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数字电压表方案设计


在对电量进行测量的过程中,内容包括电流、电压与频率,其中,测量频率最高的因素为电压量。随着科学技术的进步,测量高精度电压成为了各行各业共同面临的测量工作难点,由数字表面代替指针表面,将测量数值显示在液晶面板或是数码管上的数字电压表有着重要的推广价值。

数字电压表的基本规格参数

电压测量范围:0V-100V

电流测量范围:0-999mA;0-10A;0-50A;0-100A

供电范围:3V-30V

电压误差:+-0.1%

电流误差:+-1%

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一、数字电压表的概述

数字电压表指的是利用数字化的测量技术,将连续模拟量向不连续数字形式进行转换,并予以显示的电压表。随着社会的进步,在过去较长一段时间内使用频率极高的指针电压表,读数不方便、精度较低、功能相对单一等缺点逐渐显露出来,已经无法满足当今社会具有的需求,数字电压表的出现有效解决了上述问题。利用单片机制作而成的数字电压表,不仅具有准确度较高、扩展能力强、集成度较高、抗干扰能力强的特点,还能够与计算机进行实时的通信,这与社会发展方向不谋而合。现阶段,数字电压表已经得到了自动测试系统、电子电工测量等诸多领域所认可,并在应用的过程中取得了良好的效果。

二、数字电压表的分类

数字电压表的种类较多,对其进行划分的依据也较多,常见的分类方式包括以下几种:①根据测量速度划分,将数字电压表分为低速和高速;②根据位数划分。将数字电压表分为3/2位、5位和8位;③根据质量和体积划分,将数字电压表分为台式、便携式和袖珍式。

 通常来说,数字电压表的划分依据主要是A/D转换方式,根据A/D转换方式可将数字电压表划分为间接转换和直接转换两种,其中,间接转换又被分为电压-频率变换以及电压-时间变换。电压-频率变换指的是在测量过程中将被测电压向频率值进行转换,然后再通过频率表将频率值显示出来,与此同时,还能够对电压值做出反应。电压-时间变换指的是在测量过程中将被测电压向时间间隔进行转换,电压越大,时间间隔越大,再根据时间间隔的大小对定时脉冲进行控制与计数,所计数值代表的即为电压值。

同时,还有比较型电压表,即将被测电压和处于递减状态的基准电压相比较,得出被测电压值,在经由显示器对该数值进行显示的数字电压表。逐次比较浪费的时间较长,往往需要若干节拍方可完成,想要在极短的时间内完成一次测量,需要加快节拍速度。

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三、数字电压表的性能与特点

3.1准确度较

与模拟式电压表相比,数字电压表具有的突出优势之一即为准确度较高,例如,针对31/2位和41/2位,数字电压表的准确度高达±0.1%和±0.02%。

3.2扩展能力强

数字电压表为基础,根据实际需求,可将其扩展成为不同类型的智能仪器、用用数字仪表、数字多用表、专用数字仪表等。若经由转换电路,完成对交直流电流和电压的测量,则可以通过特性运算的方式,实现对功率、有效值、峰值和其他数值的计算。另外,经由变化适配还能够对相位、周期、频率等因素进行测量。3.3输入阻抗高通过调查可以发现,对绝大多数的数字电压表而言,10~10000MΩ为常见输入阻抗,当然,输入阻抗的最高值可以达到1TΩ。在测量过程中,仅仅在被测电路吸取极小的电流,这样做的优势在于被测信号源自身的工作状态不会受到不必要的影响,进而在很大程度上减少信号源内阻导致测量出现误差的几率。3.4分辨率较高数字电压表的分辨率指的是(除零之外)数字电压表能够显示数字的最小至和最大值的百分比。对数字电压表而言,位于最低电压量程末位的1个字,代表的电压值能够对仪表的灵敏度进行反应,除此之外,随着显示位数的逐渐增加,末位字还会有所提高。

3.3显示直观、清晰

与指针电压表相比较而言,数字电表的优势还体现在能够避免视察或其他人为的测量误差,使读数能够保有相应的准确性和客观性。另外,数字电压表还与人们日常生活中的读数习惯更加贴合,可以在很大程度上缩短读数以及记录所需的时间。当然,标志符显示也是数字电压表的又一项优异性能,借助于这一性能,人们能够对特殊符号、单位符号、测量项目符号直接进行读取。

3.4具有较强的抗干扰能力

51/2位以下数字电压表,绝大多数采用的均为积分式的A/D转换器,该转换器的串模抑制比与共模抑制比,分别为100dB与80~120dB。除此之外,部分高档数字电压表还应用了以浮地保护和数字滤波为代表的先进科学技术,有效提升了抗干扰能力。

3.5集成度较高

现阶段所应用的数字电压表,大多数均采用了CMOS集成电路,与指针电压表相比,集成度高且功耗极低。

3.6测量速率快

首先需要了解测量速率的含义,测量速率指的是以秒为单位,数字电压表针对被测电压所完成的测试次数,单位为次/s。能够对测量速率产生直接影响的因素主要是A/D转换器所对应的转换速率,该转换速率的倒数即为测量周期。31/2位与51/2位的数字电压表具有的测量速率分别是几次/s和几十次/s。81/2位的数字电压表,通过降位的方式使测量速率得到了大幅度提升,该数字电压表的测量速率高达10万次/s。

通过对上文所叙述的内容进行分析可以发现,数字电压表的出现是社会发展的必然结果。数字电压表不仅弥补了指针电压表在准确度、集成度等方面存在的不足,还与计算机进行了结合。文章主要从测量速率、抗干扰能力、分辨率、扩展能力几个方面,分别阐述了数字电压表的性能和特点,随着技术的发展,数字电压表必然会表现出更为优良的性能。

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该方案成功案例

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