数字电压表范文

导语：如何才能写好一篇数字电压表，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

【关键词】单片机;数字电压表;A/D转换

前言：现在，由各种型号单片和A/D转换器等构成的数字电压表，因其性能优越，被广泛使用。数字电压表是通过A/D转换器把连续的直流输入电压转换成离散的数字量通过LDE数码管显示出来的仪表，从而实现了数字化测量。模拟部分和数字部分是数字电压表的两个组成部分，前者的作用是获取电压，并把取得的电压转化成数字量，传给数字部分。后者的作用是实现逻辑控制运算、译码过程、数字显示等一些列功能。

一、工作原理

本系统以AT89C51单片机为核心控制器。电压测量电路与ADC0809相连，经A/D转换将得的模拟电压信号转换为数字信号输入给单片机，经单片机进行信号处理后，形成精度较高的数字信号输出到LED数码管进行显示，并留有一定的接口，供扩展用。

二、系统总体方案设计

用A/D转换器测量各路电压值，测得相对应的数字量，然后按模拟量与数字量成正比的关系，计算出对应的模拟电压值，把模拟值通过显示器显示出来就完成测量。设计时设定待测的输入电压为8路，电压值的测量范围为0v一5v，测量的最小分辨率5.255，测量误差-0.02一0.02。

控制系统采用AT89C52单片机，A/D转换器采用ADC0809，ADC0809是8位的A/D转换器。当输入电压为V5时，输出的电压为255（OFFH），因此最大分辨率为0.0196V（5.255）。ADC0809包括8路模拟量输入端口，由3位地址输入端对8路中的任选其中一路进行转换。每隔一段时间依次改变3位地址输入端的地址，就能实现8路输入电压的测量。LDE数码管采用软件译码动态显示。

三、电路的硬件设计

（一）单片机主控制模块的设计

AT89C51单片机为40引脚双列直插芯片，有四个I/O口P0、P1、P2、P3，每一条I/O线都能独立地作输出或输入。AT89C51还含有4kb的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128字节（Byte）的随机存取数据存储器（RAM），兼容标准MCS-51指令系统，内置通用8位中央处理器（CPU）和FLASH存储单元。

单片机的最小系统主要由AT89C51、电容C1-C3、电阻R1-R2、晶振X1等组成。AT89C51的18脚（XTAL2）和19脚（XTAL1）接时钟电路，其中19脚是AT89C51内部振荡器倒相放大器的输入端，用于接外部晶振和微调电容的一端;18脚是AT89C51内部振荡器倒相放大器的输出端，用于接外部晶振和微调电容的另一端。

（二）A/D转换电路设计

A/D转换电路采用目前常用的8位逐次逼近型A/D转换芯片ADC0809。ADC0809具有8路模拟量输入信号IN0-IN7（1-5、26-28脚），地址线C、B、A（23-25脚）确定哪一路模拟输入信号进行A/D转换，本电路将地址线C、B、A接地，即选择0号通道输入模拟量电压信号。ADC0809的22脚（ALE）为地址锁存允许控制端，当输入为高电平时，对地址信号进行锁存。ADC0809的6脚（START）为启动控制端，当输入为高电平时，A/D转换开始。

（三）显示电路设计

显示电路采用LED数码管显示，由于单个LED数码管占用单片机接口线较多，而本设计中需要四个LED数码管显示不同信息，因而利用人眼的视觉暂留特性采用LED数码管的动态扫描原理进行显示。另外LED数码管价格适中，适合显示数字，而且采用动态扫描法与单片机连接时，占用的单片机接口线少，方便进行程序编写与控制。

四、误差分析

对于任何系统，误差是不可避免的！本设计的输出信号误差主要来自于以下几个方面：

（一）D/A，A/D转换器件的非理想性误差

虽然我们在设计中充分考虑到了精度要求，但转换器件本身存在的固有量化误差是不可能克服的，同时转换器件的转换速率、温度系数、输入输出电平的差异等因素都造成了转换器件的非理想特性。

（二）运算放大器，电阻电容引起的误差

设计中采用的运放和电阻电容等一些常用元件，在实际应用中，都或多或少的存在着误差，如，随着温度的变化，电阻阻值的变动以及运放的漂移，电容的非理想性造成了系统频率响应的改变。

（三）电源噪声"数字信号跳变引起的噪波和布线中的分布电容和感生电感

在 PCB 布线中由于迹线和部分元件的非理想性，在高频工作时，这些器件产生分布电容感生电感。电网电压的变化引起的欠压、过压以及在线路传输中随机窜入的高频噪声等都有可能通过电源引入到系统中，设计中使用大量数字芯片高频工作时的电平跳变以及单片机晶振都是误差的产生源。我们在电路的实际设计中，采用了多种措施来减少这种误差的渗入，如，电源的滤波，线间的去耦，重干扰源的屏蔽，加宽电源线和地线以减少噪声的传输路径。

五、结语

由于使用的是高效单片机作为核心的测量系统，以及灵敏度和精度较高的A/D转换器，使本直流电压表具有精度高、灵敏度强、性能可靠、电路简单、成本低的特点。随着单片机的日益发展，它必将在未来显示出更大的活力，为电子设计增加更多精彩。

参考文献：

[1]李秋生，刘小燕.基于AT89C51的某数字电压表的设计[J].微计算机信息，2008，24（25）：19～200，233.

篇2

关键词 AT89C52单片机；数字电压；ADC0809A/D转换器

中图分类号TP368.1 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）102-0203-02

现在，由各种型号单片和A/D转换器等构成的数字电压表，因其性能优越，被广泛使用。数字电压表是通过A/D转换器把连续的直流输入电压转换成离散的数字量通过LED数码管显示出来的仪表，从而实现了数字化测量。模拟部分和数字部分是数字电压表的两个组成部分，前者的作用是获取电压，并把取得的电压转化成数字量，传给数字部分。后者的作用是实现逻辑控制运算、译码过程、数字显示等一些列功能。

1设计任务

单片机数字电压表的设计：

基本要求：所设计的数字电压表可以较准确地测量0V～5V之间的直流电压值，其测量最小分辨率为0.02V。

2系统总体方案设计

用A/D转换器测量各路电压值，测得相对应的数字量，然后按模拟量与数字量成正比的关系，计算出对应的模拟电压值，把模拟值通过显示器显示出来就完成测量。设计时设定待测的输入电压为8路，电压值的测量范围为0V～5V，测量的最小分辨率5/255，测量误差-0.02～+0.02。

控制系统采用AT89C52单片机，A/D转换器采用ADC0809。ADC0809是8位的A/D转换器。当输入电压为5V时，输出的电压为255（0FFH），因此最大分辨率为0.0196V（5/255）。ADC0809包括8路模拟量输入端口，由3位地址输入端对8路中的任选其中一路进行转换。每隔一段时间依次改变3位地址输入端的地址，就能实现8路输入电压的测量。LED数码管采用软件译码动态显示。

3系统硬件电路设计

3.1 单片机最小系统

单片机最小系统是能正常工作，所需硬件最少的系统，其组成有：单片机本身，电源，ROM，时钟电路，复位电路。采用的晶振为12MHz，复位方式为按键复位。

3.2数模转换电路

ADC0809实现对输入通道的模拟量进行转换。开始转化时，转换结束信号EOC为低电平，一段时间转化结束后，EOC引脚输出高电平，转化结果存放在ADC0809内部的输出数据锁存器中。当转化数据输出允许控制端OE为高电平时，存放在输出数据锁存器中的数据，通过ADC0809的数据端D0～D7输出给单片机。

3.4数码管显示设计

本设计采用四位8段共阳数码管作为电压测试显示，共阳数码管结构为，数码管的阳极接在一起，给一个高电平。阴极接ADC0809的数据输出端，当ADC0809的输出为低电平的，此段的数码管点亮。显通过反相器来驱动四位数码管。

3.5 完整的仿真电路图设计

数字电压表应用系统仿真图利用正玄脉冲作为ADC0809CLOCK引脚的驱动信号，利用模拟电压表和滑动变阻器作为测试输入端，将三个地址选择端共地，则输入锁存端为IN0；

LED数码管采用动态扫面方式链接，通过AT89C52的P1口和P3.0～P3.3控制端。P1口为LED数码管的字段码输出端，P3.0～P3.3口为LED数码管的位选码输出端，通过三级管驱动并反相。

4系统软件的设计思路

数字电压表系统软件的程序设计从三方面来切入考虑。它的主程序部分，它A/D转换子程序以及显示子程序，一部分一部分的写，最后融合在一起。

4.1 主程序设计

主程序设计包括三部分：初始化程序部分、调用A/D转换子程序以及调用显示程序。其中，初始化程序部分又包含存放通道数据的缓冲区初始化和显示缓冲区初始化。

4.2 A/D转换子程序设计

4.3显示子程序设计

LED数码管采用软件译码动态扫描方式。每路数据显示需经过转换变成十进制BCD码，放入数码管的数据缓冲区中。

5结论

以下是我们的一些切身体会：

1）硬件的选择不能以元器件是否是高性能作为选择元器件的标准，往往高性能器件的价格也是较高的。应根据项目设计的需要选择元器件，能够满足设计需要作为标准选择元器件。

2）因为单片机系统设计是硬件和软件相结合的设计，所以系统和硬件和软件必须紧密配合，协调一致。

参考文献

篇3

关键词：AT89C52 模数转换 TLC2543

中图分类号：TP368.12 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2012)02-0110-01

1、引言

随着当今科学技术的不断发展和进步，电压测量已经成为电子工作和生活当中必不可少的手段，而且对测量的精度和范围也越来越高。数字电压表主要是利用AD转换技术，将连续变化的模拟电压量转换成离散的数字量并加以显示出来的仪器。

2、硬件设计

该系统主要包括以下几个模块：时钟模块、复位模块、控制模块、A/D转换模块、显示模块以及报警模块等，其中时钟模块和复位模块在电路中必不可少的部分。

时钟模块选择频率为11.0592MHz的晶振，由于是在Proteus仿真，则频率大小通过软件设置来完成。复位模块包括上电复位和手动复位两种方式，按钮S1就是用来实现手动复位操作的。控制模块比较简单，主要是以单片机AT89C52为控制核心，但是它要通过软件编写程序再载入单片机中，才能实现处理和控制功能。

A/D转换模块是本系统中最为关键的部分，它要实现将采集到的连续变化的模拟电压量转换成离散的数字量的功能，为此我们选择了TLC2543芯片，它是美国TI公司生产的12位串行模数转换器件，使用开关电容逐次逼近技术完成A/D转换过程。由于是串行输入结构，可以节省AT89C52的I/O资源，且价格适中，分辨率较高，在仪器仪表中广泛应用。

显示模块采用四位一体7端BCD数码管来动态扫描显示。AT89C52的P0口作为四位 LED 数码管动态显示的段码控制，P2.0～P2.3引脚作为四位LED数码管动态显示的位码控制。报警模块主要由一个模拟扬声器LS1组成。系统硬件电路仿真图见图1所示。

3、软件设计

系统程序的内容一般包括：延时子程序、显示子程序、数据采集子程序、报警子程序和主程序等等。主程序流程图见图2所示。

一开始给系统上电，系统会自动复位一次，对AT89C52、TLC2543以及数码管进行快速初始化。我们选用TLC2543的0号通道作为模拟量电压信号输入口。在没有将系统接入待测电压电路时，数码管会默认显示“0000”的状态。当系统接入待测电压的电路当中时，TLC2543的0号通道就会采集模拟量电压输入信号，通过TLC2543和AT89C52的转换处理，最终将所测的四位电压值在数码管上显示出来。其中四位一体数码管必须通过对AT89C52进行软件编程来实现动态扫描显示。

在proteus软件仿真当中，待测电压电路以一个滑动变阻器RV1来简单代替。将TLC2543的0号通道口接线接到变阻器的滑动端，当滑动端移动时，系统所测的电压值就会随之跟着变化。为了与真实的电压值相比较，在其之间使用一个虚拟电压表来测量电压真实值。同时，系统每次都会自动判断所测电压值是否已经达到系统量程的两极限值，也就是0V和5V。如果达到了这两个值，系统会自动发出报警提示。

在如图1当中，数码管显示的测量电压值是2.798V，而虚拟电压表的值是+2.80V。经过多次测验，可以发现所设计的数字电压表的最大误差是0.002V。

4、结语

本次对数字电压表的软硬件设计，主要是在proteus中硬件仿真，将keil软件编译生成的hex程序文件加载到核心芯片中来实现的。所设计的数字电压表可以测量0～5V的电压值，经过反复的测试和比较，得知所测电压值的最大误差是0.002V。它具有结构简单、精度高、实用性强、操作简单的优点。

参考文献

[1]张洪润,易涛.单片机应用技术教程[M].清华大学出版社,2003.

[2]郑锋.51单片机典型应用开发范例大全[M].北京:中国铁道出版社,2011.

篇4

关键词： 直流电压；直流参考标准；比例测量；测量不确定度

中图分类号：TM938.1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）01-0035-02

0 引言

目前的高精度数字多用表，其直流电压已达到百万分之几的测量不确定度，如FLUKE 8508A、AGILENT 3458A的1V直流电压测量年相对不确定度在4×10-6左右，如何对这些高精度数字多用表的直流电压进行校准？通常我们校准数字多用表使用的计量标准器是多功能校准源，如FLUKE5520A、5700A、5720A等，但多功能校准源中即使目前准确度等级最高的FLUKE5720A，其1V直流电压年相对不确定度为7×10-6，比FLUKE8508A和AGILENT 3458A的不确定度要大，因此不可能用多功能校准源直接校准高精度数字多用表的直流电压，本文以校准FLUKE8508A为例介绍如何使用直流电压参考标准、多功能校准源、直流分压器和八位半数字多用表校准高精度数字多用表的直流电压。

1 校准方法

1.1 当校准电压Ux

式中：r ——标准数字多用表显示的前后面板输入电压之比；Ux——校准点电压期望值；U0——电压参考标准证书值；k——分压器分压比（10或100）。

被校数字多用表置相应的量程，读取其显示值。

1.2 当校准电压2V≤Ux

被校数字多用表置相应的量程，读取其显示值。

1.3 当校准电压Ux≥20V时，按图3连接仪器。

被校数字多用表置相应的量程，读取其显示值。

2 测量结果的不确定度评定

下面以校准数字多用表200mV量程的100mV测量点为例，对测量结果的不确定度进行评定（k=100，r≈1）。

式中：Δ——被校数字多用表示值误差；Um——被校数字多用表指示值；U0——10V直流参考电压出证值；k——直流分压器分压比；r——标准数字多用表比例测量示值。

②FLUKE734A直流电压参考标准经中国计量院校准，校准结果为10.000073V，测量不确定度为5×10-7，k=2，溯源引入的标准不确定度为：

③直流参考电压引入的标准不确定度为：

2.5 标准数字多用表引入的不确定度

测量时固定量程200mV，采用比率测量，校准值为100mV时，标准数字多用表示值r≈1，应用20分钟传递测量不确定度（0.4×10-6Reading+0.3×10-6Range），k=2。比率测量引入的相对不确定度为：

2.6 电压分压器引入的不确定度

2.7 合成标准不确定度

2.8 扩展不确定度

取包含因子k=2

扩展不确定度U=kuc=2×7.72×10-8V≈0.00016mV。

2.9 测量结果报告

测量结果为：（100.00006±0.00016）mV，k=2。

3 结束语

本文介绍了采用直流电压参考标准，通过标准分压器和数字多用表的比例测量功能校准高精度数字多用表。通过100mV校准点测量不确定度的分析，其测量不确定度为0.00016mV，8508A数字多用表在该点的最大允许误差为±0.00055mV，满足1/3倍关系的要求。

参考文献：

[1]JJG315-1983，直流数字电压表检定规程.

篇5

万用表有两种，即数字万用表和指针万用表。

指针万用表原理：主要是利用一个磁电式微安级的直流电流表做表头在表头基础上，通过与表头并联电阻分流来扩大直流电流档测量量程，被测大电流经过分流电阻分流。

数字万用表原理：主要是利用转换器，与一个液晶显示屏构成一个数字电压表，在这个数字电压表表头的基础上加装一些分压电阻，分流电阻，以及运放，整流装置，等构成一个数字式万用表。

指针式万用表交流电压挡采用半波整流即二极管整流，而数字式万用表交流电压挡一般都是采用高精度，高灵敏度的

（来源：文章屋网 ）

篇6

功率半导体器件应用非常广泛，是各种电子系统及仪器的基础，通常包括功率二极管、三极管、MOS场效应管、结型场效应管、可控硅等。目前，功率半导体器件应用单位涉及航天、航空、高等院校、电子研究所等诸多部门。其制造工艺及其设计水平较原来普通器件在功率上有了很大的提高，而功率器件直流参数是器件性能验收必测参数，以功率半导体二极管为例，直流参数主要包括：击穿电压VR、反向直流电流IR、正向直流电压VF、工作电压VZ等。

功率半导体器件测试系统是用于测试半导体器件直流参数的系统。测试过程中，半导体器件的附加温升导致测试数据漂移和不稳定，因此在美军标、国军标、国标等标准中提出了“脉冲测试”法。美军标MIL-STD-750E半导体器件试验方法4.3.2.1、国军标GJB128A-1997半导体分立器件试验方法3.3.2.1中，300μs脉冲宽度的测试条件推荐选取。

功率半导体器件直流参数测量，需要高压电压源、脉冲大电流源、可测试大电流的恒压源、小电流源、小电压源、数字电压表等多个模块配合才能实现。其中，其技术要求为：上升下降时间快（优于20μs）、脉冲宽度满足标准要求（优选300μs）、脉冲电流幅度（高达1000A）。

总体设计方案

本文所研制功率半导体器件直流参数测试系统，采用模块化设计，主要分为电源模块、脉冲大电流矩阵开关模块、高压电压源、脉冲大电流源、可测试大电流的恒压源、小电流源、小电压源、数字电压表等模块组成。测试系统组成框图如图1所示。

电源模块分别给其他各模块提供工作电源。测试系统通过计算机使用测量软件进行功率半导体器件参数测量控制。通过VC++6.0开发环境开发功率半导体器件直流参数测量软件，可快速、准确、全面的对二极管、双极晶体管、场效应晶体管和绝缘栅双极晶体管（IGBT）进行直流参数测试。

1各部分技术指标及主要功能

1）系统背板

主要实现高压电压源、大电流源、可测试大电流的恒压源、小电流源、小电压源、数字电压表各模块与计算机通过专用接口之间的通信。

2）系统专用接口

实现计算机与系统背板之间通信。

3）计算机

为功率半导体器件直流参数测量软件的运行平台。

4）高压电压源

提供击穿电压等高电压电信号的供给，电压范围：30～3000V，最大允许误差：±2%。

5）大电流源

提供测量所需偏置脉冲电流，脉冲电流范围：10～500A（脉冲宽度：50A以下为100μs～10ms，50～500A为300μs），最大允许误差：±2%，开路电压：4V。

6）可测试大电流的恒压源

通过该恒压源，实现脉冲电流的测量，电压范围：-30～+30V，最大允许误差：±1%。

7）小电流源

提供较小的直流电流驱动能力，电流范围：10mA～10A。

8）小电压源

提供较小的直流电压驱动能力，电压范围：-30～+30V，最大允许误差：±1%，开路电压：20V。

9）数字电压表

提供直流电压的测量，测量范围：1～3000V，最大允许误差：±1%。

10）矩阵开关

通过矩阵开关实现各模块资源的调配，为直流参数测量准备好条件。

11）测试端子

实现与被测功率半导体器件的连接。

2直流参数测量原理

以绝缘栅双极晶体管正向跨导gm参数测量原理为例进行介绍，其余参数测量原理参照国军标GJB128A-1997半导体分立器件试验方法。

可测试大电流的恒压源（恒压测流源一）施加规定电压，调整小电压源（恒压测流源二）电压值使所测试出的电流为规定值Id1，记录此时的电压V1，改变V1的电压为V2，记录此时可测试大电流的恒压源（恒压测流源一）测试出的电流为规定值Id2，正向跨导通过式1可计算

脉冲大电流源主要技术指标为电流范围：10～500A（脉冲宽度：50A以下为100μs～10ms，50～500A为300μs），最大允许误差：±2%，开路电压：4V。

脉冲大电流源主要实现脉冲大电流产生，自重脉冲电流幅度为50～500A部分，脉冲宽度采用相关标准规定的300μs。该模块的研制是本项目的关键技术之一，主要采用电容充放电技术，即通过精心挑选的变压器对电容器矩阵进行充电，充电达到一定值后，通过软件控制负载通断时间，实现脉冲大电流的产生。中间涉及多项难点，包括：1）脉冲电流幅度精度的保证，通过大功率精密电阻保证所提供脉冲电流幅度的准确度；2）降低电容充放电矩阵容抗的影响，本项目通过采用低值电容进行并联的技术，既达到了需要的电容值，又降低了大电容必然产生高阻抗特性。

所设计脉冲大电流源模块如图3所示。

4技术指标的保证

保证技术指标是整个硬件设计的基本要求。这里以小电压源、小电流源部分为例进行说明。两部分技术指标为电压范围：-30～30V（零点除外）；最大允许误差：±1%；电流范围：10mA～10A；最大允许误差：±1%，开路电压：20V。为了提高精度采取以下措施：

1）数模转换芯片选择完整的双通道、12位、电压输出数模转换器。一个通道为电路提供驱动电压和驱动电流，另一个通道提供钳位电压和钳位电流。12位的DAC的精度是±0.024%；

3）防止地塌陷影响精度，对加流测压反馈回路中的地进行噪声处理；

4）电压分挡模式切换使用串联连接方法组成不同的阻值，如果使用并联方式，继电器切换瞬间会构成反馈环路断开，主运放开环输出电压接近电源轨道，影响精度；

5）如果输出端与负载直接相连，在测试元件等效电阻小时，会由于线损而产生测试误差，故在实际设计中，输出端与负载的相连可采用开尔文电桥接法，负载两端采用四线连接；

6）为了防止地、电源的干扰，把FORCE包裹起来，形成等电位，保证精度；

7）SENCE端采用电压跟随器，进行隔离，保证精度；

8）在电路板布线的过程中，避免直角走线，减少噪声辐射和耦合。同时电源和地线尽量粗，减小耦合噪声。

5测量软件开发

功率半导体器件直流参数测量软件编制是基于PCI总线的控制软件，该软件采用VisualC++6.0作为开发平台。功率半导体器件直流参数测量软件，主要流程分为启动程序，选择器件类型，调入器件参数或者根据器件手册编制器件参数文件，进行电路保护判断，防止损坏系统，调整参数直到满足系统相关资源为止；启动测试，以图形或者文字形式进行测试结果显示。详细流程如图4所示。

6器件扫描新特性的开发

本测量软件在完成二极管、双极型晶体管、场效应晶体管、IGBT模块相关参数点测试的同时，通过对测量软件的功能进行升级，在点测试基础上，实现对器件特性曲线测量技术。实现了二极管、双极型晶体管、场效应晶体管、IGBT模块直流参数器件4种特性曲线的描绘功能，对话框如图5所示。

以功率半导体器件BSM111AR为例，特性曲线扫描结果如图6所示。

篇7

一、 概述

（一）技术依据：JJG724-1991直流数字式欧姆表检定规程；

JJG（航天）34-1999交流数字电压表检定规程；

JJG 315-1983直流数字电压表检定规程。

（二）环境条件：环境温度（20±1）℃，相对湿度（45～75）%RH。

（三）测量标准：

（四）被测对象：VC9807A+数字万用表。

（五）测量方法

用标准源法将标准器与被测表对接，由标准源法给出标准值给被测表，在被测表上读出相应读数。被测表读数减去标准器输出标准值即为示值误差。

二、数学模型

数学模型：

式中：E――被测表的示值误差。

――被测表读数。

――标准器示值。

三、输入量的标准不确定度评定

测量不确定度主要有以下几种来源：

（1）数字万用表测量重复性引入的不确定度分量，采用A类评定方法。

（2）测量标准的误差引入的不确定度分量，采用B类评定方法。

（3）数字万用表分辨力引入的不确定度分量，采用B类评定方法。

（4）环境温度影响引入的不确定度分量，由于数字万用表检测过程对环境条件要求比较宽松，实验室条件也完全能够满足，因此认为该分量可忽略不计。

（一）被测数字万用表测量重复性引入的标准不确定度分量的评定

对被测数字万用表，在测量点交流电压100V，直流电压10V，电阻100kΩ，分别重复测量10次，根据贝塞尔公式计算被测数字万用表在各测量点的实验标准偏差，又因为在本次测量中，以单次测量值为测量结果，则测量重复性产生的标准不确定度为：，测量结果如下表所示。

（二）测量标准的误差引入的标准不确定度分量 的评定

此标准不确定度分量来源于所使用的标准器自身的误差，采用B类不确定度的评定。

交流电压100V测量点：标准不确定度分量主要是交流测试系统误差引入的，采用B类评定方法。由仪器技术指标可得在100V点的不确定度为：

U=0.05%×100V=50mV，k=2。 所以，= U/k=25mV。

直流电压10V测量点：标准不确定度分量 主要是三相交直流携式检定装置的误差引入的，采用B类评定方法。由仪器技术指标可得在10V点的不确定度为： U=0.03%×10V+0.02%×10V=5mV，k=2。所以， = U/k=2.5mV。

电阻100kΩ测量点：标准不确定度分量 主要是由标准电阻的误差引入的，采用B类评定方法。由仪器技术指标可得在100kΩ点，标准电阻的最大允许误差为±（100 kΩ×0.01%）。假设其服从均匀分布，则有：=5.8Ω。

（三）被测数字万用表分辨力引入的标准不确定度分量的评定

交流电压100V测量点：被测数字万用表分辨力引入的标准不确定度分量 ，采用B类评定方法。被测表在100V电压点的的分辨力为 0.01V，其区间半宽为0.005V，假设其服从均匀分布，则：=0.005 V /31/2=2.9mV

直流电压10V测量点：被测数字万用表分辨力引入的标准不确定度分量 ，采用B类评定方法。被测表在10V电压点的的分辨力为 0.001V，其区间半宽为0.0005V，假设其服从均匀分布，则：=0.0005 V /31/2=0.29mV

电阻100kΩ测量点：被测数字万用表分辨力引入的标准不确定度分量 ，采用B类评定方法。被测表在100 kΩ测量点的分辨力为0.01kΩ，其区间半宽为0.005 kΩ，假设其服从均匀分布，则： =0.005 kΩ/31/2=2.9Ω

四、合成标准不确定度的评定

重复观测中的任意一个示值都无例外地受到分辩力影响导致测量值的分散，因此，在计算 时只需取 和 的大者即可，又因为各分量之间相互彼此独立，且灵敏度系数均为1，所以合成不确定度。

五、 扩展不确定度评定：

取包含因子k=2，扩展不确定度，相对扩展不确定度

六、校准结果报告

在标准源输出交流电压100V（60Hz）时，被测表读数M=99.82V，E=-0.18V， U=6×10-2V（或Urel= 6×10-4），k=2。

篇8

每一种测量设备都有最合适的测量范围,我们需要做的是正确选择测量设备,以及正确选择测量设备上的测量挡位。我们不要认为选用精确度越高的,其测量结果越准确。

例如:被测直流功率约为1050W,电路电流:I=4.8A。一只功率表量限为220V,15A,0.2级,表的最大可能误差:r=220×15×0.002=6.6W,测量误差r≈0.6%。另一只功率表量限为220V,5A,0.5级的,表的最大可能误差:r=220×5×0.005=5.5W,测量误差r≈0.5%所以,我们应选用精度较低的0.5级的功率表来进行测量,而不是选用精度较高的0.2级的功率表。

数字仪表的输入级离不开放大器,所以在数字电表的输入端接被测对象时会有零电流流过,这个电流具有恒流源的性质,即电流不随被测对象内阻变化而变化,输入信号越小这项影响就越突出,操作人员要尽量选择合适的输入信号,减少零电流的影响。

测量仪器电键按钮接触不良,将导致回路接触不良,热电势大,工作不稳定,而回路时断时通引起读数不稳定,主要原因就是银触点脏污造成的。转换开关的质量和磨损程度对测量的影响也很大,对测量盘、温度补偿盘、变换量限开关等,无论是定轴式、动轴式、油浸式,只要其性能变差,其接触电阻、接触热电势都会引起误差,这类故障引起的误差有其特点,在切换到某一档时,读数不成规律变化或出现突变,或示值不稳,一般在反复旋动接点后,读数会暂时恢复正常,要彻底解决问题就必须检修。电位器触点不良引起的误差与此类似。换向开关、按键开关大多是不便拆开的,当其接触电阻变差不稳定时,可以尝试从手柄处滴人工业酒精同时不断扳动手柄,有望恢复功能;转换开关绝缘电阻降低,应注意观察触点问是否有残余金属粉末,一般清除后即可恢复。

辅助设备的状况对测量误差也有影响,例如电桥供电不足会严重影响测量精度,其电源的选用必须按照说明书要求进行,如没有说明书时,可按不大于被测电阻或标准电阻额定电流的1/2作为电源的工作电流。对于电池的选取不当也会引起误差,一般工作电流1毫安以上的要用蓄电池,1毫安以下的用甲电池,标准电池原则上只能提供电势,不能提供电流,有的标准电池长期使用后虽有电势但内阻过大,也会使线路灵敏度降低;对新充电的蓄电池必须经过人工放电到稳定值后才能使用。正确使用专用导线。因为有些测量仪器配有专用导线,对导线电阻的大小有要求。使用时,必须满足。例如,低量限的电压表和与分流器组合使用的大量限电流表;使用双电桥时,跨线电阻必须很小。

2.环境因素产生的误差

有些测量仪器受环境的影响较大,一般包括:温度、湿度、电场、磁场、压力、光照、振动、微尘和供电质量等。

温度的变化对测量的结果影响十分明显。标准电阻由锰铜制成,阻值随温度的变化而变化,变化的情况以温度系数表示,一个标准电阻如果温度系数未知,当不在20℃下使用,标准电阻值就无法准确确定,从而失去检测的意义;对于内附稳压源的设备,例如一些内附稳压源电位差计,温度的变化对稳压值有影响,会影响到测量的结果。当然,上述设备发生温度偏差也可以通过各种公式和系数进行换算,但是换算得出的毕竟只是个近似值,如果偏差过大,算出的结果是不能保证准确度的。

防止温度变动对测量影响的首要条件就是按照规程要求,严格控制实验室环境温度在规定范围。当温度条件在20℃附近有少量偏差时,可以采用各种办法进行修正,标准电阻要通过温度系数进行换算;对于有温度补偿盘的电位差计要做好最小步值的检测及调节。同时,严格按照规程的要求,对检测设备及被检仪器进行恒温、预热,不同的仪器对于预热的要求是不同的,必须满足技术说明书的要求;不同的仪器对恒温的要求也是不同的,不能一概而论,例如,对于电阻的测量,由于其自身发热引起误差,通电后测量要快,尤其是测量0.1Ω以下的电阻,电流的正、反向开关应间歇使用,否则被测电阻因长时间通过大电流会引起很大的温升误差。

仪器对于环境湿度的要求也应给予足够的重视。特别是在梅雨季节,房间内湿度往往偏高,仪器中的电子元件等受潮后,易锈蚀、霉变,造成仪器接触不良、性能下降,甚至损坏。潮湿的环境还容易使仪器的绝缘性能变差,产生不安全的因素。湿度对静电感应也会有影响,湿度低时静电感应的影响会加大,这时操作者相当于一电容极板,仪器则是另一极板,简单有效的检查方法是,接好测量线后,用手靠近一下或轻碰一下仪器或引线,看看电流表有否不正常的偏转,有偏转则说明有静电感应。防止静电感应的办法是使人与仪器的外壳等电位。平时可以利用空调机的去湿功能来控制实验室的湿度,必要时应专门配备去湿机。对仪器内放置的干燥剂一定要定期检查,一旦失效要及时更换。

在使用数字电压表等含电子回路的仪表时,电、磁场及工频电源干扰影响比较显着。数字电压表、直流比较式电位差计、直流标准电压发生器,都使用工业电网供电,在独立工作时每个仪表都合格,但是它们在联成为一个测量线路时却发生较大的误差,表现为数字电压表和电位差计出现了零位示值。我们采用的措施是可以在每台仪器上采用双屏蔽,并利用隔离变压器隔离电源,就能将干扰限制在有限范围内。同时尽量不与大电机,大的通风机,空调机等大的用电设备共用一条供电线路,以免在这些用电设备起动时,供电线路的电压大幅度的波动,造成仪器工作不稳定。

仪器放置不水平,会使表计零点偏移;震动不仅会影响仪器的性能和测量结果,还会造成某些精密元件损坏,因此,要求将仪器安放在远离震源的水泥工作台或基座上;单方面的光照辐射及热源会造成热偏差,光照标准电池会引起变质及较大的滞后,必须将其放在不透光的容器内保存及使用。总之,要保证测量的准确度,我们需要认真对待环境的影响,在测量之前,必须仔细检查全部量具和仪器的调整状况、位置状况,例如仪表指针调零,防止仪器之间的干扰等,需要做好充分的准备和保持良好的环境条件,才能保证测量的准确。

3.人为因素引起的误差

人为因素引起的误差主要是方法不当引起的误差,如果方法使用不当,测量结果必然不对。

在连接测量仪表时,有时会发生连线错误、测试线脱开或接触不好、连线顺序不对等,这时机壳电位不但会引起误差,而且可能损坏电路中的器件。当接入被检设备时其端钮和接线应拧紧,以减少接触电阻的影响。插塞与插孔的配合要良好,保持清洁,插塞要插牢,每次松紧程度要一致。因此我们在开始检测前一定要确认连接正确,一定要先连线,再检查,之后开机。并且连接线一定要连接牢靠,不能出现松动现象。

篇9

关键词 数字万用表；微小量；致差因素

中图分类号TB9 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2014）114-0115-02

0 引言

数字万用表作为一种通用测试仪表，具有功能多、操作简单、携带方便、价格低廉等优点，无论在车间生产、家庭电工，还是在航天科研、军工测试军领域，它都是必不可少的计量器具之一。依据生产厂商和型号，数字万用表有上百种之多。无论哪种数字万用表都是按照JJG315-1983《直流数字电压表检定规程》、JJG315-1989《直流数字电流表检定规程》和JJG315-1991《直流数字欧姆表检定规程》进行检定。笔者在从事多年的数字万用表的检定实践中，总结了数字万用表的使用误区和在测量微小量是致差因素，并给出相应解决办法，在此作一交流。

1 数字万用表的组成原理

图1 数字万用表组成

2 各测量档精度的分析与讨论

任何一台数字万用表都有测量误差，即测量值与真实值之间的差值。通常使用人员是根据一台数字万用表显示位数来判断其精度，6位半的表比5位半的精度高，5位半的比4位半的精度高，这是判断一台数字万用表精度的最粗略的方法。然而，一台数字万用表不同的测量档和同一测量档的不同量程的精度是否达到真正的显示精度，这是使用人员应该注意的。下面以Fluke289为例进行说明。根据数字万用表检定规程和F289各测量档的精度要求计算出部分测量档的相对误差的上限值和下限值，如表1。

表1

Fluke289数字万用表是一台4位半的表。从表1中可以得出该表各测量档精度高低的基本顺序依次是DCV、R、DCA、ACV、ACA。作为基本量程档的DCV5V档，精度最高，误差值控制在显示值的最后两位内变化，除最后两位外的其他位可信度为“1” ，显示值最后一位的可信度相对前一位较低。而在DCA5A档、ACV5V档、ACA500 uA档、R30 MΩ档等的误差值是在显示值的最后三位变化，显示值最后一位的可信度相对前两位更低，甚至可以认为不可信；因此在F289数字万用表的这些测量档上，该表精度最多为3位半。若使用其他一些扫描速度快的表的低精度测量档进行测量时还会出现无法读取最后一位和前一位数值的现象。若用F289测量一个较小量，加上受摩擦电效应等致差因素的影响，使得测量结果更缺乏准确性，导致测量结果与真实值相去甚远。这种测量显示值最后一位或两位的不可信现象在其他各种数字万用表中均出现。一台数字万用表的不同测量档和同一测量档的不同量程的精度不一样，而且差别很大。因此，使用经计量检定后合格的数字万用表，掌握各测量档的精度要求，才能获得准确的测量结果。

3 测量微小量的致差因素和解决办法

除了示波器等测量设备外，也可以使用高精度的数字万用表对微小物理量进行测量，但应尽量避免摩擦电效应、漏电电流、压电效应等一些致差因素对测量结果的影响。以下简单分析使用高精度的数字万用表测量微小量过程中的致差因素和解决办法。

3.1 摩擦电效应

摩擦电电流是由导体和绝缘体之间摩擦产生的电荷生成。摩擦引起自由电子脱离导体，产生电荷不平衡，从而产生电流。使用“低噪声”电缆能较好地降低这种效应，“低噪声”电缆通常使用聚乙烯作为内层绝缘层，并在外层屏蔽层的内表面涂覆石墨。石墨既有作用，又能形成导电的等电位圆柱体，是电荷平衡并降低由于电缆运动的摩擦效应所产生的电荷。但是，“低噪声”电缆在受到拉伸振动时仍然会产生一些些噪声，所以所有电缆都要尽量短，同时避免温度变化的影响。

3.2 压电效应

压电效应是当某些材料（如晶体）受到机械压力，晶体两端会产生一定强度的电压。利用这种效应可以将晶体作为压力传感器；在晶体两端加一定强度的电场，晶体本身也会产生一定程度的变形，电光调节器就是利用这一原理实现的。但是，压电效应对微小的物理量测量时不利的。为了避免压电效应，在测量时应尽量避免使导线和绝缘体受到较大的压力和交变扭曲，连接测试的夹具尽可能紧固。

3.3 漏电电流

漏电电流是由测量电路和附近的电压源之间的寄生电阻通路产生，它会大大降低测量微小量的准确度。因此在测量时，应当使用高质量的绝缘材料，降低测量环境中的湿度，并进行相应的物理隔离。

3.4 介质吸收效应

在绝缘两端施加电压时，由于介质本身的极化特性，正负电荷会一定程度地集中到物体的两极，这就是介质吸收效应。在电荷移动过程中，会产生一定强度的电流，而当电压移除后，正负电荷又会以衰减振荡的形式移动重新回到原来的非极化状态，这样也会产生强度逐渐减弱的电流。衰减电流可以持续几分钟到几小时。例如，在做完电缆的绝缘导通测试之后，电缆中留有较强的静电，足以伤人与损坏设备。因此，在电流测量中不应该加过强的电压，并且在测量过后进行放电操作。

4 结论

综上所述，在使用数字万用表时，一定要熟悉各测量档的测量精度，根据显示值个显示位的可信度和测量工作的准确度要求合理地作出取舍；同时要考虑到摩擦电效应、压电效应和漏电电流等致差因素的干扰，并采取相应的解决措施。只有做到以上两点，才能获得准确的测量结果。

参考文献

[1]中国计量科学研究院.JJG 315-1983[S].中国计量出版社，2000.

[2]何希才，尤克.微小电流的测量[J].电测与仪表，1991，28（10）：22-23.

篇10

2.课程设计理念

以企业真实项目为依托，从企业的真实项目中提炼出与本课程相关的一些项目，如八路抢答器，直流数字电压表等项目，以培养学生职业能力和职业素养为目标，以企业实际生产工作过程为主线，企业参与的多方评价机制。

3.学生基础和智能特点分析

本课程的授课对象为电子信息工程技术专业的大一学生，该学生来源复杂，有理科生、文科生及对口生，该学生的特点是基础和动手能力参差不齐，但有很高的学习热情。基于以上学生基本特点，我们采取的措施主要是：在教学过程中，将学生分成若干个学习小组，每个小组兼有理科生、文科生及对口生，充分发挥理科生逻辑思维较强，文科生语言表达清晰，对口生计算机应用能力较好的优势。以取长补短，实现优势互补。

4.课程内容的选取和教学组织安排

本课程安排了5个综合性的实训项目，声光控制灯电路的制作、八路抢答器电路的制作、电子生日蜡烛电路的制作、流水彩灯电路的制作及直流数字电压表的制作。以上5个实训项目在知识目标和能力目标上都是逐级递深的，这一点也符合我们的认知规律。教学组织安排：对于每个实训项目，都包含知识目标、能力目标以及子任务，在这里，我就不再一一赘述了。

5.教学模式及教学方法手段

在教学实施过程中，综合采用了多种教学方法：项目教学法、演示法、小组讨论法、角色扮演法、实践教学法及汇报展示法。下面我以项目教学法为例，具体介绍一下该教学法在教学实施过程中的应用。本课程安排了5个综合性的实训项目，每个项目都以企业真实项目为依托，通过项目教学法，可以使学生对知识的理解实现从量的变化到质的飞跃，还可以培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力。在教学过程中，我们根据内容的不同，灵活采用不同的教学方法，以满足教学。教学手段包括：多媒体教学与传统板书教学有机结合，可以提高师生之间的互动；利用实训室进行实践教学，提高学生的动手能力；利用仿真软件进行教学，提高教学的直观性。

6.课程对教学条件的要求

师资方面：本课程专任教师共5名，均有丰富的信息类行业企业生产一线的工作阅历，且都具有高级无线电调试师职业资格和电子产品生产调试能力；兼职教师共3名，均有三年以上电子信息类的行业企业生产一线的工作阅历和熟练的电子产品生产调试能力，具有教师基本素质。实训条件方面：我们有数字电子技术实训室，可供学生进行电路搭建，还有EDA实训室，学生可以进行电路仿真，电子工艺实训室可以给学生提供电路焊接及调试的场所；校外实训基地有河北先控电源设备有限公司、河北鼎尚电子设备有限公司、河北方圆测控有限公司以及京华电子实业有限公司，为学生提供了岗位认知及顶刚实习的校外场所。学习资源方面：我们选用的教材为高职高专教材，是由本课程专任教师与企业合作开发的校企合作课程，另外还提供了三本参考教材，给教师教学和学生学习提供了很好的辅助作用，网络资源方面，首先包括《数字电子产品设计与制作》精品课建设，已经通过了学院的遴选，现在正在建设期，目前可提供的资料有课程标准、授课计划、项目评分标准、教学课件、习题及参考答案及数字集成电路资料等。

二、教学单元设计

下面我以项目二“八路抢答器电路的制作”这一项目为例，介绍一下教学单元设计。知识目标：

1.能了解数制与数码的种类及运算；

2.能对较复杂的组合逻辑电路进行分析；

3.会用门电路进行电路设计，实现相应的逻辑功能；

4.了解常用的组合逻辑电路的功能；

5.能分析8路抢答器电路的工作原理。能力目标：

1.按要求用常用的集成门电路实现较复杂的逻辑功能；

2.能对常用组合逻辑集成电路进行测试；

3.用组合逻辑集成电路设计制作8路抢答器。子任务：

1.用门电路制作简单逻辑电路；

2.编码器的逻辑功能测试；

3.译码器的逻辑功能的测试；

4.八路抢答器的制作与调试。教学组织实施过程包括五个环节：资讯、计划、准备、实施及评价环节。在资讯环节，首先明确学习目标要求，教师对项目所能实现的功能进行演示，学生通过观摩学习，阅读并分析参考资料、工艺文件等相关资料，讨论其功能，激发兴趣，明确项目任务，用时1课时。在资讯环节主要采用了演示教学法。在计划环节，班组长先组织小组讨论，然后交流对工作任务的认识及相关知识的分析，将工作任务进行分解，初步制订工作计划，用时1课时。在计划环节主要采用了小组讨论教学法。在准备环节，主要是知识的准备：采用讲授法、演示法、分组讨论等教学方法，使得学生获得相关知识，用时4课时。在实施环节，首先对电路进行设计，利用仿真软件对电路进行仿真调试，观察和测量电路的性能指标，并调整部分元器件参数，从而达到各项指标的要求，用时4课时。然后是材料、工具准备：工具人手一套，芯片等元器件利用课余时间分组去市场购买。接着进行搭建电路、焊接、调试、检查，用时10课时。在评价环节，主要包括四方面的评价：

1.项目积分50%

芯片的使用和检测；电路制作；汇报演讲。

2.课堂表现10%

课堂纪律；学习态度10%。

3.能力表现10%

动手实践；电路分析及调试。

4.企业评价30%