)范圍和頻率范圍提出更高的要求,而且由于檢波器的電容對窄脈沖的電壓信號不能很好保持,檢波效率大為下降。

2.噪聲電壓測量

在電子學(xué)領(lǐng)域,噪聲電壓是一種普遍存在的隨機(jī)信號。典型的有電阻的熱噪聲、晶體三極管的內(nèi)部噪聲、電子放大器的輸出噪聲等。在設(shè)計電子電路時,免不了要對噪聲(特別

是高斯白噪聲)進(jìn)行測量。噪聲的幅度與出現(xiàn)的時間是無序的。噪聲電壓一般是指有效值(均方值),故可選用具有有效值測量能力的交流電壓表進(jìn)行測量。由于峰值檢波器不適合噪聲電壓,因此一般不用這類儀表去測量噪聲電壓。

3.選頻電壓測量

如何對混雜于眾多信號或噪聲中的某一頻率信號的電平進(jìn)行測量,這便涉及選頻電壓測量。實現(xiàn)選頻電壓測量的儀表稱作選頻電平表。選頻電平表的原理框圖如圖3.17所示。

圖3.17選頻電平表原理框圖

輸入信號與本地產(chǎn)生的頻率可調(diào)的本振信號進(jìn)行混頻,混頻后的信號通過中心頻率固定為f0的窄帶濾波器進(jìn)行濾波,這樣,輸入信號中只有滿足fx

=fL-f0的頻率分量能夠通過此窄帶濾波器。窄帶濾波后信號的后續(xù)處理與普通的交流毫伏表一樣,經(jīng)放大、檢波后送表頭進(jìn)行電平指示,最終完成選頻電壓(電平)的測量,測量值以電平(dB)表示,即

式中:N為被測分量信號電平;Ux為被測分量信號電壓有效值;0.775為0dB對應(yīng)的電壓有效值(0.775V)。

3.5功率測量

電功率測量的主要任務(wù)是測量單位時間內(nèi)電能量的大小,在以下幾種場合必須加以考慮:(1)電力工程中電網(wǎng)的輸出功率和負(fù)載的消耗功率。(2)電子裝置和電子設(shè)備中直流電源的輸出功率和各個電路單元消耗的功率。(3)高頻無線電發(fā)射設(shè)施的發(fā)信功率,如廣播電視塔的發(fā)射功率直接影響到廣播電視信號的傳播質(zhì)量。

3.5.1直流功率測量

3.5.2交流功率測量

交流功率通常是一個周期內(nèi)的平均功率。當(dāng)一個電路加上交流電壓以后,對于純電阻性的電路,總可以由本節(jié)中所介紹的方式測出其三個參數(shù)中的兩個,進(jìn)而求出其功率。但對于存在電感或電容的電路,即非純阻性電路,此測量不具有適用性。因為在這種電路中,電感與電容不消耗任何功率,只是以電場或磁場的形式交替地存儲能量,表現(xiàn)在數(shù)學(xué)形式上是電壓與電流存在一定的相位差。對于純電感電路,電流滯后電壓90°,如圖3.18(a)所示;對于純電容電路,電流超前于電壓90°,如圖3.18(b)所示。

圖3.18U與I的相位關(guān)系

我們定義視在功率為PA=UI(單位為伏安),無功功率為PR=UIsinθ(單位為乏),有效平均功率為PT=UIcosθ(單位為瓦),cosθ稱為功率因數(shù),當(dāng)電路是純電阻時,cosθ=1,其變化范圍在0~1之間。而當(dāng)電路是純電抗時,cosθ=0。視在功率、無功功率與有效平均功率的關(guān)系為

圖3.19為交直流功率表的工作原理及其與電路中單個負(fù)載的連接情況。

圖3.19功率測量原理

圖3.20中,兩個電壓線圈互相垂直安裝,其中一個與無感電阻相串聯(lián),另一個與電感器相串聯(lián),所以可以近似地認(rèn)為兩線圈中的電流相位之差為90°。電流線圈是與電路相串聯(lián)的,與被測線路電流同相。

圖3.20功率因數(shù)測量原理

與功率測量密切相關(guān)的是電能量的測量。由功率測量的定義知

電能量一般用千瓦小時(kW·h)表示,1kW·h=3.6×106J。能指示消耗多少電能的測量電能量的儀表稱為電度表。電度表考慮了功率和時間兩個因素。它在原理上是一個小電動機(jī),其瞬時速度與通過它的電流的功率成正比,在給定的時間里總轉(zhuǎn)數(shù)與在該時間內(nèi)所消耗的總能量成正比。經(jīng)典型電度表的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.21所示。

圖3.21經(jīng)典型電度表的結(jié)構(gòu)

電能基本表達(dá)式如下:

式中,u(t)、i(t)、P(t)分別是瞬時電壓、瞬時電流、瞬時功率值,所以測量電能的基本方法是將電壓、電流相乘,然后在時間上進(jìn)行積分,而這一積分可近似為眾多微小時間間隔內(nèi)電能的累加。根據(jù)這一原理,可以得到數(shù)字式電度表的原理框圖如圖3.22所示。

圖3.22數(shù)字式電度表原理框圖

ADE7755的內(nèi)部信號處理框圖如圖3.23所示。圖3.23ADE7755內(nèi)部信號處理框圖

3.5.3高頻功率測量

在高頻信號的傳輸過程中,輸出功率的大小往往是衡量系統(tǒng)設(shè)施容量的最重要指標(biāo)。

高頻功率測量與低頻功率測量有很大的不同。在實際測量中應(yīng)特別注意負(fù)載匹配問題。以短波、超短波等無線電臺為例,其發(fā)信機(jī)的輸出天線是不允許開路的,因為一旦開路,將造成功率無法輸出,能量消耗在機(jī)器內(nèi)部,極易造成功放部件的損壞。高頻功率的測量一般可用無感電阻和交流表頭,或高頻電壓表與理想負(fù)載構(gòu)成測試單元,如圖3.24所示。

圖3.24高頻功率測量

考慮到高頻信號傳輸?shù)姆瓷湓?在較嚴(yán)格的場合中,要使用功率計/駐波表來測量高頻信號功率。而更一般的高頻功率計都采用量熱式原理,即測量該信號能產(chǎn)生多大的熱量,再核算出相應(yīng)的高頻功率。例如,在檢測一個400W單邊帶無線電臺發(fā)信機(jī)的功率時,即可用4個100W燈泡作為簡易功率計,測量方法如圖3.25所示。

圖3.25400W短波電臺簡易功率測試

3.5.4功率測量與電壓測量的電平表示

常用的功率電平可分為絕對電平和相對電平兩種。

(1)絕對功率電平LP。以600Ω電阻上消耗1mW的功率作為基準(zhǔn)功率,任意功率與之相比的對數(shù)稱為絕對功率電平,其值為

式中,Px

為任意功率,P0為基準(zhǔn)功率。

(2)相對功率電平L'P。任意兩功率之比的對數(shù)稱為相對功率電平,即

式中,PA、PB為任意兩功率。

例3.2用MF20電子多用表的30V量程測量電壓,當(dāng)該量程的讀數(shù)為27.5V時,問該電壓信號對應(yīng)的分貝值是多少?

解因為MF－20多用表將1.5V量程刻度線上的0.775V定義為0dB,30V量程是1.5V的20倍擴(kuò)展,27.5V示值位置對應(yīng)在1.5V量程上的讀數(shù)為1.38V,所以有

3.6數(shù)字萬用表的特點(diǎn)與技術(shù)原理

3.6.1數(shù)字萬用表的特點(diǎn)數(shù)字萬用表具有以下特點(diǎn):(1)功能多。(2)指標(biāo)高。數(shù)字萬用表的直流電壓測量技術(shù)指標(biāo)有如下特色:①輸入范圍大。②準(zhǔn)確度高。③分辨率高。④輸入阻抗高。⑤顯示位數(shù)多。⑥讀數(shù)速率快。(3)用途廣。

3.6.2數(shù)字萬用表的主要技術(shù)指標(biāo)

數(shù)字萬用表最主要的技術(shù)指標(biāo)有:

(1)顯示位數(shù)。

(2)分辨率。

(3)測量速率。

(4)輸入特性。

(5)抗干擾能力。

3.6.3數(shù)字萬用表的組成

模擬萬用表一般是通過電流驅(qū)動機(jī)械表頭顯示測量結(jié)果的,所以其主要測量均以電流表為基礎(chǔ)。而現(xiàn)代數(shù)字萬用表采用了數(shù)字化技術(shù),以液晶顯示屏顯示測量結(jié)果,它的主要測量是以電壓測量為基礎(chǔ)的。數(shù)字萬用表的組成框圖如圖3.26所示。

圖3.26數(shù)字萬用表組成框圖

3.6.4數(shù)字萬用表的技術(shù)原理與要求

1.輸入電路技術(shù)原理

數(shù)字萬用表一般通過一對紅黑表筆引入外部輸入信號,對于二端元件的測量也是通過表筆輸入的。對于晶體管這樣的三端元件,一般由獨(dú)立的測試座輸入。針對輸入信號幅值

的不同,輸入單元電路設(shè)有不同的衰減器,當(dāng)測量的量值超出范圍時,系統(tǒng)能給出溢出提示,部分?jǐn)?shù)字萬用表設(shè)有語音提示功能,會及時給出操作有誤的信息。對于超出正常范圍的大信號的測量(如測量10A的直流電流),儀表一般設(shè)有獨(dú)立的輸入端口。對于元件參數(shù)的測量,輸入單元能夠提供元件工作時必需的直流電壓和激勵信號。

2.顯示單元技術(shù)原理

絕大多數(shù)數(shù)字萬用表選用液晶顯示屏作為顯示終端。液晶屏由許多個由液晶材料構(gòu)成的顯像單元(像素)組成,典型的如筆段式,8×2、16×1字符型,122×32、128×240點(diǎn)陣式等。

從物理機(jī)制上來看,當(dāng)加在單個像素上的電壓為高電平(3.5V)時,顯示為亮;反之,當(dāng)加在像素上的電壓為低電平(0V)時,顯示為暗。因此,液晶屏能夠方便地顯示數(shù)據(jù)或黑白二值圖像。對于多值圖像,即有灰度等級的圖像,示波管是通過加在其陰極射線上電壓的強(qiáng)弱不同來實現(xiàn)的。而液晶顯示器可以通過在一段時間里對應(yīng)像素的高電平出現(xiàn)的次數(shù)多寡(占空比)來實現(xiàn)對明暗不同的控制。作為一種功耗極低的平板顯示器件,液晶顯示模塊都有由集成電路實現(xiàn)的掃描模塊,使用極為方便、靈活,幾乎成了數(shù)字萬用表的必然選擇。

3.控制處理單元技術(shù)原理

微處理器特別是單片計算機(jī)在數(shù)字萬用表中構(gòu)成控制器和處理器,管理測量操作過程和處理測量結(jié)果。此外,在一定程度上可以以軟件功能代替或簡化硬件功能,如自動量程轉(zhuǎn)換、自動誤差校正、抑制干擾等。MPU的使用在很大程度上降低了系統(tǒng)成本,提高了儀表的智能化程度和操作的便利性。

4.轉(zhuǎn)換電路技術(shù)原理

數(shù)字萬用表的轉(zhuǎn)換電路包括兩類:

一類是基本轉(zhuǎn)換電路,其負(fù)責(zé)將模擬狀態(tài)的直流電量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量;

另一類是測試轉(zhuǎn)換電路,其負(fù)責(zé)將被測的物理量轉(zhuǎn)換為儀器可以處理的直流電量。

1)基本轉(zhuǎn)換電路原理

數(shù)字萬用表是基于電壓測量的數(shù)字式電表,其基本轉(zhuǎn)換電路是將模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓信號的模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器。

(1)雙斜式A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理。

雙斜式A/D轉(zhuǎn)換器是一種應(yīng)用較早且目前仍被廣泛應(yīng)用的A/D轉(zhuǎn)換器,其原理如圖3.27所示。

圖3.27雙斜式A/D轉(zhuǎn)換器原理電路

雙斜式A/D轉(zhuǎn)換器的工作過程如圖3.28所示,可以分為采樣期和比較期兩個階段。

①采樣期。

②比較期。

圖3.28雙斜式A/D轉(zhuǎn)換器的工作過程