电工仪表与测量第4章

第一节第二节第三节第四章数字式仪表第一节数字式电压基本表数字式电压基本表的结构方框图数字部分模拟部分一、数字式电压基本表的组成输入电路•模拟部分A/D转换器基准电压源电源逻辑控制器•数字部分计数器译码驱动器数字显示器时钟脉冲发生器二、CC7106型A/D转换器简介•为了对模拟量（如电压）进行数字化测量，必须将被测的模拟量转换成数字量，我们把完成这种转换的装置称为模－数转换器，即A／D转换器。A／D转换器是数字式电压基本表的核心。CC7106型A/D转换器管脚排列图TEST——测试端•该端经内部500Ω电阻接至数字电路的公共端，故亦称为“数字地”或“逻辑地”。此端可用来检查显示器有无笔段残缺现象，具体检查方法是：将该端与V+短接后，LCD显示器的全部笔段点亮，显示值应为1888，否则表示显示器有故障。CC7106型A／D转换器的主要特点•采用单电源供电，电压范围较宽，规定为7～15V。•低功耗。一节9V叠层电池可使用半年以上。•输入阻抗高。对输入信号基本无衰减作用。•内部有异或门输出电路，能直接驱动LCD液晶显示器工作。•具有自动调零功能，能自动判定被测电压的极性。•整机组装方便。只要配上5个电阻、5个电容和LCD显示器，就能组成一块数字式电压表。三、数码显示器•数字式仪表所用的显示器一般采用发光二极管式（LED）显示器和液晶（LCD）显示器。•LED数码显示器是用七个条状的发光二极管组成。特点是发光亮度高，但驱动电流较大（约5～10mA），功耗大。适用于安装式的数字式仪表。LED显示器笔段液晶显示器•特点：工作时所需要的驱动电压低（3～10V），工作电流小（μA级），可以直接用CMOS集成电路驱动。因此被广泛应用于数字式仪表、电子表和计算器中。•液晶显示器属于无源显示器件。它本身不发光，只能反射外界光线。液晶显示器•液晶显示器必须用交流(频率在30～200Hz之间的方波)电压驱动。若采用直流驱动或用直流成分较大的交流驱动，将会使液晶材料发生电解，出现气泡而变质。液晶显示器的外形图液晶显示器的内部接线图位数字式电压表的典型电路图213数字式仪表的准确度数字式仪表的准确度反映了测量结果与实际值的一致程度，通常采用以下两种表示方法。•准确度＝±（α％rdg+n个字）式中rdg表示仪表读数值；α％表示综合误差系数；n表示最后一位数单位值的n倍。•准确度＝±（α％rdg＋b％fs）式中，fs表示仪表满度值，b％表示满度误差系数。•数字式仪表的灵敏度通常用分辨力来表示，它表示在最低量程末位上的一个字所对应的电压值。•例如，位数字式万用表200mV挡的最大显示值为199.9mV，末位上的数字1表示0.1mV，即100μV，因此其分辨力为100μV，这比模拟式万用表高1000倍。数字式仪表的灵敏度213思考与练习•何谓数字式仪表?数字式仪表的核心是什么?•数字式电压基本表的基本结构由几部分组成?•A/D转换器的作用是什么?•液晶显示器是如何发光的?它为什么不能用直流电压驱动?返回章目录第二节数字式万用表数字式直流电压表原理一、数字式万用表的组成及工作原理•数字式万用表直流电压测量电路是利用分压电阻来扩大电压量程的。在计算分压电阻时，应遵照下列原则：•由于数字式电压基本表的输入电阻极大，故可认为输入端开路。•由于数字式电压基本表的最大显示值是1999，因此，量程扩大后的满量程显示值也只能是1999，仅仅是单位和小数点的位置不同而已。•［例4］如图所示电路，欲将量程为200mV的数字式电压基本表扩大为量程是2V的直流电压表，若要求该表输入电阻为10MΩ（即要求Rsr＝RV1＋RV2＝10MΩ），求分压电阻的值。•解：先求得分压比再求得分压电阻分压电阻RV1＝9MΩ，RV2＝1MΩ。10122.0mINUUKRV1＝Rsr－RV2＝10－1＝9MΩRV2＝KRsr=1MΩ直流电压测量电路•数字式直流电流表是由数字式电压基本表和分流电阻并联组成的。数字式直流电流表原理由于数字式电压基本表的输入阻抗极高，可视为开路，对电流的分流作用近似等于零。所以，这里的分流电阻RA只起到将被测电流I转换为输入电压的作用。•［例］已知数字式基本表的电压量程为Um＝200mV＝0.2V，若要求将电流量程扩大为Im＝10A，求分流电阻的值。•解：分流电阻值为Ω02.0102.0mmAIUR•在数字式万用表中，为提高测量交流信号的灵敏度和准确度，一般采用先将被测交流电压降压后，经线性AC（交流）／DC（直流）转换器变换成微小直流电压，再送入电压基本表中进行显示的方法。交流电压测量电路交流电压测量电路AC/DC转换器•利用A／D转换器中的2.8V基准电压源向被测电阻Rx和基准电阻R0提供测试电流I，R0上的压降U0作为基准电压，Rx上的压降Ux作为输入电压，则•当Rx＝R0时，显示值为1000，当Rx＝2R0时满量程。•通常，显示值＝•以200Ω挡为例，取R0＝100Ω，并代入上式，显示值＝10Rx，只要将小数点定在十位，即可直接读取测量结果。电阻测量电路0X0X0XRRIRIRUU100010000X0XRRUU比例法测电阻的原理电阻测量电路PNP型晶体管测量电路NPN型晶体管测量电路晶体三极管hFE测量电路•对于上述晶体三极管hFE测量电路，由于测量电源提供的测试电压低，故仅适用于测量小功率晶体管。另外，该测量电路尽管理论上可测得hFE＝1999，但hFE值过大会影响基准电压源的稳定性，故规定被测管的hFE值不宜超过1000，最好在500以下。DT－830B型数字式万用表面板图二、数字式万用表的使用测量电阻两端电压测量电池电动势测量直流电压测量交流电压测量直流电流测量电阻测量二极管的正向电阻测量二极管的反向电阻测量二极管测量三极管使用数字式万用表的注意事项（一）•使用数字式万用表之前，应仔细阅读使用说明书，熟悉面板结构及各旋钮、插孔的作用，以免使用中发生差错。•测量前，应校对量程开关位置及两表笔所插的插孔，无误后再进行测量。•测量前若无法估计被测量大小，应先用最高量程挡测量，再视测量结果选择合适的量程挡。•严禁测量高压或大电流时拨动量程开关，以防止产生电弧，烧毁开关触点。•由于数字式万用表的频率特性较差，故只能测量45～500Hz范围内的正弦波电量的有效值。•严禁在被测电路带电的情况下测量电阻，以免损坏仪表。•若将电源开关拨至“ON”位置，液晶显示器无显示，应检查电池是否失效，或熔丝管是否烧断。若显示欠压信号“←”，需更换新电池。•为延长电池使用寿命，每次使用完毕应将电源开关拨至“OFF”位置。长期不用的仪表，要取出电池，防止因电池内电解液漏出而腐蚀表内元器件。使用数字式万用表的注意事项（二）思考与练习•数字式万用表由哪几部分组成?各部分的作用是什么?•试述数字式万用表测量电流的原理。•为什么数字式万用表测量交流电要用线性AC／DC转换器？线性AC／DC转换器有什么优点？•试述数字式万用表测量电阻的原理。返回章目录第三节数字式频率表数字式频率表的工作方框图f／U转换器数字式安装式数字频率表使用频率表注意事项•接通数字式频率表的电源（一般为交流220V），将输入端和被测频率信号接通（注意被测信号幅度不得超过输入端的额定电压），即可进行测量。•测量时应等显示值稳定后再读数。•被测信号与数字式频率表的连接应尽量采用带屏蔽的导线。思考与练习•数字式频率表一般由哪几部分组成？各自的作用是什么？•怎样使用数字式频率表测量电源频率？返回章目录