第04章 數(shù)字測量方法

第四章數(shù)字測量方法4.1

電壓測量的數(shù)字化方法4.2

直流數(shù)字電壓表4.3

多用型數(shù)字電壓表4.4頻率的測量4.5時間的測量4.6相位的測量4.1電壓測量的數(shù)字化方法1.1概述模擬式電壓表直接從指針式顯示儀表的表盤上讀取測量結(jié)果?！澳M”的含義是指隨著被測電壓的連續(xù)變化，表頭指針的偏轉(zhuǎn)角度也連續(xù)變化。模擬式電壓表結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，交流模擬式電壓表的頻率范圍比較寬，因而在電壓測量尤其是高頻電壓測量中得到了廣泛應(yīng)用。但由于表頭誤差和讀數(shù)誤差的限制，模擬式電壓表的靈敏度和精度不高。從20世紀(jì)50年代逐步發(fā)展起來的數(shù)字式測量方法是利用模擬/數(shù)字(A/D)變換器，將連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字量，然后利用十進(jìn)制數(shù)字方式顯示被測量的數(shù)值。由于電子技術(shù)、計(jì)算技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字式儀表的絕大部分電路都已集成化，又因?yàn)閿[脫了笨重的指針式表頭，所以數(shù)字式儀表顯得格外精巧、輕便。更主要的是，它具有下列模擬式儀表所不能比擬的優(yōu)點(diǎn)。

(1)準(zhǔn)確度高。以直流數(shù)字式電壓表為例，高檔的準(zhǔn)確度可達(dá)10-7量級，測量靈敏度(分辨力)達(dá)1μV。

(2)數(shù)字顯示。測量結(jié)果以十進(jìn)制數(shù)字顯示，消除了指針式儀表的讀數(shù)誤差。由于數(shù)字顯示代替指針機(jī)械偏轉(zhuǎn)，儀器內(nèi)又有保護(hù)電路，因此數(shù)字儀表的過載能力強(qiáng)。

(3)輸入阻抗高。一般的數(shù)字電壓表(DVM)為10MΩ左右，高的可超過1000MΩ，因而其負(fù)載效應(yīng)幾乎可以忽略。

(4)測量速度快，自動化程度高。由于沒有指針慣性，因此DVM完成一次測量的時間(從信號輸入到顯示結(jié)果)很短(可小于幾個μs)。由于微處理器的應(yīng)用，中、高檔DVM已普遍具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)存儲、計(jì)算、自檢、自校、自診斷等功能，并配有IEEE-488和/或RS232C接口，有的還具有模擬量輸出，很容易構(gòu)成自動測試系統(tǒng)。例如，8520數(shù)字多用表可儲存400個測量數(shù)據(jù)，具有14種運(yùn)算程序。

(5)功能多樣?，F(xiàn)在的數(shù)字式儀表一般都具有多種功能，這種儀表稱為數(shù)字多用表，具有直流電壓(DCV)、直流電流(DCI)、交流電壓(ACV)、交流電流(ACI)和電阻(Ω)五項(xiàng)功能，有的還有頻率、溫度等的測量功能。當(dāng)前，數(shù)字式電壓表的缺點(diǎn)是交流測量時的頻率范圍不夠?qū)?，一般上限頻率在1MHz以下。4.2數(shù)字式電壓表(DVM)的組成原理

1.直流數(shù)字式電壓表直流數(shù)字式電壓表的組成如圖1所示。圖中，模擬部分包括輸入電路(如阻抗變換、放大電路、量程控制)和A/D變換器，A/D完成模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。電壓表的主要技術(shù)指標(biāo)如準(zhǔn)確度、分辨力等主要取決于這一部分電路。數(shù)字部分完成邏輯控制、譯碼(比如將二進(jìn)制數(shù)字轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)字)和顯示等功能。圖1直流數(shù)字電壓表的組成

2.數(shù)字多用表(DMM)在直流數(shù)字式電壓表前端配接相應(yīng)的交流-直流變換器(AC/DC)、電流-電壓轉(zhuǎn)換電路(I/V)、電阻-電壓轉(zhuǎn)換電路(Ω/V)等，就構(gòu)成了數(shù)字多用表，如圖2所示。圖2數(shù)字式多用表組成原理

2.數(shù)字多用表(DMM)可以看出，數(shù)字式多用表的核心是數(shù)字直流電壓表。

由于直流數(shù)字式電壓表是線性化顯示的儀器，因此要求其前端配接的AC/DC、I/V、Ω/V等變換器也必須是線性變換器，即變換器的輸出與輸入間成線性關(guān)系。像前面介紹的有效值檢波器的輸出(流過直流微安表電流I)和電壓有效值U之間不是線性關(guān)系，因而那種有效值檢波器不是線性AC/DC變換器。

1)線性AC/DC變換器

數(shù)字多用表中的線性AC/DC變換器主要有平均值A(chǔ)C/DC和有效值A(chǔ)C/DC兩種。模擬式電壓表利用二極管構(gòu)成的平均值和峰值檢波電路，驅(qū)動直流微安表指針偏轉(zhuǎn)。這種檢波器是非線性的，因?yàn)槎O管非線性特性和閾值電壓UT的影響，使檢波輸出的線性很差。如圖3所示，輸出電壓瞬時值uO與交流輸人電壓瞬時值ui存在如下關(guān)系:

當(dāng)輸入電壓ui較低時，ui的很大部分消耗在非線性二極管壓降UVD上，當(dāng)uO<=UVD=0.6V時，uO=0，無輸出。這種畸變對于測量變換是不允許的。

運(yùn)放式半波檢波電路通常利用負(fù)反饋原理來克服檢波二極管的非線性，以實(shí)現(xiàn)線性AC/DC轉(zhuǎn)換。圖4是運(yùn)放式半波檢波的原理圖。

運(yùn)放式半波檢波電路其中二極管VD1的負(fù)極連接運(yùn)放A1的輸出端。VD1的正極，一方面輸出檢波結(jié)果，一方面連接負(fù)反饋電阻R1，這樣可以利用運(yùn)放的高增益，補(bǔ)償二極管切入的非線性正向管壓降。設(shè)運(yùn)放的開環(huán)增益為k，并假設(shè)其輸入阻抗足夠高(實(shí)際的運(yùn)放一般能滿足這一假設(shè))，則解得一般k>>1(通常k在105~108之間)，因此式簡化為可見，這樣的補(bǔ)償使得VDl的等效正向壓降減小到6uV的數(shù)量級，二極管可以視為理想檢波器件，輸入與輸出之問呈現(xiàn)良好的線性。

運(yùn)放式半波檢波電路下圖所示為實(shí)際的半波檢波電路，即AC-DC變換器電路圖。其中，當(dāng)輸入交流電壓進(jìn)入負(fù)半波時，由VD2、R3形成負(fù)反饋通道。檢波級的增益由R1/R2的比例決定。本電路中這兩個電阻均為l0k的，故增益為1。正半波時經(jīng)VD1進(jìn)行半波檢波，完成AC-DC變換作用。

運(yùn)放式半波檢波電路在ux負(fù)半周，

A點(diǎn)電壓uA為正值，VD2導(dǎo)通，VD1截止。設(shè)VD2檢波增益為kd，則uo/ui=－k·kd，由于k值很大，因而k·kd值也很大，此負(fù)半周uo輸出與kd變化基本無關(guān)，這就大大削弱了VD2伏安特性的非線性失真。

運(yùn)放式半波檢波電路

uA為負(fù)值，VD1導(dǎo)通，VD2截止，考慮運(yùn)放的“虛短路”和“虛斷路”特性，uo被箝位在0V，這樣，就構(gòu)成了線性半波檢波器。精密全波檢波電路上面的運(yùn)放式半波檢波電路又稱為精密半波檢波電路。以此為基礎(chǔ)可以構(gòu)成各種精密全波檢波電路。它的特點(diǎn)是輸出電壓與輸人電壓的幅值成比例，而與輸人電壓的極性無關(guān)，即輸出電壓與輸人電壓的絕對值成比例。下面介紹一種基本的精密全波檢波電路，它由半波檢波電路和加法器電路兩部分組成。如下圖所示，A1構(gòu)成半波檢波電路，A2構(gòu)成加法器電路。精密全波檢波電路當(dāng)輸入信號為正時，即ui>0,VD2導(dǎo)通，VD1截止，半波檢波電路的輸出電壓為加法電路對ui和uO1兩電壓進(jìn)行求和運(yùn)算，其輸出電壓為精密全波檢波電路若在A2的反饋電阻R5上并聯(lián)一只電容，則其輸出電壓與輸人電壓絕對值的平均值成比例，它的波形及檢波特性曲線如圖所示。

2)I/V變換器將直流電流Ix變換成直流電壓最簡單的方法，是讓該電流流過標(biāo)準(zhǔn)電阻Rs，根據(jù)歐姆定律，Rs上端電壓URx=Rs

·Ix，從而完成了I/V線性轉(zhuǎn)換。為了減小對被測電路的影響，電阻Rs的取值應(yīng)盡可能小。下圖是兩種I/V變換器的原理圖。

2)I/V變換器圖(a)采用高輸入阻抗同相運(yùn)算放大器，不難算出輸出電壓Uo與被測電流Ix之間滿足:用開關(guān)S切換不同的采樣電阻，即可得到不同的電流量程。而UO是一規(guī)范值。例如：

5mA擋，取RN=10Ω，Ui=0.05v，UO=5v；

500mA擋，取RN=0.1Ω，Ui=0.05v，UO=5v?？梢婋娏髁砍谈淖兞耍玌O的值不變。圖(a)將采樣電阻串聯(lián)到被測電路中，這是一個缺點(diǎn)，多適用于Ix較大的情況。

2)I/V變換器

圖(b)將采樣電阻串聯(lián)在放大器的反饋回路中，則

3)Ω/V變換器實(shí)現(xiàn)Ω/V變換的方法有多種。下圖是恒流法Ω/V變換器的原理圖。圖中，Rx為待測電阻；Rs為標(biāo)準(zhǔn)電阻；Us為基準(zhǔn)電壓源。該圖實(shí)質(zhì)上是由運(yùn)算放大器構(gòu)成的負(fù)反饋電路，利用前面的分析方法，可以得到：即輸出電壓與被測電阻成正比，Us/Rs實(shí)質(zhì)上構(gòu)成了恒流源，改變Rs，可以改變Rx的量程。

3)Ω/V變換器下圖是兩種改進(jìn)型電路。圖(a)由復(fù)合管VT1、VT2來供給Rx電流，有這是一個恒定電流，所以可以測小電阻。3)Ω/V變換器圖(b)是與雙積分DVM相配合的R一U轉(zhuǎn)換電路。1.3

DVM的主要類型除了將DVM分成直流DVM和交流DVM外，還可以根據(jù)A/D變換的基本原理進(jìn)行分類。

比較型A/D變換器采用的是將輸入模擬電壓與離散標(biāo)準(zhǔn)電壓相比較的方法，典型的是具有閉環(huán)反饋系統(tǒng)的逐次比較式。

積分型A/D變換器是一種間接轉(zhuǎn)換形式。它對輸入模擬電壓進(jìn)行積分并轉(zhuǎn)換成中間量時間T或頻率f，再通過計(jì)數(shù)器等將中間量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。比較型和積分型是A/D變換的基本類型。由比較型A/D變換器構(gòu)成的DVM測量速度快(最高可達(dá)每秒100萬次以上)，電路比較簡單，但抗干擾能力差。積分型A/D變換器構(gòu)成的DVM其突出優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)，主要不足是測量速度慢。復(fù)合型DVM是將積分型與比較型結(jié)合起來的一種類型。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，新的A/D變換原理和器件不斷涌現(xiàn)，推動DVM的性能不斷提高。下表列出了三類A/D變換器的常見形式。14逐次比較型DVM下圖是逐次比較型DVM的原理框圖，逐次比較也稱逐次逼近。這種DVM的核心是逐次比較型A/D變換器。

1.主要電路單元逐次比較型A/D變換器的主要電路單元有比較器、控制電路、逐次逼近寄存器SAR、緩沖寄存器、譯碼顯示電路和模/數(shù)(D/A)變換器。逐次逼近型數(shù)字電壓表的原理框圖

比較器應(yīng)用一種特殊設(shè)計(jì)的高速高增益運(yùn)算放大器來完成輸入端兩電壓的比較運(yùn)算。在上圖中，模擬輸入電壓Ux、反饋電壓U0分別作用在比較器輸入端，若U0>Ux，則比較器輸出Qc=0(邏輯低電平)，若U0≤Ux，則Qc=1(邏輯高電平)?？刂破靼l(fā)出一系列的節(jié)拍脈沖，并根據(jù)Qc值控制SAR各位的輸出狀態(tài)。

SAR是一組雙穩(wěn)觸發(fā)器，如果是二進(jìn)制n位A/D，則SAR中就有n個雙穩(wěn)觸發(fā)器，各位的輸出由控制器控制，并送往緩沖寄存器鎖存和送往D/A變換成模擬量U0。

D/A包括基準(zhǔn)電壓源、電子開關(guān)電路和由分壓分流電路組成的解碼網(wǎng)絡(luò)，其功能是將二進(jìn)制數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量。比如，基準(zhǔn)電壓源的基準(zhǔn)電壓是Us=2.8V，對于8位D/A，當(dāng)輸入數(shù)字量為10000000時，輸出模擬電壓為U0=（128／256）Us=1.4V；當(dāng)輸入數(shù)字量為00000001時，輸出模擬電壓U0=（1／256）Us=10.94mV。可見，同是二進(jìn)制數(shù)碼“1”，它在二進(jìn)制數(shù)中的位置不同，其所代表的值也不同，不同位置上的“1”所代表的值稱為權(quán)值。若基準(zhǔn)電壓滿度值為Ur=10V，被測電壓Ux=3.285V，下面以一個6位A/D變換器來說明完成一次A/D變換的全過程。

(1)起始脈沖使A/D變換過程開始。第一個鐘脈沖使SAR的最高位(MSB)，即2-1位置于“1”，SAR輸出一個基準(zhǔn)碼(100000)2，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器輸出基準(zhǔn)電壓Ur1=2-1Ur=5.000V，后者加到比較器，這正如我們在天平中將一個(1/2)W的標(biāo)準(zhǔn)法碼放到測量盤中一樣，故Ur1有“電壓砝碼”之稱。由于Ur1＞Ux，則比較器輸出為低電平“0”，所以當(dāng)?shù)诙}沖到來時，2-1位將回到“0”，這就是“大者棄”。

(2)第二個鐘脈沖到來時，SAR的2-1位回到“0”的同時，其下一位(2-2)被置于“1”，故SAR輸出的基準(zhǔn)碼為(010000)2，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器輸出一個電壓砝碼Ur2=(0+2-2)Ur=

=2.500V，后者加到比較器，這一次由于Ur2＜Ux，則比較器輸出為高電平“1”，所以當(dāng)?shù)谌齻€脈沖到來時，SAR的2-2位保留在“1”，這就是“小者留”。

(3)第三個鐘脈沖到來時，SAR的2-2位保留在“1”的同時，其下一位(2-3)被置于“1”，這時SAR輸出的基準(zhǔn)碼為(011000)2，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器輸出為Ur3=(0+2-2+2-3)Ur=

=3.750V，后者加到比較器，這一次由于Ur3＞Ux，則比較器輸出為低電平“0”，所以當(dāng)?shù)谒膫€脈沖到來時，SAR的2-3位返回到“0”，這就是“大者棄”。

(4)第四個鐘脈沖到來時，SAR的2-3位回到“0”的同時，其下一位(2-4)被置于“1”，故SAR輸出的基準(zhǔn)碼為(010100)2，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器輸出一個電壓基準(zhǔn)碼為Ur4=(0+2-2+0+2-4)Ur=

=3.125V，后者加到比較器，這一次由于Ur4＜Ux，則比較器輸出為高電平“1”，所以當(dāng)?shù)谖鍌€脈沖到來時，SAR的2-4位保留在“1”，這就是“小者留”。

(5)同樣，第五個鐘脈沖到來時，SAR輸出的基準(zhǔn)碼為(010110)2，得Ur5=3.437V，由于Ur5＞Ux，當(dāng)?shù)诹鶄€脈沖到來時，SAR的2-5位返回到“0”。

(6)最后，當(dāng)?shù)诹鶄€鐘脈沖到來時，SAR輸出的基準(zhǔn)碼為(010101)2，得Ur6=3.281V，由于Ur6＜Ux，則比較器輸出為高電平“1”，所以SAR的最低位(LSB)保留在“1”。經(jīng)過以上六次比較之后，最后SAR的輸出為(010101)2(或3.281V)，這就是最終得到的A/D變換器的輸出數(shù)據(jù)。SAR的輸出數(shù)據(jù)送經(jīng)譯碼器，然后以十進(jìn)制數(shù)顯示被測結(jié)果。從以上討論過程可以看出，由于D/A轉(zhuǎn)換器輸出的基準(zhǔn)電壓是量化的，因此，最后變換的結(jié)果為3.281V，其測量誤差為ΔU=3.281-3.285=-0.004V，這就是D/A轉(zhuǎn)換的量化誤差。顯然，上述轉(zhuǎn)換過程中Ur的分項(xiàng)越多，則逼近結(jié)果越接近Ux，即量化誤差越小。逐次逼近比較式A/D變換器的準(zhǔn)確度，由基準(zhǔn)電壓、D/A轉(zhuǎn)換器、比較器的漂移等決定，其變換時間與輸入電壓大小無關(guān)，僅由它的輸出數(shù)碼的位數(shù)(比特?cái)?shù))和鐘頻決定。這種A/D變換器能兼顧速度、準(zhǔn)確度和成本三個方面的要求。逐次比較式A/D變換器已單片集成化，常見的產(chǎn)品有8位的AD0809、12位的AD1210和16位的AD7805等。1.5積分式DVM

1.雙積分式DVM雙積分式DVM也稱雙斜式積分DVM，其特點(diǎn)是在一次測量過程中用同一積分器先后進(jìn)行兩次積分。首先對被測電壓Ux的定時積分，然后對參考電壓Ur的定值積分，通過兩次積分過程的比較，將Ux變換成與之成正比的時間間隔。所以，這種電壓表的A/D變換屬于U-T變換。下圖為雙積分式DVM的原理框圖和積分波形圖。它包括積分器、過零比較器、計(jì)數(shù)器及邏輯控制電路等，其工作過程如下。雙積分A/D的原理圖1.5雙積分型DVM其工作過程如下所述。準(zhǔn)備階段(t0~t1)：控制邏輯使開關(guān)S4接地，S1~S3斷開，使積分器輸入、輸出為零，作為初始狀態(tài)。取樣階段(t1~t2):t1時刻，控制邏輯發(fā)出取樣指令，接通S1，斷開S2~S4,被測電壓(－Ux)(設(shè)－Ux為負(fù)值)加到積分器，積分器輸出電壓U0線性上升，一旦U0>0，零比較器輸出由低電平跳變到高電平。打開計(jì)數(shù)閘門，時鐘脈沖通過閘門，計(jì)數(shù)器開始減法計(jì)數(shù)。由于時鐘是等周期T0的脈沖，因此這里的計(jì)數(shù)實(shí)質(zhì)上就是計(jì)時。經(jīng)過預(yù)置時間T1(對應(yīng)計(jì)數(shù)器預(yù)置初值N1)，到達(dá)t2時，計(jì)數(shù)器溢出，并復(fù)零。此時積分器的輸出達(dá)到最大值：比較階段(t2~t3)：在取樣結(jié)束，計(jì)數(shù)器復(fù)零時，控制邏輯斷開S1，接通正基準(zhǔn)電壓Us，Us接到積分器進(jìn)行反向積分，輸出U0線性下降。與此同時，計(jì)數(shù)器從零開始進(jìn)行加法計(jì)數(shù)。到達(dá)t3時刻，積分器輸出U0=0，零比較器由高電平跳到低電平，閘門關(guān)閉，停止計(jì)數(shù)，設(shè)此時計(jì)數(shù)器值為N2，則反向積分時間T2=t3－t2=N2T0。比較階段積分器的輸出電壓為在t3時刻，U0=0，因此將式代入上式得從而得到了被測電壓值。適當(dāng)?shù)剡x擇時鐘周期T0和取樣時間，可以使計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值直接對應(yīng)被測電壓值。如果被測電壓為正Ux,則只需在比較開始時將基準(zhǔn)電壓-Us接入即可。計(jì)數(shù)結(jié)果與R、C元件無關(guān)，因而對積分元件的精度要求不高。另外，取樣和比較階段都使用同一計(jì)數(shù)器對同一時鐘源脈沖計(jì)數(shù)，因而對時鐘源要求也不高。國產(chǎn)TD-830系列數(shù)字多用表(DMM)中就采用了十進(jìn)制3位雙積分型A/D變換器7106芯片(相當(dāng)于二進(jìn)制13位)。SX1842DVM中使用的是CMOS工藝大規(guī)模集成電路雙積分A/D芯片7135，最高分辨力為1μV，最大顯示數(shù)為19999(十進(jìn)制4位）。1.6

DVM的技術(shù)指標(biāo)前面曾提到，衡量DVM性能的技術(shù)指標(biāo)多達(dá)30項(xiàng)，作為DVM的使用者，應(yīng)掌握其中最重要的項(xiàng)目，以便正確選擇和使用DVM。

1.測量范圍測量范圍包括顯示位數(shù)、量程劃分和超量程能力，還包括量程的選擇方式是手動、自動或遠(yuǎn)控等。

DVM的量程以基本量程(即A/D變換器的電壓范圍)為基礎(chǔ)，通過步進(jìn)分壓器或前置放大器向高、低兩端擴(kuò)展。基本量程通常為1V或10V，也有2V或5V。例如，BY1955A(仿8520A)高速高精度DVM的基本量程為1V，在直流1μV~1000V量程內(nèi)劃分為5擋：100mV、1V、10V、100V、1000V。SX1842DVM的基本量程為2V，分為20mV、200mV、2V、20V、200V、1000V共6擋。

DVM的位數(shù)是指能顯示0~9十個數(shù)碼的位數(shù)。通常術(shù)語中，3位、4位或5位(三位半、四位半、五位半)中的1/2位指最高位只能取“1”或“0”，而不能像其他位一樣可取0~9中的任一數(shù)碼。1/2位和基本量程結(jié)合起來，能說明DVM有無超量程能力。如某3位DVM的基本量程為1V，那么該DVM具有超量程能力，因?yàn)樵?V擋上它的最大顯示為1.999V。

超量程能力超量程能力是DVM的重要特性，舉例說明：用一臺5位DVM測一個電壓值為10.0001V的直流電壓，若置于滿量程為10V擋，即最大顯示為9.9999V，很明顯計(jì)數(shù)將溢出(因?yàn)闊o超量程能力)，若這時自動轉(zhuǎn)換到100V擋，則顯示10.000V，可見被測電壓最后一位數(shù)將丟失，即對0.0001V(0.1mV)無法分辨。具有超量程能力的DVM，有一附加首位，當(dāng)被測電壓超過量程時，這一位顯示1，即在10V擋全部顯示為10.0001V。對于具有附加首位的DVM，是否具有超量程能力有下面兩種情況：第一種情況，若DVM的基本量程為1V或10V。那么帶有1/2位的DVM，表示具有超量程能力。例如，在10.000V量程上計(jì)數(shù)器最大顯示為9.999V，很明顯這是一臺4位DVM，無超量程能力，即計(jì)數(shù)大于9999即溢出。另一臺DVM，在10.000V量程上，最大顯示為19.999V，即其首位只能顯示0或1，這一位不應(yīng)與完整位混淆，它反映有超量程能力(最大計(jì)數(shù)可超過量程)。第二種情況是，基本量程不為1V或10V，其首位肯定不是完整顯示位，但是無超量程能力。例如，一臺基本量程為2V的DVM，在基本量程上的最大顯示為1.9999V，但無超量程能力。對于基本量程為2V的DVM，它就不具備超量程能力，因?yàn)樗?V擋上的最大顯示仍是1.999V。如果DVM有超量程能力，那么當(dāng)被測電壓超過該量程滿度值時，所得結(jié)果沒有降低精度和分辨力。例如，被測電壓為13.04V，如果所用三位DVM無超量程能力，則必須使用100V量程擋，顯示13.0V。如果DVM有超量程能力(實(shí)際上為三位半DVM)，則仍可使用10V擋測量，顯示結(jié)果為13.04V。顯然，后者沒有降低測量精度和分辨力。

2.分辨力分辨力指DVM能夠分辨最小電壓變化量的能力，在數(shù)字電壓表中，通常用每個字對應(yīng)的電壓值來表示，即V/字。例如，位的DVM，在200mV量程上，可以測量的最大輸入電壓為199.9mV，其分辨力為0.1mV/字，即當(dāng)輸入電壓變化0.1mV時，顯示的末尾數(shù)字將變化“1個字”。或者說，當(dāng)輸入電壓變化量小于0.1mV時，則測量結(jié)果的顯示值不會發(fā)生變化，而為使顯示值“跳變”1個字，所需電壓變化量為0.1mV，即0.1mV/字。在DVM中，每個字對應(yīng)的電壓量也可用“刻度系數(shù)”表示。顯然，在不同的量程上能分辨的最小電壓變化的能力是不同的，DVM的分辨力一般指最小量程上能分辨的最小電壓變化的能力。

3.測量速度測量速度指每秒鐘能完成的測量次數(shù)，它主要取決于DVM所使用的A/D。積分型DVM的速度較低，一般在幾次/秒到幾百次/秒之間；逐次比較型DVM可達(dá)每秒100萬次以上。

4.輸入阻抗輸入阻抗取決于輸入電路，并與量程有關(guān)。輸入阻抗越大越好，否則將對測量準(zhǔn)確度產(chǎn)生影響。對于直流DVM，輸入阻抗用輸入電阻表示，一般在10～1000MΩ。對于交流DVM，輸入阻抗用輸入電阻和并聯(lián)電容表示，電容值一般在幾十到幾百皮法之間。

5.固有誤差或工作誤差

DVM的固有誤差通常用絕對誤差表示：

ΔU=±(a%Ux+b%Um)

ΔU=±a%Ux±幾個字其中，Ux為測量示值；Um為該量程的滿度值；a%·Ux稱為讀數(shù)誤差；b%Um稱為滿度誤差，它與被測電壓大小無關(guān)，而與所取量程有關(guān)。當(dāng)量程選定后，顯示結(jié)果末位1個字所代表的電壓值也就一定，因此滿度誤差通常用正負(fù)幾個字表示。示值(讀數(shù))相對誤差為

讀數(shù)誤差項(xiàng)與當(dāng)前讀數(shù)有關(guān)，它主要包括DVM的刻度系數(shù)誤差和非線性誤差。刻度系數(shù)理論上是常數(shù)，但由于DVM輸入電路的傳輸系數(shù)(如放大器增益)的漂移，以及A/D轉(zhuǎn)換器采用的參考電壓的不穩(wěn)定性，都將引起刻度系數(shù)誤差。非線性誤差則主要由輸入電路和A/D轉(zhuǎn)換器的非線性引起。滿度誤差項(xiàng)與讀數(shù)無關(guān)，只與當(dāng)前選用的量程有關(guān)。它主要由A/D轉(zhuǎn)換器的量化誤差、DVM的零點(diǎn)漂移、內(nèi)部噪聲等引起。當(dāng)被測量(讀數(shù)值)很小時，滿度誤差起主要作用，當(dāng)被測量較大時，讀數(shù)誤差起主要作用。有時將±β％Um等效為“±n字”的電壓值表示，即△U＝±(α％Ux＋n字)

如某臺位DVM，說明書給出基本量程為2V，ΔU＝±(0.01％讀數(shù)＋1字)，顯然，在2V量程上，1字＝0.1mV，由β％Um＝β％×2V＝0.1mV可知β％＝0.005％，因此，ΔU表達(dá)式中“1字”的滿度誤差項(xiàng)與“0.005％Um”的表示是完全等價的，只是表示形式不同，兩者可直接相互換算。

【例1】

DS26A直流DVM的基本量程8V擋的固有誤差為±0.02%Ux±0.005%Um，最大顯示為79999，問滿度誤差相當(dāng)于幾個字?解：滿度誤差為ΔUFs=±0.005%×8=±0.0004V該量程每個字所代表的電壓值為Ue=

=0.0001V所以8V擋上的滿度誤差±0.005%Um也可以用±4個字表示。

【例2】用4位SX1842DVM測量1.5V電壓，分別用2V擋和200V擋測量，已知2V擋和200V擋固有誤差分別為±0.025%Ux±1個字和±0.03%Ux±1個字。問：兩種情況下由固有誤差引起的測量誤差各為多少?

解：該DVM為四位半顯示，最大顯示為19999，所以2V擋和200V擋±1個字分別代表：Ue2=±

=±0.0001V和Ue200=±

=±0.01V用2V擋測量時的示值相對誤差為用200V擋測量時的示值相對誤差為

6.抗干擾能力由于DVM的靈敏度很高，因而對外部干擾的抑制能力就成為保證它的高精度測量能力的重要因素。外部干擾可分為串模干擾和共模干擾兩種。

1)串模干擾串模干擾是指干擾電壓usm以串聯(lián)形式與被測電壓Ux疊加后加到DVM輸入端，見下圖。圖(a)表示串模干擾來自被測信號源內(nèi)部，圖(b)表示串模干擾是由于測量引線受外界電磁場感應(yīng)所引起的。串模干擾示意圖通常用串模干擾抑制比SMR來表示DVM對串模干擾的抑制能力。SMR定義為SMR(dB)=20lg

(7.7-18)式中，Usmp表示串模干擾電壓峰值；ΔUsm表示由串模干擾usm所引起的測量誤差。S