電氣測(cè)量8章課件

1、第八章 數(shù)字電壓表第一節(jié) 數(shù)字電壓表性能指標(biāo)第二節(jié) 數(shù)字電壓表結(jié)構(gòu)類型第三節(jié) 數(shù)字電壓表實(shí)例第四節(jié) 數(shù)字萬(wàn)用表實(shí)例 Electrical Measure 本章要點(diǎn) 數(shù)字測(cè)量使用數(shù)字顯示，從而消除因儀表指針的可動(dòng)部件引發(fā)的機(jī)械誤差，而且數(shù)字電路容易集成化、數(shù)碼信號(hào)在傳送過程不易受到干擾，存儲(chǔ)能力強(qiáng)，便于傳送，可以跟計(jì)算機(jī)或自動(dòng)控制系統(tǒng)相結(jié)合，成為電氣測(cè)量的發(fā)展方向， 數(shù)字電壓表是數(shù)字測(cè)量的基礎(chǔ)。本章主要介紹數(shù)字式電壓表的技術(shù)性能指標(biāo)、結(jié)構(gòu)類型，不同類型的A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)碼轉(zhuǎn)換原理，以及顯示器件的電路結(jié)構(gòu)，并以CL系列數(shù)字式交流電壓表為實(shí)例 ，具體介紹現(xiàn)有產(chǎn)品中AD轉(zhuǎn)換電路和輸入電路的結(jié)構(gòu)。 數(shù)字萬(wàn)

2、用表也是體現(xiàn)了數(shù)字電表的特色，第四節(jié)以DT-830數(shù)字萬(wàn)用表做為實(shí)例，進(jìn)一步了解對(duì)數(shù)字儀表的電路分析方法，以提高學(xué)生閱讀數(shù)字電路的能力。第一節(jié) 數(shù)字電壓表的性能指標(biāo)一、顯示位數(shù) 數(shù)字式電壓表的顯示位數(shù)通常用一個(gè)整數(shù)和一個(gè)分?jǐn)?shù)表示，例如 3位、3 位、4位、4 位等等，其中整數(shù)部分表示能顯示09全部 數(shù)字的位數(shù)有幾位，分?jǐn)?shù)部分用于表示最高位的顯示性能，其中分子表示最高位數(shù)字可能顯示的最大數(shù)值，分母表示滿程時(shí)應(yīng)該顯示的數(shù)值。二、靈敏度 用分辨力或分辨率表示，分辨力是指最低量程時(shí)末位1個(gè)字所對(duì)應(yīng)的電壓，分辨率指能測(cè)出的電壓最小變化量與最大數(shù)字之比的百分?jǐn)?shù)表示。例如3 位的數(shù)字電壓表，如果最低量程末位

3、為1微伏，代 表其分辨力為1微伏，或者說靈敏度為1微伏。測(cè)出的電壓最小變化量為1，最大數(shù)字為1999,則分辨率為=0.05%。返回本章首頁(yè)三、量程范圍 量程范圍指電壓表測(cè)量電壓時(shí)，從0到滿度的顯示值。例如019999V，若有正負(fù)號(hào)，則表示從0到滿度的顯示值，例如019999V。 四、準(zhǔn)確度 數(shù)字儀表可以達(dá)到0.05%，有些數(shù)字儀表可以達(dá)到0.01%。 五、輸入阻抗 輸入電阻達(dá)到2000025000，輸入電容小于40pF。 六、頻率范圍 多數(shù)用于直流與低頻，可擴(kuò)大到高頻。 七、測(cè)量速度 測(cè)量速度指單位時(shí)間，以規(guī)定的準(zhǔn)確度完成的最大測(cè)量次數(shù)。 返回本章首頁(yè)第二節(jié)、數(shù)字電壓表的結(jié)構(gòu)類型 一、 電壓-

4、時(shí)間變換型 又稱斜波型，它將不同被測(cè)電壓值轉(zhuǎn)換為不同的時(shí)間間隔，用這個(gè)時(shí)間間隔的起止點(diǎn)，控制進(jìn)入計(jì)數(shù)器的脈沖個(gè)數(shù)，使顯示器能顯示出不同數(shù)值返回本章首頁(yè) 二、電壓-頻率變換型 將不同被測(cè)電壓值轉(zhuǎn)換為不同頻率的信號(hào)，再通過整形轉(zhuǎn)換為同頻率的脈沖，進(jìn)入頻率計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)顯示，所顯示的頻率值就代表電壓值。返回本章首頁(yè) 三、 逐次逼近比較型 將被測(cè)電壓與數(shù)碼開關(guān)送出的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，如果基準(zhǔn)電壓小于被測(cè)電壓，則將基準(zhǔn)電壓逐次遞加，直至基準(zhǔn)電壓逼近被測(cè)電壓并等于被測(cè)電壓為止，這時(shí)顯示器所顯示的數(shù)碼寄存器基準(zhǔn)電壓就是被測(cè)電壓。返回本章首頁(yè)第三節(jié) 數(shù)字電壓表實(shí)例一、CL系列數(shù)字式交流電壓表基本結(jié)構(gòu) 整個(gè)電路

5、是由輸入通道、時(shí)鐘電路、A/D轉(zhuǎn)換、驅(qū)動(dòng)顯示四大部分組成 返回本章首頁(yè) CL系列數(shù)字式交流電壓表電路圖返回本章首頁(yè) 二、CL系列數(shù)字式交流電壓表的輸入通道R1、R2、R3、R5、C1組成取樣電路，被測(cè)電壓轉(zhuǎn)換為小電壓，送IC1檢波并放大，三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源芯片IC6(TL431)使2、3兩點(diǎn)產(chǎn)生較穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓，若有波動(dòng)通過IC6分流，改變R21、R23上的壓降，保證輸出不變零點(diǎn)穩(wěn)定。 RP1作為調(diào)零。當(dāng)輸入為零時(shí)，調(diào)節(jié)RP1使顯示為0。IC1B組成直流放大器，RP2為調(diào)節(jié)滿度電位器。從輸入端加入100V電壓，調(diào)節(jié)RP2使顯示100.0IC1A、VD1、VD2組成具有負(fù)反饋的檢波電路返回本章首

6、頁(yè)三、CL系列數(shù)字式交流電壓表所用的 A/D轉(zhuǎn)換芯片 采用四位半的A/D轉(zhuǎn)換芯片ICL7135，內(nèi)包括模擬和數(shù)字電路兩部分。模擬電路將被測(cè)電壓轉(zhuǎn)換為時(shí)間間隔，屬于電壓時(shí)間變換型。模擬電路變換器由運(yùn)放單元組成緩沖器、積分器、比較器以及四組模擬開關(guān)組成，外圍（虛線之外）接有基準(zhǔn)電容、積分電容、積分電阻和自動(dòng)調(diào)零補(bǔ)償電容。 返回本章首頁(yè) ICL7135 A/D轉(zhuǎn)換芯片的工作過程 第一階段：自動(dòng)調(diào)零階段 上電時(shí)內(nèi)部控制邏輯令所有帶AZ下標(biāo)的開關(guān)閉合,其余斷開，輸入端IN+、IN-亦開斷，這時(shí)無(wú)外部電壓輸入，若輸出端出現(xiàn)不為零的電壓，說明電路失調(diào)，所出現(xiàn)電壓就稱為失調(diào)電壓。利用失調(diào)電壓對(duì)自動(dòng)調(diào)零補(bǔ)償電容

7、 充電，測(cè)量時(shí)利用調(diào)零電容上的電壓與外部被測(cè)電壓相抵消，以補(bǔ)償測(cè)量時(shí)電路失調(diào)造成的誤差。 第一階段基準(zhǔn)電壓源還通過模擬開關(guān)向 充電，充到等于 為止，以供第三階段使用。 返回本章首頁(yè) 第二階段：正向積分階段或稱為取樣階段 在這個(gè)階段，由控制器發(fā)出的取樣命令，讓所有帶INT下標(biāo)的開關(guān)閉合，其余斷開。被測(cè)電壓通過緩沖器、積分電阻對(duì)積分電容進(jìn)行充電，經(jīng)一定時(shí)間間隔后斷開，這時(shí)積分電容上所充的電壓為 返回本章首頁(yè)第三階段：反向放電階段返回本章首頁(yè)第四階段：零積分階段 如果超量程，經(jīng)過以上三個(gè)階段之后，積分電容上電壓可能尚未回零，為保證積分電容的快速回零，控制器令 將IN-與COM短接，IN+與輸出端短接

8、保證積分電路迅速回零。自動(dòng)調(diào)零積分電容正向充電積分電容反向放電零積分保證積分電容回零將模擬電壓轉(zhuǎn)換為時(shí)間間隔返回本章首頁(yè) 四、時(shí)鐘電路 ICL7135型轉(zhuǎn)換芯片需要外接時(shí)鐘信號(hào)，圖中選用74HC4060（IC3）作為時(shí)鐘振蕩器，振蕩器部分通過外接4MHz的晶振，產(chǎn)生4MHz的時(shí)鐘脈沖，經(jīng)64分頻，從IC3的Q6接到A/D轉(zhuǎn)換芯片ICL7135的引腳CLK。 返回本章首頁(yè) 五、顯示電路 返回本章首頁(yè) 顯示電路的主要部件 電壓表選用四位數(shù)碼管,分別顯示個(gè)、十、百和千位。另一單位的數(shù)碼管顯示萬(wàn)位。采用動(dòng)態(tài)顯示方式，由ICL7135的B1、B2、B3、B4四引腳輸出被測(cè)電壓的BCD碼。經(jīng)CD4543譯

9、碼后接數(shù)碼管。 其中萬(wàn)位只需顯示數(shù)碼1或符號(hào)，所以只接數(shù)碼管的b、c兩個(gè)引腳。 從D1、D2、D3、D4、D5依次輸出位碼。當(dāng)D1=1時(shí)，BCD碼對(duì)應(yīng)于個(gè)位。D2=1時(shí)對(duì)應(yīng)于十位，以此類推。 考慮到公共端的電流較大，所以用達(dá)林頓晶體管陣列ULN2003作為公共端的驅(qū)動(dòng)返回本章首頁(yè)第四節(jié) 數(shù)字萬(wàn)用表實(shí)例數(shù)字萬(wàn)用表的性能指標(biāo)1.準(zhǔn)確度：置于直流電壓檔，可達(dá) 0.5% 1字 其他檔位略低2.工作頻率：一般不超過1kHz。3.測(cè)量范圍：可測(cè)量電壓、電流、頻率和電路參數(shù)R、L、C。4.分辨力：可達(dá)到微伏級(jí)。5.測(cè)量速度：每秒2 5次。6.輸入阻抗：輸入電阻10M，電容150pF。7.保護(hù)：一般都有過載與

10、過電壓保護(hù)。8.顯示位數(shù)：有3 、4 等幾種，整數(shù)部分表示能顯示0 9的位數(shù)，分?jǐn)?shù)部分表示最高位性能，分子表示最高位所能顯示的最大數(shù)值，分母表示滿程時(shí)所表示的數(shù)值。返回本章首頁(yè)UT830數(shù)字萬(wàn)用表外形返回本章首頁(yè)UT830數(shù)字萬(wàn)用表電路返回本章首頁(yè)一、ICL7106內(nèi)部結(jié)構(gòu) 1. ICL7106模擬電路部分：使用雙積分A/D轉(zhuǎn)換器，將輸入的模擬電壓轉(zhuǎn)換為時(shí)間間隔，取參考電壓=100mV， T1=1000T0，送到計(jì)數(shù)器的脈沖個(gè)數(shù)N剛好等于被測(cè)電壓 。返回本章首頁(yè) 2、 ICL7106數(shù)字電路部分：包括時(shí)鐘振蕩器、計(jì)數(shù)器、鎖存器譯碼器、相位驅(qū)動(dòng)器控制邏輯液晶顯示器等部分。返回本章首頁(yè)3. ICL

11、7106管腳設(shè)置返回本章首頁(yè)二TCL7106的外圍元件 TCL7106時(shí)鐘振蕩器所需要的阻容元件、和A/D轉(zhuǎn)換器所用的積分電容、積分電阻和自動(dòng)調(diào)零電容 ，都是TCL7106內(nèi)部電路所需要，但又接在時(shí)TCL7106芯片之外的元件，所以稱為外圍元件。返回本章首頁(yè)三、顯示電路 返回本章首頁(yè)四、DT8301的使用 1、測(cè)量直流電壓被測(cè)電流輸入量程調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換成200mV輸入返回本章首頁(yè)2、測(cè)量直流電流10A輸入被測(cè)電流輸入量程調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換成200mV輸入返回本章首頁(yè)3.測(cè)量交流電壓量程調(diào)節(jié)過壓保護(hù)運(yùn)算放大器轉(zhuǎn)換成200mV輸入返回本章首頁(yè)4.測(cè)量交流電流 測(cè)量交流電流需要先將被測(cè)交流電流值轉(zhuǎn)換為交流電壓，即I

12、/U轉(zhuǎn)換，然后再將交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，即AC/DC轉(zhuǎn)換，I/U轉(zhuǎn)換過程和測(cè)量直流電壓轉(zhuǎn)換過程相同，AC/DC轉(zhuǎn)換過程和也和測(cè)量交流電壓的轉(zhuǎn)換過程相同。 返回本章首頁(yè)5、測(cè)量電阻 電阻測(cè)量電路實(shí)際上是測(cè)量被測(cè)電阻上的壓降，并使顯示出來的電壓值等于電阻值。在測(cè)量中，參考電壓取自量程調(diào)節(jié)中的比較電阻，因此該量程的滿度值就等于標(biāo)準(zhǔn)比較電阻值。返回本章首頁(yè) 式中電壓?jiǎn)挝粸榉?，但基?zhǔn)電壓為100mV時(shí)，TCL7106的IN+端相當(dāng)于一個(gè)0200mV的電壓表，顯示的讀數(shù)單位為mV，所以讀數(shù)只需乘10，即可直接讀出HFE值， 返回本章首頁(yè)6測(cè)量三極管HFE 7、檢查二極管在檢查二極管的檔位，表筆按正負(fù)接二極管正負(fù)極，