第四章 数字测量方法精选PPT.ppt

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1、第四章 数字测量方法第1页，此课件共61页哦主要内容4.1 电压测量的数字化方法电压测量的数字化方法4.2 直流数字电压表直流数字电压表4.3 多用型数字电压表多用型数字电压表4.4 频率的测量频率的测量4.5 时间的测量时间的测量4.6 相位的测量相位的测量小结与作业小结与作业第2页，此课件共61页哦4.1-3节教学重点与难点节教学重点与难点重点：直流DVM框图与原理逐次比较式DVM框图与原理DVM误差计算多用型DVM原理难点：双积分式DVM框图与原理阐述、双积分式DVM特点以及相关计算第3页，此课件共61页哦4.14.1电压测量的数字化方法电压测量的数字化方法数字式电压表数字式电压表(Di

2、gital Voltage Meter(Digital Voltage Meter，简称，简称DVMDVM)数字式电压表实际上就是一种用数字式电压表实际上就是一种用A AD D变变換器作测量机构，用数字显示器显示测換器作测量机构，用数字显示器显示测量结果的电压表。量结果的电压表。模拟量模拟量V x（t）数字量数字量第4页，此课件共61页哦4.14.1电压测量的数字化方法电压测量的数字化方法直流直流DVM的组成的组成直流直流DVM的组成原理框图的组成原理框图数字电路数字电路模拟电路模拟电路第5页，此课件共61页哦4.14.1电压测量的数字化方法电压测量的数字化方法包括模拟和数字两部分：包括模拟和

3、数字两部分：（1 1）输入电路：）输入电路：对输入电压衰减对输入电压衰减/放大、变换等。放大、变换等。（2 2）核心部件是）核心部件是A/DA/D转换器转换器（Analog to Digital Analog to Digital ConverterConverter，简称，简称ADCADC），实现模拟电压到数字量），实现模拟电压到数字量的转换。的转换。它的变換精度、分辨力、抗干扰能力直它的变換精度、分辨力、抗干扰能力直接影响数字式电压表的测量精度、灵敏度和抗干接影响数字式电压表的测量精度、灵敏度和抗干扰能力。扰能力。（3 3）显示器：）显示器：显示模拟电压的数字量结果。显示模拟电压的数字量结

4、果。（4 4）逻辑控制电路：）逻辑控制电路：在统一时钟作用下，完成内部在统一时钟作用下，完成内部电路的协调有序工作。电路的协调有序工作。第6页，此课件共61页哦4.1.1 DVM4.1.1 DVM的特点的特点1.1.数字显示数字显示 测量结果以数字形式直接显示，消除了指针式仪测量结果以数字形式直接显示，消除了指针式仪表的视觉误差。表的视觉误差。2.2.准确度高准确度高 通常，数字电压表的位数愈多，准确度愈高。通常，数字电压表的位数愈多，准确度愈高。3.3.测量范围测量范围 DVMDVM用量程、显示位数以及超量程能力来反映它用量程、显示位数以及超量程能力来反映它的测量范围。的测量范围。第7页，此

5、课件共61页哦4.1.1 DVM4.1.1 DVM的特点的特点(1)量程：量程：DVMDVM的量程以其基本量程（即未经衰减和放大的量程，的量程以其基本量程（即未经衰减和放大的量程，亦即亦即A AD D 转换器的基本工作电压范围）为基础，再转换器的基本工作电压范围）为基础，再和输入通道中的和输入通道中的步进衰减器及输入放大器步进衰减器及输入放大器适当配合适当配合向向两端扩展两端扩展。如如DS-14DS-14型电压表的量程为型电压表的量程为500V500V、50V50V、5V5V、0.5V0.5V四四档，档，5V5V为基本量程。为基本量程。第8页，此课件共61页哦4.1.1 DVM4.1.1 DV

6、M的特点的特点(2)显示位数：显示位数：DVMDVM的位数指的位数指完整完整显示位，显示显示位，显示0 09 9十个数码。十个数码。最大显示为最大显示为999999、19991999和和59995999的数字电压表都的数字电压表都是三位数字电压表。是三位数字电压表。不完整位不完整位，常用分数表示，把最大显示为，常用分数表示，把最大显示为1 1 9999(9999(首位只能显示首位只能显示0 0、1 1)的数字电压表称作的数字电压表称作 位数字电压表，即位数字电压表，即“半位半位”数字电压表。数字电压表。第9页，此课件共61页哦4.1.1 DVM4.1.1 DVM的特点的特点(3)超量程能力：超

7、量程能力：指指DVMDVM所能测量的所能测量的最大电压超过量程值最大电压超过量程值的能力，的能力，是数字电压表的一个重要指标。是数字电压表的一个重要指标。数字式电压表有无超量程能力，要根据它的数字式电压表有无超量程能力，要根据它的量量程分档情况程分档情况及能够及能够显示的最大数字显示的最大数字情况决定。情况决定。例如，最大显示数字分别为例如，最大显示数字分别为9.9999.999、19.99919.999、5.9995.999、11.99911.999，对应量程分别为，对应量程分别为10V10V、20V20V、5V5V、10V10V的数字电压表的超量的数字电压表的超量程能力分别为程能力分别为0

8、%0%、0%0%、20%20%、20%20%。第10页，此课件共61页哦4.1.1 DVM4.1.1 DVM的特点的特点显示位数全是完整位的显示位数全是完整位的DVMDVM，没有超量，没有超量程能力。程能力。带有带有1/21/2位的数字电压表，如最大显示位的数字电压表，如最大显示为为19991999，如果按，如果按2V2V、20V20V、200V200V分挡，分挡，也没有超量程能力。也没有超量程能力。带有带有1/21/2位如最大显示为位如最大显示为19991999，并以，并以1V1V、10V10V、100V100V分挡的分挡的DVMDVM，才具有超量程，才具有超量程能力。能力。第11页，此课件

9、共61页哦4.1.1 DVM4.1.1 DVM的特点的特点有了超量程能力，在有些情况下可以提高测量精度。有了超量程能力，在有些情况下可以提高测量精度。例如：被测电压为例如：被测电压为10.001V10.001V时，若采用时，若采用不具有超量程不具有超量程能力能力的的4 4位位DVMDVM的的10V10V档测量，计数器溢出，档测量，计数器溢出，量程自动量程自动切换到切换到100V100V，得到，得到“10.00V10.00V”的显示，丢失了的显示，丢失了0.001V0.001V的信息；的信息；若改用若改用有超量程能力有超量程能力的四位半的四位半DVMDVM的的10V10V档测量，则档测量，则显示

10、为显示为“10.001V10.001V”，不会降低精度和分辨力。，不会降低精度和分辨力。第12页，此课件共61页哦4.1.1 DVM4.1.1 DVM的特点的特点超量程举例：超量程举例：如如5 5位的位的DVMDVM，在，在10V10V量程上，最大显示量程上，最大显示19.9999V19.9999V电压，允许有电压，允许有100100的超量程。的超量程。如果数字电压表的最大显示为如果数字电压表的最大显示为5.99995.9999，如量程按如量程按5V5V、50V50V、500V500V分挡，则允许有分挡，则允许有2020超量程。超量程。第13页，此课件共61页哦4.1.1 DVM4.1.1 D

11、VM的特点的特点4.4.分辨力高分辨力高 DVMDVM能够显示被测电压的最小变化值，称为分辨力能够显示被测电压的最小变化值，称为分辨力（或称最高灵敏度），即（或称最高灵敏度），即最小量程时显示器末位跳最小量程时显示器末位跳一个字所需要的最小输入电压值一个字所需要的最小输入电压值。例如，例如，3 3位半的位半的DVMDVM，在，在200mV200mV最小量程上，可以测量最小量程上，可以测量的最大输入电压为的最大输入电压为199.9mV199.9mV，其分辨力为，其分辨力为0.1mV0.1mV/字字（即当输入电压变化（即当输入电压变化0.1mV0.1mV时，显示的末尾数字将变时，显示的末尾数字将变

12、化化“1 1个字个字”）。）。又如：某型号又如：某型号DVMDVM的最小量程为的最小量程为0.2V,0.2V,最大显示数为最大显示数为1999919999，所以分辨力为，所以分辨力为1010V。第14页，此课件共61页哦4.1.1 DVM4.1.1 DVM的特点的特点例如，例如，4 4位位DVMDVM在在1V1V、10V10V量程上的分辨力分别为量程上的分辨力分别为0.0001V0.0001V、0.001V0.001V，则，则DVMDVM的分辨力为的分辨力为0.0001V0.0001V。这是因为，这是因为，4 4位位DVMDVM的最大显示数字为的最大显示数字为99999999，量程，量程为为1

13、V1V、10V10V时，可以判断出满量程时的显示数字时，可以判断出满量程时的显示数字应分别为应分别为“.9999.9999”、“9.9999.999”，根据定义即可判断，根据定义即可判断出上述分辨力的大小。出上述分辨力的大小。第15页，此课件共61页哦4.1.1 DVM4.1.1 DVM的特点的特点5.5.测量速度快测量速度快 每秒钟完成的测量次数。它主要取决于每秒钟完成的测量次数。它主要取决于A/DA/D转换转换器的转换速度。器的转换速度。DVMDVM完成一次测量所需要的时间完成一次测量所需要的时间只有几至几十毫秒，有的更快。只有几至几十毫秒，有的更快。6.6.输入阻抗高输入阻抗高 一般的一

14、般的DVMDVM输入阻抗为输入阻抗为10M10M左右，最高可达左右，最高可达 ，对被测电路的影响极小。，对被测电路的影响极小。7.7.抗干扰能力强抗干扰能力强 数字电压表的抗干扰能力较强，按干扰作用在数字电压表的抗干扰能力较强，按干扰作用在仪器输入端的方式分为串模干扰和共模干扰。仪器输入端的方式分为串模干扰和共模干扰。通常用串模干扰抑制比和共模干扰抑制比来表通常用串模干扰抑制比和共模干扰抑制比来表示，干扰抑制比的数值越大，表明数字电压表示，干扰抑制比的数值越大，表明数字电压表抗干扰的能力越强。抗干扰的能力越强。第16页，此课件共61页哦4.1.2 DVM4.1.2 DVM的主要类型的主要类型根

15、据根据A/D转换方式不同而分成不同的类型：转换方式不同而分成不同的类型：（1）逐次比较型）逐次比较型DVM（2）双积分型（）双积分型（U-T）DVM第17页，此课件共61页哦逐次比较型逐次比较型DVMDVM的工作原理的工作原理基本原理：基本原理：将被测电压和将被测电压和一可变的基准电压进一可变的基准电压进行逐次比较行逐次比较，最终逼近被测电压。即采用一种，最终逼近被测电压。即采用一种“对分搜索对分搜索”的策略，逐步缩小的策略，逐步缩小V Vx x未知范围的办未知范围的办法。法。W/2 W/4 W/8 W/16原理：与天平称重相似原理：与天平称重相似原则：大者弃，小者留原则：大者弃，小者留砝码砝

16、码待测待测第18页，此课件共61页哦逐次比较型逐次比较型DVMDVM的工作原理的工作原理假设基准电压为假设基准电压为V Vr r=10V=10V，为便于对分搜索，将，为便于对分搜索，将其分成一系列（相差一半）的不同的标准值。其分成一系列（相差一半）的不同的标准值。V Vr r可分解为：可分解为：第19页，此课件共61页哦逐次比较型逐次比较型DVMDVM的工作原理的工作原理上式表示，若把上式表示，若把V Vr r不断细分（每次取上一次的一半）不断细分（每次取上一次的一半）足够小的量，便可无限逼近，当只取有限项时，则项足够小的量，便可无限逼近，当只取有限项时，则项数决定了其逼近的程度。如只取前数决

17、定了其逼近的程度。如只取前4 4项，则：项，则：其逼近的最大误差为其逼近的最大误差为9.375V-10V=-9.375V-10V=-0.625V0.625V，相当于最后一项的值。相当于最后一项的值。现假设有一被测电压现假设有一被测电压V Vx x8.5V8.5V，若用上面表示，若用上面表示VrVr的的4 4项项5V5V、2.5V2.5V、1.25V1.25V、0.625V0.625V来来“凑试凑试”逼近逼近V Vx x，逼近过程如下：逼近过程如下：第20页，此课件共61页哦逐次比较型逐次比较型DVMDVM的工作原理的工作原理 V Vx x5V5V（首首先先，取取5V5V项项，由由于于5V8.5

18、V5V8.5V，则则保保留留该该项项，记记为为数数字字1 1）+2.5V+2.5V（再再取取2.5V2.5V项项，此此时时5V+2.5V8.5V5V+2.5V8.5V5V+2.5V+1.25V8.5V，则则应应去去掉掉该项，该项，记为数字记为数字0 0）+0.625+0.625（再再取取0.625V0.625V项项，此此时时5V+2.5V+0.625V8.5V5V+2.5V+0.625V8.5V，则则保保留该项，留该项，记为数字记为数字1 1）8.125V8.125V（得到最后逼近结果）（得到最后逼近结果）总结上面的逐次逼近过程可知，从大到小逐次取出总结上面的逐次逼近过程可知，从大到小逐次取出

19、V Vr r的各分项值，按照的各分项值，按照“大者大者弃弃，小者留，小者留”的原则，的原则，直至得到最后逼近结果，其直至得到最后逼近结果，其数字表示为数字表示为11011101。第21页，此课件共61页哦逐次比较型逐次比较型DVMDVM的工作原理的工作原理上述逐次逼近比较过程表示了该类上述逐次逼近比较过程表示了该类A/DA/D转换转换器的基本工作原理。它类似天平称重的过程，器的基本工作原理。它类似天平称重的过程，V Vr r的各分项相当于提供的有限的各分项相当于提供的有限“电子砝码电子砝码”，而而V Vx x是被称量的电压量。逐步地添加或移是被称量的电压量。逐步地添加或移去电子砝码的过程完全类

20、同于称重中的加减去电子砝码的过程完全类同于称重中的加减法码的过程，而法码的过程，而称重结果的精度取决于所用称重结果的精度取决于所用的最小砝码。的最小砝码。第22页，此课件共61页哦逐次比较型逐次比较型DVMDVM的工作原理的工作原理逐次比较型集成逐次比较型集成A/D转换器原理框图转换器原理框图UO第23页，此课件共61页哦逐次比较型逐次比较型DVMDVM的工作原理的工作原理现以一个简单的现以一个简单的3比特比特（3位二进制）逐次比较位二进制）逐次比较过程为例，再体会其原过程为例，再体会其原理。理。设基准电压设基准电压Ur8V，输，输入电压入电压Ux5V，3比特比特SAR的输出为的输出为Q2Q1

21、Q0。流程图如右图所示。流程图如右图所示。第24页，此课件共61页哦逐次比较型逐次比较型DVMDVM的工作原理的工作原理三位逐次比较过程三位逐次比较过程三位逐次比较过程三位逐次比较过程（UrUr8V8V，U UX X5V5V）第25页，此课件共61页哦双积分型（双积分型（U-TU-T）DVMDVM的工作原理的工作原理基本原理基本原理 在一个测量周期内用同一个积分器进行两次积在一个测量周期内用同一个积分器进行两次积分，将被测电压分，将被测电压 U UX X 转换成与其成正比的时间间转换成与其成正比的时间间隔，在此间隔内填充标准频率的时钟脉冲，用仪隔，在此间隔内填充标准频率的时钟脉冲，用仪器记录的

22、脉冲个数来反映器记录的脉冲个数来反映U UX X的数值，所以它是的数值，所以它是U-U-T T变换型。变换型。第26页，此课件共61页哦双积分型（双积分型（U-TU-T）DVMDVM的工作原理的工作原理-+第27页，此课件共61页哦双积分型（双积分型（U-TU-T）DVMDVM的工作原理的工作原理第28页，此课件共61页哦双积分型（双积分型（U-TU-T）DVMDVM的工作原理的工作原理工作过程分三个阶段：工作过程分三个阶段：（1）准备阶段）准备阶段(t0-t1)：复零阶段。：复零阶段。（2）采样阶段）采样阶段(t1-t2)：对被测电压：对被测电压U UX X进行定时进行定时积分。积分。t2时

23、刻时刻:当UX为直流时，为直流时，第29页，此课件共61页哦双积分型（双积分型（U-TU-T）DVMDVM的工作原理的工作原理（3）比较阶段）比较阶段(t2-t3)：对参考电压反向定值积分。：对参考电压反向定值积分。t3时刻：时刻：所以可得：所以可得：第30页，此课件共61页哦双积分型（双积分型（U-TU-T）DVMDVM的工作原理的工作原理双积分型双积分型DVMDVM的特点：的特点：（1 1）仪表的准确度主要取决于基准电压）仪表的准确度主要取决于基准电压U UN N的准确度的准确度和稳定度，与积分器的参数基本无关，即不必选和稳定度，与积分器的参数基本无关，即不必选用精密积分元件用精密积分元件

24、,从而提高了整个仪表的准确度。从而提高了整个仪表的准确度。（2 2）两次积分都是对同一时钟脉冲源进行计数，）两次积分都是对同一时钟脉冲源进行计数，从而降低了对脉冲源频率准确度的要求。从而降低了对脉冲源频率准确度的要求。（3 3）串模干扰通过积分过程而减弱，因而串模干扰通过积分过程而减弱，因而具有较具有较强的抗干扰能力。强的抗干扰能力。第31页，此课件共61页哦4.1.3 DVM4.1.3 DVM的测量误差的测量误差DVM的固有误差通常用下列两种方式表示：的固有误差通常用下列两种方式表示：UxUx是测量值（被测电压的读数），是测量值（被测电压的读数），UmUm是该量程的满是该量程的满度值。度值。

25、a%Uxa%Ux是与读数成正比，称为是与读数成正比，称为读数误差读数误差。b%Umb%Um不随读数变化，称为不随读数变化，称为满度误差满度误差。满度误差与被。满度误差与被测电压大小无关，而与测电压大小无关，而与所取量程所取量程有关。有关。第32页，此课件共61页哦4.1.3 DVM4.1.3 DVM的测量误差的测量误差例如，用一只四位例如，用一只四位DVMDVM的的5V5V量程分别测量量程分别测量5V5V和和0.1V0.1V电压，已电压，已知该仪表的准确度为知该仪表的准确度为 =0.01%Ux1=0.01%Ux1个字，求由仪表的个字，求由仪表的固有误差引起测量误差的大小。固有误差引起测量误差的

26、大小。第33页，此课件共61页哦4.24.2直流数字电压表直流数字电压表以以 位直流数字电压表为例，给出了电路位直流数字电压表为例，给出了电路图和原理框图。图和原理框图。第34页，此课件共61页哦4.3 4.3 多用型数字电压表多用型数字电压表AC-DC R-U I-U直流直流DVMDCACRI图图4.3.2 多用型多用型DVM原理框图原理框图多用型数字电压表的基本测量方法以多用型数字电压表的基本测量方法以多用型数字电压表的基本测量方法以多用型数字电压表的基本测量方法以直流电压的测量直流电压的测量直流电压的测量直流电压的测量为基础。为基础。为基础。为基础。测量时，先把其它参数变换为等效的直流电

27、压测量时，先把其它参数变换为等效的直流电压测量时，先把其它参数变换为等效的直流电压测量时，先把其它参数变换为等效的直流电压U U U U，然后通过，然后通过，然后通过，然后通过测量测量测量测量U U U U获得所测参数的数值。获得所测参数的数值。获得所测参数的数值。获得所测参数的数值。第35页，此课件共61页哦4.3 4.3 多用型数字电压表多用型数字电压表4.3.1 AC-DC转换器转换器 （1）运放式半波检波电路）运放式半波检波电路 图图4.3.5 AC-DC变换器电路原理图变换器电路原理图第36页，此课件共61页哦（2）精密全波检波电路）精密全波检波电路图图4.3.7 精密全波电路检波器

28、的波形及特性曲线精密全波电路检波器的波形及特性曲线图图4.3.6 精密全波检波电路原理图精密全波检波电路原理图第37页，此课件共61页哦4.3 4.3 多用型数字电压表多用型数字电压表4.3.2 R-U转换器转换器 1.用一个恒流源流过被测电阻，通过测量被测电阻两端的电压，即可得用一个恒流源流过被测电阻，通过测量被测电阻两端的电压，即可得到被测电阻的阻值。到被测电阻的阻值。2.为了实现不同量程电阻的测量，要求恒流源可调。为了实现不同量程电阻的测量，要求恒流源可调。图图4.3.8 R-U转换器原理电路原理图转换器原理电路原理图第38页，此课件共61页哦4.3 4.3 多用型数字电压表多用型数字电

29、压表4.3.3 I-U转换器转换器 1.将被测电流流过标准电阻，通过测量电阻两端的电压，即可得到被将被测电流流过标准电阻，通过测量电阻两端的电压，即可得到被测电流。测电流。2.为了实现不同量程的电流测量，可以选择不同的取样电阻。为了实现不同量程的电流测量，可以选择不同的取样电阻。图图4.3.10 I-U转换器原理电路原理图转换器原理电路原理图第39页，此课件共61页哦本次课小结本次课小结直流DVM原理、特点（测量范围、分辨力）逐次比较式DVM框图与工作原理双积分型DVM框图与原理及特点DVM的测量误差多用型DVM原理:AC-DC变换器 R-U变换器 I-U变换器第40页，此课件共61页哦第二次

30、课主要内容第二次课主要内容4.4 频率的测量频率的测量4.5 时间的测量时间的测量4.6 相位的测量相位的测量小结与作业小结与作业第41页，此课件共61页哦4.4 4.4 频率的测量频率的测量频率的定义：周期信号在单位时间（频率的定义：周期信号在单位时间（1s1s）内的变化次）内的变化次数（周期数）。数（周期数）。关于秒的定义？关于秒的定义？观看视频第42页，此课件共61页哦4.4 4.4 频率的测量频率的测量4.4.1标准频率源标准频率源 原子频标的基本原理：原子频标的基本原理：原子原子(分子分子)由一个能级向另外一个能级跃迁时，由一个能级向另外一个能级跃迁时，会以电磁波的形式辐射或吸收能量

31、，得到稳定而会以电磁波的形式辐射或吸收能量，得到稳定而又准确的频率。这就是原子频标的基本原理。又准确的频率。这就是原子频标的基本原理。19671967年年1010月，第月，第1313届国际计量大会正式通过了秒届国际计量大会正式通过了秒的新定义。的新定义。19721972年起实行，为全世界所接受。秒年起实行，为全世界所接受。秒的定义由天文实物标准过渡到原子自然标准，准的定义由天文实物标准过渡到原子自然标准，准确度提高了确度提高了4-54-5个量级，达个量级，达510510-14-14(相当于相当于6262万万年年11秒秒)，并仍在提高。，并仍在提高。铯铯-133原子能级跃原子能级跃迁相对应的辐射

32、迁相对应的辐射9 192 631 770个周期的个周期的持续时间持续时间-1秒。秒。第43页，此课件共61页哦4.4 4.4 频率的测量频率的测量4.4.2电子计数式频率计的原理电子计数式频率计的原理 频率的定义：频率的定义：如果在一定如果在一定时间间隔时间间隔T T内周期信号重复变化了内周期信号重复变化了N N次，则频率表达为：次，则频率表达为：f fN/TN/T （1）时间基准）时间基准 石英晶体振荡输出KTc时间基准T第44页，此课件共61页哦4.4 4.4 频率的测量频率的测量（2）计数式频率计的测频原理）计数式频率计的测频原理图图4.4.2 计数式频率计测频原理框图计数式频率计测频原

33、理框图T主主 门门电子计数器电子计数器放大、整形放大、整形被测信号逻辑控制逻辑控制单元单元门控门控晶晶 振振分分 频频S10ms10s在闸门时间在闸门时间T内，内，通过主门的信号通过主门的信号脉冲个数为脉冲个数为N，被测信号的频率被测信号的频率第45页，此课件共61页哦4.4 4.4 频率的测量频率的测量4.4.3 用计数式频率计测量频率比用计数式频率计测量频率比1.频率较高的信号接入频率较高的信号接入A端；端；频率较低的信号接入频率较低的信号接入B端。端。2.为了提高测量准确度，可将为了提高测量准确度，可将B端信号周期倍乘，以减小端信号周期倍乘，以减小量化误差。量化误差。例如：以例如：以例如

34、：以例如：以B B B B通道信号的通道信号的通道信号的通道信号的10101010个周期作为闸门信号，个周期作为闸门信号，个周期作为闸门信号，个周期作为闸门信号，则计数值为：则计数值为：则计数值为：则计数值为：,即计数值即计数值即计数值即计数值扩大了扩大了扩大了扩大了10101010倍，相应的测量精度也就提高了倍，相应的测量精度也就提高了倍，相应的测量精度也就提高了倍，相应的测量精度也就提高了10101010倍。倍。倍。倍。为得到真实结果，需将计数值为得到真实结果，需将计数值为得到真实结果，需将计数值为得到真实结果，需将计数值N N N N缩小缩小缩小缩小10101010倍（小数倍（小数倍（小

35、数倍（小数点左移点左移点左移点左移1 1 1 1位），即位），即位），即位），即第46页，此课件共61页哦4.4 4.4 频率的测量频率的测量4.4.4 频率测量的误差分析频率测量的误差分析 测频方法的测量误差包含两个方面测频方法的测量误差包含两个方面：（1）计数器的计数）计数器的计数N是否准确是否准确-量化误差量化误差 （2）闸门时间）闸门时间T是否准确是否准确-标准频率误差标准频率误差 按误差合成公式：按误差合成公式：第47页，此课件共61页哦4.4 4.4 频率的测量频率的测量量化误差量化误差-1误差误差4.4.8 测频时的波形图测频时的波形图产生的原因：产生的原因：门控信号何时门控信号

36、何时到来是随机的。到来是随机的。量化误差的特量化误差的特点：点：不管计不管计数值数值N N为多少，为多少，最大误差总最大误差总是是11个量化个量化单位。单位。最大量化误差的相对值：最大量化误差的相对值：第48页，此课件共61页哦4.4 4.4 频率的测量频率的测量标准频率误差标准频率误差总误差表达式总误差表达式图图4.4.9 计数器测频时的误差曲线计数器测频时的误差曲线T=0.1s测量低频时，由于测量低频时，由于1误差产生的测量误差大得惊人。误差产生的测量误差大得惊人。如：如：fx=10Hz，T=1s，则，则1引起测频误差可达引起测频误差可达10%。第49页，此课件共61页哦4.4 4.4 频

37、率的测量频率的测量频率测量误差分析的例子频率测量误差分析的例子 例：用例：用7位电子计数器测量位电子计数器测量fx=5MHz的信号的频率，的信号的频率，当闸门时间当闸门时间T至于至于0.1s时，计算由时，计算由1误差而引起误差而引起的测频误差。的测频误差。第50页，此课件共61页哦4.5 4.5 时间的测量时间的测量4.5.1周期的测量周期的测量 （1）周期测量的原理）周期测量的原理图图4.5.1 用通用计数器测量周期的原理用通用计数器测量周期的原理为了提高测量准为了提高测量准确度，可将被测确度，可将被测信号经过几级信号经过几级10分频电路，进行分频电路，进行“周期倍乘周期倍乘”，这样可以减小

38、量这样可以减小量化误差。化误差。Tx第51页，此课件共61页哦4.5 4.5 时间的测量时间的测量（2）周期测量的误差分析）周期测量的误差分析 由公式：由公式：并根据误差合成公式：并根据误差合成公式：为了减小量化误差，可为了减小量化误差，可以采用以采用“多周期测量法多周期测量法”，然后将计得脉冲除，然后将计得脉冲除以被测周期的个数。以被测周期的个数。第52页，此课件共61页哦4.5 4.5 时间的测量时间的测量周期测量误差分析的例子周期测量误差分析的例子 例：用多周期法测周期，已知被测信号例：用多周期法测周期，已知被测信号的重复周期为的重复周期为50s，计数值为，计数值为1 0000，内，内部

39、时标信号频率为部时标信号频率为1MHz。若采用同一周。若采用同一周期倍乘和同一时标信号去测量另一未知期倍乘和同一时标信号去测量另一未知信号，已知计数值为信号，已知计数值为15 000，求未知信号，求未知信号周期。周期。第53页，此课件共61页哦4.5 4.5 时间的测量时间的测量4.5.2 测脉冲上升时间测脉冲上升时间tr及脉冲宽度及脉冲宽度tw图图4.5.2 用计数器测用计数器测tr及及tw的原理图的原理图第54页，此课件共61页哦4.5 4.5 时间的测量时间的测量图图4.5.3 用计数器测用计数器测tr的波形的波形第55页，此课件共61页哦4.5 4.5 时间的测量时间的测量4.5.3

40、脉冲时间间隔的测量脉冲时间间隔的测量 与测量周期的原理相同，但是控制主门开放时间的不是被与测量周期的原理相同，但是控制主门开放时间的不是被测信号的周期，而是两个被测信号的脉冲时间间隔。测信号的周期，而是两个被测信号的脉冲时间间隔。图图4.5.4 用计数法测量时间间隔原理框图用计数法测量时间间隔原理框图第56页，此课件共61页哦4.5 4.5 时间的测量时间的测量4.5.4 长时间的测量（外控时间间隔测量）长时间的测量（外控时间间隔测量）图图4.5.5 长时间的测量原理图长时间的测量原理图第57页，此课件共61页哦4.6 4.6 相位的测量相位的测量相位测量的定义：通常指两个同频率的信号之间相位

41、差的相位测量的定义：通常指两个同频率的信号之间相位差的测量。测量。图图4.6.1 数字式相位计原理框图数字式相位计原理框图第58页，此课件共61页哦4.6 4.6 相位的测量相位的测量基于时间间隔的测量原理基于时间间隔的测量原理图图4.6.2 数字式相位计波形图数字式相位计波形图让电子计数器显示结果为度的方让电子计数器显示结果为度的方法：法：让计数器在让计数器在1s时间内连续计数，则时间内连续计数，则1s内内有有f个门控信号，累计计数为：个门控信号，累计计数为：第59页，此课件共61页哦小小 结结重点：重点：直流直流DVMDVM的组成原理框图及各部分功能。的组成原理框图及各部分功能。逐次比较型

42、逐次比较型DVMDVM的框图和工作原理的框图和工作原理.双积分型双积分型DVMDVM的框图、工作原理和特点，详细了的框图、工作原理和特点，详细了解工作过程。解工作过程。DVMDVM测量误差的计算。测量误差的计算。简述测量频率、频率比、周期（包括多周期测量简述测量频率、频率比、周期（包括多周期测量法）法）、相位的工作原理，并画出框图。、相位的工作原理，并画出框图。频率测量和周期测量的误差分析。频率测量和周期测量的误差分析。掌握：掌握：如何用直流如何用直流DVMDVM来实现多用型来实现多用型DVMDVM？脉冲上升时间、脉冲宽度及脉冲时间间隔测量原脉冲上升时间、脉冲宽度及脉冲时间间隔测量原理。理。第

43、60页，此课件共61页哦作作 业业1.结合框图说明双积分型数字电压表的工作原理和特点。（结合框图说明双积分型数字电压表的工作原理和特点。（4.2）2.用一台用一台 位位DVM的的2V量程测量量程测量1.2V电压。已知该仪器电压。已知该仪器 的固有误差的固有误差 求由于固有误差产生的测量误差。它的满度误差相当于求由于固有误差产生的测量误差。它的满度误差相当于 几个字？（几个字？（4.6）3.简述测量频率比、周期的工作原理，并绘出仪器的构成简述测量频率比、周期的工作原理，并绘出仪器的构成 框图。（框图。（4.8 有所改变有所改变）4.欲用电子计数器测量欲用电子计数器测量 的频率，采用测频（选的频率，采用测频（选 用闸门时间用闸门时间 ）和测周期（选用）和测周期（选用 时标信号）两种方时标信号）两种方 法，试计算由法，试计算由 误差而引起的测频误差。（误差而引起的测频误差。（4.15）第61页，此课件共61页哦