文档介绍：摘要
电压测量是电子测量的一个重要内容。在三个表征电信号能量的基本参数(电压、电流和功率)中,电压测量是最直接也是最普遍的。在实际工作中,许多电子设备的控制信号、反馈信号以及输出信号主要是以电压量表示。在非电量测量中,通常也利用各种传感器将非电量转换成电压量来进行测量。可以说,电压测量是电子测量的基础。利用数字式电压表(简称DVM)用于电压的数字测量,是数字化仪表的基础与核心。由于精度高、可靠性好以及显示清晰、直观,在实际测量中已逐渐取代了模拟式电压表,现在它已成为电子测量领域中应用最广泛的一种仪表。该文针对电子测量中交直流数字测量方法、A/D转换器原理、误差进行重点分析。
关键词
1、电压测量;2、数字式电压表;3、A/D转换器
目录
摘要 I
一、直流电压基准 1
1、标准电池 1
2、半导体电压基准 1
3、量子电压基准 1
(1)约瑟夫森量子隧道结: 1
(2)约瑟夫森量子效应: 2
(3)约瑟夫森量子逆效应 2
(4)约瑟夫森量子电压基准 2
(5)约瑟夫森量子阵 2
二、交流电压的测量 3
1、双侧热电桥 3
2、双侧热点桥---自动平衡 3
3、有效值 4
4、平均值 4
5、峰值和振幅值 5
6、波峰因数与波形因数 5
7、交流电压的数字测量技术: 6
三、直流电压的数字测量 6
1、数字电压表的组成 6
2、逐次比较型A/D转换器 7
(1)电路结构: 7
(2)工作原理: 8
(3)逐次比较型A/D转换器特点: 9
(4)误差影响: 9
3、双积分式ADC 9
(1)电路结构: 9
(2) 工作原理: 11
(3)双积分A/D转换器特点: 13
(4)误差影响 13
4、单斜积分型ADC 14
(1) 电路结构: 14
(2) 工作原理: 14
(3) 单斜积分型ADC特点: 15
结论 16
一、直流电压基准
1、标准电池
利用化学反应产生标准电压()
饱和型:,相当于5×10-7),温度系数较大(约-40μV/℃)。用于计量部门恒温条件下的电压标准器。
不饱和型特点:温度系数很小(约-4μV/℃),但稳定性较差。
2、半导体电压基准
利用齐纳二极管的稳压特性制作的电压基准
图1-2-1 二极管的稳压特性
3、量子电压基准
基于约瑟夫森(Josephson)效应的量子电压基准。
(1)约瑟夫森量子隧道结:
将2块超导体通过厚度约10埃的绝缘层隔开,构成的超导体-绝缘体-超导体(SIS)结构称为约瑟夫森隧道结。
(2)约瑟夫森量子效应:
在约瑟夫森结两边加上电压V时,产生穿透绝缘层的超导电流,这是一种交变电流,这种现象称为交流约瑟夫森效应。
1-1
(3)约瑟夫森量子逆效应
将约瑟夫森结置于微波场中,约瑟夫森结上得到量子化阶梯电压Vn的现象,称为约瑟夫森量子逆效应。
1-1
(4)约瑟夫森量子电压基准
国际计量委员会的建议:
从1990年1月1日开始,在世界范围内同时启用了约瑟夫森电压量子基准(JJAVS,10-10)。并给出KJ-90=。
(5)约瑟夫森量子阵
约瑟夫森结产生的量子电压较低(mv级)。将成千上万个或更多的约瑟夫森结串联,得到约瑟夫森结阵(JJA),可产生1V至10V的电压。
二、交流电压的测量
1、双侧热电桥
2-1
2-2
图2-1-1双侧热电桥
准确度:直流电压标准准确度为,则得到的高频电压标准准确度可达。
双侧热点桥---自动平衡
图2-2-1双侧热点桥--自动平衡
3、有效值
交流电压的有效值定义为,交流电压u(t)在一个周期T内通过某纯电阻负载R所产生的热量,与一个直流电压U在相同的时间内通过同一负载所产生的热量相等时,则该直流电压U的数值就表示了交流电压u(t)的有效值,由此可推导出交流电压的有效值的表达式:
2-3
上式在数学上即为方均根值。有效值反映了交流电压的功率,是表征交流电压的重要参数。对于理想的正弦交流电压,其有效值为: 2-4
4、平均值
平均值是指周期信号的直流分量,其数学表达式定义为:
2-5
根据该定义,不含直流分量的交流电压,其平均值应等于零。但在电子测量中,交流电压的平均值是指交流电压经检波后的平均值。若不能特别说明,通常指全波平均值,即:
2-6
5、峰值和振幅值
某一周期性交流电压u(t)在一个周期内所能达到的最大值称为该交流电压的峰值,用符号表示。当不加说明时,u(t)包括直流分量在内。通常峰值又可以分为峰峰值