浅谈数字电压表的使用及稳定性提高

摘要:在各种数字仪表中,数字电压表的用途居于较为突出的地位,它不但用来测量各种电量,而且还广泛用来进行各种非电量的电测量,同时在实现工业自动化,生产过程的自动控制以及测量本身的自动化等方面,都起着很重要的作用。

关键词:正确使用提高稳定性措施

数字电压表对繁多的电量测试具有精度高,测量速度快,自动化程度高等优点,在科研生产的电量测试中得到了广泛的应用。只有正确使用数字电压表,才能保证其应有的精度。

一、数字电压表的误差公式

数字电压表(DVM)通常用绝对误差来表示,常见的有下列三种表示方式:

=士a%Ux士日%Um(l)

=士a%Ux士n字(2)

=士a%Ux士p%Um士n字(3)

其中,a为误差的相对项系数,尽为误差的固定项系数,Um为满度值,Ux为读数值。由以上三种表达方式可见,DVM的误差主要由两部分组成:一部分与被测量值Ux大小有关的项,即a项误差,它包括DVM标准源电压的误差,输入放大器误差,衰减器误差,刻度系数误差,非线性误差等。另一部分是与Ux无关的项,即p项误差(包括n个字),它是由DVM的量子化误差;零点漂移;噪声干扰等因素引起的。一般称第一项为读数误差,第二项(也包括第三项)为固定项误差或满度误差。满度误差日%Um和固定项误差n个字实值是一样的,它们都是表示与被测电压大小无关的固定误差,二者可直接相互换算。

二、数字电压表的正确使用

使用数字电压表的一般原则,首先要检查供电电源的接线板,火线,中线和地线接线是否正确,可靠。电压值,频率应与数字电压表要求的供电电压值,频率一致。数字电压表使用环境要清洁,远离强电,磁场。做不到的单位,应定期打开盖板进行清除灰尘的污染。南方潮湿地区犷应经常给仪器通电和使用。电压表要求连续通电,不能频繁开、断电源。使用时电压表的量程选择首先应放置在自动量程,避免过高的电压输人将电压表损坏。

1、正确使用数字电压窦才能保证测量精度

根据数字电压表的技术条件,其误差极限用绝对误差表示:

=士(a%Ux+b写Uln)(1)

其中:a一误差的相对项系数。

b一误差的固定项系数。

Ux一显示值。

Um一量程满刻度值。

用相对误差可表示为:r=士(a肠+b%um/Ux)(2)a,b和Um为技术说明书中给定值。计量部门检定过的数字电压表,都将被检数字电压表的误差校准到24小时的误差极限范围之内,使用单位在一年时间之内使用该表,其测量精度都可以保证在1年的误差极限指标之内。测量值的误差将在图一表示的误差带之内。使用者必须注意,数字电压表是多量程表,测量时都是使用在选定量程的满度和十分之一满度之间,由公式(2)可得出不同的显示值将有不同的精度。

2、数字电压表零电流,输入电阻及串,共模干扰抑制比测量准确度的影响

经过检定的数字电压表在检定合格证书上都给定了零电流I,输人电阻Ri和串,共模干扰抑制比的数值。在使用时,被测信号源应满足上述各量的要求,才能保证其测量值的准确可靠。

3、带微处理机数字电压表的一般程序功能及其操作方法

在科研和生产的许多场合,经常需要数字电压表直接显示出被测物理量,这就需要对采样的数据进行运算。带微处理机的数字电压表就具有这种功能,因此又被称为智能仪表。微处理机数字电压表一般配备了各种各样的功能,包括程序控制,时钟控制。

三、提高数字电压表稳定性的方法

1、尽量采用独立电源供电

如果数字式电压表的电源由设备(仪表)的公共电源供电,那么任何导致电源波动的因素都会对数字表的指示产生影响。如当供电电压由+5 V变到+4.8 V,待测电压为150 mV(近满量程)时,电表指示可相差6个字。这在多数应用场合是不能满足需要的。对于小体积的简易型数字表,采用独立电源是不经济的。为降低成本,常用一个三端集成稳压块7805给仪表供电,这时就要考虑7805内阻给电路造成的影响。解决这一问题主要措施是增加电源容量,适当提高变压器次级电压。减少外电路电流波动(如将功率放大器由乙类改为甲类)也有一定效果。

2、减少电源的纹波电压

生产厂家给出的数字表的精度和分辨率是在供电电压纹波很小(小于1 mV)的条件下得到的。一般的三位半数字表多由7805稳压块供电,在负载较轻(500 mA以下),纹波电压可控制在3 mV以内,对指示影响不大。但当整机运行中出现负载加重的情况时,7805的1,3脚电压会小于2.7 V,此时纹波电压也会急剧增大,达到几百毫伏。实验表明:当馈电电压为5 V,纹波电压大于200 mV,输入为150 mV时,LED指示变动可达±3个字。为减少7805的输出纹波,可用大电解电容并在输出端,为防止击穿7805,要采用反压保护电路。

3、减少串模干扰

7107三位半数字表所测量的电压是直流,在实际应用中不可避免地会串入交流干扰。由于数字电压表的输入阻抗很高,很易捡拾干扰电压,从而使输出指示呈现大幅度跳动。在干扰较强的场合,例如在高功率同步电机附近, 10 m长的双绞输入线所受到的干扰就足以使输出指示混乱到无法判读的程度。实验证明:当输入端混入交流干扰200 mV时,就会使输出指示变动4个字。为避免交流干扰,必须将输入端进行屏蔽。必要时可加装50 Hz陷波电路。

4、采用晶振稳频

为了使三位半数字表的输出稳定,可利用石英晶体稳定时钟频率。如手册上所指出的频率为40 kHz,对于抑制50 Hz干扰有利。但40 kHz的晶体不易购得,我们采用了电子手表的石英晶体(约32 kHz)也取得了较好的效果。

参考文献:

[1]林家瑞.电子工程师指南[M].武汉:华中工学院出版社,1987.

[2]周爱民、王汶成.312位数字温度计[J].电子世界,1984.